螺旋輸送裝置的研究現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展分析論文

0引言

　　1887年，美國(guó)出現(xiàn)了第一臺(tái)螺旋輸送裝置;此后，由于糧食、化工、冶金、碼頭等多種行業(yè)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(guò)程中能完成揉搓、壓縮、攪拌、混合等處理，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速和準(zhǔn)確控制輸送量，是污泥、柵渣等的專用設(shè)備，同時(shí)也是喂料或卸料專用裝置。

　　隨著螺旋輸送裝置在多個(gè)行業(yè)中應(yīng)用的普及，對(duì)其性能要求也越來(lái)越高。適用性強(qiáng)、可靠性高、節(jié)能環(huán)保、效率高、功耗低等特點(diǎn)己成為今后螺旋輸送裝置發(fā)展的主要方向。目前，國(guó)際上對(duì)螺旋輸送裝置的研究基本集中在應(yīng)用先進(jìn)的方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)裝置進(jìn)行理論分析并改進(jìn)設(shè)計(jì)、對(duì)結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、進(jìn)一步修正經(jīng)驗(yàn)公式、研發(fā)新產(chǎn)品及其用新的控制技術(shù)等。

1.國(guó)內(nèi)外螺旋輸送裝置的發(fā)展?fàn)顩r

　　1.1國(guó)外螺旋輸送裝置的發(fā)展?fàn)顩r

　　1.1.1理論分析方面

　　國(guó)外螺旋輸送裝置適用于多種流動(dòng)性好的物料的中短距離的輸送和提升，通常用來(lái)輸送散裝物料和干燥的固體顆粒，并能準(zhǔn)確地控制輸送量。有很多學(xué)者通過(guò)對(duì)水平和垂直螺旋輸送裝置的輸送過(guò)程進(jìn)行理論分析，對(duì)輸送性能進(jìn)行評(píng)估，并找出了影響因素及其因素之間的關(guān)系。其中，Chris等人研究了機(jī)器本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)輸送性能的影響CLEARY等人研究了輸送對(duì)象的特性對(duì)輸送性能的影響。但是，設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)螺旋輸送裝置的理論分析不夠完善，對(duì)一些參數(shù)的計(jì)算仍根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定，導(dǎo)致機(jī)器在輸送過(guò)程中出現(xiàn)生產(chǎn)率低、功耗大等問(wèn)題。

　　1.1.2設(shè)計(jì)制造方面

　　國(guó)外研制的螺旋輸送裝置除了常規(guī)結(jié)構(gòu)以外也根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)出的特種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、功耗大，所以不適應(yīng)生產(chǎn)需求，沒(méi)有被廣泛的應(yīng)用，需要進(jìn)一步完善。

　　除了以上提及的螺旋輸送裝置以外，把不同規(guī)格的水平螺旋輸送機(jī)和垂直螺旋輸送機(jī)組合起來(lái)形成一個(gè)卸船機(jī)系統(tǒng)。在國(guó)外，很早以前就開(kāi)始對(duì)螺旋卸船機(jī)進(jìn)行了研究，其中技術(shù)領(lǐng)先的公司有瑞典的Siw-ertell和Carlsen公司、意大利的VAM公司以及法國(guó)的IBAV公司，單機(jī)卸船能力都能達(dá)到1000t/h以上，其中Siwertell公司研發(fā)的螺旋卸船機(jī)卸船能力達(dá)到了2 700t/h。

　　1.1.3仿真研究方面

　　根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)得知，國(guó)外對(duì)螺旋輸送裝置的性能分析方面主要集中在利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)機(jī)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控及可視化研究。

　　20世紀(jì)70年代Cundall開(kāi)發(fā)了離散單元法(DEM)，能準(zhǔn)確模擬仿真顆粒在系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)情況。在輸送領(lǐng)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(duì)不同形狀的散粒物料在不同狀態(tài)下的螺旋輸送機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行模擬仿真，并把得出的結(jié)論與試驗(yàn)值和經(jīng)驗(yàn)值比較，結(jié)果表明他們所采取的方法是可行的Patel等通過(guò)分析DEM法在螺旋輸送機(jī)輸送過(guò)程仿真方面的研究現(xiàn)狀，并提出了建議:未來(lái)有限元法能代替離散單元法實(shí)現(xiàn)物料在輸送機(jī)內(nèi)運(yùn)動(dòng)整個(gè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)觀察及分析。

