本发明公开了一种精密微型螺旋输送机构设计的方法，包括以下步骤，设计仿真实验组；建立颗粒模板，导入EDEM使用API自动填充生成颗粒模型；建立颗粒的力学接触模型；标定颗粒间的接触参数、颗粒与螺旋输送机构材质之间的接触参数，测量颗粒和输送机构材质的本征参数；建立精密螺旋输送机构中各个三维零件的模型，并根据设计的仿真实验组将三维零件装配成若干个装配体，以stl格式导入EDEM软件，根据颗粒实际输送方向和螺旋叶片旋向确定螺旋叶片转向，并设置仿真模型中螺旋叶片的转速；建立颗粒工厂，选择颗粒生成方式和速度，

  (19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 114707273 A (43)申请公布日 2022.07.05 (21)申请号 6.4 G06F 111/10 (2020.01) G06F 119/14 (2020.01) (22)申请日 2022.04.12 (71)申请人 扬州大学 地址 225009 江苏省扬州市大学南路88号 (72)发明人 张燕军聂传斌高吉成吴伟伟 杨坚孙尹孝邢煜斌缪宏 张善文戴敏 (74)专利代理机构 南京禹为知识产权代理事务 所(特殊普通合伙) 32272 专利代理师 王晓东赵荔 (51)Int.Cl. G06F 30/17 (2020.01) G06F 30/12 (2020.01) G06F 30/23 (2020.01) G06F 30/25 (2020.01) 权利要求书3页 说明书10页 附图11页 (54)发明名称 一种精密微型螺旋输送机构设计的方法 (57)摘要 本发明公开了一种精密微型螺旋输送机构 设计的方法，包括以下步骤，设计仿真实验组；建 立颗粒模板，导入EDEM使用API自动填充生成颗 粒模型；建立颗粒的力学接触模型；标定颗粒间 的接触参数、颗粒与螺旋输送机构材质之间的接 触参数，测量颗粒和输送机构材质的本征参数； 建立精密螺旋输送机构中各个三维零件的模型， 并根据设计的仿真实验组将三维零件装配成若 干个装配体，以stl格式导入EDEM软件，根据颗粒 实际输送方向和螺旋叶片旋向确定螺旋叶片转 向，并设置仿真模型中螺旋叶片的转速；建立颗 粒工厂，选择颗粒生成方式和速度，确定仿真计 A 算域；启动仿真；根据仿真计算分析结果，选择最 3 优结构组成方案和参数设计选型；使用本发明能 7 2 7 快速设计出输送机构。 0 7 4 1 1 N C CN 114707273 A 权利要求书 1/3 页 1.一种精密微型螺旋输送机构设计的方法，其特征是：包括以下步骤， 确定研究方向，设计仿真实验组； 建立颗粒模板，导入EDEM使用API自动填充生成颗粒模型； 建立颗粒的力学接触模型； 标定颗粒间的接触参数、颗粒与螺旋输送机构材质之间的接触参数，测量颗粒和输送 机构材质的本征参数； 建立精密螺旋输送机构中各个三维零件的模型，并根据设计的仿真实验组将三维零件 装配成若干个装配体，以stl格式导入EDEM软件，根据颗粒实际输送方向和螺旋叶片旋向确 定螺旋叶片转向，并设置仿真模型中螺旋叶片的转速； 建立颗粒工厂，选择颗粒生成方式和速度，确定仿真计算域； 启动仿真； 根据仿真计算分析结果，选择最优结构组成方案和参数设计选型； 其中，接触参数包括滑动摩擦系数、滚动摩擦系数和碰撞恢复系数，本征参数包括密 度、弹性模量、泊松比。 2.如权利要求1所述的精密微型螺旋输送机构设计的方法，其特征是：所述重要的因素 包括螺旋叶片螺距、螺旋输送管道截面形状和螺旋轴种类，经过控制变量法，设计仿真实验 组分别对三个因素的影响情况做研究。 3.如权利要求1或2所述的精密微型螺旋输送机构设计的方法，其特征是：建立力学 接触模型时，颗粒间法向力计算公式为， 颗粒间切向力计算公式为， ΔF ＝k Δu ； τ s s * * 式中，a表示两颗粒间法向重叠量，R 和E 分别表示表示等效颗粒半径和等效弹性模量， E ，ν ，E ，ν分别表示两接触颗粒的弹性模量和泊松比，当两接触颗粒材质相同时，取相同 1 1 2 2 * * 值；ΔF 表示切向力增量，k 表示切向刚度，Δu 表示切向位移增量，G ，R 分别表示等效剪切 τ s s 模量和等效颗粒半径，a表示两颗粒间法向重叠量，G ，ν，G ，ν分别表示两接触颗粒的剪切 1 1 2 2 模量和泊松比，当两接触颗粒材质相同时，取相同值。 4.