基于EDEM的回收瀝青混合料滾動(dòng)篩篩分效率與運(yùn)動(dòng)參數(shù)的關(guān)系

馬成林

（長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710000）

隨著中國(guó)道路建設(shè)的日臻成熟，中國(guó)的道路建設(shè)逐漸走向以養(yǎng)為主，養(yǎng)建并重的階段[1]。而就地廠拌熱再生是一種新型的、能夠兼顧廠拌熱再生與就地?zé)嵩偕鷥煞N再生方法優(yōu)點(diǎn)的養(yǎng)護(hù)方法。就地廠拌熱再生需要對(duì)原瀝青路面進(jìn)行清掃、銑刨，然后對(duì)回收瀝青混合料進(jìn)行篩分、稱重，并將各檔料稱重配料后與配好的RAP回收料混合[2]。混合料進(jìn)入移動(dòng)式加熱設(shè)備中進(jìn)行加熱、攪拌，再進(jìn)行攤鋪等操作。其中，對(duì)銑刨料的篩分從根本上影響了級(jí)配的效果，影響了后續(xù)攪拌后混合料的質(zhì)量。而在對(duì)回收瀝青混合料的篩分中，滾動(dòng)篩分作為一種通用的篩分黏性顆粒的篩分方式被提出。但還沒有文章詳細(xì)討論滾動(dòng)篩分中運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)篩分效率與篩分速度的影響，本研究致力于探究滾動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)回收瀝青混合料篩分效率的影響。

1 圓筒滾篩結(jié)構(gòu)分析

1.1 圓筒滾篩

圓筒滾篩結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，主要由外殼1、圓筒滾篩2、驅(qū)動(dòng)輥3、結(jié)構(gòu)骨架4組成。驅(qū)動(dòng)輥的右端接電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓筒滾篩旋轉(zhuǎn)，篩分時(shí)可改變其安裝傾角調(diào)節(jié)篩分效率和篩分速度。圖1中，右端為進(jìn)料口，篩網(wǎng)從內(nèi)到外的篩孔孔徑越來越小，最內(nèi)層的篩網(wǎng)篩孔孔徑最大。

圖1 圓筒滾篩結(jié)構(gòu)圖

圓筒滾篩單層篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，在篩分過程中，由電機(jī)帶動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輥驅(qū)動(dòng)圓筒滾篩進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，滾篩與地面有一定的安裝傾角。待篩分的回收瀝青混合料從滾動(dòng)篩分裝置（即驅(qū)動(dòng)輥一端）進(jìn)入滾篩，物料在滾篩內(nèi)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)篩分，在離心力和重力的作用下從篩孔掉落，黏附在篩網(wǎng)上的RAP在旋轉(zhuǎn)到上方時(shí)在重力的作用下形成料簾，實(shí)現(xiàn)物料的有序連續(xù)篩分。

圖2 圓筒滾篩單層篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 篩分效率分析

將物料根據(jù)公稱粒徑的大小進(jìn)行分類，以保證后期級(jí)配的準(zhǔn)確性的操作叫做篩分。故篩分的最終目的是，使大于所需公稱粒徑的物料無法穿過相應(yīng)的篩網(wǎng)，小于所需公稱粒徑的物料全部穿過相應(yīng)的篩網(wǎng)。但是在現(xiàn)實(shí)中，由于顆粒之間具有一定的黏結(jié)力，物料供應(yīng)的速度可能過快導(dǎo)致物料的堆積，小于篩孔的顆粒并不會(huì)全部穿過篩網(wǎng)，尤其是略小于孔徑的顆粒，故實(shí)際的篩網(wǎng)的篩孔會(huì)略大于所需篩分的粒徑，采用的是近似篩分的方法。篩分效率由式（1）確定[3]。

式中，η為篩網(wǎng)篩分總效率；α為入料小于規(guī)定粒度的細(xì)粒含量；β為篩下物中小于規(guī)定粒度的細(xì)粒含量；γ為篩上物中小于規(guī)定粒度的細(xì)粒含量。

1.3 篩分裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)篩分效率的影響

隨著篩分裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)的改變，篩分裝置對(duì)物料顆粒的篩分效率也會(huì)隨之改變。影響圓筒滾篩對(duì)回收瀝青混合料的篩分效率的運(yùn)動(dòng)參數(shù)主要有圓筒滾篩的轉(zhuǎn)速與圓筒滾篩的傾斜角度。

