李 郁 石劲松

武汉理工大学物流工程学院 武汉 430000

0 引言

螺旋叶片作为垂直螺旋输送机中的重要构件，频繁与物料发生碰撞和摩擦，研究和分析其受力对优化螺旋叶片耐磨处理，提高输送机使用寿命有重要意义。国内外对螺旋叶片的磨损和受力都进行了研究，杨乐成等[1]基于EDEM中的Relative Wear模块标记了螺旋叶片中最容易发生磨损的地方，并通过累计法向和切向接触力分析了磨损机理；Liu H B等[2]基于Ansys Workbench和CFD固液耦合分析了计算模型对离心机螺旋体受力计算的影响。

目前研究多采用耦合方法或Hertz-Mindlin with Archard模型分析螺旋体整体累计受力以及磨损情况，分析过程中计算复杂，计算量较大，缺乏对螺旋叶片结构局部受力的定量分析。在对螺旋叶片进行耐磨处理时，由于叶片内侧和外侧受力不同，耐磨层可以进行差异化处理，追求更好的经济性，故对螺旋叶片局部受力的定量分析是必要的。

本文选取垂直螺旋输送中1个螺距的螺旋叶片，将其按面积平分为12个微段，通过离散元仿真分析不同转速下微段与颗粒的接触受力，为螺旋叶片的耐磨处理提供一定的参考。

1 传统理论分析

1.1 单颗粒分析

假定只存在同时与螺旋叶片和螺旋管壁接触的单个颗粒，不考虑该颗粒与其他颗粒间的接触。

物料颗粒与螺旋叶片的接触受力如图1所示。根据合力，颗粒重力，颗粒与螺旋壁摩擦力的平衡，得到力三角形，如图2所示。

图1 颗粒和叶片受力合成

图2 物料颗粒受力平衡

在图1中，FN为颗粒受到螺旋叶片的反作用力，FNμ为颗粒受到的摩擦力，FS为FN和FNμ合成的合力。……