螺旋不连续定量加料性能影响因素分析与试验研究

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不连续定量加料广泛应用于粉粒物料的定量包装及配料生产中,而当前粉粒物料不连续定量生产存在加料成本高,装置密闭性差、环境污染大,且加料不准确等问题。螺旋加料装置具有结构简单、输送密闭等特点,但其不连续定量性能的影响因素暂未清晰,因此开展螺旋不连续定量加料性能影响因素分析与试验研究,将有助于提高螺旋不连续定量性能,促进其在工农业生产中的应用。  本文采用具有分料装置的螺旋加料系统,对3~5 mm直径颗粒以间歇转动60。的方式进行不连续加料。针对螺旋头数及颗粒尺寸,理论分析输送中颗粒物料的动力学规律,采用PFC3D(Particle Flow Code in3 Dimensions)软件对3种转速下单双头螺旋、同转速下3种颗粒尺寸时螺旋不连续加料进行数值仿真,并利用同结构螺旋装置进行试验验证。具体内容如下:  首先,理论分析螺旋头数及颗粒尺寸对加料的影响。其中利用料群理论分析得到:双头螺旋输送中,叶片施加于物料的周向摩擦力增大,而料管施加于物料的周向摩擦力减小,因此双头中物料易产生周向位移。借助细观力链分析得到,随颗粒间平均接触力减小,均匀浓密分布的力链有助于增加物料运动的一致性,提高加料量准确性及稳定性。  其次,基于无粘结的线性本构关系,利用离散元软件PFC3D建立仿真模型,并将转速作为影响因素进行仿真模拟。仿真结果表明:(1)随转速增加,同螺旋结构时颗粒间平均接触力增加,且趋近出料口处的颗粒体系力链粗壮,加料量稳定性及准确性变差。但力链的分布并未显著改变,物料运动及混合未受影响,平均加料量最大变化2%。(2)同转速下,单头螺旋中力链分布的均匀性比双头好,物料运动稳定也较好。但由于单头输送时颗粒间平均接触力高出双头14%,出料口处物料易产生迸发式出料及滑落,导致单头螺旋的加料性能差于双头螺旋。同时单头螺旋时物料的轴向位移较大,同转角内平均加料量高出双头螺旋50%。(3)在转速为60 r/min时,3 mm颗粒填充数大于4 mm及5 mm颗粒,颗粒间接触力平均值减小,力链分布浓密均匀,颗粒间运动的稳定一致性增强。加料量标准差及最大相对误差减小到1.148、±0.267,加料性能提高。  最后,利用螺旋加料试验台对以上2组数值仿真进行验证,试验结果表明:(1)随转速增加,同结构螺旋中物料的轴向位移较为一致,转速对物料的运动规律影响不大。(2)同转速下,单头螺旋中物料的轴向位移能力强,加料量平均值较大,混合趋势弱于双头,但加料准确性及稳定性差于双头。(3)同转速下,随颗粒尺寸减小,料管内颗粒保持一致运动的能力增强,混合受到抑制,加料准确性及稳定性增加。(4)以上3个试验结论与仿真结果一致。但同时发现,由于试验物料为非理想的球形,导致颗粒流动性小于仿真中颗粒,加料时随机滑落减少,使得试验中获得的各参数指标比仿真中的小。
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