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螺旋输送机的设计及输送机理仿真一、选题理由随着我国各行业的竞争不断加剧，产品的优化和和效率的提高已经成为各个企业和工厂相继追求的目标，要想在激烈的竞争中占据有利地位，必须对现有的产品和设施不断优化改造，以适应时代和社会的需要。为此，必须要对螺旋输送机内部颗粒运动规律及螺旋输送机各参数进行分析研究，从而找出优化方法。本课题应用EDEM软件对散体在不同填充系数、不同螺旋转速下的输送状态进行模拟仿真，从而得出水平螺旋输送机输送效率的影响因素，为高效水平螺旋输送机的生产制造提供理论基础，促进各产业的快速发展二、研究目的和意义螺旋输送机俗称绞龙主要用于短距离水平或垂直方面输送散体物料的连续性输送机械。它主要有以下几个优点：结构简单，外形尺寸小，造价低具有良好的密封性，对物料破化作用强。但其存在很多明显缺点:不宜长距离大运量的连续输送物料。如果螺旋输送机的设计与待输送的材料不匹配，将会产生以下问题：波动和不稳定的流速，不精确的计量和配料，不同质的产品，产品的降质，过多的功率消耗，高启动力矩以及高设备磨损。通过EDEM软件对物料颗粒进行仿真模拟，了解物料颗粒在螺旋输送机内的运动规律以及螺旋输送机的各个参数对输送效率的影响将对于螺旋输送机的优化与发展起到重要的推动作用。本文主要针对水平螺旋输送机，通过对螺旋输送机的参数选型设计，强度校核以及对物料颗粒在螺旋输送机内运动的仿真分析，找出影响螺旋输送机输送效率的因素并提出改进措施。三、主要参考文献及资料[1]范招，胡国明，水平螺旋输送机的离散元法仿真分析[J].煤矿机械.2014年11期。[2]于瑞江，汤晓华，张玉玲。基于离散元法的水平螺旋输送机仿真模拟与分析[D].北京工商大学大学硕士论文。[3]张福培，大倾角螺旋输送机的工作原理和设计[J].华东建筑机械厂[4]刘艳妮，大倾角带式输送机的动态分析[D].山东科技大学硕士论文。[5]陶亮，何船，陈娟，螺旋输送机的设计计算及其关键零部件仿真[J].矿山机械2015年08期。[6]刘伟立，卫红波，基于EDEM软件的螺旋输送机仿真及分析[A].中国煤炭科工集团太原研究院有限公司。[7]吴超，胡志超，基于离散单元法的螺旋输送机数值模拟与分析[D].南通大学机械工程学院。[8]翟晓晨，孟文俊，张晓寒，基于DEM的散料在垂直螺旋输送机中的运动分析D].太原理工大学硕士论文。[9]王国强，郝望军，王继新。离散单元法及其在EDEM上的实践.西北工业大学出版社。[10]向少学王小乐。基于EDEM仿真的水平螺旋输送机输送机理分析研究[J].港口装卸2015年第5期。[11]D.Kretz,S.Callau-Monje,Discreteelementmethod(DEM)simulationandvalidationofascrewfeedersystem.[J].PowderTechnology,2016,Vol.287[12]Roberts,A.W.,Theinfluenceofgranularvortexmotiononthevolumetricperformanceofenclosedscrewconveyors[J].PowderTechnology,104,pp.56–67,1999.[13]P.J.Owen,P.W.Cleary.PredictionofscrewconveyorperformanceusingtheDiscreteElementMethod(DEM)[J].PowderTechnology,2009.Vol.193(3),pp.274-288[14]A.W.Roberts.Theinfluenceofgranularvortexmotiononthevolumetricperformanceofenclosedscrewconveyors[J].PowderTechnology,1999,Vol.104(1),pp.56-67[15]Justin.W.Fernandez,Paul.W.Cleary.Effectofscrewdesignonhopperdrawdownofsphericalparticlesinahorizontalscrewfeeder[J].ChemicalEngineeringScience,2011,Vol.66(22),pp.5585-5601[16]Roberts.AlanW.BulkSolids:OptimizingScrewConveyors[J].ChemicalEngineering,2015,Vol.122(2),pp.62-67[17]HemadZareiforoush.MohamadHasanKomarizadeh.ScrewConveyorsPowerandThroughputAnalysisduringHorizontalHandlingofPaddyGrains[J].JournalofAgriculturalScience,2010,Vol.2(2)[18]Yao.Yangping,Meng,Wenjun.StudyHorizontalScrewConveyorsEfficiencyFlatBottomedBinsEDEMSimulation.[J].Sensors&Transducers,2013,Vol.159(11),pp.282-288.[19]M.GhasemiVarnamkhasti,H.Mobli.InvestigationofRiceQualityofSorkhehVarietyUsingaRotorEquippedwithScrewConveyorinBladeWhitener[J].JournalofScienceandTechnologyofAgricultureandNaturalResources,2008,Vol.12(44),pp.257.[20]S.S.Waje,B.N.Thorat,A.S.Mujumdar.ScrewConveyorDryer:ProcessandEquipmentDesign[J].DryingTechnology,2007,Vol.25(1)四、国内外研究现状综述在国内，关于螺旋输送机的研究主要是针对水平或者微倾斜的螺旋输送机，并通过离散元仿真找出螺旋输送机各参数对物料颗粒的影响。范召，胡国明[1]等人应用离散元法模拟水平螺旋输送机输送过程，并建立水平螺旋输送机DEM仿真模型，研究螺旋输送机在不同工况下的工作情况。通过仿真结果分析颗粒在螺旋输送机中的输送过程分布情况；同时改变螺旋轴转速和物料填充率，观察螺旋输送机中质量流率和功率的变化规律。于瑞江，汤晓华[2]等人对水平螺旋输送机输送大米进行了动态仿真，讨论不同填充率下的物料颗粒运动速度、颗粒及螺旋输送机受力情况和螺旋输送机的功率消耗，并得出了螺旋输送机消耗功率最小时转速和填充率的最优值。吴超[7]等人为探究螺旋转速、填充率、螺旋直径以及螺距对颗粒物料运动速度、螺旋输送机输送量和功率消耗的影响，基于离散单元法，对螺旋输送机进行数值模拟，得出螺旋转速和填充率对输送机的影响最显著，同时得出在其他条件一定的情况下，使螺旋输送机输送单位质量物料所耗功率最小时螺旋转速和填充率的最优值以及螺旋转速和填充率一定时使螺旋输送机输送单位质量功率最小的最优螺旋直径与螺距的比值。对于大倾角螺旋输送机，在国外国外的混凝土拌和设备中已大量使用,而在我国只是开始,现在也有不少学者对此进行研究，具有很充足的研究空间。国外螺旋输送机技术的发展很快，其主要表现为螺旋输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带式输送机、管状螺旋输送机、空间转弯螺旋输送机等各种机型。另外螺旋输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型螺旋输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了螺旋输送机动态分析与监控技术，提高了螺旋输送机的运行性能和可靠性。