目前,中小型非专业散货码头出于投入成本的考虑未配备专业的散货堆高设备,散货通过自卸车从码头前沿转运至堆场,在堆场内常采用以下三种堆高工艺:装载机和挖掘机组合、自卸车和装载机组合、卸车平台和输送带组合。针对中小型散货堆场三种堆高工艺存在的堆高效率低、额外耗能高、设备转场不便等问题,本文从实际使用要求出发,提出一种新型粮食螺旋堆高机,并以其为研究对象,针对其独特的结构型式及工作原理,采用理论分析及仿真实验,完成大填充率水平螺旋输送特性、变截面垂直螺旋转料输送特性及变角度倾斜螺旋输送特性研究,获取粮食颗粒物料在复杂转运过程中的运动学、力学及输送效率特征,为设备的研究开发及推广应用提供理论基础及设计依据。论文主要内容及创新点如下:(1)新型粮食螺旋堆高机总体、关键部件设计与关键技术问题分析。依据中小型散货堆场粮食堆高的使用要求,分析了新型粮食螺旋堆高机功能实现方式,完成了新型粮食螺旋堆高机总体方案和关键部件设计;通过研究工作原理、堆高工艺和工作经济性,明确了堆高机在设计研发过程中的关键技术问题。(2)大填充率水平螺旋输送特性研究。通过对水平螺旋输送单质点物料颗粒的运动进行分析,得到了单质点颗粒水平螺旋输送轴向、圆周速度与距螺旋轴线距离变化规律,并分析了堆高机水平螺旋输送的特点;运用离散元EDEM仿真软件研究了堆高机水平段在不同转速、不同等效填充率以及接料小车填满状态大填充率情况下的输送特性。研究结果表明:当输送物料较少时,水平输送螺旋转速在80r/min时,输送效果最好,此转速能效比最大;当可控制输送等效填充率时,水平输送等效填充率约为1时,效率最高,有利于输送;当物料大量从自卸车上卸下填满接料小车时,能效比随螺旋转速增大而减小,低转速比较节省功率,耗能较少,但是输送效率比较低。(3)变截面垂直螺旋转料输送特性研究。利用垂直输送过程的物料自由表面形态,推导出垂直螺旋输送的物料平均轴向速度,改善了以往用螺距与转速的乘积计算物料输送速度的不准确性,并根据仿真结果对其进行验证;结合EDEM仿真,通过对水平双螺旋与垂直单螺旋衔接处转料口的几何结构设计与分析,确定了最佳形式、形状尺寸的转料口;另外根据堆料车特点,运用仿真技术得到堆高机垂直输送的最佳变截面尺寸参数;通过分析比较变截面和等截面垂直输送的仿真结果,解释了变截面可以提升输送效率的原因,得到了堆高机垂直输送体积效率与螺旋转速的关系,完成变截面垂直螺旋转料输送特性研究。(4)变角度倾斜螺旋输送特性研究。利用堆高机倾斜输送段的简化模型进行EDEM仿真实验,探索了堆高机倾斜螺旋输送倾斜角度、螺旋转速和螺距对输送效率的影响规律,分析了倾角、转速、螺距这三个因素变化对相同供料情况的质量流量和能效比的影响。研究结果表明:倾斜输送的质量流量和能效比均随倾斜角度增大而减小,不同角度减小趋势是不相同的;倾斜输送的质量流量和能效比均随螺旋转速增大而增大,增大快慢与倾斜角度有关;倾斜输送的质量流量和能效比均随螺距增大而增大,但并不是螺距越大越好,增大情况受螺旋转速的影响。