劉 磊

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪335424)

1 引言

新材料車間利用廠供粗結(jié)晶、黑銅泥、氧化銅皮等原料生產(chǎn)電鍍和農(nóng)用級(jí)硫酸銅，年產(chǎn)硫酸銅產(chǎn)品近3萬(wàn)t。各種物料先經(jīng)過(guò)濕法酸浸，通過(guò)壓濾機(jī)壓濾后硫酸銅溶液進(jìn)入濃縮槽濃縮，產(chǎn)出的硫酸銅結(jié)晶顆粒進(jìn)入流化床干燥，干燥后的硫酸銅稱重打包后外運(yùn)銷售。螺旋輸送機(jī)連接流化床與稱重打包機(jī)，在生產(chǎn)中起到十分重要的作用。

2 LS型螺旋輸送機(jī)簡(jiǎn)介及工作原理

螺旋輸送機(jī)俗稱絞龍，LS型系列螺旋輸送機(jī)是一種利用螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)，推動(dòng)散料延著料槽向前運(yùn)動(dòng)的輸送設(shè)備，適宜于輸送粉狀，顆粒狀和小塊物料。

如圖1所示。硫酸銅結(jié)晶顆粒經(jīng)過(guò)流化床干燥后，從螺旋輸送機(jī)的進(jìn)料口進(jìn)入，當(dāng)螺旋旋轉(zhuǎn)時(shí)，硫酸銅受到螺旋葉片法向推力的作用。但是由于硫酸銅自身的重力和螺旋輸送機(jī)料筒對(duì)硫酸銅的摩擦阻力的原因，硫酸銅并沒(méi)有與螺旋葉片一起旋轉(zhuǎn)，而是沿著料筒軸向移動(dòng)，從而將硫酸銅輸送至出料口［1-2］。

圖1 螺旋輸送機(jī)工作原理簡(jiǎn)圖

3 存在的問(wèn)題及分析

3.1 存在的問(wèn)題

LS型螺旋輸送機(jī)在生產(chǎn)中也遇到了一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)為:

(1)螺旋輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，被夾雜在硫酸銅中的雜物卡死。

(2)螺旋輸送機(jī)輸送軸在運(yùn)行中突然發(fā)生斷裂。

上述問(wèn)題對(duì)硫酸銅的連續(xù)性生產(chǎn)造成很大影響，造成停產(chǎn)事故。

3.2 原因分析

為了解決這些問(wèn)題，通過(guò)深入細(xì)致的分析，認(rèn)為主要原因有:

(1)硫酸銅在生產(chǎn)過(guò)程中，濃縮槽和流化床中的螺栓螺帽等金屬緊固件易脫落，隨著硫酸銅產(chǎn)品進(jìn)入螺旋輸送機(jī)中，造成螺旋輸送機(jī)的卡死。

(2)螺旋輸送機(jī)螺旋軸使用的是φ159×12mm的304中空厚壁管，外部焊接螺旋狀的葉片。螺旋軸長(zhǎng)度為9070mm，中間沒(méi)有設(shè)置中間支撐軸承，螺旋軸在不斷的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于螺旋軸和物料的重力作用引起的撓度會(huì)逐漸增大。

長(zhǎng)螺旋軸由材料力學(xué)方面分析:簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)［3］，如圖 2 所示 。

圖2 簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)

軸承支座反力 FA=qL/2，F(xiàn)B=qL/2

剪力F(x)=qL/2-qx(0＜x＜L)

彎矩M(x)=qLx-qx2/2(0＜x＜L)

撓曲線方程為W=-qx(L3-2Lx2+x3)/(24EIz)

中間部位(即x=L/2時(shí))撓度最大Wmax=-5qL4/(384 EIz)

