试论螺旋输送机圆柱螺旋叶片简易制作工艺及安装方法*

2014-03-26郭在云

机电工程技术 2014年4期

郭在云

（云南能源职业技术学院，云南曲靖 655001）

螺旋输送机广泛应用于化工、电力、冶金、煤炭等行业，适用于水平或倾斜输送粉状、粒状和小块状物料，如煤炭、矿石、水泥等，可同时完成输送、搅拌、混合等工艺要求，物料进入过多时也不会产生卡阻现象。螺旋输送机的规格型号较多，其中常用的有LS、GX、DX型号，其工作原理是旋转的螺旋叶片将物料推移进行输送和混合，由于螺旋叶片在工作过程中一直处于旋转，并与输送物料进行摩擦，属易损件和消耗件，需定期进行更换。螺旋输送机使用过程中，叶片消耗量较大，叶片更换安装也较为麻烦，需由设备生产厂家完成，造成停产检修周期长，对生产影响较大。笔者在相关企业进行调研时，发现大多数生产企业都有机修车间，并配有一定的设备和工程技术人员，LS、GX、DX型号螺旋输送机结构较为简单，如制定简易、适用的圆柱螺旋叶片制作及安装工艺，则可在现场自行设计、制作和安装，不仅充分利用设备和人员，降低配件成本，还能有效缩短停产检修时间，提高生产效益。笔者结合在某企业参与圆柱螺旋叶片设计制造及安装经验，对圆柱螺旋螺旋叶片的简易制作工艺及安装展开方法作一些讨论。

1 螺旋叶片制作方法

螺旋直径小于600 mm，叶片厚度小于14 mm的圆柱叶片的制作，通常采用的工艺流程为划线、放样、下料、锻压成型，螺旋输送机螺旋部分是由若干段导程相等的叶片焊接而成，内圈又与螺旋轴焊接在一起，如图1所示。制作的设备只需下料、锻压、焊接等通用设备即可，适合大多数企业的机修车间配置状况。锻压模具一般企业无法自行加工，设计好后可到相应厂家定制，锻压时模具精度要求较高，必须保证叶片的展开圆切角α与计算的尺寸相一致，误差小于1°，否则焊接时会出现两叶片对接不吻合，产生偏差；其次，焊接时还会出现叶片与传动轴之间产生较大间隙和扭曲现象[1-2]。

图1 螺旋输送机结构图

2 圆柱螺旋叶片的展开

以上两方面因素，会造成冲压模具设计理论依据不够精确，叶片冲压成型后质量难以保证。想有效避免叶片制作中产生的误差，则需选择较为准确的螺旋面展开图。螺旋叶片是由不可展开曲面组成的构件，放样、下料尺寸无精确的计算方法，误差较大。螺旋输送机螺旋叶片大都属于同轴两圆柱截断的正螺旋面，笔者根据实际工作经验，总结展开图采用经验作图法和近似计算法较为简便和精准。下面分别介绍圆柱螺旋叶片展开图的两种展开方法。

2.1 经验图解法

采用作图法比较直观，展开后所得尺寸准确度较高。但过程繁琐，对绘图、测量工具精度要求较高，绘图、测量过程中，必须注意力高度集中，否则误差较大。图解法作展开的方法是：通过导程P和螺旋面的内外圆柱面周长，用直角三角形法分别求出内外螺旋线实长l、L；再以二分之一l、L及叶片宽h作直角梯形，求得展开半径r作切口环圆即为所求。具体作法如下[3]。

如图2所示为一个导程螺旋面，螺旋输送机同轴两圆柱截断的正螺旋面的一个导程投影图，其中D为螺旋外圆直径、d为螺旋内圆直径、P为螺旋导程，均为已知尺寸，是螺旋输送机设计给定尺寸。2.1.1根据D、d、P三个尺寸确定内、外两条圆柱螺旋线l、L的实长

图2 叶片尺寸标注

绘制展开图的步骤，按一定比例以导程P为对边，即AB=P；取πd、πD为底边，作直角三角形△ABC和△ABD，其中BC=πd、BD=πD，得到AC、AD两条边长即为内、外两条圆柱螺旋线的实长，确定AC=l，AD=L，如图3所示。在测量l、L尺寸时至少测三次，如数据偏差较大，则更换测量工具后再测，力求每次测量结果一致，方能保证数据的准确。

