1.1螺旋输送机的介绍

螺旋输送机是一种不具挠性牵引构件的连续输送设备，用于短距离输送物料^[1]。螺旋输送机俗称“绞龙”，可用于输送粉状、颗粒状小块状等物料^[20]。根据输送距离的特性、要求和结构的不同，螺旋输送机有以下几种形式：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。不同的螺旋输送机的工作原理是不同的，普通螺旋输送机（水平螺旋输送机）的原理：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，堆积在机槽的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，如同不旋转的螺母沿着沿着转动的螺杆作平移运动一样，达到输送物料的目的。而垂直螺旋输送机的工作原理：螺旋体的转速比普通螺旋输送机要高，加入的物料在离心力的作用下，与机壳间产生了摩擦力，该摩擦力阻止物料随螺旋叶片一起旋转并克服了物料下降的重力，从而实现了物料的垂直输送^[1]。

垂直螺旋输送机结构简单、紧凑，广泛应用于矿业、粮食、化工、建材、电力及交通运输等工业部门^[2]。物料的向上输送，是依靠适当的螺旋转速所引起的作用在物料颗粒上的离心力以及由此对管 壁所产生的摩擦力而进行的^[3-4]。

1.2离散元法的介绍

离散元素法认为系统是由离散的个体组成，个体之间存在接触与脱离，存在相互运动、接触力与能量的联系，它为微观力学、散体力学问题的数值求解提供了手段^[13]。离散单元法最早是由美国学者Cundall教授提出， 是基于分子动力学原理的一种颗粒离散体物料分析方法。其基本思想是把物料简化成具有真实物料特性 (如质量、密度、几何形状、泊松比等等）的颗粒体集合，然后再赋予颗粒间以及颗粒与边界之间某种接触 力学模型，当接触发生时接触点处会产生接触力和力矩。利用牛顿第二定律建立每个粒子的运动方程，计算每个颗粒在特定时刻的运动特征，从而反映整个系统的运动性能。^[14]

1.3离散元法在螺旋输送机上的应用

螺旋输送机因其封闭的机械结构和在输送过程中不会因逸出散料颗粒而污染环境，被认为是一种绿色、环保和无公害的输送装置，独特的螺旋结构使其在输送过程中可定量给料或定量卸料。垂直螺旋输送机广泛应用于化学、建筑、机械制造、粮食工业及港口等经济部门.但其结构封闭且内部有螺旋叶片旋转，实验很难探 寻输送过程中散料颗粒的运动情况.近年来逐渐成熟的离散元方法(Discrete Element Method, DEM)^[5]提供了解决问题的途径。离散元模拟方法能很好地跟踪和描述颗粒在多种尺度结构下的运动。

螺旋输送机的离散元模拟方法最早由Shimiz等^[6] 用于水平螺旋输送机和垂直螺旋输送机，其对理论输送速度与计算输送速度及不同模型中的力矩、功耗等进行了比较.Cleary等^[7,8]对45。倾角的螺旋输送机的漏斗卸料过程和输送机的输送过程进行了研究。对45°倾角的螺旋输送机的漏斗卸料过程和输送机的输送过程进行了研究.Owen等^[9]进一步比较10种倾斜角度的螺旋输送机物料流的运动形式。通过对比充填率、倾斜角度和螺旋速度考察螺旋输送机的使用性能，认为不同倾斜角度的螺旋输送机中颗 粒有不同的堆积形式，比较了不同转速下的输送速度、 输送机能量消耗等.之后他们扩展了上述工作，选用1 种球体、2种非球体(块状、椭球状)为输送物料，比较 了在4个倾斜角度下螺旋输送机中颗粒形状对质量流 率、颗粒流动形态和能量消耗等的影响^[10]。Moysey等^[11] 研究了螺旋挤压机中颗粒的流动特性.Zareiforoush等^[12] 实验研究了螺旋输送机径向间隙与转速对运行特性的影响。

1.4国内外现状分析