螺旋输送机在输送物料过程中，其螺旋面升角不变时，物料输送的轴向速度在螺旋叶片轴处较小，在螺旋叶片顶部较大，即在径向方向轴向速度存在速度差，物料输送时产生相对运动的摩擦损失。数学建模论证表明，螺旋面升角在32°~36°范围内变动时，可使轴向速度沿螺旋叶片径向方向恒定，避免了速度差产生的摩擦损失，使轴向速度分布更加合理，物料运行阻力有所减小，螺旋输送机运行效率有所提高。

螺旋输送机

    螺旋输送机主要用于输送各种粉状、粒状、小块状物料，所输送的散粒物料如水泥、粘土、沙子、煤炭和机械等行业，用于输送散粒物料。对其关键部件的结构设计，是降低能耗、提高效率所 关注的问题之一。

螺旋输送机在物料输送过程中所消耗的能量有[2]：

①输送物料时沿螺旋叶片径向方向 的轴向速度差所产生的能量消耗；

②物料内部各颗 粒相互间的摩擦(搅拌和破碎)所引起的能量消耗；

③物料在输送时对槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能 量消耗；

④物料提升高度时所需的能量消耗；

⑤物料沿槽运动时在轴承处产生的能量消耗。笔者从降低 能耗角度出发，分析了螺旋输送机螺旋面升角a的变 化规律，探讨了在输送物料时沿螺旋叶片径向方向不产生轴向速度差的可能性，对降低螺旋输送机运行功 率[3]、提高效率有一定的理论意义。 

1 螺旋输送机工作原理

螺旋输送机由带有螺旋叶片的传动轴在一封闭的弧形槽内旋转，物料受到螺旋叶片法向推力的作用，因其径向分力和叶片对物料的摩擦力，有可能带着物 料绕轴转动，但由于物料自身质量及对弧形槽的摩擦力的共同作用，才不致于与螺旋叶片一起旋转，而是 在叶片法向推力的轴向分力作用下，沿着弧形槽轴向 移动，如图1所示。 

螺旋输送机变螺旋面升角

1. 首端轴承 2. 螺旋轴 3. 螺旋叶片 4. 末端轴承

图 1 螺旋输送机结构示意

2 物料的运动分析

当螺旋面的升角a在展开状态时，螺旋线用一条 斜直线表示，则旋转螺旋面作用于半径r(离螺旋轴线 之距离)处，物料颗粒A在力P的作用下，在料槽中 进行着一个复合运动，即具有圆周速度v圆和轴向速 度v轴，其合成速度为v合[4]，由图2可得 v合cosr=ABsina， 

3定螺旋面升角物料运动特点

将式(1)、(2)按螺旋面升角a不变条件下推导得 物料颗粒的轴向输送速度 式中：s为螺旋的螺距，m；n为螺旋转速，r/min；m面 为物料与螺旋面的摩擦因数，m面=tanr。 由式(3)、(4)绘制速度v轴、v圆随半径的变化曲 线，如图3所示。 由图3可知，螺旋叶片断面的速度分布特点有： 

(1)物料输送的圆周速度v圆内大外小，轴向速度 v轴内小外大； 

(2)在螺旋叶片顶部，v轴＞v圆。 (3)在螺旋叶片轴处，v轴＜v圆。

4 变螺旋面升角物料运动特点 

4.1轴向运动速度分析 将式(1)按螺旋面升角a变化条件下推导得物料 颗粒的轴向输送速度为了使物料沿轴向输送时，其径向方向不产生速 度差，以避免物料间的摩擦损失，要求v轴=c′，即r[sin2a-m(1-cos2a)]=c，令 f(a)轴=sin2a-m(1-cos2a)。 

(1)当r为最小时，f(a)轴应为最大值，对f(a)求 极值，有f′(a)=2cos2a-2msin2a=0，取m=0.5，则2a=63.4°，a≈32°。 

(2)当r为最大时，f(a)轴应为最小值。f(a)轴极 限最小值为零，不能为负值，即2a=126.8°，a≈63°。 计算f(a)轴的变化规律，如表1所列。 表1 f(a)轴变化规律 由表1可以看出，螺旋面升角a在32°~63°范 围内，变螺旋面升角函数f(a)轴逐渐减少，在螺旋叶 片轴处达到最大，在螺旋叶片顶部达到最小。f(a)轴 的这种变化规律可使轴向速度v轴沿螺旋叶片径向方 向恒定。 

4.2 圆周运动速度分析同样，将式(2)按螺旋面升角a变化条件下推导 得物料颗粒的圆周速度v圆=v合sin(a+r)=2πrn/60 =(2πrn/60)[(1-cos2a)+msin2a]令f(a)圆=(1-cos2a)+msin2a，计算f(a)圆变 化规律，如表2所列。表2 f(a)圆变化规律由上述分析可知，螺旋面升角a在32°~63°范 围内，变螺旋面升角函数f(a)圆逐渐增加，即圆周速 度v圆沿螺旋叶片径向方向增加。 

5 结论

(1)螺旋面升角a不变时，物料输送的轴向速度 v轴在螺旋叶片轴处较小，在螺旋叶片顶部较大，即 在径向方向轴向速度存在速度差，物料输送时必然产 生摩擦损失。 (2)螺旋面升角a在32°~63°范围内变动时，可 使轴向速度v轴沿螺旋叶片径向方向恒定，物料输送 时避免了速度差产生的摩擦损失，使其轴向速度分布 更加合理，物料运行阻力更小；而圆周速度v圆沿螺 旋叶片径向方向由内向外增加，有可能带着物料绕轴 转动，但在物料自身质量及对弧形槽的摩擦力的共同作用下，其效果是不旋转。