螺旋输送装置设计开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1.1螺旋输送装置简述

螺旋输送装置是一种没有挠性牵引构件的连续输送装置，其结构简单，横向尺寸紧凑，操作方便，便于维护，可封闭输送，物料不易抛洒，灰尘不易外扬，污染小；可水平安装，倾斜安装和垂直安装。1887年，第一台螺旋输送装置由阿基米德发明，后经改进和不断完善，逐渐研制出了多种类型的螺旋输送装置，在冶金、建材、化工、粮食及机械加工等领域有着广泛的应用。我国目前采用的螺旋输送机有GX系列和LS系列^[1]，GX螺旋输送机是我国最早定型生产的通用性生产设备，LS螺旋输送机是在GX螺旋输送机的基础上修改设计的新一代螺旋输送装置。

1.2 螺旋输送装置的工作原理

螺旋输送装置主要是依靠带有螺旋叶片的轴在封闭的料槽中旋转或令带有内螺旋叶片的圆筒旋转从而推动物料运动，水平螺旋输送装置主要利用摩擦力输送物料，垂直螺旋输送装置主要利用离心力输送物料，物料在输送过程中会与螺旋输送装置内部产生剧烈摩擦，有被碾碎的可能，装置本身的能耗和机件磨损也较为严重，因此螺旋输送装置不宜过长，一般不超过70m，输送能力一般小于100t/h。另外，螺旋输送装置在输送的过程中还可以起到搅拌、混合的作用，例如在饲料的输送过程中，饲料受螺旋旋转的影响，会在一复合运动中沿螺旋轴做一个空间运动，从而起到搅拌、混合的作用^[2]。

1.3 螺旋输送装置的基本结构

螺旋输送装置可分为普通螺旋输送机、螺旋管输送机、垂直输送机和可弯曲螺旋输送机四大类^[3]。也可分为有轴螺旋输送机和无轴螺旋输送机，我们平时所说的螺旋运输装置一般是指有轴螺旋输送机。

螺旋输送装置一般由传动装置、螺旋片、螺旋轴、轴承、机壳、端墙板、上盖板、卸料板等组成。

螺旋片是螺旋输送装置的主要工件，固定在螺旋轴上，用轴承支撑，作旋转运动。螺旋管输送机的叶片则是焊在输送管内壁上，随输送管的旋转而旋转^[4]。螺旋片主要有满面式、带式、月牙式和锯齿式。满面式主要用来输送干燥后的粉状、粒状及有沾附性的物料，其推力大、效率高，是应用最广的一种；带式多用于输送较大粒状块状和捎带粘性的物料，也可进行两种物料的混合作业；月牙式是将月牙状的叶片按输送方向，以一定距离用螺钉固定在螺旋轴上形成的螺旋，其角度按物料推进方向和速度可以很方便地加以调节，具有强烈的搅拌作用，适用于输送潮湿发粘和易挤压成块的物料；锯齿式适用于输送粘性大和腐蚀性强的物料，同时具有搅动和松散的作用。

轴承的选择方面，由于螺旋输送装置除了承受径向力外还承受轴向力, 所以轴承应选择向心推力轴承。中间轴承为滑动轴承，与两边螺叶间隙越小越好，以免物料断流。垂直螺旋输送器两端轴承为推力轴承或向心轴承与角接触球轴承的组合支承,不能安装中间轴承,否则会阻料。

机壳由槽身、两端墙板、上盖板、进料口和出料口组成。当螺旋轴圆周速小于0.8m/s时可用扩口或U形槽；当螺旋轴圆周速大于0.8m/s时应在扩口和U形槽的顶部加上盖板或设计成封闭槽，以免物料抛洒^[5]。

1.4 螺旋输送装置的参数设计

参数设计计算是螺旋输送装置选型设计过程中的重要部分，文献[6]即是通过设计计算、螺旋输送机及配套驱动装置的选用和螺旋输送机的安装与调整完成了螺旋输送装置的选型设计。文献[7]对造纸工业中用于原料及浆料输送的螺旋输送机的输送机理进行了分析探讨,为螺旋输送机的工作参数和结构参数的确定提供了理论依据。

