螺旋輸送機是一種常用的不具有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機械,利用工作構(gòu)件即螺旋的旋轉(zhuǎn)運動，使物料向前運送,是現(xiàn)代化生產(chǎn)和物流運輸不可缺少的重要機械設(shè)備之一。螺旋輸送機在G民經(jīng)濟的各個部門中得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用,已經(jīng)遍及冶金、采礦、動力、建材、輕工、碼頭等一些重工業(yè)及交通運輸?shù)炔块T,主要是用來運送大宗散貨物料,如煤、礦石、糧食、砂、化肥等。在機械制造部門,螺旋輸送機是生產(chǎn)過程中組成現(xiàn)代化有節(jié)奏流水作業(yè)線,使得設(shè)計和選擇復(fù)雜、難度大,尤其是一些主要參數(shù),如果選擇和組合不當(dāng),將會嚴(yán)重影響螺旋輸送機的生產(chǎn)效率和工作性能。

1 螺旋輸送機工作原理

螺旋輸送機主要分為水平和垂直螺旋輸送機,可分別沿水平、傾斜或垂直方向輸送物料,這兩種機型也是比較常用的。水平螺旋輸送機主要利用摩擦力輸送物料,而垂直螺旋輸送機主要利用離心力輸送物料。螺旋輸送機根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為雙螺旋輸送機和單螺旋輸送機,后者使用較多。螺旋輸送機的安裝方式有固定式和移動式兩種,大部分螺旋輸送機采用固定式。另外,按軸承布置狀況,螺旋輸送機還可分為有吊掛軸承和無吊掛軸承兩類。有吊掛軸承是除了在螺旋體兩端有軸承支撐外,在中部還設(shè)置軸承,軸承懸掛于殼體上支撐螺旋體,這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是軸的剛度較好,撓曲變形小,缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,物料運行不暢,主要用于長度大于5 m的螺旋輸送機；無吊掛軸承則只在螺旋體兩端有軸承支撐,結(jié)構(gòu)簡單,物料輸送運行通暢,但螺旋體軸容易發(fā)生撓曲變形,主要用于長度小于5 m的螺旋輸送機。

飼料工業(yè)中的螺旋輸送機主要用于原料的輸送和混合，長度較短，水平運送。一般采用實體螺旋葉片、無吊掛軸承、等螺距的單頭普通水平布置的螺旋輸送機。本文僅以此類螺旋輸送機進行探討，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由一根裝有螺旋葉片的轉(zhuǎn)軸和料槽組成。轉(zhuǎn)軸通過軸承安裝在料槽兩端軸承座上，轉(zhuǎn)軸一端的軸頭與驅(qū)動裝置相連。料槽高面和槽底開有進、出料口。其工作原理是：物料從進料口加入，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，物料受到螺旋葉片法向推力的作用，該推力的徑向分力和葉片對物料的摩擦力，有可能帶著物料繞軸轉(zhuǎn)動，但由于物料本身的重力和料槽對物料的摩擦力的緣故，不與螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)，而在葉片法向推力的軸向分力作用下，沿著料槽軸向移動。

1. 進料口　2. 槽體　3. 螺旋軸　4. 卸料口

螺旋輸送機在輸送物料過程中,物料由于受旋轉(zhuǎn)螺旋的影響,其運動并非是單純的沿軸線做直線運動，而是在一復(fù)合運動中沿螺旋軸做一個空間運動。設(shè)螺旋輸送機的螺旋為標(biāo)準(zhǔn)的等螺距、等直徑,螺旋面升角為α的單頭螺旋。當(dāng)螺旋面的升角α在展開的狀態(tài)時,螺旋線用一條斜直線來表示。下面以距離螺旋軸線r處的物料顆粒M作為研究對象,進行運動分析(見圖2)。

旋轉(zhuǎn)螺旋面作用在物料顆粒M上的力為P，由于物料與葉片的摩擦關(guān)系，P力的方向與螺旋面的法線方向偏離了β角。β角的大小由物料對螺旋面的摩擦角ρ及螺旋面的表面粗糙程度決定，對于一般熱壓或用冷軋鋼板拉制的螺旋面，可忽略其表面粗糙程度對β角的影響，即認(rèn)為β=ρ。P力可分解為法向分力P1，和徑向分力P2。物料顆粒M在P力的作用下，在料槽中進行著一個復(fù)合運動，既沿軸向移動，又沿徑向旋轉(zhuǎn)，如圖3所示，既有軸向速度V1，又有圓周速度V2，其合速度為V。