從撓曲線方程可以得出螺旋軸的長(zhǎng)度對(duì)撓度影響最大，長(zhǎng)度越大擾度就越大，也就是彎曲程度越大。這個(gè)問(wèn)題在螺旋輸送機(jī)設(shè)備中普遍存在。這是由于螺旋軸一般采用兩端軸承支承結(jié)構(gòu)。從上面的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)圖可以看出，螺旋軸中間部位的擾度最大，隨著螺旋軸長(zhǎng)度的增加，擾度成幾何倍數(shù)的增加，導(dǎo)致螺旋軸的中間部位彎曲變大。根據(jù)受力分析，螺旋軸在彎曲的中間部位上表面受到擠壓，下表面受到拉伸，而且還隨著軸的旋轉(zhuǎn)不斷交替變化。螺旋軸受到本身材質(zhì)缺陷或者焊接加工等原因的影響，產(chǎn)生表面裂紋，在交變應(yīng)力的作用下，裂紋擴(kuò)展。當(dāng)裂紋擴(kuò)展至一度程度而導(dǎo)致中空軸的有效截面積不足以承受所傳遞的扭矩時(shí)，就會(huì)沿著最大剪切應(yīng)力的作用面斷裂。通過(guò)上述分析得出，縮短螺旋軸的長(zhǎng)度可以有效解決螺旋軸中間擾度過(guò)大造成的螺旋軸斷裂問(wèn)題［4］。在一定的輸出扭矩作用下，短軸的彎矩小于長(zhǎng)軸的彎矩，相同的材料短軸不易斷裂，抗彎曲強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度都有一定提高。

4 改造措施

針對(duì)上述問(wèn)題，采取了兩個(gè)改進(jìn)措施。

4.1 加裝過(guò)濾網(wǎng)

在螺旋輸送機(jī)進(jìn)料口加裝過(guò)濾網(wǎng)，防止螺帽等雜物進(jìn)入螺旋機(jī)，同時(shí)在過(guò)濾網(wǎng)前端設(shè)計(jì)快開(kāi)門，以便清理過(guò)濾網(wǎng)上面的雜物，預(yù)防過(guò)濾網(wǎng)堵塞造成的積料現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 輸送軸的改造

為了減少由于主軸過(guò)長(zhǎng)而造成的撓度較大的現(xiàn)象，將9.07m長(zhǎng)的螺旋軸縮短至6.5m。螺旋軸軸體選用壁厚為14mm的無(wú)縫不銹鋼管，鋼管必須為一根整管，不允許拼接 ，并且在鋼管的兩端安裝軸承處都采用實(shí)心軸對(duì)螺旋軸進(jìn)行加強(qiáng)。螺旋中空軸軸體及兩端實(shí)心軸的材質(zhì)都是使用了316L材質(zhì)制作［5］。除在螺旋軸的長(zhǎng)度和材質(zhì)改造之外，為了減小硫酸銅與螺旋主軸、葉片、外殼之間的摩擦力，防止螺旋葉片外緣磨損過(guò)快，在螺旋葉片和殼體之間設(shè)計(jì)合理的間隙，確保運(yùn)行過(guò)程中螺旋軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片不與殼體擦碰。

頭部軸承采用進(jìn)口兩組圓錐滾子軸承將實(shí)體軸對(duì)鎖，防止頭軸竄動(dòng)，輸送機(jī)殼體在工作溫度下具有一定的熱膨脹量，尾部采用雙列調(diào)心球軸承，使軸承在密封的軸承座內(nèi)可以自由滑動(dòng)［6］。改造后的主軸結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 改造后的螺旋軸示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)后，LS型螺旋輸送機(jī)已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行半年多，還未出現(xiàn)過(guò)螺旋軸卡死或斷裂的現(xiàn)象發(fā)生。不但生產(chǎn)穩(wěn)定周期大大延長(zhǎng)，而且節(jié)約了更換螺旋軸的成本，給工廠帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］周同利.螺旋輸送機(jī)長(zhǎng)軸彎曲的改進(jìn)設(shè)計(jì)［J］.通用機(jī)械，2007(11):72-74.

［2］勒兆文，潘傳九.PTA螺旋輸送機(jī)主軸斷裂事故分析及改造［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2007(10):87-89.

［3］單輝祖.材料力學(xué)教程［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1999:118-124.

［4］秦大同.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010:226-227.

［5］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007:164-165.

［6］王鷹.連續(xù)輸送機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2001:743-747.