螺旋输送装置的主要参数有输送量、螺旋轴转速、螺旋叶片直径、螺距、螺旋轴直径、填充系数、倾斜角度、传动功率。

输送量一般根据生产需要给定，也与其他参数密切相关，是衡量螺旋输送机生产能力的一个重要指标。

螺旋轴转速是根据物料输送量、螺旋直径和物料的特性而定，在满足输送量要求的前提下，螺旋转速不宜过高，更不允许超过临界转速，当转速超过临界转速时，物料会因为离心力过大而被抛起，以致无法输送。螺旋轴转速对输送量有较大的影响，一般说来，螺旋轴转速提高则输送量提高，转速减小则输送量减小。

螺旋叶片直径是螺旋输送机的重要参数，直接关系到输送机的生产量和结构尺寸。一般根据螺旋输送机生产能力、输送物料类型、结构和布置形式确定螺旋叶片直径。

螺距决定着螺旋的升角，还决定着在一定填充系数下物料运行的滑移面，所以螺距的大小直接影响着物料输送过程。输送量和直径一定时，螺距改变，物料运动的滑移面随着改变，这将导致物料运动速度分布的变化。通常螺距应满足下列两个条件：即考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系两个条件，来确定最合理的螺距尺寸。

螺旋轴直径的大小与螺距有关，两者共同决定了螺旋叶片的升角，即决定了物料的滑移方向及速度分布，所以从考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量的适当分布来确定最合理的轴径与螺距之间的关系。

填充系数对物料的输送和能量的消耗有很大影响。当填充系数较小时，物料堆积高度较低，大部分物料靠近螺旋外侧，因而具有较高的轴向速度和较低的圆周速度，物料在输送方向上的运动要比圆周方向显著得多，运动的滑移面几乎平行于输送方向，这时垂直于输送方向的附加物料流减弱，能量消耗降低；相反，当填充系数较高时，物料运动的滑移面很陡，其在圆周方向的运动将比输送方向的运动强，这将导致输送速度的降低和附加能量的消耗。因而，填充系数适当取小值较有利，一般取小于50％。此外，倾斜角度的大小对填充系数也有一定的影响。

螺旋输送机的倾斜角度对于螺旋输送机输送过程的生产率和功率消耗都有影响，一般它是以一个影响系数的形式来体现的。螺旋输送机输送能力将随着倾斜角度的增加而迅速降低，同时，螺旋输送机布置时倾斜角度也将影响物料的输送效果。另外倾斜角度的大小还会影响填充系数，倾斜角度越大，允许的填充系数越小，螺旋输送机的输送能力越低。因此，在满足使用条件的前提下，螺旋输送机尽量避免倾斜布置，最好采用水平布置；若工艺需要采用用倾斜布置，为了提高输送效率，倾斜角度也不宜太大，一般倾斜角度γ=10-20。若一级不能满足要求，可采用多级倾斜布置，以减少损耗。

螺旋输送机的传动功率是用于克服物料输送过程中的各种阻力消耗的能量，所以螺旋输送机的电动机驱动功率就由机构运动过程中所产生的阻力来决定。在计算电机驱动功率时，要充分考虑各种因素，尽量接近实际需要，若电机功率选择不当, 轻则螺旋输送机不能正常工作; 重则电机烧毁, 造成事故^[8-11]。

文献[12]中对通用计算公式算出的螺旋轴功率往往小于实际需要值的问题进行理论分析并提出了推荐公式，按照推荐公式和通用公式算出的结果与实际需要相符。

1.5 螺旋输送装置的优化研究

随着螺旋输送装置在各行业中应用的扩大，对其性能要求也越来越高。目前在实际应用过程中仍存在功耗大、生产率低等问题，解决这些问题的方法就是利用先进的技术手段对输送过程进行动态监控及对螺旋输送装置进行优化设计。

在输送过程的动态监控方面，Yoshiyuki Shimizu，Philip J．OWEN等人先后利用离散单元法^{[12] [13]}对不同形状的散粒物料在不同状态下的螺旋输送机内的运动情况进行模拟仿真，并把得出的结论与试验值和经验值比较，结果表明他们所采取的方法是可行的^{[14] [15]}。Jigar Patel等通过分析离散单元法在螺旋输送机输送过程仿真方面的研究现状，并提出了建议: 未来有限元法能代替离散单元法实现物料在输送机内运动整个过程的动态观察及分析^[16]。

孟文俊，王晓竑对垂直螺旋输送机内散体物料的分布情况进行分析，表明机器内散体物料可视为非牛顿流体，并利用FLUENT软件对垂直螺旋输送机输送过程进行模拟，得到物料的密度分布规律^[17]。

