螺旋输送机的设计

程韦武 庞莲香 蓝同平

（广西博世科环保科技股份有限公司，南宁 530007）

1 螺旋输送机的特点

螺旋输送机是一种使用动力带动一根螺旋状的心轴旋转，利用螺旋状心轴旋转时螺线会向前或向后推动的原理，用来带动物料一起运动，实现物料的远距离机械输送。螺旋输送机具有机械结构简单、造价便宜、工作可靠稳定、噪音小、维护成本低、便于加长输送距离等优点。在结构布局上，它也非常灵活，一般为水平布置，也可以倾斜或者垂直布置，因此得到广泛的应用。螺旋输送机一般用于较小块状的物料、颗粒状的物料以及黏性较低的干粉物料，如炉渣、干河砂、散煤、石灰、水稻、小麦、玉米粉等。从外形方面来看，其分为U型螺旋输送机和管状螺旋输送机。

2 螺旋输送机的组成

螺旋输送机一般由电机、减速机、联轴器、前端支座、中间支座、尾端支座、壳体、入料口、卸料口、螺旋轴组成，当螺旋输送机较长时将由多段壳体、多段螺旋轴组成，并且在中间会设置若干个吊轴承作支撑，一般设置吊轴承的间距为3～4m，也可以根据挠度设计计算确定设置间距，吊轴承应尽量少设置，因为在吊轴承处容易发生物料阻塞现象。壳体一般选用厚度不小于4mm钢板或是钢管制成。螺旋输送机的结构如图1所示。

螺旋轴的结构一般为焊接结构，由空心管外焊有钢板制成的螺旋带、空心管的两端有实心的轴头组焊而成，并且轴头的材料一般都经过调质热处理。两端的轴头支承在前后两端轴承座上，其中一端通过联轴器和动力装置连接，在动力装置的驱动下螺旋轴作旋转运动，被输送物料从入料口进入螺旋输送机，当螺旋轴转动时，由于螺旋轴的推力作用，物料沿着壳体向前推进，当物料被推到卸料口时则排出。螺旋轴受到物料推进的反作用力，受力端装有推力球轴承和调心球轴承各一个，另外一端则只需安装调心球轴承一个。由于螺旋轴转速过快的原因，有的物料会越过卸料口而堆积在端部，为了解决这一现象，通常在卸料口处的螺旋轴上靠近端部的一侧加上圆形挡板使物料不能越过去，也可以在端部增加一小段反向的螺旋叶片，还有一个行之有效的办法就是降低螺旋轴的工作转速。

图1 螺旋输送机的结构

3 螺旋输送机的设计计算

3.1 螺旋直径、螺旋轴转速、螺旋螺距的计算

3.1.1 螺旋直径的计算

螺旋直径的计算公式如式（1）所示。

式中，D为螺旋直径，mm；K为物料综合特性系数，查表1可得；Im为质量输送量，t/h，设计参数根据工作需要确定；φ为填充系数，根据不同物料选择适当的数值，查《螺旋输送机》（JB/T 7679-2008）中表A.2可得；ρ为物料堆积密度，t/m3；c为倾角系数，水平布置时c=1，螺旋输送机轴线每倾斜1°时，降低0.02，如果必须要在中间支承处装料时，降低0.1。

表1 物料种类与综合特性系数之间的关系

按式（1）求得的螺旋直径然后进行圆整，对于输送流动性差的大块形状物料，螺旋直径D至少应为物料平均边长的6倍，如果大块的物料比例较少时，也可选用较小一些的螺旋直径。推荐选取比较接近的标准螺旋直径，标准螺旋直径数值如表2所示。

3.1.2 螺旋轴工作转速的计算

螺旋轴的工作转速影响输送量的大小和选用电动机的功率大小，转速在满足输送量的前提下不能过高，过高会造成功率的浪费，而物料也会因受到过大的离心力飞起扬尘，产生很大的噪音，污染工作环境。所以，螺旋轴的工作转速n不能超过极限转速nj，不同的物料适合的工作转速不一样，螺旋轴的转速应综合物料特性来确定。

表2 标准螺旋直径数值

式中，n为螺旋轴转速，r/min；nj为螺旋轴的极限转速，r/min；A为物料综合特性的系数，查表1可得；D为螺旋直径，m。

按式（2）计算然后选择合适的转速，也可以根据表2选用推荐的转速数值，但应小于极限转速。对于不是选择标准直径的螺旋直径，转速可以按表2数值使用插值法计算确定。

3.1.3 螺旋螺距的计算

螺旋螺距的计算公式如下：

式中，S为螺旋螺距；K1为物料综合特性系数，通常取值为0.8～1.0，当倾斜布置或输送物料流动性较差时，K1≤0.8；D为螺旋直径，螺旋螺距也可以参照表2推荐的数值。

