摘 要

目前，非专业化的散货堆场堆存工艺及设备存在能耗高、效率低、仓内空间利用率低、安全隐患、燃油排放污染、费用高等问题。针对散货堆场堆存存在的问题，本课题提出一种新型散货堆场螺旋堆高机，可以用于仓内堆高作业，亦可用于露天堆场堆高作业。该新型螺旋堆高机采用水平螺旋转料及垂直螺旋提升，折叠式皮带输送机回转、俯仰、折叠堆料，实现高效率、低能耗的散货物料堆高，且转场方便灵活。本次毕业设计对该新型螺旋堆高机进行总体设计、主要工作机构设计计算以及采用先进的EDEM（离散元）软件对散粒物料输送过程的运动学、力学行为进行仿真，以了解物料输送过程中的流畅性、运动特性、力学特性，为该新型螺旋堆高机的研发提供指导。

本次毕业设计完成的主要工作包括：

1）新型螺旋堆高机的总体设计。根据主要设计参数要求及连续、机动、大高度、安全可靠的堆高要求，完成了新型螺旋堆高机的功能设计、主要结构组成设计、新型螺旋堆高机工作原理分析和堆高工艺设计以及新型螺旋堆高机的设计总图。

2）新型螺旋堆高机的主要工作机构设计计算。根据主要设计参数要求，完成水平螺旋输送机构和水平螺旋卸料机构的选型计算及功率计算，立式螺旋输送机构的螺旋直径、螺距等主要尺寸参数及功率计算，皮带输送机构的皮带、托辊、驱动功率等参数计算以及皮带、托辊的校核计算。

3）物料输送过程的EDEM仿真。采用EDEM仿真软件对螺旋堆高机的物料输送过程进行仿真，分析螺旋转速、物料填充率对物料输送量及驱动功率的影响规律，获得螺旋转速、物料填充率的最优设置。

关键词：螺旋；堆高；离散元法；EDEM仿真

Abstract

At present, there are problems of high energy consumption, Low efficiency, low space utilization rate, hidden danger, fuel emission pollution, high costs in the process and equipment of unprofessional bulk cargo yard. Aiming at the problems existing in the bulk cargo yard, we designed and developed a new type of screw stacking machine in this paper. It not only can be used in the warehouse operation, but also can be used for the high operation in the open pit dump.

The new type of screw stacking machine used the method of horizontal screw transfer and vertical screw lifting, folding belt conveyer rotation and pitch folded stack to meet the requirements of high efficiency and low energy consumption. The graduation design carried out the overall design, design and calculation of main working mechanism. The advanced EDEM (discrete element) software is used in this paper to simulate the kinematics and mechanical behavior in the bulk material conveying process so that we can understand the flow, movement and mechanical properties of the material conveying process, providing the guidance to the research and development of the new type of screw stacking machine.

The graduation project completed the following main works:

1) Overall design of the new type of screw stacking machine. According to the main design parameters and the heap requirements of continuity, mobility, large height, safety and reliability, this paper completed the functional design, main structure design, working principle analysis, heaping process design and general layout design.

2) Calculation and design of main working mechanism. According to the requirements of the main design parameters, this paper firstly completed type selection calculation and power calculation of horizontal screw conveyor and horizontal screw unloading mechanism. Secondly, it determined the main dimension parameters, such as screw diameter and pitch, the power calculation of vertical screw conveyor. Finally it completed the parameter calculation such as belt, roller, driving power of belt conveyor, and the check calculation of the belt and roller.

3)The EDEM simulation of material conveying process. This paper used the EDEM software to simulate the material conveying process of screw stacking machine .By analyzing the effect of screw speed, material filling ratio to material handling capacity and driving power, this paper got the optimal setting of the screw speed, material filling ratio.

Key words：screw；stacking；Discrete Element Method；EDEM simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研发背景 1

1.2 研发目的及意义 4

1.3 国内外研究动态 4

1.4 设计研究内容 5

第2章 新型螺旋堆高机的总体设计 6

2.1 新型螺旋堆高机的主要设计参数 6

2.2 新型螺旋堆高机的功能设计 6

2.3 新型螺旋堆高机的结构组成设计 7

2.3.1 车体总成 8

2.3.2 接料装置 9

2.3.3 螺旋转料系统 9

2.3.4 折叠式皮带输送机和回转机构 10

2.4 新型螺旋堆高机的工作原理分析 11

2.5 新型螺旋堆高机的堆高工艺设计 12

2.6 新型螺旋堆高机的总体设计方案总图 13

2.7 本章小结 13

第3章 新型螺旋堆高机主要工作机构设计计算 15

3.1 水平螺旋机构设计计算 15

3.2 立式螺旋输送机构设计计算 17

3.3 皮带输送机构设计计算 18

3.4 本章小结 25

第4章 物料输送过程EDEM仿真分析 26

4.1 软件简介 26

4.2 新型螺旋堆高机物料输送过程EDEM仿真 26

4.3 仿真结果分析 29

4.3.1 螺旋转速对颗粒速度的影响 29

4.3.2 螺旋转速对质量流量的影响 30

4.3.4 立式螺旋填充率对质量流量的影响 32

4.3.5 螺旋转速对驱动功率的影响 33

4.4 本章小结 39

第5章 总结与展望 40

5.1 总结 40

5.2 经济性分析 40

5.3 展望 40

参考文献 42

致谢 44

第1章 绪论

1.1 研发背景

在散货堆场，主要堆高的对象为散体物料，散体物料运输到码头后，由卸船机械将其从货船上取出，由运输机械运输到堆场，进行堆放。堆积高度则是影响散体物料堆放占用场地面积和仓库储藏容量的重要因素，通常为了减少散体物料堆对场地的占用和提高仓库储藏量，企业希望能实现尽可能大的堆积高度。

目前，在处理大宗散料堆积存放问题上，专业化散货堆场多采用斗轮机和悬臂堆料机等专业大型散货堆取设备^[1]，非专业化的散货堆场，用户多采用自卸车、装载机、挖掘机组合的堆存工艺。

在非专业化的露天散货堆场，目前常采用的堆高工艺为自卸车和装载机组合堆存或自卸车、装载机、挖掘机组合堆存。其中自卸车和装载机组合堆存的堆存工艺流程为自卸车将物料卸载至地面，装载机进行归堆形成底层料堆，同时，在地面上用物料铺设料堆坡道，随后自卸车通过料堆坡道爬上料堆进行卸料，装载机将料堆顶部推平，形成供自卸车行走的平台，如此循环，逐步加高料堆。图1为某码头水渣堆场堆高场景，该堆场工艺适用于流动性小的散货物料，如水渣、块煤、块矿等，堆存高度一般小于8m。