國內(nèi)外螺旋輸送裝置的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì),機(jī)械工程論文1887年,美國出現(xiàn)了第一臺(tái)螺旋輸送裝置;此后,由于糧食、化工、冶金、碼頭等多種行業(yè)的需求,不斷完善,逐步研制出了多種系列的螺旋輸送裝置.該裝置輸送經(jīng)過中能完成揉搓、壓縮、攪拌、混合等處理[1-2],在實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)過中還能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速和準(zhǔn)確控制輸送量[3],是污泥、柵渣等的專用設(shè)備,同時(shí)也是喂料或卸料專用裝置.隨著螺旋輸送裝置在多個(gè)行業(yè)中應(yīng)用的普及,對(duì)其性能要求也越來越高.適用性強(qiáng)、可靠性高、節(jié)能環(huán)保、效率高、功耗低等特點(diǎn)已成為今后螺旋輸送裝置發(fā)展的主要方向.當(dāng)前,國際上對(duì)螺旋輸送裝置的研究基本集中在應(yīng)用先進(jìn)的方式方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)裝置進(jìn)行理論分析并改良設(shè)計(jì)、對(duì)構(gòu)造和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、進(jìn)一步修正經(jīng)歷體驗(yàn)公式、研發(fā)新產(chǎn)品及其用新的控制技術(shù)等.1國內(nèi)外螺旋輸送裝置的發(fā)展?fàn)顩r1.1國外螺旋輸送裝置的發(fā)展?fàn)顩r1.1.1理論分析方面國外螺旋輸送裝置適用于多種流動(dòng)性好的物料的中短距離的輸送和提升,通常用來輸送散裝物料和枯燥的固體顆粒,并能準(zhǔn)確地控制輸送量.有很多學(xué)者通過對(duì)水平和垂直螺旋輸送裝置的輸送經(jīng)過進(jìn)行理論分析,對(duì)輸送性能進(jìn)行評(píng)估,并找出了影響因素及其因素之間的關(guān)系.華而不實(shí),ChrisRorres等人研究了機(jī)器本身的構(gòu)造參數(shù)對(duì)輸送性能的影響[4-6];PhilipJ.OWEN,PaulW.CLEARY等人研究了輸送對(duì)象的特性對(duì)輸送性能的影響[7-8].但是,設(shè)計(jì)經(jīng)過中對(duì)螺旋輸送裝置的理論分析不夠完善,對(duì)一些參數(shù)的計(jì)算仍根據(jù)經(jīng)歷體驗(yàn)公式來確定,導(dǎo)致機(jī)器在輸送經(jīng)過中出現(xiàn)生產(chǎn)率低、功耗大等問題.1.1.2設(shè)計(jì)制造方面國外研制的螺旋輸送裝置除了常規(guī)構(gòu)造以外也根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)出的特種構(gòu)造型:錐形直徑螺旋、錐形軸及變螺距螺旋和錐形軸變螺距螺旋等.這些螺旋輸送器由于構(gòu)造復(fù)雜、制造成本高、功耗大,所以不適應(yīng)生產(chǎn)需求,沒有被廣泛的應(yīng)用,需要進(jìn)一步完善.除了以上提及的螺旋輸送裝置以外,把不同規(guī)格的水平螺旋輸送機(jī)和垂直螺旋輸送機(jī)組合起來構(gòu)成一個(gè)卸船機(jī)系統(tǒng).在國外,很早以前就開場(chǎng)對(duì)螺旋卸船機(jī)進(jìn)行了研究,華而不實(shí)技術(shù)領(lǐng)先的公司有瑞典的Siw-ertell和Carlsen公司、意大利的VAM公司以及法國的IBAV公司,單機(jī)卸船能力都能到達(dá)1000t/h以上,華而不實(shí)Siwertell公司研發(fā)的螺旋卸船機(jī)卸船能力到達(dá)了2700t/h.1.1.3仿真研究方面根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)得知,國外對(duì)螺旋輸送裝置的性能分析方面主要集中在利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)機(jī)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控及可視化研究.20世紀(jì)70年代Cundall開發(fā)了離散單元法(DEM),能準(zhǔn)確模擬仿真顆粒在系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)情況[9-10].