螺旋輸送裝置的研究現狀及未來發展的淺析論文

　　0引言

　　1887年，美國出現了第一臺螺旋輸送裝置；此后，由于糧食、化工、冶金、碼頭等多種行業的需求，不斷完善，逐漸研制出了多種系列的螺旋輸送裝置。該裝置輸送過程中能完成揉搓、壓縮、攪拌、混合等處理，在實際生產過程中還能實現變頻調速和準確控制輸送量，是污泥、柵渣等的專用設備，同時也是喂料或卸料專用裝置。

　　隨著螺旋輸送裝置在多個行業中應用的普及，對其性能要求也越來越高。適用性強、可靠性高、節能環保、效率高、功耗低等特點己成為今后螺旋輸送裝置發展的主要方向。目前，國際上對螺旋輸送裝置的研究基本集中在應用先進的方法和計算機技術對傳統裝置進行理論分析并改進設計、對結構和參數進行優化、進一步修正經驗公式、研發新產品及其用新的控制技術等。

　　1國內外螺旋輸送裝置的發展狀況

　　1.1國外螺旋輸送裝置的發展狀況

　　1.1.1理論分析方面

　　國外螺旋輸送裝置適用于多種流動性好的物料的中短距離的輸送和提升，通常用來輸送散裝物料和干燥的固體顆粒，并能準確地控制輸送量。有很多學者通過對水平和垂直螺旋輸送裝置的輸送過程進行理論分析，對輸送性能進行評估，并找出了影響因素及其因素之間的關系。其中，Chris等人研究了機器本身的結構參數對輸送性能的影響。CLEARY等人研究了輸送對象的特性對輸送性能的影響。但是，設計過程中對螺旋輸送裝置的理論分析不夠完善，對一些參數的計算仍根據經驗公式來確定，導致機器在輸送過程中出現生產率低、功耗大等問題。

　　1.1.2設計制造方面

　　國外研制的螺旋輸送裝置除了常規結構以外也根據不同的應用場合設計出的特種結構型：錐形直徑螺旋、錐形軸及變螺距螺旋和錐形軸變螺距螺旋等。這些螺旋輸送器由于結構復雜、制造成本高、功耗大，所以不適應生產需求，沒有被廣泛的應用，需要進一步完善。

　　除了以上提及的螺旋輸送裝置以外，把不同規格的水平螺旋輸送機和垂直螺旋輸送機組合起來形成一個卸船機系統。在國外，很早以前就開始對螺旋卸船機進行了研究，其中技術領先的公司有瑞典的Siwertell和Carlsen公司、意大利的VAM公司以及法國的IBAV公司，單機卸船能力都能達到1000t/h以上，其中Siwertell公司研發的螺旋卸船機卸船能力達到了2 700t/h。

　　1.1.3仿真研究方面

　　根據現有的文獻得知，國外對螺旋輸送裝置的性能分析方面主要集中在利用虛擬樣機技術對機器進行動態監控及可視化研究。

　　20世紀70年代Cundall開發了離散單元法(DEM)，能準確模擬仿真顆粒在系統內部的運動情況。在輸送領域中，Groger首次利用DEM法分析了管道輸送裝置的輸送性能。隨后， OWEN等人前后利用DEM法對不同形狀的散粒物料在不同狀態下的螺旋輸送機內的運動情況進行模擬仿真，并把得出的結論與試驗值和經驗值比較，結果表明他們所采取的方法是可行的。Jigar Patel等通過分析DEM法在螺旋輸送機輸送過程仿真方面的研究現狀，并提出了建議：未來有限元法能代替離散單元法實現物料在輸送機內運動整個過程的動態觀察及分析。

　　1.2國內螺旋輸送裝置的研究狀況

　　1.2.1結構參數和螺旋葉片形狀方面

　　由于我國螺旋輸送裝置被廣泛應用于多種行業，其結構參數和葉片的形狀種類較多。從結構參數方面來講，有變速、變螺距、變外殼直徑、變軸徑、大傾角、可伸縮等螺旋輸送裝置。除此之外，有無軸螺旋輸送裝置，適用于污泥、垃圾處理，也適合輸送農作物秸稈等粗飼料。但是由于造價成本高，以及受到結構參數方面的影響沒有被廣泛推廣應用。很多學者針對不同結構參數的輸送裝置進行了大量的研究，結果表明，合理設計和改進其結構參數對解決實際應用過程中的堵塞、效率低、功耗大、壽命短等問題都具有現實意義。

　　對于螺旋輸送裝置堵塞問題，很多學者做過多方面的研究。通常是因為螺旋葉片和殼體的間隙小，被輸送物料的流動性差或者輸送長度大于5m時所用吊軸承所導致。針對以上實際問題，李學哲對小直徑的螺旋輸送機堵塞原因進行了分析，并提出了改進措施。通過試驗，證明改進后的輸送機完全能避免堵塞。

