中国制造2025提出,大力发展智能制造、绿色制造等先进技术,着力解决产品档次不高、资源能源利用效率低、环境污染较为突出等问题。散料储存设备属装备制造业的基础设施,在煤炭、粮食、化工等物流储存领域有着广阔应用空间,其技术的先进性反映了我国装备制造业和相关行业发展的水平。大型平底筒仓是重要的散料储存设备之一,具有空间利用率和精确控制程度高、绿色安全等优点。我国高端、智能筒仓发展相对滞后,其中一个主要原因就是缺乏对大型筒仓中物料流动机理和自/公转开式螺旋布排料机理的研究。本文采用理论分析、仿真和试验相结合的方法,首次研究了基于大型平底筒仓中自/公转开式螺旋辅助排料机理,主要研究成果及创新点如下:1.基于螺旋叶片作用下散料的运动学和动力学研究,在分析螺旋自转和公转合运动特征的基础上,建立了自/公转开式螺旋叶片上物料水平轴向速度的数学模型。通过EDEM仿真分析,提出物料水平轴向输送速度的修正因子k=0.2-0.5,建立了物料沿开式螺旋轴水平轴向输送速度的数学模型,解决了将叶片上物料的水平轴向速度代替物料水平轴向输送速度的问题。2.基于筒仓中理想散状物料自由流动卸料和开式螺旋辅助排料机理研究,以及EDEM仿真分析,确立了物料流动体积计算方案,即以物料流动形成的三角形滞留区作为输送量最少计算临界条件,物料流动体积由楔形体和圆环体组成。分别建立了开式螺旋公转取料体积和自转输送物料体积的数学模型。基于开式螺旋自/公转运动特征,建立自/公转合成运动下开式螺旋输送体积数学模型,为分析物料填充系数提供了计算基础。3.基于物料水平轴向输送速度和输送体积研究,以及开式螺旋中物料填充系数分析,建立了自/公转开式螺旋平均输送量的数学模型。通过仿真和试验,验证了平均输送量数学模型的正确性。该数学模型为控制开式螺旋输送量提供了理论基础。4.基于开式螺旋输送机自/公转运动特征和输送特性,确立了自/公转开式螺旋运行参数之间的匹配关系。以自/公转开式螺旋平均输送量为优化目标,应用免疫优化理论对开式螺旋速度进行优化匹配,并通过仿真和试验验证了开式螺旋运行参数匹配的合理性。为了使平底筒仓卸料过程中物料流动达到稳定、连续和可控,以物料形成圆台高度为控制值,提出了开式螺旋输送机控制及其驱动思路。该思路为大型平底筒仓工程技术提供了理论指导。本文通过机理研究、理论建模、仿真分析和试验验证的方法,研究解决大型平底筒仓中自/公转开式螺旋辅助排料机理这一关键问题。本研究成果可直接应用于我国高端智能筒仓装备研发、设计和制造,有助于填补我国在此领域的研究空白,对提升我国现代储存设备技术水平和应用能力,具有重要的理论意义和很高的应用价值。