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小麦粉等距螺旋喂料装置优化设计与试验

农业机械学报 2020年第12期51卷 150-157页

作者：徐雪萌李飞翔申长璞李永祥常东涛河南工业大学机电工程学院郑州450001 河南金谷实业有限公司郑州450001

针对自动包装生产线上输送小麦粉等距螺旋喂料装置参数以经验设计为主、缺乏系统设计方法的问题,基于粒子群算法对螺旋喂料装置参数进行了优化设计。首先,针对输送小麦粉螺旋喂料器流量计算公式与实际流量误差较大、降低参数优化设计准... 详细信息

针对自动包装生产线上输送小麦粉等距螺旋喂料装置参数以经验设计为主、缺乏系统设计方法的问题,基于粒子群算法对螺旋喂料装置参数进行了优化设计。首先,针对输送小麦粉螺旋喂料器流量计算公式与实际流量误差较大、降低参数优化设计准确性的问题,以实际流量与理论流量的差值作为响应值,以对流量差值影响显著的螺距、内轴径、转速为变量设计正交试验,建立了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;然后,基于粒子群算法,以流量最大和螺旋体质量最小作为优化目标,以螺旋叶片外径、螺距、内轴外径、内轴筒内径作为变量,并采取比例的形式将2个目标转换为单目标优化问题,进行寻优求解;最后,根据算法优化结果进行试验,结果表明,优化后流量为3.0546 t/h,比经验设计值提升了18.15%,螺旋体质量为6.2779 kg,比经验设计质量减小了29.39%,修正后优化的理论流量为2.8647 t/h,与实际测定流量的误差为6.22%。

关键词：小麦粉螺旋喂料粒子群优化正交试验

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基于离散元法的螺旋喂料器流量计算修正

食品与机械 2020年第7期36卷 117-121页

作者：林苑徐长斌周祥明程帅鹏江西师范高等专科学校江西鹰潭335000

针对螺旋喂料器实际流量检测值与传统计算式计算值相差较大的问题,采用响应面试验对螺旋喂料器的流量计算式进行修正。考虑到实际试验的复杂性,采用离散元仿真流量值与计算式计算值的比值作为响应,以对流量比值影响显著的螺距、转速、... 详细信息

针对螺旋喂料器实际流量检测值与传统计算式计算值相差较大的问题,采用响应面试验对螺旋喂料器的流量计算式进行修正。考虑到实际试验的复杂性,采用离散元仿真流量值与计算式计算值的比值作为响应,以对流量比值影响显著的螺距、转速、管径为试验因素设计响应面试验,得到3个因素与响应值之间的二阶回归方程,由此进一步得到螺旋喂料器的流量计算式。为进一步验证修正后流量计算式的可行性,根据设计要求,用SolidWorks软件建立三维模型并进行仿真分析,发现仿真所得流量值为1.258 t/h,与修正式计算所得流量值1.210 t/h的误差为3.97%,表明了流量修正计算式的合理性。

关键词：螺旋喂料流量公式修正离散元

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基于离散元法的大豆螺旋喂料装置流量公式修正

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现代食品 2023年第15期29卷 4-9页

作者：王震民徐天明赵瑞营李召峰夏朝勇郑州中粮科研设计院有限公司河南郑州450001

目的:解决大豆螺旋喂料装置的流量计算公式与实际生产中检测值存在较大误差,严重影响螺旋喂料装置参数优化设计准确性、降低设计效率的问题。方法:以离散元法为基础,采用响应面法设计优化试验,选用EDEM进行离散元仿真,以流量数据为响应... 详细信息

目的:解决大豆螺旋喂料装置的流量计算公式与实际生产中检测值存在较大误差,严重影响螺旋喂料装置参数优化设计准确性、降低设计效率的问题。方法:以离散元法为基础,采用响应面法设计优化试验,选用EDEM进行离散元仿真,以流量数据为响应值,以对响应值影响较为显著的螺距、转速和内轴径为影响因子设计响应面试验,求得影响因素与响应值之间的二阶回归方程,由此得到大豆修正后的螺旋喂料装置流量公式。采用Inventor三维建模软件对螺旋喂料装置建立三维模型,导入EDEM离散元软件中进行仿真试验验证。结果:仿真结果表明,实际流量值为2.013 t·h^(-1),修正后理论流量值为1.908 t·h^(-1),两者误差为5.22%。结论:本文试验结果表明了流量公式修正的合理性,能够为后续大豆螺旋喂料装置的优化设计提供参考。

关键词：螺旋喂料离散元 Box-Behnken试验流量公式

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螺旋啮合销钉冷喂料挤出机的设计研究与三维动态过程模拟

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螺旋啮合销钉冷喂料挤出机的设计研究与三维动态过程模拟

作者：范盈盈青岛科技大学

学位级别：硕士

橡胶冷喂料挤出机是目前橡胶加工中最重要的成型设备之一,它在橡胶工业中得到了广泛的应用。多年来,人们围绕挤出机的核心部件——螺杆进行了不断的探索和研究,先后出现了不同螺杆构型的挤出机,由于其工作原理的不同而各具特点。其中,... 详细信息

