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        試論螺旋輸送機圓柱螺旋葉片簡易制作工藝及安裝方法*

        2014-03-26 08:25:32郭在云
        機電工程技術 2014年4期
        關鍵詞:導程螺旋線傳動軸

        郭在云

        (云南能源職業(yè)技術學院,云南曲靖 655001)

        螺旋輸送機廣泛應用于化工、電力、冶金、煤炭等行業(yè),適用于水平或傾斜輸送粉狀、粒狀和小塊狀物料,如煤炭、礦石、水泥等,可同時完成輸送、攪拌、混合等工藝要求,物料進入過多時也不會產(chǎn)生卡阻現(xiàn)象。螺旋輸送機的規(guī)格型號較多,其中常用的有LS、GX、DX型號,其工作原理是旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移進行輸送和混合,由于螺旋葉片在工作過程中一直處于旋轉(zhuǎn),并與輸送物料進行摩擦,屬易損件和消耗件,需定期進行更換。螺旋輸送機使用過程中,葉片消耗量較大,葉片更換安裝也較為麻煩,需由設備生產(chǎn)廠家完成,造成停產(chǎn)檢修周期長,對生產(chǎn)影響較大。筆者在相關企業(yè)進行調(diào)研時,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)都有機修車間,并配有一定的設備和工程技術人員,LS、GX、DX型號螺旋輸送機結構較為簡單,如制定簡易、適用的圓柱螺旋葉片制作及安裝工藝,則可在現(xiàn)場自行設計、制作和安裝,不僅充分利用設備和人員,降低配件成本,還能有效縮短停產(chǎn)檢修時間,提高生產(chǎn)效益。筆者結合在某企業(yè)參與圓柱螺旋葉片設計制造及安裝經(jīng)驗,對圓柱螺旋螺旋葉片的簡易制作工藝及安裝展開方法作一些討論。

        1 螺旋葉片制作方法

        螺旋直徑小于600 mm,葉片厚度小于14 mm的圓柱葉片的制作,通常采用的工藝流程為劃線、放樣、下料、鍛壓成型,螺旋輸送機螺旋部分是由若干段導程相等的葉片焊接而成,內(nèi)圈又與螺旋軸焊接在一起,如圖1所示。制作的設備只需下料、鍛壓、焊接等通用設備即可,適合大多數(shù)企業(yè)的機修車間配置狀況。鍛壓模具一般企業(yè)無法自行加工,設計好后可到相應廠家定制,鍛壓時模具精度要求較高,必須保證葉片的展開圓切角α與計算的尺寸相一致,誤差小于1°,否則焊接時會出現(xiàn)兩葉片對接不吻合,產(chǎn)生偏差;其次,焊接時還會出現(xiàn)葉片與傳動軸之間產(chǎn)生較大間隙和扭曲現(xiàn)象[1-2]。

        圖1 螺旋輸送機結構圖

        2 圓柱螺旋葉片的展開

        以上兩方面因素,會造成沖壓模具設計理論依據(jù)不夠精確,葉片沖壓成型后質(zhì)量難以保證。想有效避免葉片制作中產(chǎn)生的誤差,則需選擇較為準確的螺旋面展開圖。螺旋葉片是由不可展開曲面組成的構件,放樣、下料尺寸無精確的計算方法,誤差較大。螺旋輸送機螺旋葉片大都屬于同軸兩圓柱截斷的正螺旋面,筆者根據(jù)實際工作經(jīng)驗,總結展開圖采用經(jīng)驗作圖法和近似計算法較為簡便和精準。下面分別介紹圓柱螺旋葉片展開圖的兩種展開方法。

        2.1 經(jīng)驗圖解法

        采用作圖法比較直觀,展開后所得尺寸準確度較高。但過程繁瑣,對繪圖、測量工具精度要求較高,繪圖、測量過程中,必須注意力高度集中,否則誤差較大。圖解法作展開的方法是:通過導程P和螺旋面的內(nèi)外圓柱面周長,用直角三角形法分別求出內(nèi)外螺旋線實長l、L;再以二分之一l、L及葉片寬h作直角梯形,求得展開半徑r作切口環(huán)圓即為所求。具體作法如下[3]。

