螺旋輸送機螺旋軸斷裂的分析計算

李玉勝

摘要：實際生活中，螺旋輸送機的作用與價值是顯著的，被廣泛應用于各個礦山、化工、醫(yī)藥、造紙等行業(yè)，促進了這些行業(yè)的快速發(fā)展。究其功能，只要是用于物料的破碎輸送，為各個企業(yè)節(jié)省了不少的人力、物力、財力。在螺旋輸送機中，螺旋軸是其中的重要零部件，在落選輸送機工作運轉中，起到了至關重要的作用。在一段時期內，各行各業(yè)的螺旋軸都出現(xiàn)了斷裂顯現(xiàn)，也正因其重要性，引申出我們本次的研究與分析，探究主題為螺旋輸送機螺旋軸斷裂的分析計算，通過對螺旋輸送機螺旋葉片進行受力分析，以撓曲率為剛度條件，對螺旋軸進行最大撓度校核，選取使用壽命更長的螺旋軸。

關鍵詞：螺旋輸送機;受力分析;最大撓度;撓曲率

0 ?引言

眾所周知，機械在運轉過程中，難免會出現(xiàn)部分零部件的損壞，螺旋輸送機也不例外，螺旋軸是該機器中比較容易出現(xiàn)問題的零部件。螺旋軸的損壞多以斷裂形式出現(xiàn)，在較常一段時期內，深深困擾著各行各業(yè)，也嚴重干擾與阻礙了各行各業(yè)的正常運轉。由此可見，對螺旋輸送機螺旋軸斷裂的進行分析與計算有其必要性和意義。也希望能夠通過本次的研究，可以為相關行業(yè)、企業(yè)帶去實際性幫助。

1 ?簡介

螺旋輸送機是由帶有螺旋葉片的轉動軸在一密閉的機殼內旋轉，使進入的物料沿機殼向前移動，在運轉中，螺旋推動物料作軸向運動。物料可以從槽底合適的開口落下來或是從槽的端部輸出。當然，螺旋軸的材料會根據(jù)使用場合的不同而有所差異，如常用的碳鋼、合金鋼、耐磨鋼、鋁合金等，這些材料的性能、價位均不相同，其中，屬碳鋼材質更受歡迎，只因其能滿足強度、剛度硬性標準，還能為企業(yè)節(jié)約經(jīng)濟成本、減少螺旋軸自重，是一種不可多得的材料，因此，在日常生產(chǎn)過程中，碳鋼材質的螺旋軸更為常見。

某石化廠包裝單元V-710螺旋輸料機，東西各一臺，型號為ZBM L600/25，是全自動稱重包裝碼垛生產(chǎn)線的一部分，屬于一段跨度螺旋軸，它主要是由變頻電機、減速機、軸承（UCF210）、螺旋軸等組成。其中電機及減速機的參數(shù)可見表1。

2 ?受力分析

東側螺旋輸送機于2016年6月和11月發(fā)生了螺旋軸斷裂，致使該設備無法繼續(xù)使用。螺旋軸斷裂的位置均在軸的中部。斷裂如圖1所示。

V-710螺旋輸送機的螺旋軸材質為0Cr18Ni9，螺旋長度為1785mm，2016年6月和11月斷裂的螺旋軸的主軸均使用的是直徑為Φ60×5mm的不銹鋼空心管，該螺旋軸的參數(shù)見表2。

對螺旋葉片進行受力分析，以螺旋中徑d為螺旋葉片當量直徑，葉片受力見圖2。

由圖2可知，螺旋葉片對物料的推力F分解為兩個分力：Fa、Ft。

Fa為軸向分力，推動物料沿軸向前進;Ft為圓周分力，使物料沿圓周回轉。

式中：d1——螺旋葉片中徑，mm;l——螺旋葉片中徑周長，mm;α——螺旋中徑上螺旋角，°;Fa——主動端軸承承受軸向力，從動端軸承軸向力為零，N。

3 ?折斷原因分析

在螺旋輸送機中，決定其工作性能、生產(chǎn)效率和使用壽命的主要零部件就是螺旋軸。螺旋軸在很長一段時期內遭受斷裂的影響，而造成斷裂的緣由需要深究，具體觀點如下：

一段跨度螺旋軸一般用無縫鋼管外焊螺旋葉片制成，軸兩端有軸承支承，中間懸空。螺旋軸受力主要是承受彎矩、扭矩和軸力的作用，受力最大的危險截面是在軸的中部。相對彎矩而言，扭矩和軸力引起的受力變形很小，約為前者的1/6-1/10，在實際計算時可忽略不計。[1]由于物料的粘度特性，該設備在運行時，物料附著在螺旋葉片上，輸送倉內物料越積越多，在軸的中部易由于彎矩的作用而發(fā)生斷裂。

螺旋軸運轉一周，軸上各點的受到的彎矩、扭矩和軸力均循環(huán)一周，螺旋軸一直處于以上幾種力的循環(huán)往復的作用中。所以，疲勞斷裂是一段式螺旋軸折斷的主要原因，疲勞斷裂是最大線應變達到單向應力狀態(tài)下的極限值而造成的。由于線應變在工程上近似于撓曲率，而螺旋軸的撓曲率是其最大撓度與跨度之比，所以可以通過撓曲率對該軸進行檢驗。

由計算可知，更新后螺旋軸的葉片所受到的圓周分力和軸向分力均小于更新前螺旋軸螺旋軸的葉片所受到的圓周分力和軸向分力，空心軸的最大撓度和撓曲率均小于更新前的空心軸。相應的線應變比更新前而減小，螺旋軸上各點的受到的彎矩、扭矩和軸力也比更新前而減小。可見使用直徑為Φ76mm不銹鋼空心管制造的螺旋軸，它的使用壽命相比直徑為Φ76mm不銹鋼空心管制造的螺旋軸使用壽命更長。

4 ?結束語

螺旋輸送機是輸送設備中最重要的設備之一，它的應用價值是值得肯定的，這是毋庸置疑的，從中不難看出，螺旋輸送機成為了產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不可或缺的一部分，也由此奠定了其在生產(chǎn)中的重要地位。鑒于這點，就有必要對螺旋輸送機中的螺旋軸的斷裂進行分析與探究，只因螺旋軸的斷裂對影響螺旋輸送機的正常運轉，會給相關企業(yè)、行業(yè)帶去經(jīng)濟損失和實際困擾。通過對葉片受力分析和空心軸的最大撓度和撓曲率的分析計算，可看出使用直徑為Φ76mm鋼管制造的螺旋軸，它的使用壽命更長，為更多企業(yè)提供了建議與解決渠道，使得本次的研究有了重要突破，相信可以為進一步解決螺旋輸送機的螺旋軸斷裂問題提有效依據(jù)和憑證。

參考文獻：

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[3]張曉偉，董敏敏，倪春林，劉菲菲，李慧燕，邵立承，李得龍.螺旋輸送機兩端支撐滾動軸承選擇計算[J].山東化工，2017，46（11）：126-127.

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