郭在云
(云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院,云南曲靖 655001)
螺旋輸送機(jī)廣泛應(yīng)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(shí)完成輸送、攪拌、混合等工藝要求,物料進(jìn)入過(guò)多時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生卡阻現(xiàn)象。螺旋輸送機(jī)的規(guī)格型號(hào)較多,其中常用的有LS、GX、DX型號(hào),其工作原理是旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將物料推移進(jìn)行輸送和混合,由于螺旋葉片在工作過(guò)程中一直處于旋轉(zhuǎn),并與輸送物料進(jìn)行摩擦,屬易損件和消耗件,需定期進(jìn)行更換。螺旋輸送機(jī)使用過(guò)程中,葉片消耗量較大,葉片更換安裝也較為麻煩,需由設(shè)備生產(chǎn)廠家完成,造成停產(chǎn)檢修周期長(zhǎng),對(duì)生產(chǎn)影響較大。筆者在相關(guān)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研時(shí),發(fā)現(xiàn)大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)都有機(jī)修車間,并配有一定的設(shè)備和工程技術(shù)人員,LS、GX、DX型號(hào)螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,如制定簡(jiǎn)易、適用的圓柱螺旋葉片制作及安裝工藝,則可在現(xiàn)場(chǎng)自行設(shè)計(jì)、制作和安裝,不僅充分利用設(shè)備和人員,降低配件成本,還能有效縮短停產(chǎn)檢修時(shí)間,提高生產(chǎn)效益。筆者結(jié)合在某企業(yè)參與圓柱螺旋葉片設(shè)計(jì)制造及安裝經(jīng)驗(yàn),對(duì)圓柱螺旋螺旋葉片的簡(jiǎn)易制作工藝及安裝展開方法作一些討論。
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(jī)螺旋部分是由若干段導(dǎo)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(shè)備只需下料、鍛壓、焊接等通用設(shè)備即可,適合大多數(shù)企業(yè)的機(jī)修車間配置狀況。鍛壓模具一般企業(yè)無(wú)法自行加工,設(shè)計(jì)好后可到相應(yīng)廠家定制,鍛壓時(shí)模具精度要求較高,必須保證葉片的展開圓切角α與計(jì)算的尺寸相一致,誤差小于1°,否則焊接時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩葉片對(duì)接不吻合,產(chǎn)生偏差;其次,焊接時(shí)還會(huì)出現(xiàn)葉片與傳動(dòng)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(jī)結(jié)構(gòu)圖
以上兩方面因素,會(huì)造成沖壓模具設(shè)計(jì)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(zhǔn)確的螺旋面展開圖。螺旋葉片是由不可展開曲面組成的構(gòu)件,放樣、下料尺寸無(wú)精確的計(jì)算方法,誤差較大。螺旋輸送機(jī)螺旋葉片大都屬于同軸兩圓柱截?cái)嗟恼菪妫P者根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),總結(jié)展開圖采用經(jīng)驗(yàn)作圖法和近似計(jì)算法較為簡(jiǎn)便和精準(zhǔn)。下面分別介紹圓柱螺旋葉片展開圖的兩種展開方法。
采用作圖法比較直觀,展開后所得尺寸準(zhǔn)確度較高。但過(guò)程繁瑣,對(duì)繪圖、測(cè)量工具精度要求較高,繪圖、測(cè)量過(guò)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(guò)導(dǎo)程P和螺旋面的內(nèi)外圓柱面周長(zhǎng),用直角三角形法分別求出內(nèi)外螺旋線實(shí)長(zhǎng)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(gè)導(dǎo)程螺旋面,螺旋輸送機(jī)同軸兩圓柱截?cái)嗟恼菪娴囊粋€(gè)導(dǎo)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(dǎo)程,均為已知尺寸,是螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)給定尺寸。2.1.1根據(jù)D、d、P三個(gè)尺寸確定內(nèi)、外兩條圓柱螺旋線l、L的實(shí)長(zhǎng)
圖2 葉片尺寸標(biāo)注
繪制展開圖的步驟,按一定比例以導(dǎo)程P為對(duì)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(zhǎng)即為內(nèi)、外兩條圓柱螺旋線的實(shí)長(zhǎng),確定AC=l,AD=L,如圖3所示。在測(cè)量l、L尺寸時(shí)至少測(cè)三次,如數(shù)據(jù)偏差較大,則更換測(cè)量工具后再測(cè),力求每次測(cè)量結(jié)果一致,方能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(zhǎng)EF=BC,下底GN=BD,高h(yuǎn)=(D-d)/2,延長(zhǎng)梯形的兩腰交于O點(diǎn),O點(diǎn)即為作展開圖環(huán)圓中心;
過(guò)O點(diǎn)作EF、GN的垂線分別交于1、2兩點(diǎn),并分別以O(shè)1、O2為半徑作同心圓弧,大圓弧23等于L;
連接O、3兩點(diǎn)與小圓弧交于點(diǎn)4,即完成一個(gè)導(dǎo)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(gè)導(dǎo)程展開圖