如权利要求1或2所述的精密微型螺旋输送机构设计的方法，其特征是：建立颗粒 2 2 CN 114707273 A 权利要求书 2/3 页 工厂时，以动态生成的方式按给定颗粒生成的质量流率在螺旋输送机构输送管道入口生成 饲料颗粒，设定放置颗粒最大尝试次数数值为20，使用动态生成的方式随机生成颗粒时，当 颗粒与仿真模型中其他实体元素重叠，仿真器将放弃该位置，并尝试在另一位置重新生成 该颗粒，直到达到设定的放置颗粒最大尝试次数。 5.如权利要求1或2所述的精密微型螺旋输送机构设计的方法，其特征是：设置仿真 时间步长时，取理想时间步长的百分比作为固定时间步长，以保持仿真过程的连续性，在确 定百分比时，首先由以下公式确定在准静态微粒集合中，每个颗粒的配位数为， R为颗粒半径，ρ为颗粒密度，G为剪切模量，ν为泊松比； 当颗粒配位数T ≥4时，取Rayleigh时间步长的5％到15％作为固定时间步长；当颗粒配 R 位数T ＜4时，取Rayleigh时间步长的15％到25％作为固定时间步长。 R 6.使用权利要求1或2所述精密微型螺旋输送机构设计的方法，其特征是：启动仿真 前，根据离散元仿真两次运算之间的理想时间步长，将仿真区域划分为网格单元，根据仿真 模拟过程中最小颗粒的半径设置网格单元的尺寸，根据实际的需求设置仿真数据保存时间间 隔，选择CPU作为计算引擎，并根据仿真所用电脑的配置合理分配计算占用率。 7.如权利要求6所述的精密微型螺旋输送机构设计的方法，其特征是：仿真前处理与 计算过程完成，打开Analyst‑3D Viewer界面进行仿真的后处理，在精密螺旋输送机构输送 管道出口处建立Mass Flow Sensor和Velocity Profile Sensor分别获取精密螺旋输送机 构输送颗粒的质量流率和颗粒的输出速度随仿真时间变化的数据集，将数据集导出；打开 Analyst‑Create Graph界面，分别作出仿真过程中精密螺旋输送机构螺旋叶片扭矩、饲料 颗粒受力随仿真时间变化的散点图，并将其以数据集的形式导出，根据拉以达准则对上述 数据集进行去除异常值处理后，使用Matlab软件将对比实验组的数据集在同一坐标系下作 图，分析作图结果，得到单一因素的影响。 8.如权利要求7所述的精密微型螺旋输送机构设计的方法，其特征是：在仿真计算过 程中调出Solve Report分别观察Simulation和Factory中预估仿真总时间、颗粒重新生成 次数和颗粒生成失败次数，当预估仿真总时间超过一半工况时间的2～3倍，颗粒重新生成 次数和生成失败次数超过设定的次数阈值时，停止仿真计算，返回前处理界面检查参数设 置是否有误或者在保证仿真精度的同时对参数和模型进行优化简化，以提高仿线所述的精密微型螺旋输送机构设计的方法，其特征是：使用API自 动填充生成仿真颗粒时，填充光滑值和最小颗粒填充半径，填充光滑值为5，最小填充颗粒 半径为颗粒半径的1/6。 10.如权利要求7所述的精密微型螺旋输送机构设计的方法，其特征是：判断异常值 时，按照以下公式进行判断， 满足上述公式的数据集中的任意值x 为异常值，应当剔除； i 3 3 CN 114707273 A 权利要求书 3/3 页 其中， 为算术平均值， 残余误差为 4 4 CN 114707273 A 说明书 1/10 页 一种精密微型螺旋输送机构设计的方法 技术领域 [0001] 本发明涉及机械设计技术领域，特别是一种精密微型螺旋输送机构设计的 方法。 背景技术 [0002] 螺旋输送机是一种大型固体颗粒输送设备，大范围的使用在矿产、农业等工业应  用领 域。工业上使用的常规螺旋输送机尺寸较大，其输送管道截面直径可达 200mm～500mm，输 送距离可达60m到150m。但目前对精密微型螺旋输送机构  的研究几乎为空白，大型常规螺 旋输送机不足以满足化工业反应物量精准把控、 养殖业饲料精准投喂等应用场合对输送精 度的要求。 发明内容 [0003] 本部分的目的是概述本发明的实施例的一些方面和简要介绍一些较 佳实施 例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或  省略以避免使本 部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略  不能用于限制本发明的范 围。 [0004] 鉴于上述和/或现有的微型螺旋输送机构设计中存在的问题，提出了本发  明。 [0005] 因此，本发明的目的是提供一种精密微型螺旋输送机构设计的方法，其为 微型螺 旋输送机构的选型和结构设计提供了有效的方案，基于此方法，能设计  出输送精度高、饲 料破损率低、输送扭矩小的微型螺旋输送机构。