螺旋設計
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- 螺旋設計輸送螺旋的設計計算與成型方法
楊 健
摘 要 參考有關資料和工作實踐經驗總結了一種簡易、實用、科學的成型方法——拉制成型法，并與常用的沖壓焊接成型法進行了粗略的比較。
關鍵詞 螺旋輸送機 實體螺旋 葉片 設計計算成型
1 前言
螺旋輸送機是屬于不具有撓性牽引構件的輸送機械，其作用原理是：由帶有螺旋片的轉動軸在一封閉的料槽內旋轉，使裝入料槽的物料由于本身重力及其對料槽的摩擦力的作用，而不和螺旋一起旋轉，只沿料槽向前運移，它可以沿水平及傾斜方向或垂直向上的方向輸送物料，輸送物料的同時可完成混合、摻合和冷卻等作業，其優點是結構簡單、緊湊、工作可靠、維修簡單，成本低廉，可在線路任一點裝載，也可在許多點卸載，在煙草機械行業中螺旋輸送機被廣泛應用于輸送煙梗、煙末。
螺旋軸是螺旋輸送機的基本構件，它由軸和螺旋葉片組成，按照輸送物料的性質不同，分四種形式：
1) 實體螺旋(圖1a))
圖1 螺旋形狀
a)實體；b)帶式；c)葉片式；d)齒形。
實體螺旋是最常用的一種形式。適用于輸送流動性好的、干燥的、小顆�；蚍蹱钗锪�，因此，煙草機械行業中采用的均為實體螺旋。
2) 帶式螺旋見圖1b)
適用于輸送塊狀的或粘滯性的物料；
3) 葉片式螺旋見圖1c)和齒型螺旋見圖1d)。
這兩種螺旋適用于輸送容易被擠緊的物料和在輸送過程中需要同時進行攪拌混合等作業。
2 實體螺旋軸的設計與成型
2.1 設計計算如圖2
圖2 螺旋軸的設計圖
螺旋軸的設計圖。
2.1.1 實體螺旋直徑D由下式計算
(1)
式中：AZ——物料綜合特性系數，見文獻［1］；
Ψ——充填系數(查表同上)；
C——傾斜工作時輸送量校正系數(查表同上)；
Po——物料堆積密度， t/m3；
Q——輸送能力， t/h。
按上式計算得出的D值應圓整為下列標準螺旋直徑：100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1 000、1 250 mm。
2.1.2 實體螺旋螺距t可根據螺旋直徑D來確定
t=0.8D
計算得出的螺旋螺距t值亦需圓整為下列數值：100、125、160、200、250、315、355、400、450、500、560、630 mm。
2.1.3 軸一般用無縫鋼管兩端組焊軸頭加工成，其軸徑d的設計可按設計手冊標準程序進行，在這里不作詳細說明。
2.2 成型方法及葉片展開尺寸
2.2.1 專業生產廠中，螺旋葉片由鋼板沖壓而成，然后將它們相互焊接起來，其厚度δ=2～8 mm，隨輸送物料性質不同而不同，最后將葉片套在軸上與軸焊接成型，即沖壓焊接成型法，其螺旋面葉片及展開圖見圖3。
圖3 沖壓焊接成型法螺旋面葉片及展開圖
a)螺旋面葉片；b)展開圖
圖中L′、L隨葉片厚度不同而異，經試驗決定，其余各尺寸滿足如下關系：在一個螺旋螺距t內，螺旋線長度等于展開葉片內孔周長，如圖1。
即：
(2)
2.2.2 我廠現為煙機行業所生產的螺旋輸送機多為單件小批生產，且精度要求不高，考慮現有的生產條件、經濟性及實用性，結合多年的實踐經驗，我們采用的是拉制成型法，如圖4所示，用兩V型支座6支撐螺旋軸兩軸頭，固定夾持4與拉伸夾持2上裝有固定夾持螺釘，以便于固定葉片。操作時，先將螺旋葉片點焊串聯在一起套在軸上，并與固定夾持4，拉伸夾持2固定，搬動手動葫蘆拉伸，在拉伸過程中要用榔頭敲打葉片，促使葉片成型，同時可減小回彈。利用這種方法加工既簡單又方便，但對螺旋葉片有相應的尺寸要求，圖5為螺旋葉片及展開圖。
圖4 拉制成型法示意圖
1-手動葫蘆；2-拉伸夾持；3-工作；
4-固定夾持；5-固定座；6-支座。
圖5 拉制成型法螺旋面葉片及展開圖
a)螺旋面葉片；b)展開圖。
其中d1、D1、及c尺寸計算同2.2.1，但此時的d1值為方便螺旋軸成型，根據經驗，應在上述計算得出的基礎上增大1.5～2 mm，葉片開口兩素線必須過圓心，否則各葉片串焊在一起后不同軸，螺旋軸將無法成型，葉片開口角度α可不作要求，它只關系到葉片的數量，為使數量準確，可由下列各式推導計算出α值：
π(d1-d1理)=πd1α/360°
d1-d1理=(α/360°)d1
α=360°(d1-d1理)/d1 (3)
式中：d1——展開葉片內孔實際值；
d1理——2.2.1中計算得出的理論值。
經過上述計算，一個螺距內只用一個葉片，其數量可以很精確，但考慮加工過程中的不穩定因素，可適當增加1～2片。
葉片厚度δ根據物料(煙梗、煙末)性質，一般取δ=3 mm，各尺寸與葉片厚度無直接關系。
2.2.3 計算實例
某煙廠需一臺螺旋輸送機輸送煙梗，已知條件是：
輸送物料：煙梗
物料堆積密度(含水率18%～21%)：
ρo=0.24 t/m3
輸送量：Q=0.5 t/h(含水率18%～21%)
傾斜角：β=35°
實際輸送長度：L=4.5 m
1) 螺旋直徑和螺距的計算
由《非標準設備設計手冊》表53—126查得：
Ψ=0.2 Az=0.06 A=30
螺旋輸送機傾斜布置β=35°，查《非標準設備設計手冊》，由表53—127得：
C=0.5。
螺旋直徑D按式(1)計算為
取D=0.2 m
t=0.8 D=0.16 m
實際設計過程中，此時還應計算螺旋軸極限轉速n，校核填充系數Ψ值，最后確定D=200 mm,t=160 mm，這里略過不詳細論述。
2) 拉制成型法葉片各尺寸(見圖4)
葉片厚度取為δ=3 mm
螺旋軸徑d值按標準設計程序確定為：
d=50 mm
據式(2)：
實際加工中取d1=73＋0．5 mm
則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)就將此臺螺旋輸送機螺旋軸設計完畢，其余各部件及相關設計在這里不作論述。
3 結束語
經實踐證明，上述螺旋軸的設計計算及成型方法簡單、經濟具有較高的科學性和實用價值。
作者單位：710研究所
參考文獻
1 張展主編.非標準設備設計手冊.北京：兵器工業出版社，1995.9
2 范祖堯.現代機械設備設計手冊.第三卷.北京：機械工業出版社，1996.7
3 蔡春源.新編機械設計實用手冊.北京：學苑出版社，1992.7
4 中國煙草機械標準匯編(二).北京：北京科學技術出版社，1997.1
5 機械工人.北京：機械工業出版社，1992(9)...
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