橡胶冷喂料挤出机是目前橡胶加工中最重要的成型设备之一,它在橡胶工业中得到了广泛的应用。多年来,人们围绕挤出机的核心部件——螺杆进行了不断的探索和研究,先后出现了不同螺杆构型的挤出机,由于其工作原理的不同而各具特点。其中,机筒销钉螺杆由于具有高质量的塑化效果、输送能力较大、较高的挤出稳定性和自洁能力、生产周期短、制品质量高、能耗低等诸多优点得到了广泛的应用和认可。同时也需要考虑到,只有喂料段输送能力与塑化能力相匹配时,才能保证高质量和高生产率的挤出。而相对于螺杆的发展,喂料段结构的发展是比较缓慢的。早期的自由喂料方式因受机头反压作用的影响,常在喂料口出现堆积胶或胶条打滑现象,影响生产效率和挤出稳定性。随后出现的旁压辊喂料装置虽在一定程度上解决了产量及波动问题,但在冷喂料挤出机中喂料功能却仍然适应不了塑化功能的发展,具体表现为胶料进入轴承使旁压辊工作失效、喂料不足、喂料过程的不稳定性以及容易产生机械故障等。本文在深入研究螺旋啮合喂料机理和传统设备构造优缺点的基础上,设计了一种全新的螺旋啮合销钉冷喂料挤出机,在原有的销钉冷喂料挤出机的结构上进行了研究、有机整合机创新。全文通过理论推导建立了螺旋啮合销钉冷喂料挤出机的功率消耗,受力变形及应力、应变等数学模型,并进行了大量的设计计算和有限元受力分析,对螺旋啮合销钉冷喂料挤出机进行了结构优化设计,为了保证结构的可行性和可靠性,对机台进行了三维造型仿真设计及工作过程动态模拟。本论文的主要成果如下:1.首次将螺旋啮合喂料技术应用在销钉冷喂料挤出机上,解决了挤出机长期尚未解决的挤出稳定性低、漏胶问题、喂料装置容易失效问题、生产效率较低和能耗较高的问题。为现代挤出机实现高质、高效、低耗的性能奠定了基础。2.首次将二次平面包络减速器技术应用在销钉冷喂料挤出机上,极大地简化了传统挤出机采用的多级圆柱齿轮传动减速器的结构,使传动系统的体积减小了40～60%,过载能力提高了1～2倍,噪音明显降低,以及明显提高了传动系统的平稳性和可靠性。为现代挤出机简化传动系统结构和提高传动系统性能开拓了新的途径。3.设计中应用了先进的数字传感技术,胶料压力采用压力传感器,挤出机轴向力首次采用了拉压传感器。使挤出机操作更加直观、方便、安全和可靠。4.设计了结构简单的供胶机头,使挤出机可以为压延机供胶,可以取代陈旧、庞大的开放式炼胶机组的供胶系统,提高了生产效率,降低了能耗,减少了设备投资以及降低了劳动强度。5.设计中针对于螺旋啮合喂料装置采用的三重密封形式,通过在轴承套上开反胶槽、轴与轴承套进行间隙配合、在轴承的内侧加唇形密封圈三种形式加强密封效果,另外开加了漏胶口和刮胶刀,有效地防止胶料进入轴承使旁压辊失效。6.在设计中运用了有限元分析软件。合理简化模型,快速、深入地对结构模型进行静力分析,对不同方案的结构进行比较,对设计进行优化,使结构更加合理可靠。7.运用传统设计、三维仿真设计和过程动态模拟相结合的设计手段,充分体现了设计与制造同步的现代设计理念,缩短设计周期、降低设计成本、在物理样机产生之前预先评估设计。本文对螺旋啮合销钉冷喂料挤出机的设计,是在原有传统挤出机结构上的研究、有机结合与创新,将传统销钉冷喂料挤出机与新型的螺旋啮合喂料技术、新型的传动系统技术进行有机的整合,突破了传统挤出机设计的思路,大大地提高了挤出机的生产能力和塑化能力,提高了工作效率和设备可靠性,降低了能源消耗和设备配套费用。为挤出机技术水平和使用性能的升级奠定了基础。

关键词：挤出螺旋喂料机筒销钉二次平面包络减速器有限元三维模拟

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斗提式散粮卸船机提升装置的设计与分析

斗提式散粮卸船机提升装置的设计与分析

作者：靳航嘉河南工业大学

学位级别：硕士

本文以一种新型的斗提式散粮卸船机为研究对象,将带式双排斗提机应用于卸船机中,并对这种新型卸船机的提升装置进行设计和分析。针对斗提机应用于卸船机中的关键技术,主要进行以下研究工作,并得到如下结论:1.对斗提式散粮卸船机整体结... 详细信息

