螺旋輸送機的設計

程韋武 龐蓮香 藍同平

（廣西博世科環保科技股份有限公司，南寧 530007）

1 螺旋輸送機的特點

螺旋輸送機是一種使用動力帶動一根螺旋狀的心軸旋轉，利用螺旋狀心軸旋轉時螺線會向前或向后推動的原理，用來帶動物料一起運動，實現物料的遠距離機械輸送。螺旋輸送機具有機械結構簡單、造價便宜、工作可靠穩定、噪音小、維護成本低、便于加長輸送距離等優點。在結構布局上，它也非常靈活，一般為水平布置，也可以傾斜或者垂直布置，因此得到廣泛的應用。螺旋輸送機一般用于較小塊狀的物料、顆粒狀的物料以及黏性較低的干粉物料，如爐渣、干河砂、散煤、石灰、水稻、小麥、玉米粉等。從外形方面來看，其分為U型螺旋輸送機和管狀螺旋輸送機。

2 螺旋輸送機的組成

螺旋輸送機一般由電機、減速機、聯軸器、前端支座、中間支座、尾端支座、殼體、入料口、卸料口、螺旋軸組成，當螺旋輸送機較長時將由多段殼體、多段螺旋軸組成，并且在中間會設置若干個吊軸承作支撐，一般設置吊軸承的間距為3～4m，也可以根據撓度設計計算確定設置間距，吊軸承應盡量少設置，因為在吊軸承處容易發生物料阻塞現象。殼體一般選用厚度不小于4mm鋼板或是鋼管制成。螺旋輸送機的結構如圖1所示。

螺旋軸的結構一般為焊接結構，由空心管外焊有鋼板制成的螺旋帶、空心管的兩端有實心的軸頭組焊而成，并且軸頭的材料一般都經過調質熱處理。兩端的軸頭支承在前后兩端軸承座上，其中一端通過聯軸器和動力裝置連接，在動力裝置的驅動下螺旋軸作旋轉運動，被輸送物料從入料口進入螺旋輸送機，當螺旋軸轉動時，由于螺旋軸的推力作用，物料沿著殼體向前推進，當物料被推到卸料口時則排出。螺旋軸受到物料推進的反作用力，受力端裝有推力球軸承和調心球軸承各一個，另外一端則只需安裝調心球軸承一個。由于螺旋軸轉速過快的原因，有的物料會越過卸料口而堆積在端部，為了解決這一現象，通常在卸料口處的螺旋軸上靠近端部的一側加上圓形擋板使物料不能越過去，也可以在端部增加一小段反向的螺旋葉片，還有一個行之有效的辦法就是降低螺旋軸的工作轉速。

圖1 螺旋輸送機的結構

3 螺旋輸送機的設計計算

3.1 螺旋直徑、螺旋軸轉速、螺旋螺距的計算

3.1.1 螺旋直徑的計算

螺旋直徑的計算公式如式（1）所示。

式中，D為螺旋直徑，mm；K為物料綜合特性系數，查表1可得；Im為質量輸送量，t/h，設計參數根據工作需要確定；φ為填充系數，根據不同物料選擇適當的數值，查《螺旋輸送機》（JB/T 7679-2008）中表A.2可得；ρ為物料堆積密度，t/m3；c為傾角系數，水平布置時c=1，螺旋輸送機軸線每傾斜1°時，降低0.02，如果必須要在中間支承處裝料時，降低0.1。

表1 物料種類與綜合特性系數之間的關系

按式（1）求得的螺旋直徑然后進行圓整，對于輸送流動性差的大塊形狀物料，螺旋直徑D至少應為物料平均邊長的6倍，如果大塊的物料比例較少時，也可選用較小一些的螺旋直徑。推薦選取比較接近的標準螺旋直徑，標準螺旋直徑數值如表2所示。

3.1.2 螺旋軸工作轉速的計算

螺旋軸的工作轉速影響輸送量的大小和選用電動機的功率大小，轉速在滿足輸送量的前提下不能過高，過高會造成功率的浪費，而物料也會因受到過大的離心力飛起揚塵，產生很大的噪音，污染工作環境。所以，螺旋軸的工作轉速n不能超過極限轉速nj，不同的物料適合的工作轉速不一樣，螺旋軸的轉速應綜合物料特性來確定。

表2 標準螺旋直徑數值

式中，n為螺旋軸轉速，r/min；nj為螺旋軸的極限轉速，r/min；A為物料綜合特性的系數，查表1可得；D為螺旋直徑，m。

按式（2）計算然后選擇合適的轉速，也可以根據表2選用推薦的轉速數值，但應小于極限轉速。對于不是選擇標準直徑的螺旋直徑，轉速可以按表2數值使用插值法計算確定。

3.1.3 螺旋螺距的計算

螺旋螺距的計算公式如下：

式中，S為螺旋螺距；K1為物料綜合特性系數，通常取值為0.8～1.0，當傾斜布置或輸送物料流動性較差時，K1≤0.8；D為螺旋直徑，螺旋螺距也可以參照表2推薦的數值。

