螺旋輸送機綜合性能研究臺架試驗裝置的設(shè)計

張自然　張闖　王波　萬強

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，主要用于輸送各種粉狀，顆粒狀和小塊物料，因其結(jié)構(gòu)簡單，密封性能好，操作安全方便及成本低等優(yōu)點，以及在某些生產(chǎn)作業(yè)過程中還能實現(xiàn)混合攪拌等工藝的處理，在國民經(jīng)濟生產(chǎn)中，它的應(yīng)用已經(jīng)遍及各個行業(yè)，如采礦、化工、建材、冶金、機械制造、輕紡織工業(yè)、糧食等，是工業(yè)生產(chǎn)和物料運輸方面比較重要的機器設(shè)備，對于提高勞動生產(chǎn)效率，提高機器生產(chǎn)自動化能力都有重大現(xiàn)實意義。

從輸送物料位移方向和角度來劃分，螺旋輸送機一般分為水平固定式，傾斜式和垂直式螺旋輸送機三大類型。水平式和垂直式螺旋輸送機由于實際應(yīng)用中比較廣泛，其設(shè)計制造和性能參數(shù)相關(guān)研究比較成熟，大傾角螺旋輸送機的傾角主要是大于20°小于90°，同水平式的輸送機工作原理差別較大，而國家標準規(guī)定里關(guān)于螺旋輸送機所提供的內(nèi)容只適用于水平和微傾斜（15°以下）螺旋輸送機的設(shè)計計算，而對于大傾角螺旋輸送機設(shè)計計算沒有權(quán)威數(shù)據(jù)可供參考。

一、螺旋輸送機主要設(shè)計參數(shù)及其選取

螺旋輸送機的設(shè)計參數(shù)主要有輸送量、螺旋軸轉(zhuǎn)速、螺旋葉片直徑、螺距、螺旋軸直徑、填充系數(shù)、傳動功率以及傾斜角度。由于傾斜角度是一個在設(shè)計完成后會影響到輸送機的輸送性能的參數(shù)，且它對其他的一些參數(shù)也會有影響，因此其影響的不確定性也很大，目前也沒有可以供參考的權(quán)威數(shù)據(jù)。

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)率和功率消耗均有影響。螺旋輸送機輸送能力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)：傾斜角度越大，允許的填充系數(shù)越小，螺旋輸送機的輸送能力越低。

二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在國內(nèi)，關(guān)于螺旋輸送機的研究比較多，但主要是研究水平或者是微傾斜的螺旋輸送機。1977年4月，洛陽工業(yè)高等專科學(xué)校的趙紅霞，劉建壽和李志榮等人從螺旋葉片結(jié)構(gòu)尺寸出發(fā)，對輸送機的螺旋葉片結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化問題做了深入研究，研究出螺旋葉片的結(jié)構(gòu)尺寸對輸送機的輸送效率的影響，得到了螺旋輸送機的輸送功率的通用計算公式，但結(jié)果往往小于實際值。針對這個問題，武漢食品工業(yè)學(xué)院的龐美榮等人經(jīng)研究分析提出了推薦計算公式，并將推薦計算公式和通用計算公式結(jié)合起來，得到的結(jié)果同實際值相符。

國外在20世紀中后期，對大傾角螺旋輸送機的研究比較活躍。Robert等人對大傾角螺旋輸送機進行了臺架試驗，對大傾角螺旋輸送機的理論進行了豐富。目前，隨著粉體力學(xué)及相關(guān)分析軟件的不斷發(fā)展，許多研究者用EDEM或FLUENT軟件對大傾角螺旋輸送機進行仿真模擬計算，但是由于缺乏實際的試驗數(shù)據(jù)來驗證，這些模擬計算結(jié)果的可靠性還待考證。

目前，關(guān)于水平或者微傾斜的螺旋輸送機研究較多，也較成熟，而大傾角螺旋輸送機的研究很少，也不全面。由此，我們設(shè)計如下臺架試驗裝置，通過各種不同物料不同傾角的試驗來驗證傾角參數(shù)的影響。

三、自動化臺架試驗裝置

如圖1所示，這是一套專門用來研究螺旋輸送機工作性能的試驗臺架，通過該臺架可以完成大傾角螺旋輸送機的性能試驗研究。該試驗臺架可以針對不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)、工作性能參數(shù)、輸送傾角以及不同的輸送物料進行單因素或多因素的試驗，通過研究，該試驗臺架應(yīng)具有以下幾個特點：

1.輸送傾角可變：設(shè)計一個變傾角裝置改變螺旋輸送機的傾角，研究傾角對輸送流量的影響。

2.螺旋轉(zhuǎn)速可調(diào)：選用調(diào)速電機可方便改變螺旋軸轉(zhuǎn)速，用來研究轉(zhuǎn)速對輸送流量的影響。

3.可測量物料瞬時流量：設(shè)計一個固體顆粒流量測量裝置，準確測量出物料在出料口處的瞬時流量。

4.物料的可循環(huán)輸送：能夠方便的實現(xiàn)物料的循環(huán)利用，降低研究成本。

5.螺旋軸方便拆卸和更換：用來研究不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對輸送性能的影響。

進行大傾角螺旋輸送機的性能試驗研究時，實驗機架上安裝好螺旋輸送機，調(diào)試完成后開始實驗。經(jīng)過多次實驗，獲得大量準確的實驗數(shù)據(jù)，并通過對數(shù)據(jù)的處理和研究，分析出在大傾角情況下，轉(zhuǎn)速和傾角對輸送流量的影響，為提高設(shè)備的輸送效率，優(yōu)化機器設(shè)備性能提供有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。該裝置還可以完成相關(guān)物料在大傾角螺旋輸送機中的填充系數(shù)的測定和傾角系數(shù)的補充和完善，填補傾角大于20°傾角系數(shù)的空白。

四、結(jié)束語

上述螺旋輸送機試驗臺架結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于裝卸，安全可靠，具有完善的數(shù)據(jù)測量及采集功能，研制完成后，可以用作各種不同大傾角螺旋輸送機的試驗研究平臺。該平臺可以為后續(xù)試驗數(shù)據(jù)處理提供大量的原始數(shù)據(jù)，為研究設(shè)計參數(shù)的選取對輸送性能的影響打下堅實的基礎(chǔ)。

圖1 螺旋輸送機臺架試驗裝置示意圖

參考文獻

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