當(dāng)滾篩傾斜角度較小時(shí)，物料的堆積會(huì)加劇。因?yàn)槲锪现饕揽恐亓Φ淖饔?，沿著滾篩滑落至物料箱，故過小的傾斜角度會(huì)導(dǎo)致物料的大量堆積，影響顆粒的篩分效率。而當(dāng)滾篩傾斜角度較大時(shí)，物料的堆積問題雖然得以解決，但是顆粒與篩分裝置的接觸力過小，下滑速度過快，會(huì)導(dǎo)致大量的物料沒有經(jīng)過完整的篩分就直接滑落至物料倉[4]。

滾篩的轉(zhuǎn)速會(huì)影響到顆粒與篩網(wǎng)的作用力。當(dāng)滾篩作用力足夠大時(shí)，顆粒會(huì)產(chǎn)生足夠的離心力從篩孔中穿過。但是由于采用的是近似篩分方式，故當(dāng)轉(zhuǎn)速過大時(shí)，會(huì)有一定不符合需求的大顆粒穿過篩孔。

2 仿真模型與參數(shù)設(shè)置

2.1 顆粒與圓筒滾篩設(shè)備的參數(shù)設(shè)置

回收瀝青混合料的物料顆粒間有非常復(fù)雜的接觸力。為了模擬回收瀝青混合料的黏附性，選擇EDEM軟件匯總具有凝聚力的Hertz-Mindlin with JKR接觸模型[5]，這一模型可以有效地體現(xiàn)回收瀝青混合料顆粒與顆粒之間的黏聚特性[6-7]?；厥諡r青混合料顆粒與攪拌裝置的本征參數(shù)與接觸參數(shù)，分別如表1、表2所示。

表1 顆粒與攪拌裝置的本征參數(shù)

表2 顆粒與攪拌裝置的接觸參數(shù)設(shè)置

2.2 圓筒滾篩的建模

采用EDEM軟件建立滾動(dòng)篩分設(shè)備的篩分模型，為了提高仿真速度，保證仿真效率，增加顯示效果，選擇對(duì)圓筒滾篩進(jìn)行多層協(xié)同仿真，其中圓筒滾篩長(zhǎng)度為5 050 mm，從內(nèi)而外三層篩網(wǎng)的半徑分別為750 mm、850 mm和950 mm。通過改變仿真模型中重力的方向來模擬現(xiàn)實(shí)中圓筒滾篩的傾斜角度[8-10]。模型中右方懸浮在滾篩中間的平板為模型中的顆粒工廠，設(shè)置RAP顆粒從進(jìn)料口到滾篩的垂直距離為0.2 m，考慮到顆粒與導(dǎo)料口和顆粒間的碰撞，將物料的初始下落速度設(shè)置為1 m/s。采用EDEM軟件建立篩分設(shè)備仿真模型，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，RAP一般篩分為3～4種粒徑，采用近似篩網(wǎng)孔徑，因此仿真將物料粒徑設(shè)置為19 mm～26 mm、9.5 mm～19 mm、4.75 mm～9.5 mm和3 mm～4.75 mm，分別命名為集料1、集料2、集料3、集料4。篩孔孔徑設(shè)置為21 mm、11 mm和5.5 mm。

3 仿真結(jié)果分析與結(jié)論

3.1 傾斜角度對(duì)篩分效率的影響

設(shè)置圓筒滾篩的傾斜角度分別為12.5°、15°、17.5°、20°、22.5°，轉(zhuǎn)速為90 r/min。其中回收瀝青混合料顆粒的產(chǎn)生速度為3 mm～4.75 mm為8 000粒/s、4.75 mm～9.5 mm為2 000粒/s、9.5 mm～19 mm為500粒/s、19 mm～26 mm為250粒/s。每個(gè)粒徑范圍內(nèi)的集料分布為隨機(jī)分布，出料為2 s，仿真時(shí)間為25 s，保證所產(chǎn)生的物料被圓筒滾篩充分篩分。

結(jié)果表明，圓筒滾篩各層篩網(wǎng)的綜合篩分效率與傾斜角度的關(guān)系如表3所示，圓筒滾篩各層篩網(wǎng)的綜合篩分效率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如表4所示。綜合篩分效率為各層篩網(wǎng)的篩分效率的平均值。

表3 傾斜角度與綜合篩分效率的關(guān)系

表4 轉(zhuǎn)速與綜合篩分效率的關(guān)系

3.2 結(jié)論

1）對(duì)于回收瀝青混合料（RAP），隨著圓筒篩網(wǎng)傾角的增大，滾篩的篩分效率呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)，并且由于車身高度的限制與篩網(wǎng)直徑的要求，滾篩傾斜角度的取值不能過大。所以滾篩的傾斜角度為20°時(shí)篩分效率最高。

2）對(duì)于回收瀝青混合料（RAP），圓筒滾篩轉(zhuǎn)速的增加會(huì)使篩分效率呈現(xiàn)先降低后升高，隨后又下降的趨勢(shì)。