图3 圆柱螺旋叶片展开图

2.1.2 画展开图

作一等腰梯形EFGN，上底长EF=BC，下底GN=BD，高h=（D－d）/2，延长梯形的两腰交于O点，O点即为作展开图环圆中心；

过O点作EF、GN的垂线分别交于1、2两点，并分别以O1、O2为半径作同心圆弧，大圆弧23等于L；

连接O、3两点与小圆弧交于点4，即完成一个导程的展开图。如图4所示。其中α、r、h，即为所求尺寸。

其中：α——展开圆切角；

r——螺旋叶片展开内圆半径；

h——螺旋叶片宽度。

图4 叶片一个导程展开图

2.2 近似计算法

计算展开法是通过已知尺寸D、d、P，利用近似计算公式，计算出有关参数后作出展开图。需要计算的尺寸有：l—叶片内圆柱螺旋线长、L—叶片外圆柱螺旋线长、C—切缺弦长、α—环圆切缺角。该方法简便、快捷，但由于是近似计算公式，结果误差值较大，需进行试验后修正数据。

计算公式：

2.3 螺旋面展开后尺寸分析

采用图解法和计算法来展开螺旋叶片均属于经验法，目前尚无精确计算的方法，各项数据仍是近似值，在实际生产中还需进行修正，所获得的各参数还要与焊缝、卷板和成型所需的预留尺寸进行综合分析，方可获得准确实际下料尺寸。因此在放样时，需制作模板进行实验，并根据结果对某些尺寸进行调整、修正，方保证焊接组装后达到相应技术要求，保证叶片之间、叶片与螺旋轴连接面均较平顺、自然、无错对现象。其中α角度大小确定非常关键，α随着h值的变化而改变，α角的准确性对叶片连接面的平顺性和正确对接影响较大。经过多次实验发现采用作图法得到的α角度值准确性高，误差较小，在焊接过程中能保证叶片之间、叶片与传动轴焊接吻合性好，验证了采用经验作图法的准确性和可行性较好。

3 螺旋叶片安装工艺

LS、GX、DX型号螺旋输送机的叶片大多数是圆柱螺旋叶片，叶片按导程P分段锻压成型，然后将叶片沿圆柱螺旋线焊接于传动轴上，并同时完成叶片与叶片之间的焊接，最终焊接成具有一定长度的螺旋输送轴，如图5所示。螺旋叶片的安装，最主要的技术就是叶片与叶片、叶片与传动轴之间的焊接，焊接工艺性的好坏决定了螺旋输送机质量。在焊接时，必须注意以下几个方面。

图5 螺旋叶片、传动轴焊接示意图

3.1 叶片、传动轴材料焊接性能分析

叶片的材料普遍选用Q235A钢，属于低碳钢，含C量在0.14%～0.22%，一般没有淬硬倾向，产生裂纹、气孔的倾向小，焊接性能良好，易保证焊接接头质量，适合手工电弧焊、气体保护焊等焊接方法。传动轴选用45钢，含碳量在0.42%～0.5%，属于中碳钢，在焊接过程中淬硬倾向较大，焊接热影响区容易产生淬火组织及焊接裂纹，施工时须采用预热、缓冷措施，以减少焊接应力，防治焊接裂纹，改善焊接接头塑韧性。另外，对于45钢的焊接，必须正确选择合理焊接方法和焊缝布置。在采用手工电弧焊焊接时，应尽量选用碱性低氢焊条，可提高焊缝抗裂纹能力。

3.2 叶片下料注意事项

叶片在下料时须将下道工序的加工余量保留好，将内圆半径r减少0.5 mm左右，内圆加工完毕后，安装时叶片内圆与轴之间结合时较为贴合、间隙小，便于固定，还可防止叶片偏斜及叶片连接面出现错位现象，保证叶片与传动轴焊接后积累误差造成的变形。用气割将料下成圆环，在车床上加工内、外圆后，再将缺口割下。这样可避免在车床上加工时，损伤刀具。

3.3 合理的焊接方法

（1）前面已分析了叶片、传动轴材料的焊接性能，为保证焊接质量，在开始焊接前须将焊条进行预热，经300℃～350℃烘干1小时左右，而后放保温桶中保存使用，目的是为了减少焊缝参数气孔、夹渣等缺陷。

（2）在螺旋叶片与传动轴焊接时，应从传动轴两端叶片向中间均匀进行焊接，将焊缝分散，可以使工件的局部加热相对均匀，降低焊接应力和应力集中现象。否则，只从一端焊接，会导致叶片加热速度过快，且热源连续运动，使焊接应力较大，叶片变形较为严重。

（3）两叶片对接时，须对叶片进行焊前预热，由于叶片较薄，焊接过程中极易产生变形。预热方法是将叶片全部进行适当加热，可减小叶片焊缝区和周边金属的温差，使两叶片能均匀地冷却收缩，有效减少焊接应力和变形。两叶片结合面是圆弧，并且厚度小，叶片两面焊缝要均匀，焊条移动速度也要均匀。焊接前必须检查叶片余量是否足够，焊后方能保证螺距均匀符合要求，螺旋形状良好。