葉片式拋送裝置拋送機(jī)理研究與參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、葉片式拋送裝置由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、容易調(diào)整維修、輸送能力強(qiáng)以及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍非常廣泛。葉片式拋送裝置存在的主要問(wèn)題是拋送功耗大，拋送效率低且容易堵塞。論文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外對(duì)物料拋送機(jī)理研究中存在的不足，通過(guò)理論分析、計(jì)算機(jī)仿真模擬以及試驗(yàn)研究對(duì)物料的拋送機(jī)理進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，對(duì)葉片式拋送裝置的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。 (1)采用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT對(duì)不同參數(shù)葉片式拋送裝置的氣流流場(chǎng)進(jìn)行了三維

2、數(shù)值模擬，獲得了氣流流場(chǎng)的基本特征。通過(guò)與氣流流場(chǎng)試驗(yàn)研究結(jié)果比較表明，利用FLUENT對(duì)葉片式拋送裝置氣流流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析的結(jié)果是正確的。研究發(fā)現(xiàn)，氣流流場(chǎng)的分布影響物料的拋送和所消耗功率，且拋送葉輪轉(zhuǎn)速越高，出料直管處的氣流速度越大，平均拋送距離越遠(yuǎn)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)拋送葉輪的葉片數(shù)、葉片傾角以及圓形外殼出口處的圓弧半徑進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果為:4葉片、圓形外殼、后傾10°葉片更有利于拋送，且出口處圓弧半徑不宜太大。 (2)采用

3、理論分析、虛擬樣機(jī)技術(shù)與高速攝像技術(shù)相結(jié)合的方法對(duì)物料沿拋送葉片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究，獲得了對(duì)物料拋送及所消耗功率起決定作用的物料拋出角和物料離開(kāi)拋送葉片時(shí)速度的變化規(guī)律及影響因素，并得到物料的最佳拋出角范圍為80°～130°。建立了物料沿拋送葉片運(yùn)動(dòng)的ADAMS模型，為了綜合考慮物料間的相互作用以及氣流對(duì)物料的作用引入當(dāng)量摩擦系數(shù)，通過(guò)與高速攝像試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析計(jì)算得到當(dāng)量摩擦系數(shù)的值，進(jìn)而對(duì)ADAMS模型進(jìn)行了修正。 (3

4、)通過(guò)高速攝像研究表明，在拋送葉片帶動(dòng)物料運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，部分物料沿葉片滑移到葉片末端后離開(kāi)葉片；另一部分物料沿葉片滑移了一段后就離開(kāi)了葉片，在慣性及拋送葉輪內(nèi)氣流的作用下，沿圓形外殼出料口向出料直管運(yùn)動(dòng)，其中部分物料運(yùn)動(dòng)到出料口之前與下一葉片相遇，又被此葉片撞擊、帶動(dòng)，直至運(yùn)動(dòng)到出料口。 (4)為了降低拋送功耗，提高拋送效率，采用試驗(yàn)研究、理論分析與虛擬樣機(jī)技術(shù)相結(jié)合的方法對(duì)所消耗功率進(jìn)行了研究，對(duì)拋送葉輪的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)

5、化分析。建立了葉片式拋送裝置所消耗功率、比功耗以及拋送效率表達(dá)式，并利用所修正的ADAMS模型對(duì)拋送葉輪結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，說(shuō)明所修正的ADAMS模型及利用虛擬樣機(jī)技術(shù)所進(jìn)行的優(yōu)化分析是可信的。結(jié)果表明:當(dāng)葉輪外徑為700mm，轉(zhuǎn)速?gòu)?50r/min增加到1050r/min(葉片末端線速度從25 m/s增加到40m/s)，功耗及比功耗增加2～3倍；葉片前傾角從前傾5°增大到25°，比功耗增加5.5％～6

6、3.5％；葉片后傾角從后傾5°增大到25°，比功耗增加3.5％～12.7％，增加幅度較??；葉片為徑向葉片且轉(zhuǎn)速為650r/min時(shí)比功耗最小:徑向葉片各轉(zhuǎn)速的拋送效率范圍為65％～69.5％，其中轉(zhuǎn)速為950r/min時(shí)拋送效率最高。 (5)為了獲得物料流經(jīng)出料直管及偏轉(zhuǎn)彎管的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)合試驗(yàn)研究建立了物料流經(jīng)出料直管的動(dòng)力學(xué)模型，并在引用物料流經(jīng)偏轉(zhuǎn)彎管動(dòng)力模型的基礎(chǔ)上，利用MATLAB對(duì)其進(jìn)行數(shù)值求解。為進(jìn)一步優(yōu)化出料直管

7、及偏轉(zhuǎn)彎管的結(jié)構(gòu)參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。 (6)對(duì)物料運(yùn)動(dòng)速度和相應(yīng)位置的氣流速度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)從離開(kāi)葉片到進(jìn)入出料直管階段，物料向上速度大于相應(yīng)氣流速度，物料主要靠葉片拋扔獲得的能量來(lái)運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入出料直管后，物料向上速度小于相應(yīng)氣流速度，主要靠慣性和氣流協(xié)助來(lái)輸送物料?？傊?，物料主要靠葉片拋扔和氣流輔助輸送來(lái)拋送。 (7)葉片后傾角為10°時(shí)比徑向葉片的功耗增加了6.12％，而拋送距離增加了16.16％。實(shí)際生產(chǎn)中當(dāng)不要求遠(yuǎn)距離