水平螺旋输送机设计及运动参数研究开题报告

全文总字数：6018字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1螺旋输送机

螺旋输送机是一种不具有挠性牵引构件的连续输送设备,用于短距离输送物料，是我国最早定型生产的通用设备之一。广泛应用于建材、粮食、化工、机械制造和交通输送等工业部门。适宜输送粉状、粒状和小块状物料，不宜输送坚硬大块状、长纤维状或粘性大的易结块、含水量大的粘性粉状物料和易碎的、易变质和腐蚀性的物料。根据输送物料的特性、要求和结构的不同,螺旋输送机有以下几种型式:普通螺旋输送机、垂直螺旋输送机、可弯曲螺旋输送机和螺旋管输送机等。其中普通螺旋输送机又因为其安装倾斜角度不超过20°，一般被称为水平螺旋输送机，用于水平和微倾斜(20°以下)连续均匀输送松散物料,工作环境温度为-20°~40°，输送物料温度为-20°~80°，输送距离一般不天于70m。具有结构简单，造价便宜；维修容易,工作可靠，操作安全方便；横断面尺寸小，布置紧凑、灵活；密闭输送，对环境污染小，减少了人力劳动成本，以及能够连续输送物料等特点。同时，它们既可以作为独立的移动设备使用，也可以作为其他输送系统的一部分使用。

1.1.1工作原理

当物料加入固定的机槽内时，由于物料的重力及其与机槽间的摩擦力作用，堆积在机槽下部的物料不随螺旋体旋转,而只在旋转的螺旋叶片推动下向前移动，如同不能转的螺母沿着转动的螺杆作平移运动一样，达到输送物料的目的。

1.1.2基本组成

螺旋机本体由头部轴承、尾部轴承、悬挂轴承、螺旋叶片、螺旋轴、机壳、盖板及底座等组成。驱动装置由电动机、减速器、联轴器及底座所组成。图为一水平螺旋输送机的简图。

图1.水平螺旋输送机

1.1.3影响螺旋输送效率的因素

（1）输送机布置形式及尺寸，叶片的选型、确定螺旋叶片直径D、转速n、螺距t及螺旋轴直径d，加料、卸料点数目和位置等；

（2）物料特性:输送散粒物料时，堆积密度、粒度及颗粒组成、堆积角、温度、湿度、粘度、含水率、磨琢性和腐蚀性等；

（3）工作环境:露天或室内、干燥或潮湿、环境温度粉尘多少及气体和尘埃爆炸危险等；

（4）物料之间，物料和螺旋输送机叶片、料槽间恢复系数、静摩擦系数、动摩擦系数等。

上述因素是影响螺旋输送机效率的主要因素，而在对水平螺旋输送机及运动参数研究中这些也是需要进行实验和探讨的重点。

1.2国内外的研究情况

螺旋输送机通过电机带动螺旋叶片的旋转，利用物料与叶片之间由于摩擦力产生相对转速，从而实现物料的运移。具有结构简单、横截面积小、密封性好、操作方便、维修容易、便于封闭输送等优点，目前广泛应用于各种工农业领域。尽管该设备的结构及功能原理看似简单，但是为了有效提高其工作性能与效率，优化结构尺寸、提高工作效率，必须探究整个工作过程中运动参数对于螺旋输送效率的影响，其中了解运动参数对于颗粒流的在运输过程中的具体运动过程的影响对于进一步提高螺旋输送机工作性能与效率有着重要的指导作用。

螺旋输送机的研究涉及较多参数（叶片的选型、确定螺旋叶片直径 D、转速 n、螺距 t 及螺旋轴直径 d等），同时螺旋输送机使用广泛，由于输送的不同物料以及输送状况的要求各不相同，螺旋输送机的不同用途也使得其自身参数有所不同。广大科技人员围绕螺旋输送机做了大量的科研工作和生产试验，目前理论设计计算基本完善，正如之前所述输送物料的性质和方法各有所异，因此对输送机的要求也就越发复杂，所以在确定螺旋输送机的主要参数时，要根据实际情况，进行理论分析，结合生产实践中的试验数据才能设计出符合实际的螺旋输送机。