3.1.4 填充系数的校验

螺旋直径D、转速n、螺旋螺距S确定后，必须进行φ填充系数的校验。

计算所得的填充系数应不大于前面选择的数值。

3.1.5 螺旋轴心轴直径的计算

螺旋轴心轴直径的大小与螺旋轴的刚度有关，也与输送量有关，一般先按螺旋直径初步确定心轴的直径，计算公式如式（5）所示，最后要根据3.2校核最大挠度值来进行判断。

3.2 挠度ymax的计算

螺旋输送机的输送距离一般都比较远，螺旋轴较长时，两个支承轴承的间距较大，这时螺旋轴会因为自重产生挠屈变形，变形的最大量参考简支梁的计算方法。变形过大会因为下垂与外壳相碰，造成噪音和传动功率的增加或是设备的损坏，影响正行运行，需要对螺旋轴的最大挠度ymax进行计算。

式中，ymax为挠度，mm；m为螺旋体自重，kg；L为两个轴承中心距，cm；E为材料弹性模数， N/cm2；I为心轴截面惯性距，cm4。

计算出挠度后，挠度应小于螺旋体外径距壳体内壁的距离，推荐挠度不能大于螺旋名义间隙的50%，这样就不会产生卡阻现象。不同螺旋直径的名义间隙数值如表3所示。

3.3 驱动功率的计算

随着输送螺旋的转运和物料向前的运动，产生了若干反抗运动的阻力，其由下列阻力组成：物料运行阻力、空载运转阻力和倾斜阻力。这就是螺旋输送机驱动装置为了克服摩擦、倾斜以及物料在装料产生运动而必须克服的所有阻力。所以，螺旋输送机驱动功率计算公式为：

式中，P为螺旋输送机轴所需的总功率，kW；PH为物料运行时所需的功率，kW；PN为空载运转时的驱动功率，kW；Pst为倾斜功率，kW。

P螺旋输送机轴所需的总功率为上述各个功率之和，代入式（7）可得：

式中，Im为质量输送量，t/h；L为螺旋输送机长度，m；λ为运行阻力系数，查《螺旋输送机》（JB/T 7679-2008）中表A.2可得；D为螺旋公称直径，m；H为提升高度，m。

4 螺旋叶片的加工方法

目前，国内制造螺旋叶片的方法有单件冲压焊接成型、碾制成型、冷轧成型、拉伸成型等方法，其中碾制成型的产品用料薄时厚度为1.5～3mm，具有内沿外沿厚度一致、塑变小的特点，在节约能源方面有很大的潜力。6mm厚度以上的叶片可采用冷轧技术来满足需求，冷轧的叶片属于单片，具有等厚的条件。连轧叶片属于碾制成型，成型的过程中会发生挤压，成型后，会出现由内边缘向外边缘慢慢变薄的情况，5mm板做成型后，内边缘5mm，外边缘3mm。3.5mm板做成型后，内边缘3.5mm，外边缘2mm。由于规格型号不同，厚度会产生不同的变化。螺旋叶片常用的材质有碳钢、45#耐磨钢（硬度比碳钢高）不锈钢304、16锰、不锈铁201等。

表3 不同螺旋直径的名义间隙数值

5 螺旋输送机的防腐要求

螺旋输送机上油漆之前应进行表面处理，表面除尘除锈，表面质量至少应达到《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB/T 8923.1-2011）中喷砂的Sa2.5或手工除锈的St3级的要求；涂漆部件应涂底漆一层，面漆两层。漆膜总厚度为50～100μm，漆膜附着力应达到《色漆和清漆 漆膜的划格试验》（GB/T 9286-1998）中的2级要求。

6 螺旋输送机设计中要注意的几个问题

一般螺旋输送机的设计是从要求、条件等方面下手，算出一些理论值，再根据设计手册选取标准值，然后根据标准值从中选出最优标准，如果不采用标准值，应对计算所得数值进行圆整，其他配件应尽量取标准值。

选择螺旋参数时如果不选标准值，应与配套厂家联系，确定厂家现有螺旋规格或是厂家能够生产何种规格再做选择，避免出现设计出来后无法找到厂家配套的尴尬。

当壳体使用管式结构时，不推荐使用卷制成型的尺寸，最好使用标准的钢管尺寸，因为标准钢管的尺寸精度和圆度都比较高，并且比卷制更为经济，这样能提高生产效率，降低生产成本。