张 珂,张 硕,于文达,邹德芳

(沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁 沈阳 110168)

多螺旋布料器是生产混凝土预制构件(PC构件)的核心设备之一,广泛应用于装配式建筑行业。多螺旋布料器采用螺旋强制出料方式进行布料,其工作原理与螺旋输送器相似[1-2]。在混凝土输送过程中,螺旋与混凝土通过不断接触和摩擦,出现磨损变形、断裂等破坏问题,导致布料器输送均匀性降低,难以实现精确化智能化的布料生产方式[3-7]。

相关学者对于单螺旋出料的物料运动及相互作用的力学分析等研究做了大量工作:A.W.Roberts[8]对垂直螺旋输送机进行了颗粒运动学与动力学分析,得到单个颗粒对螺旋的剪切力、法向力与摩擦力公式并给出输送量公式;P.W.Cleary等[9]对塔式磨机与针式磨机衬板表面能量吸收率等方面进行研究,得出塔式磨机与针式磨机的主要受力方式;M.Sinnot等[10]通过研究搅拌磨机内物料整体流动状态、能量耗散空间分布等,给出了剪切能量、法向能量的吸收情况;李凯[11]利用DEM-FEM耦合建模完成立式螺旋搅拌磨机的结构优化;宁晓斌等[12]通过DEM-CFD多学科耦合对螺旋搅拌器结构强度进行校核。与上述文献类似,当前研究的物料多为散料、干料,未能考虑具有粘结性物料与螺旋间的相互作用关系,特别是多螺旋输送的混凝土物料。

基于此,笔者以多螺旋布料器和具有粘结特性的新拌混凝土为实验条件,通过多螺旋布料器输送机理与螺旋叶片的受力情况分析布料器的布料工艺,同时,基于DEM-FEM多物理场耦合方法对混凝土在输送过程中,螺旋的受力分布进行研究,预测最大受力位置与易磨损区域,为螺旋的优化设计与螺旋磨损预报研究打下基础。……