基于EDEM的傾斜螺旋輸送機輸送能力研究

寧廷州 李偎 緱亞楠

摘?要：為研究傾斜螺旋輸送機的輸送能力，將傾角、螺距、轉速進行有序組合，以一定數量顆粒的輸送時間為試驗指標進行正交實驗仿真，探索試驗因素對試驗指標的影響.結果表明：隨著傾角的增大，螺旋輸送機輸送能力呈下降趨勢;較大的速度可以提高輸送能力，但是隨著速度的增加，顆粒發生碰撞就越明顯，從而導致輸送能力會有所降低;螺距對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，轉速為120 r/min，為最佳的參數組合.研究結論可為提升傾斜螺旋輸送機的輸送能力提供理論依據和參考.

關鍵詞：螺旋輸送機;輸送能力;EDEM;正交試驗

[中圖分類號]TH224 ???[文獻標志碼]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

螺旋輸送機是一種無繞行牽引構件的連續輸送設備，它借助旋轉螺旋的推力將物料沿著機槽進行輸送.在冶金、采礦、化工、釀造、醫藥、碼頭以及建筑領域等一些工業領域，主要用來運輸煤、礦石、食糧、砂、混凝土、水泥、化肥等.[1-3]螺旋輸送機在實際生產中，受到場地等各種原因的限制，經常采用較大的傾角.[4-5]本文在離散單元軟件EDEM的基礎上，采用正交試驗方法，研究螺旋輸送機的傾角、轉速、螺距對螺旋輸送機輸送能力的影響，并提出最佳的參數組合，從而在生產中提高效率.研究可為提高螺旋輸送機的輸送能力提供理論依據.

1?螺旋輸送機輸送能力計算理論

螺旋輸送機輸送能力與眾多的因素有關[6]，如螺旋直徑、螺距、轉速等，可按式（1）進行計算：

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為螺旋軸的轉速（r/min）;ψ為填充系數;γ為物料容重（t/m3）;C為修正系數.

2?變量參數的選擇

2.1?傾角的選擇

螺旋輸送機的輸送量與傾角有關[7]，當其他參數一定時，隨著傾角的增大，輸送量減少，所需要的功率也增大.研究傾斜螺旋輸送機的輸送能力時，為避免出現水平或垂直螺旋輸送機效果，將螺旋輸送機的傾角設定在25°～75°.[8]考慮到如果傾角變化過大而造成運送量的差距過大，故所選的三個傾角的差值不應太大，本研究傾角的三水平為：30°，40°，50°.

2.2?轉速的選擇

在物料輸送時，轉速的高低會改變輸送量的大小.[9]當旋轉速度較大時，螺旋輸送機的輸送能力也較好，但當轉速超過一定限制時，會產生較大的離心力，而導致物料向后運動，導致輸送能力有所下降，故轉速需要有一定的限制.

螺旋輸送機的轉速應根據輸送量、螺旋直徑和物料的特性確定.[10]轉速在滿足輸送量的情況下不宜選的過高，更不能超過最大許用轉速，螺旋轉速應為：

n≤nmax=A/D1/2.（2）

式（2）中，A為物料特性系數，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A=65，則nmax=130 r/min.因此，轉速的三水平選擇為：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行的滑移面，還決定著螺旋葉片的升角，影響螺旋輸送機的輸送能力.[11]螺距的設計計算應滿足兩個條件：一是保證速度各分量間的分布關系;二是考慮螺旋體與物料的摩擦聯系.用公式（3）計算：

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k取小值，垂直螺旋輸送機k取大值.已知螺旋直徑D=250，計算可得螺距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、轉速為試驗因素，利用正交試驗表L9（34），做三因素三水平的試驗，各因素水平如表1所示.[12-13]根據所選的參數，利用SolidWorks畫出螺旋輸送機的9組三維模型，并將其分別導入到EDEM軟件中，進行顆粒的模擬仿真，材料屬性如表2所示.進行仿真模擬時，設置一定數量的顆粒，比較將這些顆粒從螺旋輸送機中完全輸送出來所用時間的長短，從這9組實驗數據中選出最佳的一組數據，得到最優的參數組合.

4?結果與分析

通過仿真，得到了每一組模擬所用的時間，如圖1和表3所示.由表3可得效應曲線，如圖2所示.

研究結果顯示：

（1）隨著螺旋體的轉速的增加，所用時間減少，輸送能力增強;但是過高轉速就會造成顆粒在螺旋輸送機發生碰撞，這種碰撞在顆粒數量逐漸減少時更加明顯，且產生較大離心力，從而造成物料不能穩定向前輸送，甚至會出現物料向后運動的現象.這一情況說明當速度過高時，其輸送能力反而有所下降.

（2）傾角的極差很大，說明傾角的改變對螺旋輸送機輸送能力的影響很大，傾角的增加會使用時增加，輸送能力顯著下降.由于傾角增加，顆粒在向上運行的過程中會出現顆粒不能緊隨螺旋葉片旋轉，在自重的作用下向下滑落的現象.因此，在選擇工作傾角時盡可能的減少傾角.

（3）螺距對螺旋輸送機的輸送能力有所影響.但是相比于傾角與轉速，螺距對輸送能力的影響并不是很大.合理選擇螺距能達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），轉速為水平3（120r/min），是最佳參數組合.

5?結論

基于SolidWorks和EDEM進行了螺旋輸送機輸送能力的仿真研究，得到了如下結論：

（1）傾角、轉速和螺距均對螺旋輸送機的輸送能力有影響.隨著傾角的增大，螺旋輸送機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，顆粒發生碰撞就越加明顯，導致輸送能力降低;螺距對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）最佳的參數組合為：傾角30°，螺距200mm，轉速120r/min.

參考文獻

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編輯：琳莉