螺旋给料机能够实现粉体物料的稳流输送、定量给料、精准控制等功能,适用于各种行业中粉体物料的连续计量及配料,采用多项先进技术,运行可靠,控制精度较高。自动包装生产线上粉体物料的输送与计量大多采用螺旋给料设备,螺旋给料装置的合理设计是提高物料输送效率及包装精度的关键因素。本文以圆管螺旋给料机为研究对象,基于粒子群多目标优化算法对小麦粉螺旋给料机参数进行优化。其主要工作与成果如下:(1)针对采用小麦粉螺旋给料机流量计算公式的计算值与实际流量值误差较大的问题,以实际流量与理论流量差值为响应值,以对流量差值影响显著的内轴径、螺距、转速为变量设计正交试验,建立三个变量与响应值之间的二阶回归方程,由此得到修正后的小麦粉流量计算式。(2)针对变距螺旋主要以经验设计为主,缺乏系统设计方法的问题,本文提出三种新的设计方法。第一种采用二次函数及一次函数的双重拟合;第二种采用推导的螺距函数式进行螺距设计;第三种考虑不同死区的个数进行分析。根据三种变距设计理论,设计仿真试验,利用Soliworks软件建立三维模型,导入EDEM软件进行离散元分析,根据分析结果与传统设计及现有设计方法进行对比选优,得到最佳的螺旋结构设计方案为考虑两个死区的设计方法。(3)根据所修正的小麦粉流量计算式和最佳的试验方案,基于粒子群算法,采用流量和质量作为两个目标,以管径、螺距、内轴外径、内轴内径作为变量对螺旋给料结构参数进行寻优求解,得到最佳参数组合,根据最佳管径参数,结合选择的最优变距设计方法,得到螺旋给料机进料段的螺距组合,为小麦粉给料机的结构设计提供参考。(4)为获得小麦粉离散元仿真精确的接触参数,基于颗粒缩放原理,选择“Hertz–Mindlin with JKR”接触模型,利用休止角对接触参数进行标定。根据小麦粉仿真参数标定结果及粒子群算法优化结果,建立三维模型导入EDEM软件进行离散元仿真。对小麦粉在料斗中下料的均匀性、轴向速度、填充率及给料流量进行分析,与传统设计及现有设计进行对比,得到优化设计螺杆下料较为均匀,输送稳定,给料精度较高。(5)为进一步验证螺旋结构设计的合理性,根据优化参数加工螺杆,利用亚克力板搭建透明外筒的螺旋给料装置,观察小麦粉进料段下料稳定性。利用平面称重传感器对螺旋给料量进行检测,在r=100r/min时,常规等距螺杆的平均给料流量为0.642kg/s,流量波动范围在0.425kg/s-0.767kg/s之间,波动百分比在±19.47%以内。本文设计螺杆的平均给料流量为0.445kg/s,流量波动范围在0.406kg/s-0.485kg/s之间,波动百分比在±8.98%以内。由检测数据可知,下料较为均匀的本文设计螺杆的流量波动相对较小。