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。

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(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

2 圓柱螺旋葉片的展開

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。

2.1 經(jīng)驗(yàn)圖解法

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

2.2 近似計(jì)算法

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：

2.3 螺旋面展開后尺寸分析

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。

3 螺旋葉片安裝工藝

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

3.1 葉片、傳動(dòng)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(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。

3.2 葉片下料注意事項(xiàng)

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。

3.3 合理的焊接方法

（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。

3.4 消除焊接應(yīng)力

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。

4 結(jié)束語(yǔ)

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.