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基于离散元的翻抛机滚筒物料翻抛仿真分析与试验研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 翻抛机研究现状

1.2.1 翻抛机分类

1.2.2 国外翻抛机研究现状

1.2.3 国内翻抛机研究现状

1.3 离散元法在分析颗粒动态行为的研究现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 无槽条垛式翻抛机翻堆理论研究

2.1 条垛式翻抛机结构和工作原理

2.2 条垛式翻抛机翻堆理论研究

2.2.1 滚筒抛刀端点运动方程

2.2.2 翻抛速比λ

2.2.3 抛刀翻抛速度

2.2.4 翻抛机相关工作参数

2.3 有机肥物料翻抛运动分析

2.4 本章小结

第三章 有机肥物料离散元接触力学模型建立

3.1 有机肥物料参数测定

3.1.1 含水率

3.1.2 有机肥物料密度

3.1.3 摩擦系数

3.1.4 颗粒休止角的测定

3.2 有机肥物料颗粒力学模型的建立

3.2.1 线性刚度模型

3.2.2 滑移模型

3.2.3 粘结约束模型

3.2.4 有机肥物料接触力学模型

3.3 有机肥物料接触力学模型参数的确定

3.3.1 颗粒模型参数

3.3.2 物料颗粒模型参数标定

3.4 有机肥物料试样单轴压缩模拟

3.5 本章小结

第四章 翻抛机滚筒翻抛性能仿真及结果分析

4.1 翻抛机翻抛模型在EDEM中的建立

4.1.1 EDEM简介

4.1.2 几何模型建立

4.1.3 颗粒模型建立

4.1.4 仿真时间步长和栅格的选取

4.1.5 仿真颗粒生成

4.2 滚筒翻抛物料颗粒运动研究

4.2.1 颗粒运动轨迹分析

4.2.2 颗粒运动速度分析

4.2.3 颗粒位移分析

4.2.4 颗粒分布范围统计

4.3 翻抛机混合堆垛性能仿真结果分析

4.3.1 滚筒转速的影响

4.3.2 翻抛机前进速度的影响

4.4 本章小结

第五章 翻抛机滚筒翻抛性能试验研究

5.1 试验准备

5.1.1 翻抛机试验装置

5.1.2 有机肥物料整理

5.2 试验结果测定与分析

5.2.1 颗粒混合率的测定

5.2.2 堆积角度的测量

5.2.3 翻抛距离的测量

5.2.4 分布范围统计

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本课题的主要工作及结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参与研究课题

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摘要

翻抛机是一种有机肥堆肥发酵过程中的关键设备。目前,对翻抛机设计研究主要采用试验和经验方法,计算机辅助方法研究偏少;计算机仿真大多也仅是对翻抛机抛刀等进行排列方式和力学方面的分析,对翻抛机翻抛效果的分析研究较少。本文以特定型号无槽条垛式翻抛机为研究对象,采用离散元法对其翻抛效果进行研究,主要开展了以下工作:
  1、介绍了条垛式堆肥翻抛机的工作机理,所研究滚筒的抛刀分布情况,以及对物料条垛翻抛的目的;研究了条垛式翻抛机抛刀的运动规律、工作的相关参数的初步确定,得到了翻抛机工作的基本条件,同时为后面的模拟仿真提供了对比依据。
  2、试验测定有机肥物料发酵关键阶段的相关物理特性(含水率,密度),力学特性参数(摩擦系数,休止角),并合理建立含水率为50%的物料颗粒离散元接触力学模型,并在EDEM中仿真模拟物料单轴压缩试验,将模拟结果与实际试验研结果相比较验证其模型的正确性。
  3、采用离散元法对翻抛机物料翻抛进行了研究,用EDEM离散元软件对物料颗粒在滚筒翻抛作用下的运动进行了模拟。为研究滚筒对物料颗粒的混合和表征不同颗粒的情况,建立了两种颗粒模型。建立了翻抛机几何模型和物料的物理模型,确定了相关仿真参数。用EDEM对翻抛机翻抛过程进行了仿真研究,对单个物料颗粒翻抛过程中的运动轨迹、速度、位移进行了研究,同时对整个堆垛截面颗粒的分布情况进行了研究。模拟发现:随着滚筒转速的增加,物料混合效果越来越好;但堆积角度随着滚筒转速的增加,逐渐变小。在设定仿真条件下,综合考虑,滚筒转速为350rpm时翻抛效果较好。当翻抛机前进速度增大时,物料混合效果变差;同时物料的堆积角度变小。在设定仿真条件下,综合考虑,前进速度为0.05m/s时翻抛效果较好。
  4、对翻抛机进行了翻抛性能试验,通过对物料颗粒混合率,物料堆垛的堆积角度,物料的翻抛距离和物料颗粒的分布范围的试验分析,得出了翻抛机前进速度和滚筒转速对其翻抛效果的影响,并与EDEM仿真进行对比。试验结果表明,物料颗粒翻抛过程与仿真过程基本一致,相同前进速度下,物料混合率与仿真结果相近;相同滚筒转速条件下,堆积角度与仿真值相近;相同前进速度和滚筒转速下,物料翻抛距离、颗粒分布情况结果与仿真基本吻合,验证了EDEM仿真分析的准确性。

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