　　對于輸送裝置易磨損、效率低、功耗大、壽命短等問題，學者們通過理論分析與試驗研究找出了原因，并提出改進措施。楊志勇等通過分析指出螺旋輸送機在使用過程中常因葉片、螺旋端頭和吊軸承的嚴重磨損而導致輸送效率降低甚至報廢等情況。馬曉錄為了減小快速螺旋輸送機螺旋葉片和機筒間的摩擦，對其間隙進行了研究，給出了兩者之間間隙的設計及計算公式，指出了方便有效的方法，經過試驗證明結果合理可靠。商興國分析其工作原理及固體材料和螺旋輸送機葉片的磨損機理，并通過試驗得出了葉片的磨損規律。

　　國內常見螺旋面可分為4種類型：實體螺旋、帶式螺旋、漿狀葉片和齒狀葉片，根據所輸送物料的種類和物理特性來選定。其中，應用最廣的是實體螺旋，它具有結構簡單、生產率高的優點，適合輸送干燥的粉狀、粒狀以及有粘附性的物料；帶式螺旋多用于塊狀、較大顆粒狀和稍帶粘性的物料，輸送的物料較為均勻，也可用在兩種物料的混合上；漿狀葉片適用于輸送易被擠壓成塊和潮濕發粘的物料，輸送過程中對物料具有強烈的松散、攪拌作用；齒形螺旋適合輸送腐蝕性強、粘性大的物料，同時也有松散和攪動作用。

　　1.2.2設計理論研究方面

　　我國很多學者針對各種水平和垂直螺旋輸送裝置的各個參數進行過大量的試驗研究，結果表明各種機型基本上能滿足輸送要求。但同時指出，隨著螺旋輸送裝置在各行業中應用的拓展，對其性能要求也越來越高，因此完善設計理論分析，并深入研究其工作性能，對于有效地解決實際應用過程中遇到的問題，提高勞動生產率，實現輸送機械化和自動化都具有現實意義。

　　根據文獻得知，多數研究主要集中在對螺旋輸送裝置的輸送機理進行理論分析并給出計算方法，對螺旋軸進行設計和校核以及壽命預測，對于螺旋葉片的設計，外密封裝置的研制，制造材料的應用分析，傳動裝置的設計及驅動電機的選擇等方面做了研究，并給出了計算公式。但是，對于傳統的.設計理論和設計方法而言，過程繁瑣且精度低，未能避免實際應用過程遇到的生產率低、功耗大等關鍵問題。

　　隨著計算機技術的發展，有學者開始利用先進的虛擬樣機技術對輸送裝置進行選型和設計，并對其進行有限元分析。其中，屈少敏利用SolidWorks軟件具有的系列零件的設計表配置和驅動功能實現了碾米機上螺旋輸送器零件模型的快速創建，克服了傳統設計方法繁瑣，降低了人為造成的偏差，提高了精度和設計效率。胡樹林等對煤礦螺旋輸送機的主要參數進行了設計，并用ANSYS軟件對其關鍵部件進行有限元分析，結果表明該設計能滿足實際要求。李英通過分析垂直螺旋輸送機內物料的運動和受力情況，以其最佳輸送狀態理論為基礎，得出了最佳轉速和最大輸送效率的計算理論，并在C+ + 60平臺下開發了快速設計計算垂直螺旋輸送機的界面。通過實際應用證明：該用戶界面使用方便，能滿足快速客戶化的生產模式要求郭維城等設計出了一種秸稈物料專用垂直螺旋輸送機，利用SolidWorks軟件對其進行建模優化，它結構簡單、操作安全方便、截面積小、造價成本低，能完全滿足實際需求。

　　國內對螺旋輸送裝置的產品介紹很多，并在多種秸稈類粗飼料的輸送和喂入場合使用，如聯合收割機、壓塊機和膨化機上都設計到；但是對輸送過程的理論分析文章尚不多見。黃石茂通過分析纖維物料輸送過程中堵塞的原因，并對影響因素進料口的幾何形狀進行了改進設計，減少了堵塞，提高了輸送能力螺旋輸送機由于結構簡單、占地面積小、安裝靈活及密封性好等優點，在粗飼料加工過程中被受廣泛的應用。白曉虎等研制出了秸稈螺旋輸送裝置，并對其工作性能進行了試驗研究。實驗結果表明：其可滿足不同粒度和含水率的秸稈物料的喂料要求。

　　國內很多學者對現有的產品基礎上做大量的改進設計，同時提出了對新型產品(如彎曲母線螺旋面、變螺距、變直徑等螺旋輸送裝置)開發利用的展望。也有學者研發了新產品，楊麗珍研發出了一種輸送過程中伴有密封及高壓要求的新型高壓密封螺旋輸送機。