1 目的及意义

1.1 垂直螺旋输送机系统概述

1.1.1螺旋输送机特点

螺旋输送机简称为搅龙,主要用来输送各种粮食、油料及其他物料,在输送过程中也可完成混合、压缩、揉搓,并可输送高温物料。它的特点是结构简单耐久,体积小而紧凑,操作管理方便,使用安全可靠,密闭性好,物料不易抛散,灰尘不易外扬;可以水平安装,也可以倾斜和垂直安装,转速可在很大范围内变化。其缺点是易使被运输物破碎, 消耗功率比其他输送装置高50 %～ 90 %, 要求喂料均匀。尽管如此,它仍是目前粮食和油脂工厂应用最广泛的物料输送器。螺旋输送器按其安装形式可分水平、倾斜和垂直式,结构基本相似。垂直螺旋输送器下面有水平送料器, 上部出口处为了避免阻料而装有卸料板。螺旋方向有右旋和左旋,可根据物料所要求的输送方向来定。

1.1.2螺旋输送机的组成

垂直螺旋输送机的组成部分与水平螺旋输送机基本相同。其中，包括电动机、减速器、机座、上轴承座、出料口、壳体、螺旋叶片、进料口、下轴承座等。物料颗粒由下进料口进入螺旋与壳体形成的区域内，电动机带动螺旋旋转，受到离心力、摩擦力、重力等作用，首先，物料颗粒依靠自身的惯性，开始沿螺旋面滑动，并逐渐加速，其次，当受到的离心力大于螺旋面摩擦力时，颗粒向槽壁移动，最后，颗粒与槽壁之间的接触压力逐渐增加，故槽壁对颗粒的摩擦力逐渐增加。由于该摩擦力的作用，从而使靠近槽壁的物料减速，物料与螺旋间产生相对运动，使物料颗粒向上运动,最后物料颗粒从出料口流出.

1.2 垂直螺旋输送机的研究现状及技术发展趋势

1.2.1垂直螺旋输送机国内外研究现状

国外螺旋输送装置适用于多种流动性好的物料的中短距离的输送和提升，通常用来输送散装物料和干燥的固体颗粒， 并能准确地控制输送量。有很多学者通过对水平和垂直螺旋输送装置的输送过程进行理论分析，对输送性能进行评估， 并找出了影响因素及其因素之间的关系。国外研制的螺旋输送装置除了常规结构以外也根据不同的应用场合设计出的特种结构型: 锥形直径螺旋、锥形轴及变螺距螺旋和锥形轴变螺距螺旋等。这些螺旋输送器由于结构复杂、制造成本高、功耗大， 所以不适应生产需求，没有被广泛的应用, 需要进一步完善。

由于我国螺旋输送装置被广泛应用于多种行业，其结构参数和叶片的形状种类较多。从结构参数方面来讲，有变速、变螺距、变外壳直径、变轴径、大倾角、可伸缩等螺旋输送装置。除此之外， 有无轴螺旋输送装置， 适用于污泥、垃圾处理，也适合输送农作物秸秆等粗饲料。但是由于造价成本高，以及受到结构参数方面的影响没有被广泛推广应用。我国很多学者针对各种水平和垂直螺旋输送装置的各个参数进行过大量的试验研究，结果表明各种机型基本上能满足输送要求。同时指出，随着螺旋输送装置在各行业中应用的拓展，对其性能要求也越来越高。总体上同国外研究相比，国内研究的成果比较少，主要表现在螺旋输送机核心技术的差距上。我国在螺旋输送机的技术发展上有了很大的提升，但是技术水平还无法代表该领域最先进的技术水平。

1.2.2垂直螺旋输送机的技术发展趋势

未来的螺旋输送机将会是功能多元化，应用范围扩大化。螺旋输送机对于大运量、长距离输送要求也越来越高。对于长距离和高度的输送，目前的螺旋输送机还存在局限性，通过多个螺旋输送机的首尾相接可以解决一定的问题，但是对单一螺旋输送机长距离输送问题的研究应该成为今后努力的方向。螺旋输送机将追求低能低耗。螺旋输送机的能源大部分消耗在摩擦磨损上，关于这方面的问题亟待解决。智能化控制也是螺旋输送机的一个技术发展趋势。未来的螺旋输送机应与自动化相结合，在程序的控制上实现智能化操作，自动调节倾角、转速等实现螺旋输送机的自动优化。最后是螺旋输送机的大倾角化，水平和垂直的螺旋输送机已经不能满足实际生产的需要，大倾角螺旋输送机可以结合两者的优点，是未来重点研究的方向。

1.3离散元单元法及离散单元仿真软件介绍

1.3.1离散单元法简介

离散单元法一般认为是Cundall于1971年提出来的，它是一种显示求解的数值方法。该方法与在时域中进行的其他显示计算相似，例如与解抛物线型偏微分方程的显示差分格式相似。离散单元法也像有限单元法那样，将区域划分成单元。但是单元因受节理等不连续面控制，在以后的运动过程中，单元节点可以分离，即一个单元与其邻近单元可以接触，也可以分开。单元之间相互作用的力可以根据力和位移的关系求出，而个别单元的运动则完全根据单元所受的不平衡力和不平衡力矩的大小按牛顿运动定律确定。

该方法是继有限元法、计算流体力学(CFD)之后，用于分析物质系统动力学问题的又一种强有力的数值计算方法。离散单元法通过建立固体颗粒体系的参数化模型，进行颗粒行为模拟和分析，为解决众多涉及颗粒、结构、流体与电磁及其耦合等综合问题提供了一个平台，已成为过程分析、设计优化和产品研发的一种强有力的工具。目前DEM在工业领域的应用逐渐成熟，并已从散体力学的研究、岩土工程和地质工程等工程应用拓展至工业过程与工业产品的设计与研发的领域。在诸多工业领域取得了重要成果。

随着离散单元法在工程应用的不断成熟，相关软件不断出现。EDEM是Favier博士创立的英国Dem-Solution公司的主导产品。

1.3.2EDEM介绍

EDEM 是世界上第一个用现代化离散元模型科技设计的用来模拟和分析颗粒处理和生产操作的通用CAE软件，通过模拟散状物料加工处理过程中颗粒体系的行为特征，协助设计人员对各类散料处理设备进行设计、测试和优化。

EDEM主要由三部分组成:Creator、Simulator和Analyst。Creator是前处理工具，完成几何结构导入和颗粒模型建立等;Simulator是求解器，用于模拟颗粒体系的运动过程;Analyst是后处理模块，提供了丰富的工具对计算结果进行分析。