作者简介：王涛(1963-)，男，山东莱阳人，高级工程师，主要从事机械设备的管理和研究工作。
Design on Material Export of Spiral Conveyer
Wang Tao
(Tianjin Changlu Haijing Group Co.,Ltd.,Tianjin,300450)
Abstract:This paper analyzes the causes of the surplus materials at the tail end of the spiral conveyor at multiple outlets,puts forward the solution to eliminate the surplus materials,analyzes and calculates the structure and opening size of the outlet.It also expounds the control strategy of coordinated opening and closing of the closing doors at multiple outlets.
Key words:Spiral conveyor,material export,design,control strategy
摘要：分析了多出料口螺旋输送机尾端剩余物料的原因，提出了消除剩余物料的解决方案，对出料口的结构及开口尺寸进行了分析和计算，阐述了多个出料口截门协调开启和关闭的控制策略。 关键词：螺旋输送机；出料口；设计；控制策略中图分类号:TS32
文献标识码:A
文章编号:1001-0335(2019)03-0025-03
第50卷Vol.50
中国井矿盐
CHINA WELL AND ROCK SALT
螺旋输送机出料口设计
王涛
(天津长芦海晶集团有限公司，天津市300450)
螺旋输送机是一种常用的不具有挠性牵引构件的连续输送机械。它是利用工作构件即螺旋体的旋转运动使物料向前运送，是现代化生产和物流运输不可缺少的重要机械设备之一，广泛应用于化工、粮食、食品、矿山等行业的物料输送[1]。
在食盐等小颗粒、粉状物料的小包装生产中，常由一台水平放置的螺旋输送机给多台小包装机供料，
再由包装机完成物料的小包装作业。在实际生产中，螺旋输送机内的物料不能完全进入包装机，而有一小部分物料被螺旋体推送到螺旋输送机的尾端成为剩余物料，这些剩余物料采用容器收集或通过一台专用的螺旋输送机送回到物料的入口处，因此，占用生产空间，增加生产成本，来回输送过程中部分物料的性状被破坏。对多出料口螺旋输送机出料口的结构进行优化设计，消除螺旋输送机尾端产生剩余物料的现象。
1螺旋输送机尾端剩余物料的原因
以4个出料口的螺旋输送机为例，如图1所示，由4台包装机组成的食盐小包装生产线，包装生产过程中，物料由喂料机送入水平放置的螺旋输送机的进料口，通过出料口1、出料口2、出料口3、出料口4，分别将物料送入1号、2号、3号和4号4
台小包装机的料斗内，由包装机完成物料小包装[2]。
1、进料口;
2、螺旋输送机尾端;
3、出料口4;
4、出料口3;
5、出料口2;
6、出料口1;
7、料斗1;
8、料斗2;9、料斗3;10、料斗4图1多出料口螺旋输送机示意图
根据螺旋输送机的供料过程分析,4台包装机正常作业，控制出料口截门的开闭可以为4台包装机顺序供料或同时供料。当出料口采用圆形结构或尺寸偏小，即使出料口截门全开，也会有部分物料在螺旋体的推进作用下越过出料口继续向前移动。这样，处于螺旋输送机尾部的包装机因故不需要供料时，将有部分物料越过它前面的出料口继续推进，造成剩余物料在螺旋机尾端堆积。例如:4号包装机因故障暂停不需要供料，而1、2、3号包装机正常供料，这时，部分物料将越过3号出料口向前移动堆积在螺旋机尾端。
因此，出料口结构形式和尺寸大小是造成的多出料口螺旋输送机尾端剩余物料的主要原因。
2出料口优化设计
2.1出料口的功用
在物料小包装(分装)生产线上，通常采用水平U型螺旋输送机，在底部开有多个出料口，同时给多台包装机供料。出料口及其截门能有效控制物料在出料口处的走向，物料推进到出料口时能全部落入出料口，当截门开度最大时，物料全部进入包装机的料斗中，调节截门的开度使部分物料越过该出料口继续推进向前移动。
2.2出料口结构设计
为了保证物料推进到出料口时能全部落入出料口，就要求螺旋输送机底部的出料口在螺旋输送机的径向和轴向都要有足够大的尺寸，考虑到U型螺旋输送机底部的形状，选择长方形出料口如图2所示，在螺旋槽底的径向开口向上一直沿伸到螺旋轴线的水平位置。
1、螺旋槽底开口位置;
2、出料口截门;
3、出料口宽
图2出料口径向截面示意图
2.3出料口尺寸设计
2.3.1出料口宽度W
在U型螺旋输送机底部的径向开口，其宽度就取螺旋槽体的宽度B，且出料口侧壁垂直向下，这样，物料到达出料口时将全部落入出料口。如果径向开口小于B，物料因其摩擦角的作用而附着在出料口两侧壁上，被螺旋体推动向前移动而越过该出料口，这部分物料将不受出料口及截门的控制而最终成为剩余物料。
出料口的宽度W，如图2所示，考虑到安装移动式截门，取W=B+2Δ
2.3.2出料口长度L
