螺旋设计
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- 螺旋设计输送螺旋的设计计算与成型方法
杨 健
摘 要 参考有关资料和工作实践经验总结了一种简易、实用、科学的成型方法——拉制成型法，并与常用的冲压焊接成型法进行了粗略的比较。
关键词 螺旋输送机 实体螺旋 叶片 设计计算成型
1 前言
螺旋输送机是属于不具有挠性牵引构件的输送机械，其作用原理是：由带有螺旋片的转动轴在一封闭的料槽内旋转，使装入料槽的物料由于本身重力及其对料槽的摩擦力的作用，而不和螺旋一起旋转，只沿料槽向前运移，它可以沿水平及倾斜方向或垂直向上的方向输送物料，输送物料的同时可完成混合、掺合和冷却等作业，其优点是结构简单、紧凑、工作可靠、维修简单，成本低廉，可在线路任一点装载，也可在许多点卸载，在烟草机械行业中螺旋输送机被广泛应用于输送烟梗、烟末。
螺旋轴是螺旋输送机的基本构件，它由轴和螺旋叶片组成，按照输送物料的性质不同，分四种形式：
1) 实体螺旋(图1a))
图1 螺旋形状
a)实体；b)带式；c)叶片式；d)齿形。
实体螺旋是最常用的一种形式。适用于输送流动性好的、干燥的、小颗粒或粉状物料，因此，烟草机械行业中采用的均为实体螺旋。
2) 带式螺旋见图1b)
适用于输送块状的或粘滞性的物料；
3) 叶片式螺旋见图1c)和齿型螺旋见图1d)。
这两种螺旋适用于输送容易被挤紧的物料和在输送过程中需要同时进行搅拌混合等作业。
2 实体螺旋轴的设计与成型
2.1 设计计算如图2
图2 螺旋轴的设计图
螺旋轴的设计图。
2.1.1 实体螺旋直径D由下式计算
(1)
式中：AZ——物料综合特性系数，见文献［1］；
Ψ——充填系数(查表同上)；
C——倾斜工作时输送量校正系数(查表同上)；
Po——物料堆积密度， t/m3；
Q——输送能力， t/h。
按上式计算得出的D值应圆整为下列标准螺旋直径：100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1 000、1 250 mm。
2.1.2 实体螺旋螺距t可根据螺旋直径D来确定
t=0.8D
计算得出的螺旋螺距t值亦需圆整为下列数值：100、125、160、200、250、315、355、400、450、500、560、630 mm。
2.1.3 轴一般用无缝钢管两端组焊轴头加工成，其轴径d的设计可按设计手册标准程序进行，在这里不作详细说明。
2.2 成型方法及叶片展开尺寸
2.2.1 专业生产厂中，螺旋叶片由钢板冲压而成，然后将它们相互焊接起来，其厚度δ=2～8 mm，随输送物料性质不同而不同，最后将叶片套在轴上与轴焊接成型，即冲压焊接成型法，其螺旋面叶片及展开图见图3。
图3 冲压焊接成型法螺旋面叶片及展开图
a)螺旋面叶片；b)展开图
图中L′、L随叶片厚度不同而异，经试验决定，其余各尺寸满足如下关系：在一个螺旋螺距t内，螺旋线长度等于展开叶片内孔周长，如图1。
即：
(2)
2.2.2 我厂现为烟机行业所生产的螺旋输送机多为单件小批生产，且精度要求不高，考虑现有的生产条件、经济性及实用性，结合多年的实践经验，我们采用的是拉制成型法，如图4所示，用两V型支座6支撑螺旋轴两轴头，固定夹持4与拉伸夹持2上装有固定夹持螺钉，以便于固定叶片。操作时，先将螺旋叶片点焊串联在一起套在轴上，并与固定夹持4，拉伸夹持2固定，搬动手动葫芦拉伸，在拉伸过程中要用榔头敲打叶片，促使叶片成型，同时可减小回弹。利用这种方法加工既简单又方便，但对螺旋叶片有相应的尺寸要求，图5为螺旋叶片及展开图。
图4 拉制成型法示意图
1-手动葫芦；2-拉伸夹持；3-工作；
4-固定夹持；5-固定座；6-支座。
图5 拉制成型法螺旋面叶片及展开图
a)螺旋面叶片；b)展开图。
其中d1、D1、及c尺寸计算同2.2.1，但此时的d1值为方便螺旋轴成型，根据经验，应在上述计算得出的基础上增大1.5～2 mm，叶片开口两素线必须过圆心，否则各叶片串焊在一起后不同轴，螺旋轴将无法成型，叶片开口角度α可不作要求，它只关系到叶片的数量，为使数量准确，可由下列各式推导计算出α值：
π(d1-d1理)=πd1α/360°
d1-d1理=(α/360°)d1
α=360°(d1-d1理)/d1 (3)
式中：d1——展开叶片内孔实际值；
d1理——2.2.1中计算得出的理论值。
经过上述计算，一个螺距内只用一个叶片，其数量可以很精确，但考虑加工过程中的不稳定因素，可适当增加1～2片。
叶片厚度δ根据物料(烟梗、烟末)性质，一般取δ=3 mm，各尺寸与叶片厚度无直接关系。
2.2.3 计算实例
某烟厂需一台螺旋输送机输送烟梗，已知条件是：
输送物料：烟梗
物料堆积密度(含水率18%～21%)：
ρo=0.24 t/m3
输送量：Q=0.5 t/h(含水率18%～21%)
倾斜角：β=35°
实际输送长度：L=4.5 m
1) 螺旋直径和螺距的计算
由《非标准设备设计手册》表53—126查得：
Ψ=0.2 Az=0.06 A=30
螺旋输送机倾斜布置β=35°，查《非标准设备设计手册》，由表53—127得：
C=0.5。
螺旋直径D按式(1)计算为
取D=0.2 m
t=0.8 D=0.16 m
实际设计过程中，此时还应计算螺旋轴极限转速n，校核填充系数Ψ值，最后确定D=200 mm,t=160 mm，这里略过不详细论述。
2) 拉制成型法叶片各尺寸(见图4)
叶片厚度取为δ=3 mm
螺旋轴径d值按标准设计程序确定为：
d=50 mm
据式(2)：
实际加工中取d1=73＋0．5 mm
则D1=d1＋2C＝73＋2×75=223 mm
α=360°(d1-d1理)/d1
=360°(73-71.37)/73
=8.03°
取α=8°
上述1)、2)就将此台螺旋输送机螺旋轴设计完毕，其余各部件及相关设计在这里不作论述。
3 结束语
经实践证明，上述螺旋轴的设计计算及成型方法简单、经济具有较高的科学性和实用价值。
作者单位：710研究所
参考文献
1 张展主编.非标准设备设计手册.北京：兵器工业出版社，1995.9
2 范祖尧.现代机械设备设计手册.第三卷.北京：机械工业出版社，1996.7
3 蔡春源.新编机械设计实用手册.北京：学苑出版社，1992.7
4 中国烟草机械标准汇编(二).北京：北京科学技术出版社，1997.1
5 机械工人.北京：机械工业出版社，1992(9)...
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