螺旋加料装置不连续定量加料仿真分析与试验研究

摘要

在大量粉粒物料定量配料和定量包装生产中，不连续定量加料应用广泛。但目前粉粒物料不连续定量存在加料成本高，定量不准确，生产效率低，且对环境污染大等问题。螺旋加料装置具有定量控制简单、加料封闭环境污染小等特点，因此，开展粉体颗粒螺旋加料装置不连续定量加料仿真分析和试验研究，将有助于提高粉体颗粒螺旋不连续定量加料性能，促进其在工农业生产中应用。
　　 本文以内径13mm、外径38mm的水平螺旋加料装置为研究对象，综合运用动力学分析、离散单元和性能测试试验等方法，通过对其不连续定量加料性能理论分析、仿真分析与试验研究，分析其不连续加料快速性和稳定性受装置结构和运行参数影响情况，寻找加料量与旋转角度之间的关系，建立加料量理论估算模型。具体工作内容如下。
　　 首先，了解掌握螺旋加料理论，深入分析螺旋加料装置的工作原理及特点;通过对螺旋不连续加料过程适当的简化和假设，以及颗粒流动的动力学分析，建立了不连续加料量理论估算模型，确立加料量与螺旋转角之间的非线性关系;对影响加料性能的主要因素结构参数和运行参数分析，揭示螺旋加料装置不连续定量加料机理，并提出了在出料段设置分料出料装置来提高其定量加料稳定性和准确性。
　　 其次，综合运用颗粒流程序软件PFC3D与三维CAD软件，建立螺旋加料装置数值模拟几何模型，并参照生产实际和国内外相关研究设置仿真参数，通过编程实现不连续动态加料过程数值模拟;从螺旋不连续加料量、颗粒轴向速度、颗粒旋转速度以及颗粒填充率四方面，分析螺旋加料装置的螺距、旋转速度和出料段结构变化对其加料性能的影响。仿真结果表明:(1)采用螺旋出料和空白出料时，随着螺旋转速的增大，颗粒的轴向运动与旋转运动均增大，但其波动也加剧;(2)过大或过小的螺距都将加剧颗粒运动的不稳定性;(3)出料段加装分料出料装置时，装置内部颗粒的填充率相对其他情况更稳定，且位于出料段的颗粒旋转速度很小，螺旋不连续定量加料稳定性与准确性得到明显提高。
　　 最后，依据仿真结果试制了螺旋不连续定量加料试验平台。试验分析螺旋加料装置的转速和出料口结构对其不连续定量加料性能的影响。试验结果表明:(1)传统螺旋加料装置，由于其固有结构的原因，加料“脉动”现象不可避免;(2)采用空白出料时，可以很好的抑制脉动现象，但加料量稳定性较差;(3)采用分料出料时，装置不连续加料性能得到明显提高，同时不连续加料量与螺旋转角间存在近似线性的关系。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 螺旋加料装置研究现状

1．2．1 国内外理论研究现状

1．2．2 国内外数值模拟研究现状

1．2．3 国内外试验研究现状

1．3 螺旋定量加料研究现状

1．4 研究的目的和意义

1．5 研究主要内容与方法

1．6 论文章节安排

第二章 螺旋加料装置及不连续定量加料估算模型

2．1 传统螺旋加料装置概述

2．1．1 螺旋加料装置类型与结构

2．1．2 现有输送理论

2．1．3 螺旋加料装置的特点及发展方向

2．2 螺旋加料装置不连续定量加料技术

2．2．1 螺旋不连续定量加料技术简介

2．2．2 主要评价指标

2．2．3 螺旋不连续定量加料理论估算模型

2．3 加料性能影响因素分析及改进措施

2．3．1 进料口对加料性能的影响

2．3．2 倾斜角度对加料性能的影响

2．3．3 螺距对加料性能的影响

2．3．4 螺旋转速对加料性能的影响

2．3．5 出料段结构对加料性能的影响及改进措施

2．4 小结

第三章 螺旋不连续加料数值分析理论基础

3．1 DEM基本假设

3．2 DEM计算流程

3．2．1 模型的建立

3．2．2 模型的计算

3．2．3 结束分析

3．3 DEM基本方程

3．3．1 物理方程

3．3．2 运动方程

3．4 DEM接触模型

3．4．1 刚度模型

3．4．2 粘结模型

3．4．3 滑动模型

3．5 DEM参数选取

3．5．1 时间步长

3．5．2 刚度系数

3．5．3 阻尼系数

3．6 小结

第四章 螺旋不连续加料数值模拟研究

4．1 仿真软件介绍

4．2 仿真模型介绍

4．3 仿真参数的选取

4．4 数值模拟内容与方案

4．5 螺旋不连续加料仿真结果分析

4．5．1 转速对加料性能的影响仿真结果分析

4．5．2 螺距对加料性能影响仿真结果分析

4．5．3 出料段结构对加料性能影响仿真结果分析

4．5．4 螺旋不连续加料一定角度仿真结果分析

4．6 小结

第五章 螺旋不连续加料试验研究

5．1 试验装置介绍

5．2 试验内容与方案

5．3 螺旋不连续加料试验

5．3．1 单圈加料试验

5．3．2 不同角度加料试验

5．4 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与申请授权专利