粉末螺旋输送机的设计及有限元分析

针对粉末螺旋输送机输送性能差、使用寿命低等问题，以氢氧化锂粉末为输送物料，对粉末螺旋输送机进行了整体结构设计。首先，本文以输送螺杆为关键零部件，将出料口位置的螺杆设计成无螺旋叶片，根据实际生产输送要求以及氢氧化锂粉末特性，确定了输送螺杆的参数数值；然后，采用有限元分析法对输送螺杆进行了强度和刚度分析，验证了输送螺杆结构参数设计的合理性，研究了输送螺杆叶片厚度对应力和变形的影响规律。其中应力最大值发生在输送螺杆叶片的根部位置处，而最大变形发生在输送螺杆的叶片外缘；随着螺旋叶片厚度的增加，输送螺杆的最大等效应力、总变形在逐渐减小，为输送螺杆的设计提供了一定的参考。

螺旋输送机具有结构简单、安装方便、易于维修和便于多点装料等特点，广泛应用于化工原料、制药、润滑脂及其电池工业等领域[1] [2]。但近年来，随着市场对氢氧化锂粉末的需求不断增加，自动化生产线上对氢氧粉末的输送要求也越来越高[3] [4]。

而输送螺杆作为螺旋输送机的关键零部件， 直接影响着螺旋输送机的输送性能和使用寿命，成为了设计的关键问题[5] [6]。

目前，采用传统的设计方法对输送螺杆展开设计，难以满足新时代的需求。而有限元分析法能分析复杂的工程结构，模拟复杂材料的本构关系、边界条件和荷载，大幅度缩短产品的开发周期，评估产品的设计合理性，现已成为企业研发部门不可缺少的工具。因此，本文针对粉末螺旋输送机进行了整体结构设计，通过有限元分析法对输送螺杆进行了强度和刚度分析，得到了与之对应的应力和变形云图，验证了输送螺杆结构参数设计的合理性，分析了螺旋叶片厚度对应力及变形的影响规律，为输送螺杆的设计提供了参考。

2. 粉末螺旋输送机的设计 输送物料为氢氧化锂粉末，平均粒径为D0 为358 µm。氢氧化锂粉末的输送装置采用粉末螺旋输送机，其结构主要由螺筒4、输送螺杆5、变频电机10、旋转阀7、法兰出料口1、凸缘联轴器9 等部分组成，粉末螺旋输送机结构示意图如图1 所示。粉末螺旋输送机的工作原理：来自上一道工序的粉末经过旋转阀定量出料到螺旋内部空间，在螺旋叶片的推动下沿着水平输送到法兰出料口，然后经过微波固体流量开关监测粉末流动情况， 最终输送下一道工序中实现粉末粉碎。

为了实现粉末螺旋输送机定量供料， 只需对变频电机进行转速调节。在输送粉末过程中，粉末产生的飞扬现象在应用该装置后可以得到有效的抑制，且适合应用于粉末流动性差、供料稳定均匀以及输送效率较低的场合。同时为了提高粉末螺旋输送机或输送稳定性，在出料口位置处将输送螺杆设计成无螺旋叶片。