當(dāng)螺旋體以角速度ω繞軸回轉(zhuǎn)時,距離螺旋葉片任一半徑r處的O點物料顆粒M的運動速度可由速度三角形求解。葉片上O點的線速度VO就是物料顆粒M牽連運動的速度，可用矢量OA表示，方向為沿O點回轉(zhuǎn)的切線方向；物料顆粒M相對于螺旋面的相對滑動速度，平行于O點的螺旋線切線方向，可用矢量AB表示。若不考慮葉片摩擦，則物料顆粒M應(yīng)該運動的速度V。應(yīng)是螺旋面上O點的法線方向，可用矢量OB表示。由于物料與葉片有摩擦，物料顆粒M自O(shè)點的運動速度V的方向應(yīng)與法線偏轉(zhuǎn)摩擦角ρ相同。對V進行分解,則可得到物料顆粒自O(shè)點移動的軸向速度V1和圓周速度V2。其中，V1就是料槽中物料的軸向輸送速度,而V2則是對物料輸送的阻滯和干擾。

根據(jù)物料顆粒M運動速度圖的分析，可得到物料軸向移動的速度為：

所以(1)式又可寫成：

式中：S——螺旋螺距（mm）；n——螺旋轉(zhuǎn)速（r/min）；?蕊——物料與葉片間的摩擦系數(shù)，?蕊=tanρ；ρ——葉片與物料的摩擦角(°)；α——螺旋面升角(°)。

由式(2)及式(3)可得出,物料在料槽內(nèi)軸向移動速度V1和圓周速度V2隨半徑r而變化的曲線(見圖4)。

由圖4可見,V2在半徑長度范圍內(nèi)是變化的,在螺旋軸后隨半徑的增加而減小,因此,物料在螺旋內(nèi)的移動過程中要產(chǎn)生相對滑動,V1在半徑長度范圍內(nèi)也變化，隨半徑的增加而增加?？梢?且靠近螺旋軸的物料的V2比外層的大，而V1卻比外層的要小；反之,靠近螺旋外側(cè)的物料V1大、V2小。這將使內(nèi)層物料較容易隨螺旋軸轉(zhuǎn)動,因而產(chǎn)生一個附加的物料流。螺旋在一定的轉(zhuǎn)數(shù)之前,這種附加的物料流對物料運動的影響并不顯著。但是,當(dāng)CA過一定的轉(zhuǎn)數(shù)時,物料就會產(chǎn)生垂直于輸送方向的跳躍翻滾,起攪拌而不起軸向的推進作用。這不僅會降低物料的輸送效率,加速設(shè)備構(gòu)件的磨損,而且會增大螺旋功率的消耗。因此，為了避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生,螺旋的轉(zhuǎn)數(shù)不得CA過它的臨界轉(zhuǎn)速。

2 螺旋輸送機主要設(shè)計參數(shù)分析

2.1 輸送量

輸送量是衡量螺旋輸送機生產(chǎn)能力的一個重要指標(biāo),一般根據(jù)生產(chǎn)需要給定,但它與其它參數(shù)密切相關(guān)。在輸送物料時，螺旋軸徑所占據(jù)的截面雖然對輸送能力有一定的影響,但對于整機而言所占比例不大,因此,螺旋輸送機的物料輸送量可粗略按下式計算：

Q＝3 600F·λ·V1·ε

式中：Q——螺旋輸送機輸送量（t/h）；F——料槽內(nèi)物料層橫截面積(m2)，F(xiàn)=φD2π/4，其中，φ——填充系數(shù)(見表1)；D——螺旋葉片直徑(mm)；λ——物料的單位容積質(zhì)量(t/m3)，它同原料的種類、濕度、切料的長度以及凈化方式、效果等多種因素有關(guān)，其值查閱相關(guān)的手冊；ε——傾斜輸送系數(shù)，考慮到螺旋輸送機傾斜布置時對物料輸送效果的影響，傾斜輸送系數(shù)見表1。

在實際工作中，通常不考慮物料軸向阻滯的影響，因此物料在料槽內(nèi)的軸向移動速度V1≈Sn/60。

∴Q=47D2S·n·?漬·?姿·ε(4)

由上式可以看出，螺旋輸送機的物料輸送量與D、S、n、φ、λ、ε有關(guān)，當(dāng)物料輸送量Q確定后，可以調(diào)整螺旋外徑D、螺距S、螺旋轉(zhuǎn)速n和填充系數(shù)φ四個參數(shù)來滿足Q的要求。