在輸送領(lǐng)域中,GrOger初次利用DEM法分析了管道輸送裝置的輸送性能[11].隨后,YoshiyukiShimizu,PhilipJ.OWEN等人前后利用DEM法對(duì)不同形狀的散粒物料在不同狀態(tài)下的螺旋輸送機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行模擬仿真,并把得出的結(jié)論與試驗(yàn)值和經(jīng)歷體驗(yàn)值比擬,結(jié)果表示清楚他們所采取的方式方法是可行的[12-13].JigarPatel等通過分析DEM法在螺旋輸送機(jī)輸送經(jīng)過仿真方面的研究現(xiàn)在狀況,并提出了建議:將來有限元法能代替離散單元法實(shí)現(xiàn)物料在輸送機(jī)內(nèi)運(yùn)動(dòng)整個(gè)經(jīng)過的動(dòng)態(tài)觀察及分析[14].1.2國內(nèi)螺旋輸送裝置的研究狀況1.2.1構(gòu)造參數(shù)和螺旋葉片形狀方面由于我們國家螺旋輸送裝置被廣泛應(yīng)用于多種行業(yè),其構(gòu)造參數(shù)和葉片的形狀種類較多.從構(gòu)造參數(shù)方面來講,有變速、變螺距、變外殼直徑、變軸徑、大傾角、可伸縮等螺旋輸送裝置[15].除此之外,有無軸螺旋輸送裝置,適用于污泥、垃圾處理,也合適輸送農(nóng)作物秸稈等粗飼料.但是由于造價(jià)成本高,以及遭到構(gòu)造參數(shù)方面的影響沒有被廣泛推廣應(yīng)用.很多學(xué)者針對(duì)不同構(gòu)造參數(shù)的輸送裝置進(jìn)行了大量的研究,結(jié)果表示清楚,合理設(shè)計(jì)和改良其構(gòu)造參數(shù)對(duì)解決實(shí)際應(yīng)用經(jīng)過中的堵塞、效率低、功耗大、壽命短等問題都具有現(xiàn)實(shí)意義.對(duì)于螺旋輸送裝置堵塞問題,很多學(xué)者做太多方面的研究.通常是由于螺旋葉片和殼體的間隙小,被輸送物料的流動(dòng)性差或者輸送長度大于5m時(shí)所用吊軸承所導(dǎo)致.針對(duì)以上實(shí)際問題,李學(xué)哲對(duì)小直徑的螺旋輸送機(jī)堵塞原因進(jìn)行了分析,并提出了改良措施[16].通過試驗(yàn),證明改良后的輸送機(jī)完全能避免堵塞.對(duì)于輸送裝置易磨損、效率低、功耗大、壽命短等問題,學(xué)者們通過理論分析與試驗(yàn)研究找出了原因,并提出改良措施.楊志勇等通過分析指出螺旋輸送機(jī)在使用經(jīng)過中常因葉片、螺旋端頭和吊軸承的嚴(yán)重磨損而導(dǎo)致輸送效率降低甚至報(bào)廢等情況[17].馬曉錄為了減小快速螺旋輸送機(jī)螺旋葉片和機(jī)筒間的摩擦,對(duì)其間隙進(jìn)行了研究,給出了兩者之間間隙的設(shè)計(jì)及計(jì)算公式,指出了方便有效的方式方法,經(jīng)過試驗(yàn)證明結(jié)果合理可靠[18].商興國分析其工作原理及固體材料和螺旋輸送機(jī)葉片的磨損機(jī)理,并通過試驗(yàn)得出了葉片的磨損規(guī)律[19].國內(nèi)常見螺旋面可分為4種類型:實(shí)體螺旋、帶式螺旋、漿狀葉片和齒狀葉片,根據(jù)所輸送物料的種類和物理特性來選定.華而不實(shí),應(yīng)用最廣的是實(shí)體螺旋,它具有構(gòu)造簡單、生產(chǎn)率高的優(yōu)點(diǎn),合適輸送枯燥的粉狀、粒狀以及有粘附性的物料;帶式螺旋多用于塊狀、較大顆粒狀和稍帶粘性的物料,輸送的物料較為均勻,可以用在兩種物料的混合上;漿狀葉片適用于輸送易被擠壓成塊和潮濕發(fā)粘的物料,輸送經(jīng)過中對(duì)物料具有強(qiáng)烈的松懈、攪拌作用;齒形螺旋合適輸送腐蝕性強(qiáng)、粘性大的物料,同時(shí)也有松懈和攪動(dòng)作用[20].1.2.2設(shè)計(jì)理論研究方面我們國家很多學(xué)者針對(duì)各種水平和垂直螺旋輸送裝置的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行過大量的試驗(yàn)研究,結(jié)果表示清楚各種機(jī)型基本上能知足輸送要求.