CN104765938B - 一种散粒体物料匀料盘设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不依赖辅助装置而容易地设计适于散粒体物料的匀料盘设计方法。本发明的匀料盘设计方法包括：设定匀料盘初始形状的初始形状设定工序、利用计算机生成匀料盘三维模型的三维模型生成工序、通过离散元软件对三维模型进行模拟的离散元模拟工序、检查模拟结构是否符合预定条件的判定工序以及修正匀料盘的形状使得达到预定条件的匀料盘形状修正工序。

Description

一种散粒体物料匀料盘设计方法

技术领域

本发明涉及散粒体物料匀料盘设计的技术领域，具体涉及一种散粒体物料匀料盘设计方法。

背景技术

匀料盘也称匀料板，用来提高物料的分布均匀性，常用在谷物的加湿调质、干燥、风选等加工设备中。常见的匀料盘分为圆盘式和圆锥体式两种形式，以上两种匀料盘上的料层厚度均匀性差，不能实现料层厚度均匀一致。而匀料盘设计方法的研究可以实现物料在匀料盘的均匀分布，提高加湿调质、干燥以及风选等加工设备的工作效率，但目前还没有相关资料对匀料盘设计方法进行说明。国内外针对匀料盘的理论与结构研究尚需深入。因此，目前尚缺乏一种散粒体物料设计方法，以解决料层厚度不均匀的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：针对散粒体物料匀料盘匀料性能较差，不能实现均匀布料的问题，如何设计匀料盘以提高其匀料性能的技术难题，提供了一种散粒体物料匀料盘设计方法。该方法根据物料的物理特性和运动规律，设计出能实现散粒体物料料层厚度均匀一致的匀料盘。

本发明采用的技术方案是：一种散粒体物料匀料盘设计方法，其方法包括以下几个部分：

匀料盘初始形状设定阶段：确定物料与匀料盘的物理特性参数，包括形状、密度、尺寸、泊松比、弹性模量、恢复系数和摩擦系数。基于圆锥体式匀料盘，物料在匀料盘上的运动轨迹为空间螺旋线，确定运动轨迹上某一位置的物料运动加速度，其公式为：

式中，γ为圆锥母线与底面的夹角，g为重力加速度，β是物料运

动轨迹的螺旋角，为常数。确定料层厚度均匀目标下的物料运动加速度。根据加速度计算公式，确定不同位置目标加速度下匀料盘的γ值。依据不同位置目标加速度下匀料盘的γ值，设定初始匀料盘形状为平滑的曲面锥体形式，减小曲母线的斜率使物料达到目标加速度。

三维模型生成工序：在计算机上利用建模软件建立设定匀料盘的三维模型。

离散元模拟工序：确定物料与匀料盘的物理特性参数，利用离散元软件建立颗粒模型并对设定初始形状匀料盘的三维模型进行模拟试验。

判定工序：确认设定初始匀料盘形状的模拟结果是否满足料层厚度均匀一致的要求。若满足则完成设计,否则进入匀料盘形状修正工序。

匀料盘形状修正工序：基于设定初始匀料盘形状不满足料层厚度均匀一致的要求，对初始匀料盘的曲面形式进行修订，反复进行上述三维模型生成工序、离散元模拟工序和匀料盘形状修正工序而决定所述匀料盘的形状。

本发明的有益效果是：本发明的设计方法综合考虑了散粒体物料和匀料盘的物理特性，通过计算在重力作用下不同位置目标加速度下所需的斜面斜率，来确定匀料盘初始形状，在计算机上生成三维模型，利用离散元法对匀料盘进行模拟而修正匀料盘初始形状，由此能够设计出无需辅助装置而实现散粒体物料料层厚度均匀一致的匀料盘形式。此外，由于不需要实际模型，能够缩短设计时间，并且能够减少设计成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明

的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明实施例的结构图。

图3是同一实施例的匀料效果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，以应用于糙米加湿调质装置中的匀料盘设计为例对本发明的具体实施方式进行阐述。

