基于EDEM的振动筛筛分堵孔问题研究

摘要

随着工业技术的发展，散体物料的筛分变得越来越重要，而振动筛的出现极大地促进了筛分技术的发展。振动筛的筛分过程本质上是一个分离的过程，即让颗粒与筛孔的尺寸进行比较，比筛孔小的颗粒可以透过筛孔，而筛孔大的颗粒无法透筛成为筛上物，最后由出料端排出。筛分过程中有一些与筛孔尺寸相近的颗粒没有排出而是埋进了筛孔里，造成堵孔，导致了筛分效率的降低。故如何有效的减少堵孔，提高振动筛的筛分效率是一个值得研究的问题。不少学者通过传统的筛分试验对其进行研究，由于影响堵孔的因素较多，传统的筛分试验要消耗大量时间及其他资源。随着计算机技术的发展，三维离散元法得到了众多专家学者的认可，被广泛应用于散体-机械系统作业过程的研究中。本文应用三维离散元法对筛分过程中的堵孔进行研究，主要内容包括：
　　（1）建立了振动筛的筛分模型，对粒径为5mm的颗粒进行筛分模拟，确定了堵孔颗粒的粒径分布范围，选取粒径为5.1mm的颗粒进行单粒径分布的堵孔研究。
　　（2）对不同形状颗粒透过不同孔型的堵孔情况进行模拟仿真研究，得到了相同大小的筛面时，球形颗粒与立方体颗粒通过长方形筛孔，锥形颗粒通过正方形筛孔时，堵孔最为严重。
　　（3）研究了给料速率与堵孔的关系，模拟实验表明：在相同大小筛面上,给料速率小于9000个/s时，堵孔颗粒总数随着给料速率的增加而增大，而当给料速率大于9000个/s时，堵孔颗粒数增长缓慢，几乎没有多大变化，在此基础上建立了堵孔颗粒数与给料速率的回归模型。
　　（4）研究了各振动参数（振幅、频率、振动方向角）和筛面参数（筛面倾角、筛丝直径）与堵孔率以及筛分效率的关系，通过筛分效率曲线与堵孔率曲线的对比，分析了各参数对两者的影响，为振动筛的改进设计提供了一定的依据。同时对物料群在筛面上的运动状态进行了分析，并建立了物料群的平均速率与振幅、频率、筛面倾角的回归模型。
　　（5）采用响应曲面法建立了物料颗粒的筛分效率以及堵孔率的综合数学模型，得到了各参数对筛分效率以及堵孔率的影响大小。研究表明：振幅、频率、振动方向角、筛面倾角对振动筛筛分效率以及堵孔率影响显著，同时对交互作用影响显著的因素进行了响应曲面分析。最后以获得较大的筛分效率及较小的堵孔率为目标，对各参数进行了优选。