300 t/h垂直螺旋输送机设计与改进

孙远韬　吴　丹　潘松胜　夏　华　张　氢

1 同济大学机械与能源工程学院　2 无锡松大重工机械有限公司



300 t/h垂直螺旋输送机设计与改进

孙远韬1吴丹2潘松胜2夏华2张氢1

1 同济大学机械与能源工程学院2 无锡松大重工机械有限公司

从垂直螺旋卸船机的核心装置-螺旋取料装置的密封、润滑及垂直传送的机理出发，研究了螺旋头结构的改进方法，确定了螺旋装置合理的临界转速，得到了一种性能更好，可靠性更高，维护量小的散货装备核心部件。

临界转速; 螺旋卸船机; 散货; 磨损; 密封

1　前言

散货卸船机主要有间歇式卸船机和连续式卸船机2大类型。间歇式卸船机的代表是抓斗卸船机。但随着国家对环保要求增加，传统的抓斗卸船机或门机已经无法满足环境治理要求，因此越来越多的生产厂家都开始致力于研发连续式、全封闭卸船设备，以满足环保要求。螺旋卸船机是此类代表性产品，其最大优点是物料在密闭管道内输送，大大减少了粉尘污染，同时易于清仓。

在世界范围内，芬兰Cargotec公司的标志性产品Siwertell螺旋卸船机长期垄断世界螺旋卸船机市场[1]。Siwertell螺旋卸船机的核心技术主要是反转倾斜翼板取料技术和垂直螺旋的中间支承技术。反转倾斜翼板取料技术是以倾斜翼板与垂直螺旋反向旋转取料，可保证垂直螺旋较高的充填率，外螺旋或刮板可松散物料以保证进料口处物料充足，易于达到船舱各个角落，但对物料的流动性依赖性高，卸船机平均效率较低。垂直螺旋的中间支承技术采用与上下输送螺旋连成一体的支撑螺旋，支撑螺旋上镶有一排硬质合金柱体，与外部轴瓦形成滑动支撑，输送螺旋连续，物料通过性好。但对垂直螺旋轴、支撑螺旋及支撑轴瓦的制造安装有极高的要求，当螺旋轴因外载荷或制造安装导致结构同轴度误差时，引起螺旋轴局部结构受力极大，磨损极其严重，甚至卡死，进而导致垂直卸船机能耗较高[2]。因此，研制高效的垂直螺旋卸船机是发展港口多功能螺旋卸船机的关键所在。螺旋取料头存在的主要问题是磨损件磨损较快和能耗较大。本文就是从垂直螺旋卸船机的核心装置-螺旋取料装置的密封、润滑及垂直传送的机理出发，研究螺旋头的结构的改进方法，确定螺旋装置合理的临界转速方法，从而得到一种性能更好，可靠性更高，维护量小的散货装备。

2　取料头结构改进

现有的取料头大都采用普通轴承，易磨损，并容易受到物料的污染而加剧，而且没有独立的储油腔体，需要定期加油，增加了很多工作量。同时现有的取料头一般只采用一道密封圈，密封效果不够理想。 本设计利用振动式物体滑落原理，在螺旋取料头主轴内设置一个储油腔体(如图1所示)，螺旋取料头在工作过程中，储油腔体中储存的润滑油会由于振动自动流出，均匀地涂抹在设备接触面上，起到润滑作用，通过润滑油的自重，实现轴承的自润滑，解决了在取料过程中需人工反复加油进行润滑、增加工作人员工作量的问题。

图1　取料头储油腔

采用滑轮滚动技术，在底轴与钨钢轴承的相对旋转部位焊接有钨钢颗粒，其具有硬度高、耐磨、强度和韧性好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，同时也为取料头的内螺旋提供了径向旋转支撑，使之能更好的发挥功能，解决了在使用普通轴承耐磨性低、磨损强度大而造成使用寿命短的问题。

采用多层密封措施，将轴承座与底座之间放置有毡圈、机械密封、密封环三道密封圈，将其之间接口的缝隙完全密封，解决了由于接口密封差，导致液压油外漏、增加了员工清洗强度的问题。

3　临界转速确定

垂直螺旋输送机的输送机理与水平螺旋输送机的输送机理不同，是依靠适当的螺旋转速使物料产生足够的离心力和因离心力而产生的与管壁之间的摩擦力。当螺旋以临界转速nk旋转时，物料颗粒随螺旋叶片一起旋转，物料在离心力的作用下与管壁贴紧。管壁对物料颗粒上的法向支持力为Ft=mRωk2，故产生的摩擦力为Ftμt(μt为物料与管壁之间的摩擦系数)尚不足以延缓物料颗粒的旋转运动，此时物料与螺旋面之间无法形成相对运动而只能随螺旋轴在原地旋转，不能达到向上输送的目的[3]。

如图2(b)所示，物料颗粒在螺旋线处展开，临界状态下，物料没有上升运动，物料受到来自管壁的摩擦力必是水平方向的，在螺旋线展开的平面上，物料处于如下几种力的作用下达到极限平衡状态：重力mg；螺旋作用于物料的法向作用力与摩擦力的合力Fs(Fs与法线方向偏转一摩擦角φs)；管壁作用于物料的法向作用力Ft和摩擦力Ftμt等[4]。由图2(c)的力多边形可以得出：

图2　极限情况下物料颗粒的受力

可得：

而转速

故，临界转速为：

4　结语

现场的运行情况证明，所设计的螺旋卸船机的生产能力达到300t/h，，并且螺旋头加油的工作量由以往1周1次延长到5～6周左右1次，日常维护的工作量大大降低,，保证了生产的连续性和设备的使用可靠性。

[1]梅磊. 螺旋却船机垂直输送机理及试验研究[D].武汉:武汉理工大学.2014: 7-8.

[2]陈天沛.L型螺旋卸船机垂直轴段中间支撑特性分析[D].武汉:武汉理工大学.2013: 16-17.

[3]梁庚煌.运输机械手册(第2册)[M]. 北京: 化学工业出版社,1983.

[4]蒋琼珠.连续输送机[M].北京: 人民交通出版社, 1986.

Design and Reconstruction of the 300 t/h Vertical Screw Type Conveyer

Sun Yuantao1Wu Dan2Pan Songsheng2Xia Hua2Zhang Qing1

1 School of Mechanical and Energy Engineering of Tongji University2 Wuxi Songda Heavy Machinery Co., Ltd.

Starting from the research on seal, lubrication and vertical transmission mechanism of the spiral feeding device, which is the core device in the vertical screw ship unloading machine, this paper mainly studied the structural improvement method of the spiral head, where the critical revolution speed was determined. From the field operation, it shows that the core component of bulk cargo equipment presents a better performance and reliability and needs less maintenance workload.

critical revolution speed; screw ship unloading machine; bulk cargo; abrasion; seal

2016-05-24

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.04.001

国家自然科学基金项目(C51205292)

孙远韬： 200092，上海市嘉定区曹安公路4 800号

国家科技支撑计划：(2015BAF06B00)

国家科技支撑项目：(2014BAF08B05)