試析葉片式拋送裝置拋送機(jī)理研究與參數(shù)優(yōu)化

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1、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文葉片式拋送裝置拋送機(jī)理研究與參數(shù)優(yōu)化姓名：翟之平申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程指導(dǎo)教師：王春光20080401摘要葉片式拋送裝置由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、容易調(diào)整維修、輸送能力強(qiáng)以及制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍非常廣泛。葉片式拋送裝置存在的主要問題是拋送功耗大，拋送效率低且容易堵塞。論文針對(duì)目前國內(nèi)外對(duì)物料拋送機(jī)理研究中存在的不足，通過理論分析、計(jì)算機(jī)仿真模擬以及試驗(yàn)研究對(duì)物料的拋送機(jī)理進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，對(duì)葉片式拋送裝置的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。(1)采用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT對(duì)不同參數(shù)葉片式拋送裝置的氣流流場(chǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，獲

2、得了氣流流場(chǎng)的基本特征。通過與氣流流場(chǎng)試驗(yàn)研究結(jié)果比較表明，利用FLUENT對(duì)葉片式拋送裝置氣流流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析的結(jié)果是正確的。研究發(fā)現(xiàn)，氣流流場(chǎng)的分布影響物料的拋送和所消耗功率，且拋送葉輪轉(zhuǎn)速越高，出料直管處的氣流速度越大，平均拋送距離越遠(yuǎn)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)拋送葉輪的葉片數(shù)、葉片傾角以及圓形外殼出口處的圓弧半徑進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果為：4葉片、圓形外殼、后傾l00葉片更有利于拋送，且出口處圓弧半徑不宜太大。(2)采用理論分析、’虛擬樣機(jī)技術(shù)與高速攝像技術(shù)相結(jié)合的方法對(duì)物料沿拋送葉片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究，獲得了對(duì)物料拋送及所消耗功率起決定作用的物料拋出角和物料離開拋送葉片時(shí)速度的變化規(guī)律及

3、影響因素，并得到物料的最佳拋出角范圍為800～1300。建立了物料沿拋送葉片運(yùn)動(dòng)的ADAMS模型，為了綜合考慮物料間的相互作用以及氣流對(duì)物料的作用引入當(dāng)量摩擦系數(shù)，通過與高速攝像試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析計(jì)算得到當(dāng)量摩擦系數(shù)的值，進(jìn)而對(duì)ADAMS模型進(jìn)行了修正。(3)通過高速攝像研究表明，在拋送葉片帶動(dòng)物料運(yùn)動(dòng)過程中，部分物料沿葉片滑移到葉片末端后離開葉片；另一部分物料沿葉片滑移了一段后就離開了葉片，在慣性及拋送葉輪內(nèi)氣流的作用下，沿圓形外殼出料口向出料直管運(yùn)動(dòng)，其中部分物料運(yùn)動(dòng)到出料口之前與下一葉片相遇，又被此葉片撞擊、帶動(dòng)，直至運(yùn)動(dòng)到出料口。(4)為了降低拋送功耗，提高拋送效率，采用試

4、驗(yàn)研究、理論分析與虛擬樣機(jī)技術(shù)相結(jié)合的方法對(duì)所消耗功率進(jìn)行了研究，對(duì)拋送葉輪的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析。建立了葉片式拋送裝置所消耗功率、比功耗以及拋送效率表達(dá)式，并利用所修正的ADAMS模型對(duì)拋送葉輪結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。通過與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，說明所修正的ADAMS模型及利用虛擬樣機(jī)技術(shù)所進(jìn)行的優(yōu)化分析是可信的。結(jié)果表明：當(dāng)葉輪外徑為700mm，轉(zhuǎn)速從650r／min增加到1050r／min(葉片末端線速度從25m／s增加到40m／s)，功耗及比功耗增加2—3倍；葉片前傾角從前傾50增大到250，比功耗增加5．5％～63．5％；葉片后傾角從后傾50增大到250，比功耗增

5、加3．5％。12．7％，增加幅度較?。蝗~片為徑向葉片且轉(zhuǎn)速為650r／min時(shí)比功耗最?。簭较蛉~片各轉(zhuǎn)速的拋送效率范圍為65％～69．5％，其中轉(zhuǎn)速為950r／rnin時(shí)拋送效率最高。(5)為了獲得物料流經(jīng)出料直管及偏轉(zhuǎn)彎管的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)合試驗(yàn)研究建立了物料流經(jīng)出料直管的動(dòng)力學(xué)模型，并在引用物料流經(jīng)偏轉(zhuǎn)彎管動(dòng)力模型的基礎(chǔ)上，利用MATLAB對(duì)其進(jìn)行數(shù)值求解。為進(jìn)一步優(yōu)化出料直管及偏轉(zhuǎn)彎管的結(jié)構(gòu)參數(shù)奠定了基礎(chǔ)。(6)對(duì)物料運(yùn)動(dòng)速度和相應(yīng)位置的氣流速度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)從離開葉片到進(jìn)入出料直管階段，物料向上速度大于相應(yīng)氣流速度，物料主要靠葉片拋扔獲得的能量來運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入出料直管后，物料向上速度

6、小于相應(yīng)氣流速度，主要靠慣性和氣流協(xié)助來輸送物料?？傊锪现饕咳~片拋扔和氣流輔助輸送來拋送。(7)葉片后傾角為l00時(shí)比徑向葉片的功耗增加了6．12％，而拋送距離增加了l6．16％。實(shí)際生產(chǎn)中當(dāng)不要求遠(yuǎn)距離拋送時(shí)，宜選徑向葉片；當(dāng)需遠(yuǎn)距離拋送時(shí)宜選后傾角為lOo的葉片。(8)成功研制了葉片式拋送裝置試驗(yàn)臺(tái)，為研究拋送機(jī)理提供了試驗(yàn)設(shè)備。關(guān)鍵詞：葉片式拋送裝置；拋送機(jī)理；優(yōu)化；三維數(shù)值模擬；虛擬樣機(jī)技術(shù)；高速攝像技術(shù)StudyonThrowing／BlowingMechanismandOptimizingParametersofanImpellerBlowerAbstract．Im

7、pellerblowersareusedwidelytoconveymaterialsbecauseoftheirsimplicity，reliability，easeofmaintenanceandadjustment，highcapacityandlowmanufacturingcost．However，theyalsohavesomenegativeproblemssuchasexcessivepowerconsumption，inefficienc