本文以一种新型的斗提式散粮卸船机为研究对象,将带式双排斗提机应用于卸船机中,并对这种新型卸船机的提升装置进行设计和分析。针对斗提机应用于卸船机中的关键技术,主要进行以下研究工作,并得到如下结论:1.对斗提式散粮卸船机整体结构布局进行设计,将其分为螺旋喂料器、斗式提升机、皮带输送、旋转/俯仰机构、可行走门架和卸料器六个部分,结合7.6万吨DWT巴拿马船型尺寸,确定提升高度、俯仰角度等尺寸参数。设计采用双排畚斗式斗提机,以满足产量要求。设计一种斗提机的张紧机构,解决传统斗提机因张紧而导致的底部畚斗与喂料装置发生错位的问题。2.基于散粮的堆积角度及流动特性,确定喂料装置螺旋的数量,保证在螺旋作业范围内的散粮可以顺利被输送。由螺旋输送机产量的经验计算公式,从理论上得出开口式移动螺旋输送机的产量计算公式。选择开口角度、移动速度、螺旋直径和螺旋转速四个因素,用EDEM软件进行四因素三水平正交试验,得到每组试验螺旋输送散粮的质量随时间的变化曲线。结果显示,质量随时间的变化曲线近似一条直线,可以满足斗提机均匀喂料的特性,直线的斜率即代表螺旋的产量。同时对得出的开口式移动螺旋的理论产量计算公式进行验证,从理论结果和仿真结果的对比来看,两者的绝对误差最大值、最小值、均值分别为5.4809 kg/s、-0.3198 kg/s、1.9006kg/s,产量在50kg/s之间绝对误差均值为0.2377kg/s,9组试验的相对误差的平均值为2.631%。通过田口试验分析四个因素对产量影响的显著性。通过信噪比分析,得出了移动速度、螺旋直径和螺旋转速均对螺旋产量起促进作用,而随着开口角度增加,螺旋产量则呈现先增后减的趋势,仿真分析结果与理论结果基本一致。通过对产量匹配系数的分析,得到了与设计产量匹配的螺旋最佳参数组合为:螺旋直径为200mm,螺旋转速为500r/min,移动速度为0.1m/s,机壳开口角度为210°。3.针对提升装置的悬臂状态,算得提升段的弯曲刚度及受风载荷时的挠度方程。使用ANSYS软件分析提升装置受风载荷时的弯曲变形的应力和位移量。结果显示,提升装置受风力等级为6级、7级,8级时,提升段最大位移量分别为12.790mm、14.717mm、17.303mm,8级风力时,可以正常工作,满足安全操作规定的要求。根据应力分布情况,最大应力发生在头部连接件,为243.32MPa,提升段部分应力较小,因此,将头部连接件的原定材料Q235更换为Q345。4.建立提升装置竖直悬臂梁模型,利用微元法建立提升段弯曲振动的动力学方程,通过对端部质量块的力学分析,确定弯曲振动的边界条件,得出弯曲振动的频率方程。利用MATLAB求解频率方程,得出提升装置弯曲振动的前四阶固有频率。使用ANSYS对提升装置进行模态仿真,得到前四阶固有频率和振型。从理论结果和仿真结果的对比来看,前四阶频率的误差值都在5%以下。对喂料装置螺旋的转动频率进行分析计算,避免与提升装置发生共振。对底部滚筒激振力作用下,悬臂状态的提升装置的响应情况进行分析,分别得到提升装置总位移量和X、Y、Z各方向位移量随时间变化的曲线和函数关系,为卸船机的提升装置的设计提供参考依据。

关键词：散粮卸船机双排式斗提机螺旋喂料参数优化风载荷弯曲振动

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变螺距螺旋结构设计与仿真分析

现代食品 2022年第12期28卷 21-25,37页

作者：王震民夏朝勇贾煜郑州中粮科研设计院有限公司河南郑州450001

目前,螺旋输送机的螺杆多采用等距螺旋,导致进料端下料不均且存在死区,而变距螺旋的设计尚未有成熟系统的设计方法。本文先以指数函数y=a(e^(x)-1)对变螺距的螺旋展开线进行初步拟合,再以一次线性函数y=ax+b对其进行二次拟合以使螺距变... 详细信息

目前,螺旋输送机的螺杆多采用等距螺旋,导致进料端下料不均且存在死区,而变距螺旋的设计尚未有成熟系统的设计方法。本文先以指数函数y=a(e^(x)-1)对变螺距的螺旋展开线进行初步拟合,再以一次线性函数y=ax+b对其进行二次拟合以使螺距变化更加均匀,保证进料端进料的稳定性。用EDEM离散元软件以大豆为研究对象进行仿真分析,结果表明,采用函数拟合方法得到的变螺距螺旋在进料稳定性方面有了较大的提升,下料较为均匀,在同等条件下,质量流量波动相对于等距螺旋而言降低3.68%,验证了通过函数拟合来设计变螺旋的可行性,也为变螺距螺旋的设计提供了参考。

关键词：螺旋喂料变螺距函数拟合离散元

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