3.1.4 填充系數的校驗

螺旋直徑D、轉速n、螺旋螺距S確定后，必須進行φ填充系數的校驗。

計算所得的填充系數應不大于前面選擇的數值。

3.1.5 螺旋軸心軸直徑的計算

螺旋軸心軸直徑的大小與螺旋軸的剛度有關，也與輸送量有關，一般先按螺旋直徑初步確定心軸的直徑，計算公式如式（5）所示，最后要根據3.2校核最大撓度值來進行判斷。

3.2 撓度ymax的計算

螺旋輸送機的輸送距離一般都比較遠，螺旋軸較長時，兩個支承軸承的間距較大，這時螺旋軸會因為自重產生撓屈變形，變形的最大量參考簡支梁的計算方法。變形過大會因為下垂與外殼相碰，造成噪音和傳動功率的增加或是設備的損壞，影響正行運行，需要對螺旋軸的最大撓度ymax進行計算。

式中，ymax為撓度，mm；m為螺旋體自重，kg；L為兩個軸承中心距，cm；E為材料彈性模數， N/cm2；I為心軸截面慣性距，cm4。

計算出撓度后，撓度應小于螺旋體外徑距殼體內壁的距離，推薦撓度不能大于螺旋名義間隙的50%，這樣就不會產生卡阻現象。不同螺旋直徑的名義間隙數值如表3所示。

3.3 驅動功率的計算

隨著輸送螺旋的轉運和物料向前的運動，產生了若干反抗運動的阻力，其由下列阻力組成：物料運行阻力、空載運轉阻力和傾斜阻力。這就是螺旋輸送機驅動裝置為了克服摩擦、傾斜以及物料在裝料產生運動而必須克服的所有阻力。所以，螺旋輸送機驅動功率計算公式為：

式中，P為螺旋輸送機軸所需的總功率，kW；PH為物料運行時所需的功率，kW；PN為空載運轉時的驅動功率，kW；Pst為傾斜功率，kW。

P螺旋輸送機軸所需的總功率為上述各個功率之和，代入式（7）可得：

式中，Im為質量輸送量，t/h；L為螺旋輸送機長度，m；λ為運行阻力系數，查《螺旋輸送機》（JB/T 7679-2008）中表A.2可得；D為螺旋公稱直徑，m；H為提升高度，m。

4 螺旋葉片的加工方法

目前，國內制造螺旋葉片的方法有單件沖壓焊接成型、碾制成型、冷軋成型、拉伸成型等方法，其中碾制成型的產品用料薄時厚度為1.5～3mm，具有內沿外沿厚度一致、塑變小的特點，在節約能源方面有很大的潛力。6mm厚度以上的葉片可采用冷軋技術來滿足需求，冷軋的葉片屬于單片，具有等厚的條件。連軋葉片屬于碾制成型，成型的過程中會發生擠壓，成型后，會出現由內邊緣向外邊緣慢慢變薄的情況，5mm板做成型后，內邊緣5mm，外邊緣3mm。3.5mm板做成型后，內邊緣3.5mm，外邊緣2mm。由于規格型號不同，厚度會產生不同的變化。螺旋葉片常用的材質有碳鋼、45#耐磨鋼（硬度比碳鋼高）不銹鋼304、16錳、不銹鐵201等。

表3 不同螺旋直徑的名義間隙數值

5 螺旋輸送機的防腐要求

螺旋輸送機上油漆之前應進行表面處理，表面除塵除銹，表面質量至少應達到《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》（GB/T 8923.1-2011）中噴砂的Sa2.5或手工除銹的St3級的要求；涂漆部件應涂底漆一層，面漆兩層。漆膜總厚度為50～100μm，漆膜附著力應達到《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》（GB/T 9286-1998）中的2級要求。

6 螺旋輸送機設計中要注意的幾個問題

一般螺旋輸送機的設計是從要求、條件等方面下手，算出一些理論值，再根據設計手冊選取標準值，然后根據標準值從中選出最優標準，如果不采用標準值，應對計算所得數值進行圓整，其他配件應盡量取標準值。

選擇螺旋參數時如果不選標準值，應與配套廠家聯系，確定廠家現有螺旋規格或是廠家能夠生產何種規格再做選擇，避免出現設計出來后無法找到廠家配套的尷尬。

當殼體使用管式結構時，不推薦使用卷制成型的尺寸，最好使用標準的鋼管尺寸，因為標準鋼管的尺寸精度和圓度都比較高，并且比卷制更為經濟，這樣能提高生產效率，降低生產成本。