螺旋输送机螺距优化设计

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1、螺旋输送机螺距优化设计12姚茂河,易怀安（1．怀化职业技术学院湖南怀化418000；2.怀化学院，湖南怀化418000）摘要:针对现有螺旋输送机设计存在的不足，从速度分析入手，应用数学方法，推导出生产效率最高的螺距计算公式，为螺旋输送机的优化设计提供理论依据。关键词：绞龙；螺距；摩擦；效率引言螺旋输送机俗称“绞龙”，可用于输送粉状、颗粒状、小块状等物料。其结构简单，体积小，工作可靠，密闭性好。在建材、化工、冶金、煤炭、轻工、农机、粮食储藏、饲料及食品加工等行业均有应用。螺旋输送机的结构主要由绞龙轴、叶片、筒体三部分组成。根据使用场合不同，其结构形状也有所不同。用于输送、装料的绞龙

2、一般为圆柱形状，螺距都相等。这种绞龙轴与叶片一般分别制造，然后通过焊接或其它连接。绞龙叶片有完整的，有不完整的，还有片状的。筒体多为圆柱形，也有半圆柱槽形的。食品加工中的绞龙有圆锥形，变螺距的，具有挤压作用。本文主要研究食用菌培养基装袋用的绞龙，其结构为圆柱形，等螺距。水平放置，用于灌装粉状湿料。主要设计参数有外经D、轴径d和螺距S（见图1）。设计时，外径D可根据使用要求确定。轴径d的大小与多种因素有关，轴径太小，对输送不利，还会增加叶片的制造难度。轴径太大，显得笨重，结构不紧凑。文献[2]推荐取d=(0.2~0.35)D。螺距S可根据生产效率确定，在转速一定的条件下，一般说来，

3、螺距越小，效率越低。但螺距增大到一定程度后，效率不会再随螺距的增大而提高，反而会降低。文献[1]和[2]推荐取S=(0.8~1)D。文献[3]推荐取S=(0.7~1)D。但具体的取值，没有明确的依据。本文就针对这一课题进行探讨。1速度分析在绞龙的作用下，物料输送过程中，既有沿轴向的直线运动，又有绕轴线的旋转运动。速度分析如图1所示。1.1理想输送速度vv=nS/60……(1)式中：S—绞龙螺距。n—绞龙转速（r/min）。图1搅龙输送速度分析1.2垂直于螺旋叶片的理论速度vα=v.cosα=(nS/60)cosα……(2)式中：α—螺旋升角由图2可知，α与r之间的关系为tanα=

4、S/(2πr)r—螺旋叶片上任意一点所在的圆周半径。图2螺旋升角与半径1.3考虑摩擦后的物料输送速度由于螺旋叶片在旋转中推动物料时，物料与叶片间有摩擦，其输送力和输送速度受摩擦角的影响。因此，考虑摩擦后叶片推动物料的速度（见图1）为vβ=vα/cosβ=(nScosα)/(60cosβ)…………(3)则物料实际输送速度（轴向速度）为vf=vβcos(α+β)…………(4)利用三角函数并将(3)式代入(2)式，可以解得2vf=(nS/60)cosα(1-ftanα)…………(5)式中：f—物料与螺旋叶片之间的摩擦系数，f=tanβ。2物料输送量（流量）在螺旋输送器中，物料输送量Q为

5、单位时间内物料在叶片推动下输出的物料。如图3所示。流量的表达式为Q=KρυdA……（6）d∫fA式中：Kd—充满系数，由物料确定。这里取Kd=1进行计算。ρ—物料的密度。图3搅龙截面微分图因为dA=rdrdθ，忽略叶片厚度时2D/2ρnS2Q=∫dθ∫cos(1−ftanα)rdr…………（7）600d/2解得：222ρn2223πD+S23−1πD−1πdQ={πS(D−d)−Sln()−2πfS(D−d)+2fS[tan()−tan()]}222240ππd+SSS…………（8）3最佳螺距上式（8）中，将S作为自变量，对其进行求导。当Q'=f'(S)=0时，Q有极限值0（验算

6、为极大值）。这时的螺距S0就是我们要寻求的最佳值。240π令φ(S)=Q，y=φ′(S)ρnρn则Q′=φ′(S)240π当Q′=0时，φ′(S)=0。所以，只要求出y=φ′(S)表达式，即可求得S0.y=φ′(S)2222223πD+S23−1πD−1πd={πS(D−d)−Sln()−2πfS(D−d)+2fS[tan()−tan()]}′222πd+SSS2222πfd+SπfD+S−1πD−1πdπD+S=S{2S(−)+6f[tan()−tan()]−3ln()}222222222πd+SπD+SSSπd+S+]π(D−d)[π(D+d)−4fS…………（9）用近似解法

7、，可求得y=0时的S值，该S值便是最佳螺距S0。上式用计算机编程计算，输入已知参数D、d、f后，可以立即得到结果，例如下表所示。表1螺距计算举例绞龙直径轴径摩擦系数最佳螺距序号DdfS0174200.692.6274200.877.237420165.5474201.256.6574201.741.767425167.574012135.986016153.1910025187.91010030189.74结论由以上分析计算可知，当绞龙外径和轴径确定后，合理的绞龙螺距值与输送物料