但同時(shí)指出,隨著螺旋輸送裝置在各行業(yè)中應(yīng)用的拓展,對(duì)其性能要求也越來越高,因而完善設(shè)計(jì)理論分析,并深切進(jìn)入研究其工作性能,對(duì)于有效地解決實(shí)際應(yīng)用經(jīng)過中碰到的問題,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)械化和自動(dòng)化都具有現(xiàn)實(shí)意義.根據(jù)文獻(xiàn)得知,多數(shù)研究主要集中在對(duì)螺旋輸送裝置的輸送機(jī)理進(jìn)行理論分析并給出計(jì)算方式方法,對(duì)螺旋軸進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核以及壽命預(yù)測(cè),對(duì)于螺旋葉片的設(shè)計(jì),外密封裝置的研制,制造材料的應(yīng)用分析,傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇等方面做了研究,并給出了計(jì)算公式[21-29].但是,對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方式方法而言,經(jīng)過繁瑣且精度低,沒有能避免實(shí)際應(yīng)用經(jīng)過碰到的生產(chǎn)率低、功耗大等關(guān)鍵問題.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,有學(xué)者開場(chǎng)利用先進(jìn)的虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)輸送裝置進(jìn)行選型和設(shè)計(jì),并對(duì)其進(jìn)行有限元分析.華而不實(shí),屈少敏利用SolidWorks軟件具有的系列零件的設(shè)計(jì)表配置和驅(qū)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)了碾米機(jī)上螺旋輸送器零件模型的快速開創(chuàng)建立,克制了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式方法繁瑣,降低了人為造成的偏差,提高了精度和設(shè)計(jì)效率[30].胡樹林等對(duì)煤礦螺旋輸送機(jī)的主要參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì),并用ANSYS軟件對(duì)其關(guān)鍵部件進(jìn)行有限元分析,結(jié)果表示清楚該設(shè)計(jì)能知足實(shí)際要求[31].李英通過分析垂直螺旋輸送機(jī)內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)和受力情況,以其最佳輸送狀態(tài)理論為基礎(chǔ),得出了最佳轉(zhuǎn)速和最大輸送效率的計(jì)算理論,并在VisualC++60平臺(tái)下開發(fā)了快速設(shè)計(jì)計(jì)算垂直螺旋輸送機(jī)的界面.通過實(shí)際應(yīng)用證明:該用戶界面使用方便,能知足快速客戶化的生產(chǎn)形式要求[32].郭維城等設(shè)計(jì)出了一種秸稈物料專用垂直螺旋輸送機(jī),利用SolidWorks軟件對(duì)其進(jìn)行建模優(yōu)化,它構(gòu)造簡單、操作安全方便、截面積小、造價(jià)成本低,能完全知足實(shí)際需求[33].國內(nèi)對(duì)螺旋輸送裝置的產(chǎn)品介紹很多,并在多種秸稈類粗飼料的輸送和喂入場(chǎng)合使用,如聯(lián)合收割機(jī)、壓塊機(jī)和膨化機(jī)上都設(shè)計(jì)到;但是對(duì)輸送經(jīng)過的理論分析文章尚不多見.黃石茂通過分析纖維物料輸送經(jīng)過中堵塞的原因,并對(duì)影響因素進(jìn)料口的幾何形狀進(jìn)行了改良設(shè)計(jì),減少了堵塞,提高了輸送能力[34].螺旋輸送機(jī)由于構(gòu)造簡單、占地面積小、安裝靈敏及密封性好等優(yōu)點(diǎn),在粗飼料加工經(jīng)過中被受廣泛的應(yīng)用.