基于離散元的螺旋輸送葉片的分段受力分析

李 郁 石勁松

武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院 武漢 430000

0 引言

螺旋葉片作為垂直螺旋輸送機(jī)中的重要構(gòu)件，頻繁與物料發(fā)生碰撞和摩擦，研究和分析其受力對(duì)優(yōu)化螺旋葉片耐磨處理，提高輸送機(jī)使用壽命有重要意義。國(guó)內(nèi)外對(duì)螺旋葉片的磨損和受力都進(jìn)行了研究，楊樂(lè)成等[1]基于EDEM中的Relative Wear模塊標(biāo)記了螺旋葉片中最容易發(fā)生磨損的地方，并通過(guò)累計(jì)法向和切向接觸力分析了磨損機(jī)理；Liu H B等[2]基于Ansys Workbench和CFD固液耦合分析了計(jì)算模型對(duì)離心機(jī)螺旋體受力計(jì)算的影響。

目前研究多采用耦合方法或Hertz-Mindlin with Archard模型分析螺旋體整體累計(jì)受力以及磨損情況，分析過(guò)程中計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量較大，缺乏對(duì)螺旋葉片結(jié)構(gòu)局部受力的定量分析。在對(duì)螺旋葉片進(jìn)行耐磨處理時(shí)，由于葉片內(nèi)側(cè)和外側(cè)受力不同，耐磨層可以進(jìn)行差異化處理，追求更好的經(jīng)濟(jì)性，故對(duì)螺旋葉片局部受力的定量分析是必要的。

本文選取垂直螺旋輸送中1個(gè)螺距的螺旋葉片，將其按面積平分為12個(gè)微段，通過(guò)離散元仿真分析不同轉(zhuǎn)速下微段與顆粒的接觸受力，為螺旋葉片的耐磨處理提供一定的參考。

1 傳統(tǒng)理論分析

1.1 單顆粒分析

假定只存在同時(shí)與螺旋葉片和螺旋管壁接觸的單個(gè)顆粒，不考慮該顆粒與其他顆粒間的接觸。

物料顆粒與螺旋葉片的接觸受力如圖1所示。根據(jù)合力，顆粒重力，顆粒與螺旋壁摩擦力的平衡，得到力三角形，如圖2所示。

圖1 顆粒和葉片受力合成

圖2 物料顆粒受力平衡

在圖1中，F(xiàn)N為顆粒受到螺旋葉片的反作用力，F(xiàn)Nμ為顆粒受到的摩擦力，F(xiàn)S為FN和FNμ合成的合力。……