国外学者对于基于离散元法颗粒堆积问题的研究更为活跃。P.J.Owen[13]通过运用离散元法（DEM）模拟周期边界条件下的绞龙中的一个螺距，来研究这些工作条件是如何影响螺旋输送机的性能的。给出了螺旋输送机的性能随以下因素变化的关系预测：粒子的速度，质量流量，能量损耗和功率消耗，这些变化由工作条件的改变引起。Owen通过离散元法仿真展示了绞龙倾角从水平到垂直范围内粒子分布和粒子流以及不同倾角和工作转速下螺旋输送机内部的颗粒流。做出了输送机在不同倾角、不同填充率下的粒子分布图。最后得出：对于给定的螺旋输送机转速和给定的倾角，增加填充率时，增加了维持颗粒流动所需的能量，且能量消耗与填充率之间的关系是非线性的，颗粒的平均轴向速度几乎不随填充率变化。对于小倾角，颗粒的平均涡旋速度随着倾角的增加而增加，但是在倾角为25°以上时，涡旋速度会减小。Roberts.AlanW[14]提出了封闭式螺旋输送机关键的性能设计方面的概述。他通过对不同形式的螺旋输送机的实验研究，得出了在不同倾角时输送量与螺旋转速之间的关系。同时研究了螺旋叶片和筒壁之间摩擦对于输送效率的影响。为设计者和用户对螺旋输送机的使用提供了一个参考依据。HemadZareiforoush[17]通过试验确定了在螺旋输送机输送水稻时对其吞吐量和功耗影响最大的因素。通过改变螺旋输送机的螺杆转数进行试验，得出随着螺杆转速的增加，输送能力达到最高点之后容量下降。随着螺杆间隙的增加，输送机的输送能力和功率要求会降低。现阶段螺旋输送机的发展趋势主要是：(1)更大的输送量、更高的输送速度以及更长的使用寿命以提高工作效率。(2)向低能化发展，节约使用成本。(3)向数字化，自动化发展。实现计算机远程控制，降低工人劳动量和人员开销。(4)实现空间可弯曲输送。突破传统输送机的输送限制以适应更多实际输送要求(5)组合复合化输送，向大型化发展。将螺旋输送机与其他机械相结合使用，使其具有更加广泛的用途，增大输送能力和输送角度。(6)绿色化发展，减少环境污染，走绿色化经济道路。通过以上对国内外研究现状的分析可以看出，现阶段对于螺旋输送机的研究主要是基于离散元分析的仿真，通过研究物料颗粒在输送机内的运动规律，以及探索影响螺旋输送机输送效率的因素并力求找到更好的优化方法。至于大倾角螺旋输送机的研究和优化还有待进一步的研究。五、主要研究内容1.螺旋输送机的工作原理螺旋输送机主要分为水平和垂直螺旋输送机，可以沿水平，倾斜和垂直方向输送物料。根据输送结构螺旋输送机可以分为双螺旋和单螺旋输送机。按安装方式分类可以分为固定式和移动式，绝大多数螺旋输送机采用固定式。以用于水泥工业的螺旋输送机为例，这种螺旋输送机一般用的是实体螺旋叶片，没有吊挂轴承。其工作原理是：从进料口加入物料，转轴转动时，螺旋叶片对物料有一个推力作用推力的径向分力和叶片对物料的摩擦力可能是物料与螺旋叶片一起旋转，但由于物料自身的重力作用以及料槽对物料的摩擦力作用才使得物料不随鸦片一起转动，而在叶片法向推力的轴向分力作用下，物料会沿着料槽轴向移动。2.螺旋输送机参数选择确定螺旋输送机是一种常用的不具有牵引构件的连续输送机械，利用螺旋运动向前输送物料，是现代生产中不可缺少的重要设备。螺旋输送机种类很多，不同的螺旋输送机结构差异较大设计参数多，各个参数相互联系，一次设计难度较大，如果不合理选择螺旋输送机的参数将会对其工作效率和性能产生很大的影响。螺旋输送机的参数确定主要包括：（1）螺旋输送机输送量的确定（2）螺旋直径的确定（3）螺旋转速的确定（4）螺旋轴轴径的确定（5）端部轴承强度校核3.散状颗粒在螺旋输送机内的运动仿真，主要包括：（1）研究螺旋轴的转速和充填率的变化对水平螺旋输送机输送效率的影响。（2）应用离散元法分析软件EDEM对水平螺旋输送机的输送过程进行仿真。找出螺旋转速、物料填充率发生变化时，颗粒的各个物理特性随之所发生的变化规律。（3）用离散单元法模拟颗粒与颗粒的碰撞、颗粒与边界（主要指螺旋管和螺旋叶片）的碰撞、颗粒与颗粒的碰撞。应用EDEM软件对散体在不同填充系数