出料口长度要足够，当出料口截门全开时，到达出料口的物料能全部落下，而不会在螺旋推动下越过出料口。
根据螺旋输送机的物料填充系数，螺旋槽体内的物料高度一般低于螺旋轴。物料在槽体内向前移动，到达出料口时，物料下方失去槽体的约束，在重力作用下下落，同时物料以原有的轴向移动速度向前运动，此时，物料在出料口做下抛运动。
假设物料在槽体内的堆积高度为H，物料到达出料口边缘上方位置开始做下抛运动，某一高度A点的物料做下抛运动，物料落点的极限位置是D点，则出料口长度L应大于CD两点间距离，如图3所示。
图3出料口轴向截面示意图
在离螺旋轴线r处的物料轴向移动速度V:[3] V=Sn60·1-(fS/2πr)
1+(S/2πr)(1)式中:V——
—物料轴向移动速度,m/s;
S———螺旋螺距,m;
n———螺旋转速,r/min;
f———物料与叶片间的摩擦系数;
r———物料离螺旋轴线的距离,m。
物料向下做自由落体运动，时间为t，则:
H=12gt2(2)
物料向前做匀速直线运动:
CD=Vt(3)由螺旋结构可知:
r=B2-H(4)联立(1)、(2)、(3)、(4)，求得:
CD=Sn60·1-fS/(B-2H)
1+S/(B-2H)·2H g√(5)
式中:B——
—螺旋槽体宽度,m;
H———物料堆积高度,m;
g———重力加速度,m/s2
为了保障物料全部落入出料口内，出料口的开口长度必须大于CD两点间的距离，增加开口长度裕量δ，取L=CD+δ。
3料斗容积设计
在保证包装机正常工作需要的料斗容积基
础
上，适当增加料斗的容积，用于储存两台包装机之间的螺旋输送机槽体内滞留的物料。例如,4号包装机因故停机时不再需要物料，其它包装机正常供料，这时，出料口3完全开启，阻止物料向后输送，那么在3号与4号包装机之间的螺旋输送机槽体内的物料将继续向前输送，这些物料进入4号包装机的料斗4里。据此，料斗2、料斗3和料斗4的容积需要一个增量。
如图1所示，设两出料口之间槽体内物料的长度为l，料槽内物料呈水平，物料的断截面呈弓形，则料斗容积的增量:
Q1=18l·B2(θ-sinθ)(6)式中:Q1——料斗容积增量,m3
l———两出料口之间物料的长度,m;
θ———物料弓形的圆心角。
4出料口截门控制设计
4.1出料口截门设置
在出料口1、出料口2、出料口3分别设置可调节开度的截门1、截门2、和截门3，出料口4不设置截门。截门的调节开度设置关闭、全开和部分开启，部分开启时可以使出料口的开口长度在零到最大长度内调节，截门开启方向设置为螺旋轴方向。4.2出料口截门控制策略
以4台包装机组成的包装生产线为例(图1)，说明各截门的控制状态。截门部分开启时的截门开度大小，控制系统根据料斗内物料高度自动调节各截门的开度，给各包装机均衡供料。包装机工作，根据料斗内物料传感器的信号，需要供料时开启对应的截门，不需要供料时关闭对应的截门。当全部包装机都不需要供料时，螺旋输送机停止输送物料。
物料输送设备4.2.1截门1开度控制
(1)当1号包装机需要供料,2~4号包装机其中有一台或全部需要供料时，根据需要供料的料斗内物料的高度调节截门1的开度大小，一部分物料落入料斗1内，其余物料继续向前输送。(2)当1号包装机需要供料,2~4号包装机都不需要供料时，截门1全开。
(3)当1号包装机不需要供料,2~4号包装机其中有一台或全部需要供料时，截门1关闭。4.2.2截门2开度控制
(1)当2号包装机需要供料,3号和4号包装机其中有一台或全部需要供料时，根据需要供料的料斗内物料的高度调节截门2的开度大小，一部分物料落入料斗2内，其余物料继续向前输送。(2)当2号包装机需要供料,3号和4号包装机都不需要供料时，截门2全开。
(3)当2号包装机不需要供料,3号和4号包装机其中有一台或全部需要供料时，截门2关闭。4.2.3截门3开度控制
(1)当3号包装机需要供料,4号包装机也需要供料时，根据需要供料的料斗内物料的高度调节截门3的开度大小，一部分物料落入料斗3内，其余物料继续向前输送进入料斗4内。
(2)当3号包装机需要供料,4号包装机不需要供料时，截门3全开。
(3)当3号包装机不需要供料,4号包装机需要供料时，截门3关闭。
5结语
采用多出料口螺旋输送机组成包装生产线，可提高生产效益，消除螺旋输送机供料过程中产生的剩余物料，可降低生产成本。文章提出的出料口设计和截门控制设计等对多出料口螺旋输送机的研究有一定的指导意义，影响螺旋输送机工作性能的设计参数较多，还需要结合生产实践，在出料口的开度裕量和截门开度大小等方面深入研究。
参考文献
[1]蒋琼珠.连续运输机[M].北京：人民交通出版社,1986.
[2]谈炳发，焦志勇.盐斤分装设备操作工[M].北京：中国标准出版社,2008.
[3]向冬枝，徐余伟.螺旋输送机设计参数的选择和确定[J].水泥技术,2010.1:29~33.
(收稿日期:2019-04-08)
(编辑/周蕾)
更正启事
《中国井矿盐》期刊2019年二期第11页上刊登的《JSX16-1井二开钻遇软泥岩钻井液技术》一文作者余建的名字应为余健，特此更正。
《中国井矿盐》编辑部
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