基于EDEM的傾斜螺旋輸送機(jī)輸送能力研究

寧廷州 李偎 緱亞楠

摘?要：為研究?jī)A斜螺旋輸送機(jī)的輸送能力，將傾角、螺距、轉(zhuǎn)速進(jìn)行有序組合，以一定數(shù)量顆粒的輸送時(shí)間為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)仿真，探索試驗(yàn)因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響.結(jié)果表明：隨著傾角的增大，螺旋輸送機(jī)輸送能力呈下降趨勢(shì);較大的速度可以提高輸送能力，但是隨著速度的增加，顆粒發(fā)生碰撞就越明顯，從而導(dǎo)致輸送能力會(huì)有所降低;螺距對(duì)輸送能力也有積極的影響，但是相比于速度，影響效果不是很明顯;傾角為30°，螺距為200 mm，轉(zhuǎn)速為120 r/min，為最佳的參數(shù)組合.研究結(jié)論可為提升傾斜螺旋輸送機(jī)的輸送能力提供理論依據(jù)和參考.

關(guān)鍵詞：螺旋輸送機(jī);輸送能力;EDEM;正交試驗(yàn)

[中圖分類(lèi)號(hào)]TH224 ???[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

Research on Conveying Capacity of InclinedScrew Conveyor based on EDEM

NING Tingzhou1， LI Wei1，2， GOU Yanan1*

（1. College of Mechanical and Electrical Engineering， Zaozhuang University， Zaozhuang 277160， China;2. School of Mechanical Engineering， Anhui University of Technology， Maanshan 243000， China）

Abstract：In order to study the conveying capacity of inclined screw conveyor， the inclination angle， pitch and rotating speed were combined in an orderly way， the orthogonal experimental simulation was carried out with the conveying time of a certain number of particles as the experimental index. The influence of experimental factors on the experimental index was explored， and the optimal parameter combination was obtained. The results showed that the conveying capacity of screw conveyor decreases with the increase of inclination angle， larger speed can improve the conveying capacity， but with the increase of speed， the collision of particles becomes more obvious， which leads to the decrease of conveying capacity， pitch also has a positive impact on conveying capacity， but compared with speed， the effect is not obvious. The best combination of the inclination angle， pitch and speed is 30°， 200 mm and 120 r/min. The research conclusion can provide theoretical basis and reference for improving the conveying capacity of inclined screw conveyor.

Key words：screw conveyor; conveying capacity; EDEM; orthogonal experiment

螺旋輸送機(jī)是一種無(wú)繞行牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送設(shè)備，它借助旋轉(zhuǎn)螺旋的推力將物料沿著機(jī)槽進(jìn)行輸送.在冶金、采礦、化工、釀造、醫(yī)藥、碼頭以及建筑領(lǐng)域等一些工業(yè)領(lǐng)域，主要用來(lái)運(yùn)輸煤、礦石、食糧、砂、混凝土、水泥、化肥等.[1-3]螺旋輸送機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中，受到場(chǎng)地等各種原因的限制，經(jīng)常采用較大的傾角.[4-5]本文在離散單元軟件EDEM的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)方法，研究螺旋輸送機(jī)的傾角、轉(zhuǎn)速、螺距對(duì)螺旋輸送機(jī)輸送能力的影響，并提出最佳的參數(shù)組合，從而在生產(chǎn)中提高效率.研究可為提高螺旋輸送機(jī)的輸送能力提供理論依據(jù).

1?螺旋輸送機(jī)輸送能力計(jì)算理論

螺旋輸送機(jī)輸送能力與眾多的因素有關(guān)[6]，如螺旋直徑、螺距、轉(zhuǎn)速等，可按式（1）進(jìn)行計(jì)算：

Q=47D2snψγC .（1）

式（1）中，D為螺旋葉片的直徑（m）;s為螺旋葉片的螺距（m）;n為螺旋軸的轉(zhuǎn)速（r/min）;ψ為填充系數(shù);γ為物料容重（t/m3）;C為修正系數(shù).

2?變量參數(shù)的選擇

2.1?傾角的選擇

螺旋輸送機(jī)的輸送量與傾角有關(guān)[7]，當(dāng)其他參數(shù)一定時(shí)，隨著傾角的增大，輸送量減少，所需要的功率也增大.研究?jī)A斜螺旋輸送機(jī)的輸送能力時(shí)，為避免出現(xiàn)水平或垂直螺旋輸送機(jī)效果，將螺旋輸送機(jī)的傾角設(shè)定在25°～75°.[8]考慮到如果傾角變化過(guò)大而造成運(yùn)送量的差距過(guò)大，故所選的三個(gè)傾角的差值不應(yīng)太大，本研究?jī)A角的三水平為：30°，40°，50°.

2.2?轉(zhuǎn)速的選擇

在物料輸送時(shí)，轉(zhuǎn)速的高低會(huì)改變輸送量的大小.[9]當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度較大時(shí)，螺旋輸送機(jī)的輸送能力也較好，但當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)一定限制時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的離心力，而導(dǎo)致物料向后運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致輸送能力有所下降，故轉(zhuǎn)速需要有一定的限制.

螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)輸送量、螺旋直徑和物料的特性確定.[10]轉(zhuǎn)速在滿(mǎn)足輸送量的情況下不宜選的過(guò)高，更不能超過(guò)最大許用轉(zhuǎn)速，螺旋轉(zhuǎn)速應(yīng)為：

n≤nmax=A/D1/2.（2）

式（2）中，A為物料特性系數(shù)，D為螺旋直徑（m）.本研究的螺旋直徑D為250 mm，物料特性系數(shù)A=65，則nmax=130 r/min.因此，轉(zhuǎn)速的三水平選擇為：80 r/min，100 r/min，120 r/min.

2.3?螺距的選擇

螺距大小決定著物料運(yùn)行的滑移面，還決定著螺旋葉片的升角，影響螺旋輸送機(jī)的輸送能力.[11]螺距的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)滿(mǎn)足兩個(gè)條件：一是保證速度各分量間的分布關(guān)系;二是考慮螺旋體與物料的摩擦聯(lián)系.用公式（3）計(jì)算：

s=（0.8～1.2）D=kD.（3）

式（3）中，D為螺旋直徑;s為螺距，水平螺旋輸送機(jī)k取小值，垂直螺旋輸送機(jī)k取大值.已知螺旋直徑D=250，計(jì)算可得螺距s=200～300mm.本文螺距的三水平分別為：200 mm，220 mm，240 mm.

3?研究方法

選擇傾角、螺距、轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)因素，利用正交試驗(yàn)表L9（34），做三因素三水平的試驗(yàn)，各因素水平如表1所示.[12-13]根據(jù)所選的參數(shù)，利用SolidWorks畫(huà)出螺旋輸送機(jī)的9組三維模型，并將其分別導(dǎo)入到EDEM軟件中，進(jìn)行顆粒的模擬仿真，材料屬性如表2所示.進(jìn)行仿真模擬時(shí)，設(shè)置一定數(shù)量的顆粒，比較將這些顆粒從螺旋輸送機(jī)中完全輸送出來(lái)所用時(shí)間的長(zhǎng)短，從這9組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中選出最佳的一組數(shù)據(jù)，得到最優(yōu)的參數(shù)組合.

4?結(jié)果與分析

通過(guò)仿真，得到了每一組模擬所用的時(shí)間，如圖1和表3所示.由表3可得效應(yīng)曲線(xiàn)，如圖2所示.

研究結(jié)果顯示：

（1）隨著螺旋體的轉(zhuǎn)速的增加，所用時(shí)間減少，輸送能力增強(qiáng);但是過(guò)高轉(zhuǎn)速就會(huì)造成顆粒在螺旋輸送機(jī)發(fā)生碰撞，這種碰撞在顆粒數(shù)量逐漸減少時(shí)更加明顯，且產(chǎn)生較大離心力，從而造成物料不能穩(wěn)定向前輸送，甚至?xí)霈F(xiàn)物料向后運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象.這一情況說(shuō)明當(dāng)速度過(guò)高時(shí)，其輸送能力反而有所下降.

（2）傾角的極差很大，說(shuō)明傾角的改變對(duì)螺旋輸送機(jī)輸送能力的影響很大，傾角的增加會(huì)使用時(shí)增加，輸送能力顯著下降.由于傾角增加，顆粒在向上運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)顆粒不能緊隨螺旋葉片旋轉(zhuǎn)，在自重的作用下向下滑落的現(xiàn)象.因此，在選擇工作傾角時(shí)盡可能的減少傾角.

（3）螺距對(duì)螺旋輸送機(jī)的輸送能力有所影響.但是相比于傾角與轉(zhuǎn)速，螺距對(duì)輸送能力的影響并不是很大.合理選擇螺距能達(dá)到提高輸送能力的效果.

（4）由表3可知，傾角為水平1（30°），螺距為水平1（200mm），轉(zhuǎn)速為水平3（120r/min），是最佳參數(shù)組合.

5?結(jié)論

基于SolidWorks和EDEM進(jìn)行了螺旋輸送機(jī)輸送能力的仿真研究，得到了如下結(jié)論：

（1）傾角、轉(zhuǎn)速和螺距均對(duì)螺旋輸送機(jī)的輸送能力有影響.隨著傾角的增大，螺旋輸送機(jī)的輸送能力有所下降，且角度的影響是較為明顯;雖然較大的速度可以提高輸送能力，但是隨著速度的增加，顆粒發(fā)生碰撞就越加明顯，導(dǎo)致輸送能力降低;螺距對(duì)輸送能力也有積極的影響，但是相比于速度，影響效果不太明顯.

（2）最佳的參數(shù)組合為：傾角30°，螺距200mm，轉(zhuǎn)速120r/min.

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編輯：琳莉