基于EDEM的倾斜螺旋输送机输送能力研究

宁廷州 李偎 缑亚楠

摘 要：为研究倾斜螺旋输送机的输送能力，将倾角、螺距、转速进行有序组合，以一定数量颗粒的输送时间为试验指标进行正交实验仿真，探索试验因素对试验指标的影响.结果表明：随着倾角的增大，螺旋输送机输送能力呈下降趋势;较大的速度可以提高输送能力，但是随着速度的增加，颗粒发生碰撞就越明显，从而导致输送能力会有所降低;螺距对输送能力也有积极的影响，但是相比于速度，影响效果不是很明显;倾角为30°，螺距为200 mm，转速为120 r/min，为最佳的参数组合.研究结论可为提升倾斜螺旋输送机的输送能力提供理论依据和参考.

关键词：螺旋输送机;输送能力;EDEM;正交试验

[中图分类号]TH224    [文献标志码]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

螺旋輸送机是一种无绕行牵引构件的连续输送设备，它借助旋转螺旋的推力将物料沿着机槽进行输送.在冶金、采矿、化工、酿造、医药、码头以及建筑领域等一些工业领域，主要用来运输煤、矿石、食粮、砂、混凝土、水泥、化肥等.[1-3]螺旋输送机在实际生产中，受到场地等各种原因的限制，经常采用较大的倾角.[4-5]本文在离散单元软件EDEM的基础上，采用正交试验方法，研究螺旋输送机的倾角、转速、螺距对螺旋输送机输送能力的影响，并提出最佳的参数组合，从而在生产中提高效率.研究可为提高螺旋输送机的输送能力提供理论依据.

1 螺旋输送机输送能力计算理论

螺旋输送机输送能力与众多的因素有关[6]，如螺旋直径、螺距、转速等，可按式（1）进行计算：

Q=47D2snψγC .（1）

式（1）中，D为螺旋叶片的直径（m）;s为螺旋叶片的螺距（m）;n为螺旋轴的转速（r/min）;ψ为填充系数;γ为物料容重（t/m3）;C为修正系数.

2 变量参数的选择

2.1 倾角的选择

螺旋输送机的输送量与倾角有关[7]，当其他参数一定时，随着倾角的增大，输送量减少，所需要的功率也增大.研究倾斜螺旋输送机的输送能力时，为避免出现水平或垂直螺旋输送机效果，将螺旋输送机的倾角设定在25°～75°.[8]考虑到如果倾角变化过大而造成运送量的差距过大，故所选的三个倾角的差值不应太大，本研究倾角的三水平为：30°，40°，50°.

2.2 转速的选择

在物料输送时，转速的高低会改变输送量的大小.[9]当旋转速度较大时，螺旋输送机的输送能力也较好，但当转速超过一定限制时，会产生较大的离心力，而导致物料向后运动，导致输送能力有所下降，故转速需要有一定的限制.

螺旋输送机的转速应根据输送量、螺旋直径和物料的特性确定.[10]转速在满足输送量的情况下不宜选的过高，更不能超过最大许用转速，螺旋转速应为：

n≤nmax=A/D1/2.（2）

式（2）中，A为物料特性系数，D为螺旋直径（m）.本研究的螺旋直径D为250 mm，物料特性系数A=65，则nmax=130 r/min.因此，转速的三水平选择为：80 r/min，100 r/min，120 r/min.

2.3 螺距的选择

螺距大小决定着物料运行的滑移面，还决定着螺旋叶片的升角，影响螺旋输送机的输送能力.[11]螺距的设计计算应满足两个条件：一是保证速度各分量间的分布关系;二是考虑螺旋體与物料的摩擦联系.用公式（3）计算：

s=（0.8～1.2）D=kD.（3）

式（3）中，D为螺旋直径;s为螺距，水平螺旋输送机k取小值，垂直螺旋输送机k取大值.已知螺旋直径D=250，计算可得螺距s=200～300mm.本文螺距的三水平分别为：200 mm，220 mm，240 mm.

3 研究方法

选择倾角、螺距、转速为试验因素，利用正交试验表L9（34），做三因素三水平的试验，各因素水平如表1所示.[12-13]根据所选的参数，利用SolidWorks画出螺旋输送机的9组三维模型，并将其分别导入到EDEM软件中，进行颗粒的模拟仿真，材料属性如表2所示.进行仿真模拟时，设置一定数量的颗粒，比较将这些颗粒从螺旋输送机中完全输送出来所用时间的长短，从这9组实验数据中选出最佳的一组数据，得到最优的参数组合.

4 结果与分析

通过仿真，得到了每一组模拟所用的时间，如图1和表3所示.由表3可得效应曲线，如图2所示.

研究结果显示：

（1）随着螺旋体的转速的增加，所用时间减少，输送能力增强;但是过高转速就会造成颗粒在螺旋输送机发生碰撞，这种碰撞在颗粒数量逐渐减少时更加明显，且产生较大离心力，从而造成物料不能稳定向前输送，甚至会出现物料向后运动的现象.这一情况说明当速度过高时，其输送能力反而有所下降.

（2）倾角的极差很大，说明倾角的改变对螺旋输送机输送能力的影响很大，倾角的增加会使用时增加，输送能力显著下降.由于倾角增加，颗粒在向上运行的过程中会出现颗粒不能紧随螺旋叶片旋转，在自重的作用下向下滑落的现象.因此，在选择工作倾角时尽可能的减少倾角.

（3）螺距对螺旋输送机的输送能力有所影响.但是相比于倾角与转速，螺距对输送能力的影响并不是很大.合理选择螺距能达到提高输送能力的效果.

（4）由表3可知，倾角为水平1（30°），螺距为水平1（200mm），转速为水平3（120r/min），是最佳参数组合.

5 结论

基于SolidWorks和EDEM进行了螺旋输送机输送能力的仿真研究，得到了如下结论：

（1）倾角、转速和螺距均对螺旋输送机的输送能力有影响.随着倾角的增大，螺旋输送机的输送能力有所下降，且角度的影响是较为明显;虽然较大的速度可以提高输送能力，但是随着速度的增加，颗粒发生碰撞就越加明显，导致输送能力降低;螺距对输送能力也有积极的影响，但是相比于速度，影响效果不太明显.

（2）最佳的参数组合为：倾角30°，螺距200mm，转速120r/min.

参考文献

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编辑：琳莉