螺旋输送机的设计与优化通常基于工程经验或传统的实验方法。然而，实验往往成本较高，可操作性差，且仅能对物料混合的整体效果给出大致评价，测量结果又易受操作条件影响，难以深入到物料内部并监测其动态过程。而且物料在输送过程中往往呈现十分复杂的运动行为和力学行为，然而对物料的运动状态和特性的了解对于螺旋输送机的设计与优化并非可有可无，物料在螺旋中的具体运动往往和螺旋输送机的具体参数相关，只有明确物料的具体运动情况才能对螺旋输送机的参数进行针对性的优化，尤其是在研究螺旋输送过程中对于不同物料的混合情况时，掌握物料在螺旋输送过程中的输送特性更是研究中必不可少的一步。

随着"中国制造2025"目标的逐步实现，智能制造工程也越来越受到普遍要求，而螺旋输送机目前广泛应用于各种工农业领域，可以作为独立的移动设备使用，也可以作为其他输送系统的一部分使用，更加个性化和更高的输送效率的要求是螺旋输送面临的新的局面，在这过程中要实现生产过程智能优化控制，必然会增加生产运输中与传感器的结合，增加对输送过程的全面理解。在这个过程中，实验和离散元模拟具有不可缺少的地位。

目前，国内外关于螺旋输送机的优化设计通常综合参考了各个参数，通过各种方式，探寻各个参数对于整机整体输送效率的影响，并为螺旋输送机的优化设计提供理论依据及参考。常见的方法包括：离散单元法DEM，有限元分析，理论推导等方式。其中最主流的研究方向则是DEM与螺旋输送结合，由于散状物料的运动非常复杂，因为它具备气体、液体和固体的性质，但是又不属于其中的任何一种形态，很难获得物料的具体情况，通过离散单元法进行模拟分析，可以直接获得散体物料大量复杂且实验很难测得的信息如颗粒速度、颗粒受力、颗粒运动轨迹、质量流量、设备功率消耗等等，可以很好的了解物料流的状态和运动特性，目前在散货装卸的研究中DEM获得了大量应用。对于螺旋输送机的设计和优化也提供了理论依据和参考。在试验方面，相位多普勒分析，双脉冲全息摄影，短时摄影和高频摄影，颗粒示踪法等多种实验方法被来测量螺旋输送机内的颗粒流动特性。随着研究的不断深入，螺旋输送理论日趋完善，计算机和实验设备的升级也进一步推动着螺旋输送的研究。

目前对于螺旋输送机的设计通常是基于经验公式进行设计，进行优化的方式有通过理论分析推导公式，响应曲面试验，正交实验，有限元分析等方法，而在进行设计和优化时仍存在一定局限：

（1）设计时参考的经验公式通常是根据输送量确定叶片直径和转速，再通过经验公式计算出其他参数，最后还要对填充系数进行验算，目前也已经有将经验公式编程为参数设计系统，但是经验公式局限于定量输送，对各参数间的相互影响考虑较少。

（2）目前的仿真实验更多的是用的是EDEM离散元分析方法，能够清晰地看到物料流的运动状态和特性，可以具体到每一个颗粒，但是进行仿真模拟的问题是仿真模型相比于实际螺旋输送机和物料有所简化，物料的模型与实际形状的符合程度对仿真的效果有很大影响，而且对于很多物料的离散元参数模型的标定还未完成。

（3）对于螺旋输送优化的过程，目前更多针对于特定输送条件，进行仿真设计，通过实验结果确定参数，有一定局限性。

螺旋输送机的设计与优化应该合理参考经验公式和现代化设计方法，针对使用现场情况和物料特性合理选择设计方案，确定部分参数的基础上，建立符合实际的仿真模型，对其他参数通过仿真结果进行确定，并通过试验验证仿真模拟的符合程度，在一定程度上，可以有效地缩短研发周期，为螺旋输送机的设计和优化提供精准的参考。仿真模型的建立也为螺旋输送的理论研究提供了思路，对整个输送过程有了更深入的了解。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

2.1.1查阅文献

3. 研究计划与安排

1.第1—2周：完成开题报告。

2.第3—5周： 完成本课题相关文献资料检索15篇；完成不少于5000字的英文文献翻译。

3.第6—11周：完成设计计算，三维建模与仿真；撰写毕业设计论文。

4. 参考文献（12篇以上）

1.王鹰主编.连续输送机械设计手册[m].北京:中国铁道出版社,2001

2.胡国明等编著. 颗粒系统的离散元素法分析仿真[m]. 武汉理工大学出版社，2010

3.吴超, 吴努, 胡志超. 基于dem的螺旋输送机模拟仿真[j]. 中国农机化学报, 2015, 36(2):92-94.