        如圖2所示為一個導程螺旋面,螺旋輸送機同軸兩圓柱截斷的正螺旋面的一個導程投影圖,其中D為螺旋外圓直徑、d為螺旋內(nèi)圓直徑、P為螺旋導程,均為已知尺寸,是螺旋輸送機設計給定尺寸。2.1.1根據(jù)D、d、P三個尺寸確定內(nèi)、外兩條圓柱螺旋線l、L的實長

        圖2 葉片尺寸標注

        繪制展開圖的步驟,按一定比例以導程P為對邊,即AB=P;取πd、πD為底邊,作直角三角形△ABC和△ABD,其中BC=πd、BD=πD,得到AC、AD兩條邊長即為內(nèi)、外兩條圓柱螺旋線的實長,確定AC=l,AD=L,如圖3所示。在測量l、L尺寸時至少測三次,如數(shù)據(jù)偏差較大,則更換測量工具后再測,力求每次測量結果一致,方能保證數(shù)據(jù)的準確。

        圖3 圓柱螺旋葉片展開圖

        2.1.2 畫展開圖

        作一等腰梯形EFGN,上底長EF=BC,下底GN=BD,高h=(D-d)/2,延長梯形的兩腰交于O點,O點即為作展開圖環(huán)圓中心;

        過O點作EF、GN的垂線分別交于1、2兩點,并分別以O1、O2為半徑作同心圓弧,大圓弧23等于L;

        連接O、3兩點與小圓弧交于點4,即完成一個導程的展開圖。如圖4所示。其中α、r、h,即為所求尺寸。

        其中:α——展開圓切角;

        r——螺旋葉片展開內(nèi)圓半徑;

        h——螺旋葉片寬度。

        圖4 葉片一個導程展開圖

        2.2 近似計算法

        計算展開法是通過已知尺寸D、d、P,利用近似計算公式,計算出有關參數(shù)后作出展開圖。需要計算的尺寸有:l—葉片內(nèi)圓柱螺旋線長、L—葉片外圓柱螺旋線長、C—切缺弦長、α—環(huán)圓切缺角。該方法簡便、快捷,但由于是近似計算公式,結果誤差值較大,需進行試驗后修正數(shù)據(jù)。

        計算公式:

        2.3 螺旋面展開后尺寸分析

        采用圖解法和計算法來展開螺旋葉片均屬于經(jīng)驗法,目前尚無精確計算的方法,各項數(shù)據(jù)仍是近似值,在實際生產(chǎn)中還需進行修正,所獲得的各參數(shù)還要與焊縫、卷板和成型所需的預留尺寸進行綜合分析,方可獲得準確實際下料尺寸。因此在放樣時,需制作模板進行實驗,并根據(jù)結果對某些尺寸進行調(diào)整、修正,方保證焊接組裝后達到相應技術要求,保證葉片之間、葉片與螺旋軸連接面均較平順、自然、無錯對現(xiàn)象。其中α角度大小確定非常關鍵,α隨著h值的變化而改變,α角的準確性對葉片連接面的平順性和正確對接影響較大。經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)采用作圖法得到的α角度值準確性高,誤差較小,在焊接過程中能保證葉片之間、葉片與傳動軸焊接吻合性好,驗證了采用經(jīng)驗作圖法的準確性和可行性較好。

        3 螺旋葉片安裝工藝

        LS、GX、DX型號螺旋輸送機的葉片大多數(shù)是圓柱螺旋葉片,葉片按導程P分段鍛壓成型,然后將葉片沿圓柱螺旋線焊接于傳動軸上,并同時完成葉片與葉片之間的焊接,最終焊接成具有一定長度的螺旋輸送軸,如圖5所示。螺旋葉片的安裝,最主要的技術就是葉片與葉片、葉片與傳動軸之間的焊接,焊接工藝性的好壞決定了螺旋輸送機質(zhì)量。在焊接時,必須注意以下幾個方面。