白曉虎等研制出了秸稈螺旋輸送裝置,并對(duì)其工作性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示清楚:其可知足不同粒度和含水率的秸稈物料的喂料要求[35].國內(nèi)很多學(xué)者對(duì)現(xiàn)有的產(chǎn)品基礎(chǔ)上做大量的改良設(shè)計(jì),同時(shí)提出了對(duì)新型產(chǎn)品(如彎曲母線螺旋面、變螺距、變直徑等螺旋輸送裝置)開發(fā)利用的瞻望.也有學(xué)者研發(fā)了新產(chǎn)品,楊麗珍研發(fā)出了一種輸送經(jīng)過中伴有密封及高壓要求的新型高壓密封螺旋輸送機(jī)[36].1.2.3優(yōu)化研究方面隨著螺旋輸送裝置在各行業(yè)中應(yīng)用的擴(kuò)大,對(duì)其性能要求也越來越高.當(dāng)前,在實(shí)際應(yīng)用經(jīng)過中仍存在功耗大、生產(chǎn)率低等的問題,解決這些問題的方式方法就是利用先進(jìn)的手段對(duì)輸送經(jīng)過進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控及對(duì)機(jī)構(gòu)性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).螺旋輸送經(jīng)過的動(dòng)態(tài)監(jiān)控方面,一些學(xué)者做過這方面的研究工作.華而不實(shí),太原科技大學(xué)的學(xué)者們針對(duì)垂直螺旋輸送裝置的研究較多,并且得到了一定的科研成果.孟文俊等對(duì)垂直螺旋輸送機(jī)內(nèi)散體物料的分布情況進(jìn)行分析,表示清楚機(jī)器內(nèi)散體物料可視為非牛頓流體,利用FLUENT軟件對(duì)垂直螺旋輸送機(jī)輸送經(jīng)過進(jìn)行模擬仿真,得到物料在其內(nèi)運(yùn)動(dòng)的密度分布規(guī)律[37];同時(shí)指出,用以上的原理能夠計(jì)算出垂直螺旋輸送機(jī)內(nèi)任意位置的物料的分布情況.李海燕在顆粒仿真軟件(EDEM)內(nèi)建立被輸送散體顆粒的實(shí)體模型,并用離散單元法(DEM)進(jìn)行了模擬仿真垂直螺旋輸送裝置的性能參數(shù)對(duì)輸送性能的影響情況,同時(shí)也分析了散體顆粒在機(jī)器內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)[38].程尊敬愛戴等從宏觀和微觀上分析散體的流動(dòng)性能,建立特定型號(hào):LS1000垂直螺旋輸送機(jī)的實(shí)體模型,采用EDEM軟件對(duì)其不同外表摩擦因數(shù)的散體在不同轉(zhuǎn)速的立式螺旋輸送機(jī)內(nèi)的流態(tài)進(jìn)行仿真,得到了散體速度矢量圖[39].優(yōu)化研究方面,螺旋輸送裝置的參數(shù)多,確定時(shí)復(fù)雜又繁瑣,常規(guī)的設(shè)計(jì)很難得到其最佳匹配的值.因而,學(xué)者們利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)螺旋輸送裝置的構(gòu)造參數(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真并優(yōu)化研究.趙紅霞等對(duì)螺旋輸送機(jī)進(jìn)行了合理簡化,找出效率最優(yōu)時(shí)的螺距計(jì)算理論模型,利用摩擦理論推導(dǎo)出效率優(yōu)化公式;選用了適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)手段,計(jì)算出了輸送機(jī)在效率優(yōu)化后的螺距,并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;利用MATLAB最小二乘法擬合出輸送效率最優(yōu)時(shí)螺距的通用計(jì)算公式[40].舒適華以質(zhì)量最輕和傳動(dòng)效率最大為雙優(yōu)化目的,建立螺旋輸送機(jī)的優(yōu)化模型,利用蟻群算法進(jìn)行了優(yōu)化求解[41].結(jié)果表示清楚,在知足螺旋輸送機(jī)使用性能的前提下,有效地降低了機(jī)器的質(zhì)量,并提高了輸送效率.