2.2 螺旋軸轉(zhuǎn)速

螺旋軸的轉(zhuǎn)速對輸送量有較大的影響。一般說來，螺旋軸轉(zhuǎn)速加快，輸送機的生產(chǎn)能力提高，轉(zhuǎn)速過小則使輸送機的輸送量下降。但轉(zhuǎn)速也不宜過高，因為當(dāng)轉(zhuǎn)速CA過一定的極限值時，物料會因為離心力過大而向外拋，以致無法輸送。所以還需要對轉(zhuǎn)速n進行一定的限定，不能CA過某一極限值。

當(dāng)位于螺旋外徑處的物料顆粒不產(chǎn)生垂直于輸送方向的徑向運動時，則它所受慣性離心力的比較大值與其自身重力之間應(yīng)有如下關(guān)系：

mω2maxr≤mg

式中：K——物料的綜合系數(shù)(見表2)；g——重力加速度(m/s2)；nmax——螺旋的比較大轉(zhuǎn)速,即臨界轉(zhuǎn)速(r/min)。

式中：A——物料的綜合特性系數(shù)(見表2)。

因此，螺旋輸送機的螺旋轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)物料輸送量、螺旋直徑和物料的特性而定，在滿足輸送量要求的前提下，螺旋轉(zhuǎn)速不宜過高，更不允許CA過它的臨界轉(zhuǎn)速，即：

n≤nmax (7)

式中：n——螺旋的實際轉(zhuǎn)速(r/min)。

2.3 螺旋葉片直徑

螺旋葉片直徑是螺旋輸送機的重要參數(shù)，直接關(guān)系到輸送機的生產(chǎn)量和結(jié)構(gòu)尺寸。一般根據(jù)螺旋輸送機生產(chǎn)能力、輸送物料類型、結(jié)構(gòu)和布置形式確定螺旋葉片直徑。

將式(6)代入式(4)，并設(shè)S=K1D，K1為螺旋螺距與直徑的比例系數(shù)，一般取K1=0.8，則式(4)為

式中：K——物料綜合特性系數(shù)。

物料綜合特性系數(shù)為經(jīng)驗數(shù)值。一般說來，根據(jù)物料的性質(zhì)，可將物料分成4類。第1類為流動性好、較輕且無磨琢性的物料；第2類為無磨琢性但流動性較第1類差的物料；第3類為粒度尺寸及流動性同第2類接近，但磨琢性較大的物料；第4類為流動性差且磨琢強烈的物料。各種物料的K值見表2。

螺旋直徑優(yōu)先采用R10基本系列數(shù)據(jù)。根據(jù)式(8)計算出來的D值應(yīng)盡量圓整成以上標(biāo)準(zhǔn)直徑(mm)。

2.4 螺距

螺距不僅決定著螺旋的升角,還決定著在一定填充系數(shù)下物料運行的滑移面,所以螺距的大小直接影響著物料輸送過程。輸送量Q和直徑D一定時,螺距改變,物料運動的滑移面隨著改變，這將導(dǎo)致物料運動速度分布的變化。通常螺距應(yīng)滿足下列兩個條件:即考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量間的適當(dāng)分布關(guān)系兩個條件,來確定比較合理的螺距尺寸。

從圖2可知，物料顆粒M所受螺旋面在軸向的作用力Pt為

Pt=Pcos(α+β)≈Pcos(α+ρ)

為使Pt>0，必須滿足α<π/2-ρ，因為在rmin=d/2處的α比較大(d為螺旋軸直徑)，Pt比較小，所以許用螺距可由下式求得：

Smax≤πdtan(π/2-ρ)或Smax≤πk1D/?蕊

若令k1=d/D，則Smax≤πk1D/?蕊

式中——物料與葉片間的摩擦系數(shù)；k1——螺旋軸直徑系數(shù)，k1=0.3～0.6。

另外，螺距的大小將影響速度各分量的分布。當(dāng)螺距增加時，雖然軸向輸送速度增大，但是會出現(xiàn)圓周速度不恰當(dāng)?shù)姆植记闆r；相反，當(dāng)螺距較小時，速度各分量的分布情況較好，但是軸向輸送速度卻較小。在確定比較大的許用螺距時，必須滿足的第二個條件是建立在使物料顆粒具有比較合理的速度各分量間的關(guān)系的基礎(chǔ)上的，即應(yīng)使物料顆粒具有盡可能大的軸向輸送速度，同時又使螺旋面上各點的軸向輸送速度大于圓周速度。即V2≤V1，由此可得：