計(jì)算展開法是通過(guò)已知尺寸D、d、P,利用近似計(jì)算公式,計(jì)算出有關(guān)參數(shù)后作出展開圖。需要計(jì)算的尺寸有:l—葉片內(nèi)圓柱螺旋線長(zhǎng)、L—葉片外圓柱螺旋線長(zhǎng)、C—切缺弦長(zhǎng)、α—環(huán)圓切缺角。該方法簡(jiǎn)便、快捷,但由于是近似計(jì)算公式,結(jié)果誤差值較大,需進(jìn)行試驗(yàn)后修正數(shù)據(jù)。
計(jì)算公式:
采用圖解法和計(jì)算法來(lái)展開螺旋葉片均屬于經(jīng)驗(yàn)法,目前尚無(wú)精確計(jì)算的方法,各項(xiàng)數(shù)據(jù)仍是近似值,在實(shí)際生產(chǎn)中還需進(jìn)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(yù)留尺寸進(jìn)行綜合分析,方可獲得準(zhǔn)確實(shí)際下料尺寸。因此在放樣時(shí),需制作模板進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并根據(jù)結(jié)果對(duì)某些尺寸進(jìn)行調(diào)整、修正,方保證焊接組裝后達(dá)到相應(yīng)技術(shù)要求,保證葉片之間、葉片與螺旋軸連接面均較平順、自然、無(wú)錯(cuò)對(duì)現(xiàn)象。其中α角度大小確定非常關(guān)鍵,α隨著h值的變化而改變,α角的準(zhǔn)確性對(duì)葉片連接面的平順性和正確對(duì)接影響較大。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用作圖法得到的α角度值準(zhǔn)確性高,誤差較小,在焊接過(guò)程中能保證葉片之間、葉片與傳動(dòng)軸焊接吻合性好,驗(yàn)證了采用經(jīng)驗(yàn)作圖法的準(zhǔn)確性和可行性較好。
LS、GX、DX型號(hào)螺旋輸送機(jī)的葉片大多數(shù)是圓柱螺旋葉片,葉片按導(dǎo)程P分段鍛壓成型,然后將葉片沿圓柱螺旋線焊接于傳動(dòng)軸上,并同時(shí)完成葉片與葉片之間的焊接,最終焊接成具有一定長(zhǎng)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(shù)就是葉片與葉片、葉片與傳動(dòng)軸之間的焊接,焊接工藝性的好壞決定了螺旋輸送機(jī)質(zhì)量。在焊接時(shí),必須注意以下幾個(gè)方面。
圖5 螺旋葉片、傳動(dòng)軸焊接示意圖
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(méi)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(hù)焊等焊接方法。傳動(dòng)軸選用45鋼,含碳量在0.42%~0.5%,屬于中碳鋼,在焊接過(guò)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(shí)須采用預(yù)熱、緩冷措施,以減少焊接應(yīng)力,防治焊接裂紋,改善焊接接頭塑韌性。另外,對(duì)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(shí),應(yīng)盡量選用堿性低氫焊條,可提高焊縫抗裂紋能力。
葉片在下料時(shí)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(shí)葉片內(nèi)圓與軸之間結(jié)合時(shí)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(cuò)位現(xiàn)象,保證葉片與傳動(dòng)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(shí),損傷刀具。
(1)前面已分析了葉片、傳動(dòng)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(jìn)行預(yù)熱,經(jīng)300℃~350℃烘干1小時(shí)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(dòng)軸焊接時(shí),應(yīng)從傳動(dòng)軸兩端葉片向中間均勻進(jìn)行焊接,將焊縫分散,可以使工件的局部加熱相對(duì)均勻,降低焊接應(yīng)力和應(yīng)力集中現(xiàn)象。否則,只從一端焊接,會(huì)導(dǎo)致葉片加熱速度過(guò)快,且熱源連續(xù)運(yùn)動(dòng),使焊接應(yīng)力較大,葉片變形較為嚴(yán)重。
(3)兩葉片對(duì)接時(shí),須對(duì)葉片進(jìn)行焊前預(yù)熱,由于葉片較薄,焊接過(guò)程中極易產(chǎn)生變形。預(yù)熱方法是將葉片全部進(jìn)行適當(dāng)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(yīng)力和變形。兩葉片結(jié)合面是圓弧,并且厚度小,葉片兩面焊縫要均勻,焊條移動(dòng)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。
葉片與傳動(dòng)軸組對(duì)和焊接結(jié)束后,需消除焊接應(yīng)力,防止在設(shè)備工作過(guò)程中,由于焊接應(yīng)力導(dǎo)致葉片變形、開裂等。消除應(yīng)力的方法可采取焊后退火處理,主要對(duì)葉片、傳動(dòng)軸焊接處和葉片之間的焊縫進(jìn)行加熱,用緩慢加熱至500℃~600℃,保溫后冷卻。
針對(duì)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的LS、GX、DX等型號(hào)的螺旋輸送機(jī),制定了簡(jiǎn)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(shù)手冊(cè)[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(shù)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.
[3]郭在云.螺旋輸送機(jī)葉片展開圖二種畫法的比較[J].出國(guó)與就業(yè),2011(5):119.