[发明专利]一种搅拌罐螺旋叶片的优化设计方法及成型方法

权利要求书

1.一种搅拌罐螺旋叶片的优化设计方法，其特征在于：包括以下操作步骤：一、确定搅拌物料实验模拟参数：基于离散元理论分析搅拌物料组分的比例及颗粒大小，模拟出颗粒模型，通过塌落度模拟实验，调整、确定颗粒模型及摩擦系数、接触参数系数，并根据搅拌物料的实际装载量确定颗粒模型的数量参数，具体方法如下：首先将搅拌物料和颗粒模型分别进行模拟塌落度实验，之后将两者实验所得的静摩擦系数、动摩擦系数、接触参数系数各参数值进行对比，当参数值差距≥5％，调节颗粒模型的静摩擦系数、动摩擦系数、接触参数系数各项参数的数值，直至实验参数值差距＜5％，确定颗粒模型以及摩擦系数、接触参数系数；二、建立模拟罐体以及模拟螺旋叶片：结合实际应用确定模拟罐体的运动参数，并运行现有的搅拌罐，基于现有物料的塌落度以及下滑角，初步确定现有搅拌罐螺旋线的螺旋角、螺距，并以此为基础建立模拟罐体以及模拟螺旋叶片，建立模拟罐体具体方法如下：罐体划分为前锥模块、中筒模块、后锥模块、螺旋叶片模块以及叶片模块，基于积分法，综合罐体的装载要求、板材利用率以及整体布局的合理性，确定罐体各锥段模块的尺寸；建立模拟螺旋叶片具体方法如下：绘制螺旋叶片曲线, 罐体内部的叶片共有两条完整的螺旋叶片，对称分布, 螺旋叶片根部螺旋曲线基于笛卡尔坐标系计算公式进行计算，螺旋曲线的螺旋角参数系数依据所选物料的下滑角以及罐体的安装角度参数进行推算，螺旋叶片的安装角度依据各锥段的锥度进行确定，螺旋叶片的高度依据罐体直径初步确定，通过初步计算确定的螺旋叶片的螺旋角、螺距、叶片安装角度、叶片高度参数，采用三维建模软件绘制罐体分析模型；三、制定罐体进出料性能的评判标准：基于离散元算法，根据已经确定的颗粒模型参数、模拟罐体的运动参数，统计各时间段罐体内部物料的离散系数，绘制离散系数曲线，作为后续优化方案罐体搅动性能的评判标准，统计罐体的进出料时间，作为后续优化方案罐体进出料性能的评判标准；四、制定罐体强度性能的评判标准：基于离散元、有限元法耦合分析法对初步确定的罐体搅动工况下的应力、应变进行统计、分析，作为后续优化方案罐体强度性能的评判标准；五、确定叶片最终优化方案：基于控制变量法，将螺旋叶片的螺距、叶片高度及叶片安装角度分别作为单一变量，对螺旋叶片进行优化，并对各优化方案罐体的离散系数、进出料性能、强度性能进行统计、分析、对比，选出最优的设计方案。

2.根据权利要求1所述的一种搅拌罐螺旋叶片的优化设计方法，其特征在于：所述塌落度模拟实验采用塌落度测试筒，所述塌落度测试筒的尺寸为下口直径200mm，上口直径100mm，筒高度300mm，模拟塌落度实验需要绘制准确的塌落度测试筒分析模型。

3.根据权利要求1所述的一种搅拌罐螺旋叶片的优化设计方法，其特征在于：螺旋叶片根部螺旋曲线基于笛卡尔坐标系进行计算的计算公式为

式中x、y、z是指螺旋曲线上的点在笛卡尔坐标系下的空间坐标，ρ是指弧长, θ是指—圆周角, β₁是指最小螺旋角，β₂是指最大螺旋角；α是指叶片安装角度。

4.根据权利要求1所述的一种搅拌罐螺旋叶片的优化设计方法，其特征在于：步骤三所述统计各时间段罐体内部物料的离散系数，绘制离散系数曲线，具体的离散元分析软件采用EDEM软件，在离散元分析软件中对搅动空间进行网格划分，并设定计算时间节点进行计算，统计各时间节点的各网格内颗粒模型组分的数量，并以此计算各时间节点的离散系数，将各时间节点的离散系数绘制成离散系数曲线，用来判断罐体的搅动性能，在离散元分析软件中将罐体地转动速度调整为3r/min，模拟实际罐体出料工作状态，从罐体出料地时间开始计算，统计罐体排完所有颗粒地时间，用来作为罐体出料性能的评判标准。