整理得：S≤2rtan(π/4-ρ)，因此在2r=D處(在螺旋外徑處)，故可將上式寫成：

 Smax≤2πDtan(π/4-ρ)

所以螺距S應(yīng)滿足以下兩個條件：

Smax≤πk1D/?蕊Smax≤2πDtan(π/4-ρ)(10)

物料的摩擦系數(shù)同物料在料槽里的運動取向、運動速度、物料的尺寸、濕度以及螺旋葉片材料及表面狀態(tài)等有關(guān)。輸送物料的摩擦系數(shù)可參考連續(xù)運輸機設(shè)計手冊。通?？砂聪率接嬎懵菥?：

S=K1D(11)

對于標(biāo)準(zhǔn)的輸送機，通常螺距為K1=0.8~1.0；當(dāng)傾斜布置或輸送物料流動性較差時K1≤0.8；當(dāng)水平布置時，K1=0.8~1.0。

2.5 螺旋軸直徑

螺旋軸直徑的大小與螺距有關(guān)，因為兩者共同決定了螺旋葉片的升角，也就決定了物料的滑移方向及速度分布，所以應(yīng)從考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量的適當(dāng)分布來確定比較合理的軸徑與螺距之間的關(guān)系。

根據(jù)物料的運動分析可知，要保證物料在料槽中的軸向移動，螺旋軸徑處的軸向速度V1要大于0，即螺旋內(nèi)升角α<π/2-ρ，又因為tanρ=?蕊，tanα=S/(πd)，所以螺距與軸徑之間的關(guān)系必須滿足的條件之一是：

實踐證明，對大多數(shù)螺旋輸送機來說，一般其螺旋體的結(jié)構(gòu)均能滿足優(yōu)異個條件的要求但對螺旋體直徑較小(例如D=100 mm)的螺旋輸送機來說，其α2不一定能滿足優(yōu)異個條件的要求，因而在確定較小直徑螺旋體的S和d時，必須進行這項驗算工作。

軸徑與螺距的關(guān)系還應(yīng)滿足的第二個條件是：螺旋軸徑處的軸向速度V1要大于圓周速度V2，即V1>V2，由式(9)整理可得：

根據(jù)式(9)計算,當(dāng)?蕊取0.3,S=(0.8~1)D時,d≥(0.47~0.59)D；當(dāng)?蕊值增加時，d/D值還要增加。也就是說，根據(jù)式(13)計算得出的軸徑相當(dāng)大，這勢必降低有效輸送截面。為了保證足夠的有效輸送截面從而保證輸送能力，就得加大結(jié)構(gòu)，使得輸送機結(jié)構(gòu)粗大笨重，成本增加。所以，螺旋軸徑與螺距的關(guān)系應(yīng)是輸送功能與結(jié)構(gòu)的綜合，在能夠滿足輸送要求的前提下，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊。由于螺旋輸送機的填充系數(shù)較低，只要保證靠近葉片外側(cè)的物料具有較大的軸向速度，且軸向速度大于圓周速度即可。

一般軸徑計算公式為：

d=(0.2~0.35)D(14)

2.6 填充系數(shù)

物料在料槽中的填充系數(shù)對物料的輸送和能量的消耗有很大影響。當(dāng)填充系數(shù)較小時，物料堆積高度較低，大部分物料靠近螺旋外側(cè)，因而具有較高的軸向速度和較低的圓周速度，物料在輸送方向上的運動要比圓周方向顯著得多，運動的滑移面幾乎平行于輸送方向，這時垂直于輸送方向的附加物料流減弱，能量消耗降低；相反，當(dāng)填充系數(shù)較高時，物料運動的滑移面很陡，其在圓周方向的運動將比輸送方向的運動強，這將導(dǎo)致輸送速度的降低和附加能量的消耗。因而，填充系數(shù)適當(dāng)取小值較有利，一般取φ<50%。此外，傾斜角度的大小對填充系數(shù)也有一定的影響。各種物料的填充系數(shù)φ值可參考表1。

2.7 傾斜角度

螺旋輸送機的傾斜角度對于螺旋輸送機輸送過程的生產(chǎn)率和功率消耗都有影響，一般它是以一個影響系數(shù)的形式來體現(xiàn)的，傾斜輸送系數(shù)見表1。螺旋輸送機輸送能力將隨著傾斜角度的增加而迅速降低，同時，螺旋輸送機布置時傾斜角度也將影響物料的輸送效果。另外傾斜角度的大小還會影響填充系數(shù)，傾斜角度對填充系數(shù)的影響見表1。傾斜角度越大，允許的填充系數(shù)越小，螺旋輸送機的輸送能求，可采用多級傾斜布置，以減少損耗。