在优化设计方面，赵红霞，王淑珍对螺旋输送机进行简化，从摩擦理论出发得出螺旋输送机的效率优化公式，并计算出常用的螺旋输送机在效率优化后的螺距。根据计算结果，螺距优化后，螺旋输送机的效率比未优化时提高值在5% ～ 10%之间^[18]。

吴淑芳通过对现行螺旋输送机在使用过程中出现的故障进行分析和研究，发现螺旋输送装置达不到预期寿命的根本原因是密封设计的不合理导致轴头磨损和轴承的损坏，最终影响了螺旋输送机的寿命，于是对现有的密封结构作出了改进，提高了螺旋输送装置的寿命^[19]。

徐展，江红祥运用优化设计理论,以螺旋输送机螺旋体的输送效率和螺旋体质量为目标函数建立了多目标优化数学模型,并应用粒子群算法进行优化求解，求解优化结果表明，优化设计后的螺旋输送机的重量减少8.2%，输送效率提高4.5%^[20]。

王铁流，郭晓梅等以Pro/Engineer 软件建立螺旋输送机螺旋体的三维实体模型，通过有限元分析研究螺旋体主要结构尺寸对其强度和刚度影响的敏感性，对螺旋体关键尺寸对设计目标影响的程度进行分析并进行优化，有效、快速、形象、直观地完成螺旋体的优化设计^[21]。

舒服华以重量最小和传动效率最大为双优化目标,建立了螺旋输送机优化模型,并利用蚁群算法进行优化求解并以实例证明,在满足机器使用性能的条件下,有效降低了螺旋输送机的重量和提高了输送效率^[22]。

1.6 螺旋输送装置的应用以及存在的问题

由于粮食、化工、冶金、码头等多种行业的需求，螺旋输送装置自诞生以来经过不断完善，逐渐发展出了多种系列的螺旋输送装置。在实际应用过程中不仅能完成揉搓、压缩、搅拌、混合等处理，还能实现变频调速和准确控制输送量。随着工业技术的发展，螺旋输送装置在各个领域的应用越来越广泛，例如粮仓里运送粮食^[23]，生产钾肥^[24]，输送玉米秸秆^[25]，输送石油钻井过程中产生的钻屑^[26]等。

但是，螺旋输送装置一直存在着运行阻力大，功耗大，机件磨损快，适应性差，可靠性不高等问题。在这些方面，许多学者进行了研究。

商兴国，王杰通过对螺旋叶片实际磨损量的测量，发现，螺旋输送机叶片的磨损不同于普通的接触磨损，螺旋叶片的磨损主要在外缘，不同位置的叶片磨损量不同，磨损随物料移动其磨损量增大^[27]。

杨志勇，蔡秀凡根据调研获得的资料，对螺旋输送机叶片、吊轴承、螺旋等部位磨损形式和机理的进行了探讨和分析，了解了其磨损的内在原因。并针对其具体磨损形式和磨损程度，提出相应对策，在一定程度上解决了螺旋输送机磨损问题，延长了其使用寿命^[28]。

农余勇对螺旋输送装置常见的故障进行了研究和分析，提出了相应的预防及改造措施^[29]。

宋诚生,董玉德,李延峰等提出以许用挠曲率为刚度条件,以校核刚度为主要计算方法, 对受育扭作用的螺旋愉送机螺旋抽进行轴径和跨度的系列化设计，并研究了根据挠曲率进行疲劳寿命预侧,和螺旋轴折断的原因^[30]。

参考文献

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２． 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

2.1 本课题要研究或解决的问题

（1） 螺旋传输装置的设计

主要针对高粘度以及固体物料的输送，进行参数设计、螺旋输送机及配套驱动装置的选用，设计一台螺旋输送装置。

（2） 用Pre/E建立螺旋输送装置的模型

基于Pro/E设计精确建模的基本过程 通过使用方程曲线 螺旋扫描等完成螺旋输送装置的虚拟建模，以实现对螺杆输送装置的模拟仿真。

（3） CAD绘图设计

利用CAD对螺旋输送装置的零部件进行设计及CAD绘图，并完成CAD绘图。

2.2 拟采用的研究手段

本课题主要采用文献法、经验总结法、计算验证法完成主要参数的设计，并利用

Pro/E建立螺旋传输装置的实体模型进行模拟仿真，针对高粘度以及固体物料的输送，设计性能良好且符合条件的螺旋传输装置。