        圖5 螺旋葉片、傳動軸焊接示意圖

        3.1 葉片、傳動軸材料焊接性能分析

        葉片的材料普遍選用Q235A鋼,屬于低碳鋼,含C量在0.14%~0.22%,一般沒有淬硬傾向,產(chǎn)生裂紋、氣孔的傾向小,焊接性能良好,易保證焊接接頭質(zhì)量,適合手工電弧焊、氣體保護焊等焊接方法。傳動軸選用45鋼,含碳量在0.42%~0.5%,屬于中碳鋼,在焊接過程中淬硬傾向較大,焊接熱影響區(qū)容易產(chǎn)生淬火組織及焊接裂紋,施工時須采用預熱、緩冷措施,以減少焊接應力,防治焊接裂紋,改善焊接接頭塑韌性。另外,對于45鋼的焊接,必須正確選擇合理焊接方法和焊縫布置。在采用手工電弧焊焊接時,應盡量選用堿性低氫焊條,可提高焊縫抗裂紋能力。

        3.2 葉片下料注意事項

        葉片在下料時須將下道工序的加工余量保留好,將內(nèi)圓半徑r減少0.5 mm左右,內(nèi)圓加工完畢后,安裝時葉片內(nèi)圓與軸之間結合時較為貼合、間隙小,便于固定,還可防止葉片偏斜及葉片連接面出現(xiàn)錯位現(xiàn)象,保證葉片與傳動軸焊接后積累誤差造成的變形。用氣割將料下成圓環(huán),在車床上加工內(nèi)、外圓后,再將缺口割下。這樣可避免在車床上加工時,損傷刀具。

        3.3 合理的焊接方法

        (1)前面已分析了葉片、傳動軸材料的焊接性能,為保證焊接質(zhì)量,在開始焊接前須將焊條進行預熱,經(jīng)300℃~350℃烘干1小時左右,而后放保溫桶中保存使用,目的是為了減少焊縫參數(shù)氣孔、夾渣等缺陷。

        (2)在螺旋葉片與傳動軸焊接時,應從傳動軸兩端葉片向中間均勻進行焊接,將焊縫分散,可以使工件的局部加熱相對均勻,降低焊接應力和應力集中現(xiàn)象。否則,只從一端焊接,會導致葉片加熱速度過快,且熱源連續(xù)運動,使焊接應力較大,葉片變形較為嚴重。

        (3)兩葉片對接時,須對葉片進行焊前預熱,由于葉片較薄,焊接過程中極易產(chǎn)生變形。預熱方法是將葉片全部進行適當加熱,可減小葉片焊縫區(qū)和周邊金屬的溫差,使兩葉片能均勻地冷卻收縮,有效減少焊接應力和變形。兩葉片結合面是圓弧,并且厚度小,葉片兩面焊縫要均勻,焊條移動速度也要均勻。焊接前必須檢查葉片余量是否足夠,焊后方能保證螺距均勻符合要求,螺旋形狀良好。

        3.4 消除焊接應力

        葉片與傳動軸組對和焊接結束后,需消除焊接應力,防止在設備工作過程中,由于焊接應力導致葉片變形、開裂等。消除應力的方法可采取焊后退火處理,主要對葉片、傳動軸焊接處和葉片之間的焊縫進行加熱,用緩慢加熱至500℃~600℃,保溫后冷卻。

        4 結束語

        針對結構較為簡單的LS、GX、DX等型號的螺旋輸送機,制定了簡易、適用的圓柱螺旋葉片制作及安裝工藝,充分利用資源,提高了生產(chǎn)效益。

        [1]中川威雄.沖壓加工技術手冊[M].北京:輕工業(yè)出版社,1988.

        [2]梁邵華,梁繼舟.鈑金工放樣技術基礎[M].北京:機械工業(yè)出版社,2010.

        [3]郭在云.螺旋輸送機葉片展開圖二種畫法的比較[J].出國與就業(yè),2011(5):119.

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