徐展等也用以上兩個(gè)參數(shù)為目的函數(shù),建立了螺旋輸送機(jī)的多目的優(yōu)化模型,利用粒子群算法編程來求解數(shù)學(xué)模型,并用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化和求解.結(jié)果表示清楚,機(jī)器的質(zhì)量減少了8.2%,輸送效率也提高了4.5%[42].螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)根據(jù)詳細(xì)的工程實(shí)際建立目的函數(shù)和約束條件,有學(xué)者指出應(yīng)用遺傳算法對(duì)其進(jìn)行求解才能更準(zhǔn)確地到達(dá)優(yōu)化目的.張東海利用遺傳優(yōu)化算法建立參數(shù)化的螺旋輸送機(jī)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和優(yōu)化,利用改良后的遺傳算法得到了能解決實(shí)際問題及對(duì)螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)有參考價(jià)值的可行的優(yōu)化結(jié)果.2存在的問題2.1理論研究不夠系統(tǒng)、完善對(duì)螺旋輸送裝置在工作經(jīng)過中生產(chǎn)率低、功耗大等主要問題的理論研究不夠系統(tǒng)、深切進(jìn)入,沒有把兩者結(jié)合起來考慮,作為對(duì)螺旋輸送裝置總體分析和優(yōu)化的對(duì)象.沒有從系統(tǒng)角度出發(fā)對(duì)螺旋輸送裝置的各個(gè)性能參數(shù)之間的最佳匹配關(guān)系和輸送對(duì)象的各個(gè)特征參數(shù)對(duì)輸送性能的影響進(jìn)行相關(guān)研究.2.2產(chǎn)品的適應(yīng)性差、可靠性不高螺旋輸送裝置在輸送經(jīng)過中受輸送對(duì)象特性的影響,在同一個(gè)行業(yè)內(nèi)輸送不同特征參數(shù)的物質(zhì)時(shí)其構(gòu)造參數(shù)也是多樣的均為不成系列,缺乏適應(yīng)性強(qiáng)的輸送裝置,其各種部件及易損壞件之間不能互換.工作經(jīng)過中主要磨損部位為螺旋端頭、葉片和吊軸承.這些部件一旦發(fā)生故障將影響整個(gè)輸送工作,因而可靠性是進(jìn)一步提高工作效率的關(guān)鍵.當(dāng)前有學(xué)者對(duì)該問題進(jìn)行理論分析并提出了相應(yīng)的對(duì)策,但沒能從根本上有效的解決實(shí)際應(yīng)用經(jīng)過中碰到的磨損失效問題.2.3缺乏粗飼料輸送經(jīng)過的理論分析與研究螺旋輸送裝置已成為秸稈類粗飼料收集、儲(chǔ)存、加工工程中的必要設(shè)備,但是輸送經(jīng)過中存在嚴(yán)重的堵塞、翻滾等現(xiàn)象導(dǎo)致輸送裝置的生產(chǎn)率低功耗大等問題.國內(nèi)外對(duì)粗飼料螺旋輸送裝置的研究研究極少,制約了螺旋輸送裝置在粗飼料行業(yè)中的發(fā)展.3發(fā)展趨勢(shì)農(nóng)作物秸稈是我們國家重要資源,對(duì)秸稈類粗飼料螺旋輸送裝置進(jìn)行研究是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)過中流水線作業(yè)的迫切需求.因而,應(yīng)加大該方面的科研投入力度,對(duì)螺旋輸送裝置,十分是針對(duì)粗飼料輸送設(shè)備進(jìn)行理論研究,對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化,參數(shù)到達(dá)最佳匹配,進(jìn)而提高工作性能、降低功耗;與此同時(shí),要開發(fā)新設(shè)備,提高適應(yīng)性.以下為參考文獻(xiàn):[1]孫磊.螺旋輸送器在PTA裝置中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].石油化工設(shè)計(jì),1995,22(2):19-21.[2]李昊,珊珠,張文瑞,等.關(guān)于水平螺旋輸送器優(yōu)化的積計(jì)算[J].農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化,2006(1):29-30.[3]蒙賀偉,坎雜,李