较传统污泥脱水设备,叠螺机具有体积小、不易堵塞及能耗低的特点,可适用于矿井下煤泥的脱水处理,以保证煤矿安全生产与施工人员的人身安全。近年来国内外学者针对叠螺机做了很多研究工作,但对动环与螺旋叶片的摩擦磨损问题、静环的受力变形问题、脱水效果与其影响因素的关系以及物料变化时螺旋轴的振动问题等方面尚需研究与完善。针对以上问题进行分析与研究,对于叠螺机的理论研究与工程应用具有重大意义。为解决动环与螺旋叶片的摩擦磨损问题,本文提出振动式动静环过滤网,并对其自清洗功能进行了分析与研究,结果表明:动环对煤泥颗粒的推动力足以将其排出过滤间隙,可有效避免过滤网的堵塞问题;动静环间的相对往复运动,有利于实现过滤网的自清理功能,且较传统动静环式过滤网,可有效减小动环与螺旋叶片的磨损问题。为解决静环的受力变形以及安装与维修时工作量大的问题,本文对不同工况下静环应力应变进行分析,根据分析结果以及实际工作中存在的问题,提出静环改进方案,对改进先后的静环进行对比分析,结果表明:改进后的静环,在保证工作要求的前提下可减小厚度,较原静环其重量有所减小。而且,改进后的静环可显著减小安装和维修的工作量。为了对脱水效果及其影响因素进行研究,本文基于达西定律建立了出泥含水率的数学模型,确定了影响叠螺机脱水效果的主要因素为泥料初始含水率、泥料粘度、过滤网参数、过滤网两端压力差和过滤时间。选用Herschel-Bulkley流变模型,借助Fluent软件对设备内部流体的压力特性进行模拟,分析了螺旋轴压缩比、出口压力和转速与设备内部流体压力特性和脱水效果的关系。结果表明:出泥含水率与螺旋轴压缩比、出口压力和转速的变化非线性相关,增大螺旋轴压缩比与出口压力,以及减小螺旋轴转速,可以增大设备的脱水效果,减小出泥含水率。本文考虑螺旋轴的实际工作情况,对其进行流固耦合下的结构静力学分析,研究了不同结构参数对其强度与变形的影响。在静态条件与预应力条件下对其进行模态分析,结果表明:螺旋轴各阶固有频率未有与减速器啮合频率相等或接近的,在工作过程中不会发生共振;在预应力作用下,各阶频率都有所降低,螺旋轴动力学特性发生改变,产生较明显的预应力效应。对螺旋轴进行瞬态动力学研究,得到进料的一瞬间,螺旋轴的最大位移值与最大应力值,均符合工况要求,证明了螺旋轴设计与改进的合理性。本文设计了振动式动静环过滤网并改进了静环结构,通过理论分析与模拟仿真,对新型叠螺机的关键技术(自清洗功能、脱水效果)及螺旋轴的力学性能进行了一系列研究,研究结果可为叠螺机的进一步研究提供了一定的理论依据与工程指导。