2.8 傳動功率

螺旋輸送機的驅(qū)動功率，是用于克服在物料輸送過程中的各種阻力所消耗的能量，主要包括以下幾個部分：①使被運物料提升高度H(水平或傾斜)所需的能量；②被運物料對料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗；③物料內(nèi)部顆粒間的相互摩擦引起的能量消耗；④物料沿料槽運動造成在止推軸承處的摩擦引起的能量消耗；⑤中間軸承和末端軸承處的摩擦引起的能量消耗。從另外的角度，也可以這樣分：物料與料槽間摩擦消耗的功率；物料與螺旋葉片間摩擦消耗的功率；軸承處摩擦消耗的功率；提升物料及物料顆粒間相互運動消耗的功率。

這樣，螺旋輸送機的電動機驅(qū)動功率，就由機構(gòu)運動過程中所產(chǎn)生的阻力來決定。阻力主要由以下幾個部分組成：①物料與料槽之間的磨擦阻力；②物料對螺旋的摩擦阻力；③物料傾斜向上輸送時的阻力；④物料懸掛軸承下的堆積阻力；⑤物料被攪拌所產(chǎn)生的阻力；⑥軸承的摩擦阻力。在計算功率的時候，為簡便起見，可以總結(jié)螺旋輸送機功率為以下幾個主要部分。即總的軸功率P應(yīng)包括物料運行需要功率P1，空載運轉(zhuǎn)所需功率P2，以及由于傾斜引起的附加功率P3三個部分，并且

P1=QLμ/367；P2=DL/

式中：P——螺旋輸送機的驅(qū)動功率(kW)；Q——輸送量(t/h)；L——輸送距離(m)；H——傾斜高度（m），H=Lsinβ；D——螺旋外徑(m);μ——物料運行阻力系數(shù)。

對于電動機驅(qū)動功率為

式中：ξ——功率儲備系數(shù)，一般取值為1.2～1.4；η——電動機傳動效率，η≤0.9，一般為了方便取以0.9計算。

對于連續(xù)運行系統(tǒng)中的螺旋輸送機，由于整個系統(tǒng)連續(xù)作業(yè)，且自動化程度很高，任何一個部位發(fā)生故障都會影響整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。因此，這種場合使用的輸送機應(yīng)有較大的功率儲備。

3 結(jié)語

螺旋輸送機是一種連續(xù)的物料輸送機械，由于連續(xù)運輸機在工作原理、結(jié)構(gòu)特點、輸送物料的方法和方向以及其它一系列特性上各有不同，因此種類繁多。在螺旋輸送機的設(shè)計中，主要是根據(jù)輸送物料性質(zhì)、輸送量、輸送距離、輸送傾角、螺旋轉(zhuǎn)速來確定螺旋輸送機的生產(chǎn)率和功率。設(shè)計參數(shù)主要有兩類，一類為設(shè)計常量，它是根據(jù)客觀規(guī)律，具體條件所確定的已知數(shù)據(jù)或者是預(yù)先給定的參數(shù)。另一類為設(shè)計變量，它是設(shè)計中可變化的需要確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)。由于飼料原料多種多樣，而且原料的特性隨原料的種類、產(chǎn)地、濕度以及備料凈化方式及效果等各種因素的不同而改變，因此，在確定螺旋輸送機的主要參數(shù)時，要從其輸送機理、物料的特性等方面入手，盡可能進行多種試驗，取得一些設(shè)計參數(shù)，才能設(shè)計出較符合物料特性的螺旋輸送機。

螺旋輸送機對于減輕繁重的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)物料輸送過程的機械化和自動化，都具有重要的現(xiàn)實意義。未來螺旋輸送機發(fā)展方向和趨勢是：①大運量、高速度、長使用壽命；②低能源消耗；③智能化發(fā)展；④空間可彎曲輸送；⑤組合復(fù)合化輸送，向著大型化發(fā)展；⑥擴大使用范圍；⑦環(huán)保意識設(shè)計，減少污染，實現(xiàn)綠色設(shè)計的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：略  作者：陳廣富 徐余偉

飼料螺旋輸送機設(shè)計參數(shù)的選擇和確定螺旋輸送機設(shè)計計算及選型講解螺旋輸送機螺旋輸送機,螺旋葉片生產(chǎn)廠家，型號齊全，價格合理，批發(fā)定做，圖片說明。