糙米呈椭球体形状，长半轴在3∼4 mm之间，短半轴在1.2∼1.6 mm之间，储藏条件下的糙米与钢性材料之间的摩擦系数为0.2∼0.3范围内；匀料盘选用钢性材料。颗粒物料在圆锥体式匀料盘上的运动轨迹为空间螺旋线，并在运动轨迹上建立三维直角坐标系和自然坐标系，确定单粒糙米的运动参数方程。对糙米籽粒进行受力分析，结合其运动参数方程得出糙米的加速度，其公式为：

式中，γ为圆锥母线与底面的夹角，g为重力加速度，β是物料运动轨迹的螺旋角，为常数。糙米的料层厚度在其加速运动的过程中不断减小，降低糙米的流动加速度能够使其料层厚度均匀一致。根据加速度计算公式，确定不同位置目标加速度下匀料盘的γ值。依据不同位置目标加速度下匀料盘的γ值，设定初始匀料盘形状为平滑的曲面锥体形式。减小曲母线的斜率可以使物料达到目标加速度，因此曲母线设定为y=kx²的半抛物线形式。基于糙米外形为椭球体，选用平缓的抛物线方程，其物料的初始运动加速度小易于实现料层厚度均匀，本实例k值设定为0.03。

利用计算机三维建模软件solidworks建立初始形状匀料盘的三维模型，由于需对所设定的匀料盘是否满足料层厚度均匀的要求进行模拟，还需建立糙米料箱。将物料和匀料盘的密度、泊松比、弹性模量、恢复系数和摩擦系数等物理特性参数输入离散元软件EDEM中，依据糙米实际尺寸建立糙米籽粒模型，在转速为120 rpm下对初始形状的匀料盘进行模拟。利用软件的后处理功能，对稳定状态下匀料盘上的料层厚度进行测量，发现初始形状的匀料盘外侧区域内的料层厚度薄，因此重新选取曲面匀料盘的曲母线抛物线方程系数为0.02，并重复建模和模拟过程。二次模拟结果表明曲母线方程为y=0.02x²的曲面匀料盘形式满足料层厚度均匀的要求，利用此匀料盘能实现糙米的均匀分布利于加湿均匀。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种散粒体物料匀料盘设计方法，其特征在于设计方法包括以下工序及其内容：

①匀料盘初始形状设定工序：基于物料与匀料盘的物理特性参数，计算重力作用下物料在匀料盘上的运动加速度，确定目标加速度下所需的斜面斜率，设定匀料盘的初始形状；

②三维模型生成工序：在计算机上生成设定匀料盘的三维模型；

③离散元模拟工序：基于物料与匀料盘的物理特性参数，利用离散元软件对所设定料盘的三维模型进行模拟；

④判定工序：判断模拟结果是否满足预定条件,若满足则完成设计,否则进入下一工序；

⑤匀料盘形状修正工序：修正初始设定匀料盘的三维模型，反复进行所述离散元模拟工序和匀料盘形状修正工序直至经判定工序满足预定条件。

2.根据权利要求1所述的一种散粒体物料匀料盘设计方法，其特征在于：所述物理特性参数是指形状、密度、尺寸、泊松比、弹性模量、恢复系数和摩擦系数。

3.根据权利要求1所述的一种散粒体物料匀料盘设计方法，其特征在于：所述匀料盘上物料的运动加速度是基于圆锥体式匀料盘计算所得，计算公式为：

$a=\frac{dv}{dt}=g(\sin \mathrm{\γ}cos\mathrm{\β}-cos\mathrm{\γ})$

式中，γ为圆锥母线与底面的夹角，g为重力加速度，β是物料运动轨迹的螺旋角，为常数。

4.根据权利要求1所述的一种散粒体物料匀料盘设计方法，其特征在于：所述目标加速度为实现料层厚度均匀的加速度。

5.根据权利要求1所述的一种散粒体物料匀料盘设计方法，其特征在于：所述匀料盘的初始形状依据不同目标加速度下的γ值设定为平滑的曲面锥体形式。

6.根据权利要求1所述的一种散粒体物料匀料盘设计方法，其特征在于：所述判定工序中的预定条件为物料的料层厚度均匀一致。

7.据权利要求5所述的一种散粒体物料匀料盘设计方法，其特征在于：所述匀料盘形状修正工序中，修正所述曲面锥体式匀料盘的曲母线形式。