　　1.2國(guó)內(nèi)螺旋輸送裝置的研究狀況

　　1.2.1結(jié)構(gòu)參數(shù)和螺旋葉片形狀方面

　　由于我國(guó)螺旋輸送裝置被廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)，其結(jié)構(gòu)參數(shù)和葉片的形狀種類較多。從結(jié)構(gòu)參數(shù)方面來(lái)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(wú)軸螺旋輸送裝置，適用于污泥、垃圾處理，也適合輸送農(nóng)作物秸稈等粗飼料。但是由于造價(jià)成本高，以及受到結(jié)構(gòu)參數(shù)方面的影響沒(méi)有被廣泛推廣應(yīng)用。很多學(xué)者針對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的輸送裝置進(jìn)行了大量的研究，結(jié)果表明，合理設(shè)計(jì)和改進(jìn)其結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)解決實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的堵塞、效率低、功耗大、壽命短等問(wèn)題都具有現(xiàn)實(shí)意義。

　　對(duì)于螺旋輸送裝置堵塞問(wèn)題，很多學(xué)者做過(guò)多方面的研究。通常是因?yàn)槁菪~片和殼體的間隙小，被輸送物料的流動(dòng)性差或者輸送長(zhǎng)度大于時(shí)所用吊軸承所導(dǎo)致。針對(duì)以上實(shí)際問(wèn)題，李學(xué)哲對(duì)小直徑的螺旋輸送機(jī)堵塞原因進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)措施。通過(guò)試驗(yàn)，證明改進(jìn)后的輸送機(jī)完全能避免堵塞。

　　對(duì)于輸送裝置易磨損、效率低、功耗大、壽命短等問(wèn)題，學(xué)者們通過(guò)理論分析與試驗(yàn)研究找出了原因，并提出改進(jìn)措施。楊志勇等通過(guò)分析指出螺旋輸送機(jī)在使用過(guò)程中常因葉片、螺旋端頭和吊軸承的嚴(yán)重磨損而導(dǎo)致輸送效率降低甚至報(bào)廢等情況。馬曉錄為了減小快速螺旋輸送機(jī)螺旋葉片和機(jī)筒間的摩擦，對(duì)其間隙進(jìn)行了研究，給出了兩者之間間隙的設(shè)計(jì)及計(jì)算公式，指出了方便有效的方法，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明結(jié)果合理可靠。商興國(guó)分析其工作原理及固體材料和螺旋輸送機(jī)葉片的磨損機(jī)理，并通過(guò)試驗(yàn)得出了葉片的磨損規(guī)律。

　　國(guó)內(nèi)常見(jiàn)螺旋面可分為4種類型:實(shí)體螺旋、帶式螺旋、漿狀葉片和齒狀葉片，根據(jù)所輸送物料的種類和物理特性來(lái)選定。其中，應(yīng)用最廣的是實(shí)體螺旋，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn)，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(fā)粘的物料，輸送過(guò)程中對(duì)物料具有強(qiáng)烈的松散、攪拌作用;齒形螺旋適合輸送腐蝕性強(qiáng)、粘性大的物料，同時(shí)也有松散和攪動(dòng)作用。

　　1.2.2設(shè)計(jì)理論研究方面

　　我國(guó)很多學(xué)者針對(duì)各種水平和垂直螺旋輸送裝置的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行過(guò)大量的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明各種機(jī)型基本上能滿足輸送要求。但同時(shí)指出，隨著螺旋輸送裝置在各行業(yè)中應(yīng)用的拓展，對(duì)其性能要求也越來(lái)越高，因此完善設(shè)計(jì)理論分析，并深入研究其工作性能，對(duì)于有效地解決實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中遇到的問(wèn)題，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)械化和自動(dòng)化都具有現(xiàn)實(shí)意義。 根據(jù)文獻(xiàn)得知，多數(shù)研究主要集中在對(duì)螺旋輸送裝置的'輸送機(jī)理進(jìn)行理論分析并給出計(jì)算方法，對(duì)螺旋軸進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核以及壽命預(yù)測(cè)，對(duì)于螺旋葉片的設(shè)計(jì)，外密封裝置的研制，制造材料的應(yīng)用分析，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇等方面做了研究，并給出了計(jì)算公式。但是，對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法而言，過(guò)程繁瑣且精度低，未能避免實(shí)際應(yīng)用過(guò)程遇到的生產(chǎn)率低、功耗大等關(guān)鍵問(wèn)題。