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种精密微型螺旋输送 机构设 计的方法，其包括 [0007] 确定研究方向，设计仿线] 建立颗粒模板，导入EDEM使用API自动填充生成颗粒模型； [0009] 建立颗粒的力学接触模型； [0010] 标定颗粒间的接触参数、颗粒与螺旋输送机构材质之间的接触参数，测量 颗粒和 输送机构材质的本征参数； [0011] 建立精密螺旋输送机构中各个三维零件的模型，并根据设计的仿真实验组 将三 维零件装配成若干个装配体，以stl格式导入EDEM软件，根据颗粒实际输送 方向和螺旋叶 片旋向确定螺旋叶片转向，并设置仿真模型中螺旋叶片的转速； [0012] 建立颗粒工厂，选择颗粒生成方式和速度，确定仿线] 启动仿线] 根据仿真计算分析结果，选择最优结构组成方案和参数设计选型； [0015] 其中，接触参数包括滑动摩擦系数、滚动摩擦系数和碰撞恢复系数，本征 参数包 括密度、弹性模量、泊松比。 [0016] 作为本发明所述精密微型螺旋输送机构设计的方法的一种优选方案，其  中：所述 重要的因素包括螺旋叶片螺距、螺旋输送管道截面形状和螺旋轴种类， 通过控制变量法，设 5 5 CN 114707273 A 说明书 2/10 页 计仿真实验组分别对三个因素的影响情况做研究。 [0017] 作为本发明所述精密微型螺旋输送机构设计的方法的一种优选方案，其  中：建立 力学接触模型时，颗粒间法向力计算公式为， [0018] [0019] [0020] [0021] 颗粒间切向力计算公式为， [0022] ΔF ＝k Δu ； τ s s [0023] [0024] [0025] * * 式中，a表示两颗粒间法向重叠量，R 和E 分别表示表示等效颗粒半径和 等效弹性 模量，E ，v ，E ，v 分别表示两接触颗粒的弹性模量和泊松比，当 两接触颗粒材质相同时， 1 1 2 2 * * 取相同值；ΔF 表示切向力增量，k 表示切向刚度，Δu 表示切向位移增量，G ，R 分别表示等 τ s s 效剪切模量和等效颗粒半径，a表示两 颗粒间法向重叠量，G ，v ，G ，v 分别表示两接触颗 1 1 2 2 粒的剪切模量和泊松比，  当两接触颗粒材质相同时，取相同值。 [0026] 作为本发明所述精密微型螺旋输送机构设计的方法的一种优选方案，其  中：建立 颗粒工厂时，以动态生成的方式按给定颗粒生成的质量流率在螺旋输 送机构输送管道入 口生成饲料颗粒，设定放置颗粒最大尝试次数数值为20，使  用动态生成的方式随机生成颗 粒时，当颗粒与仿真模型中其他实体元素重叠， 仿真器将放弃该位置，并尝试在另一位置 重新生成该颗粒，直到达到设定的放 置颗粒最大尝试次数。 [0027] 作为本发明所述精密微型螺旋输送机构设计的方法的一种优选方案，其  中：设置 仿真时间步长时，取理想时间步长的百分比作为固定时间步长，以保 持仿真过程的连续 性，在确定百分比时，首先由以下公式确定在准静态微粒集 合中，每个颗粒的配位数为， [0028] [0029] R为颗粒半径，ρ为颗粒密度，G为剪切模量，v为泊松比； [0030] 当颗粒配位数T ≥4时，取Rayleigh时间步长的5％到15％作为固定时间步 长；当 R 颗粒配位数T ＜4时，取Rayleigh时间步长的15％到25％作为固定时间步 长。 R [0031] 作为本发明所述精密微型螺旋输送机构设计的方法的一种优选方案，其  中：启动 仿真前，根据离散元仿真两次运算之间的理想时间步长，将仿真区域 划分为网格单元，根 据仿真模拟过程中最小颗粒的半径设置网格单元的尺寸， 根据实际的需求设置仿真数据保 存时间间隔，选择CPU作为计算引擎，并根据 仿真所用电脑的配置合理分配计算占用率。 [0032] 作为本发明所述精密微型螺旋输送机构设计的方法的一种优选方案，其  中：仿线 页 前处理与计算过程完成，打开Analyst‑3D Viewer界面进行仿真的后处 理，在精密螺旋输 送机构输送管道出口处建立Mass Flow Sensor和Velocity Profile Sensor分别获取精密 螺旋输送机构输送颗粒的质量流率和颗粒的输出速 度随仿真时间变化的数据集，将数据 集导出；打开Analyst‑Create Graph界面， 分别作出仿真过程中精密螺旋输送机构螺旋叶 片扭矩、饲料颗粒受力随仿真时  间变化的散点图，并将其以数据集的形式导出，根据拉以 达准则对上述数据集 进行去除异常值处理后，使用Matlab软件将对比实验组的数据集在 同一坐标系 下作图，分析作图结果，得到单一因素的影响。 [0033] 作为本发明所述精密微型螺旋输送机构设计的方法的一种优选方案，其  中：在仿 真计算过程中调出Solve Report分别观察Simulation和Factory中预估 仿真总时间、颗粒 重新生成次数和颗粒生成失败次数，当预估仿真总时间超过 一半工况时间的2～3倍，颗粒 重新生成次数和生成失败次数超过设定的次数  阈值时，停止仿真计算，返回前处理界面检 查参数设置是否有误或者在保证仿 真精度的同时对参数和模型进行优化简化，以提高仿 线] 作为本发明所述精密微型螺旋输送机构设计的方法的一种优选方案，其  中：使用 API 自动填充生成仿真颗粒时，填充光滑值和最小颗粒填充半径，填 充光滑值为5，最小填 充颗粒半径为颗粒半径的1/6。 [0035] 作为本发明所述精密微型螺旋输送机构设计的方法的一种优选方案，其  中：判断 异常值时，按照以下公式进行判断， [0036] 满足上述公式的数据集中的任意值x 为异常值，应当剔除； i [0037] 其中， 为算术平均值， 残余误差为 [0038] 本发明的有益效果：本发明中。 附图说明 [0039] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的 一些实施例，对 于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以依据这一些附图获得 其它的附图。其中： [0040] 图1为本发明的流程框图。 [0041] 图2为本发明的仿真实验中建立的螺旋输送机构三维模型图。 [0042] 图3为本发明中对颗粒模板使用API自动填充生成的仿线为本发明中两颗粒弹性接触变形示意图。 [0044] 图5为本发明中两颗粒切向接触变形示意图。 [0045] 图6为本发明中标定饲料颗粒之间接触参数的堆积角试验仿线为本发明中堆积角试验堆积角结果处理示意图。 [0047] 图8为本发明中测定颗粒与接触材质间滚动摩擦系数的实验示意图。 7 7 CN 114707273 A 说明书 4/10 页 [0048] 图9为本发明中标定颗粒与接触材质间碰撞恢复系数的实验过程图。 [0049] 图10为本发明中精密微型螺旋输送机构输送颗粒仿线为本发明中仿真结果中不同截面形状下的质量流率示意图。 [0051] 图12为本发明中仿真结果中不同螺旋叶片类型下的质量流率示意图。 [0052] 图13a为本发明仿线mm下质量流率分布示意图。 [0053] 图13b为本发明仿线mm下质量流率分布示意图。 [0054] 图14为本发明中仿真结果中不同截面形状下的扭矩示意图。 [0055] 图15为本发明中仿真结果中不同螺旋叶片类型下的扭矩示意图。 [0056] 图16为本发明中仿真结果中不同螺距下扭矩示意图。 [0057] 图17为本发明中仿真结果中颗粒飞出速度示意图。 具体实施方式 [0058] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下面结合说明书  附图对 本发明的具体实施方式做详细的说明。 [0059] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明 还可 以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人能在不 违背本发明内 涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例  的限制。 [0060] 其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少 一个实现 方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书里面不同地方出现的“在 一个实施例中”并非均 指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施 例互相排斥的实施例。 [0061] 实施例1 [0062] 参照图1，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种精密微型螺旋 输送机 构设计的方法，使用该方法能简便地设计出微型螺旋输送机构。 [0063] 一种精密微型螺旋输送机构设计的方法，其包括以下步骤： [0064] (S1)选取被输送颗粒类型和输送机构的材质类型； [0065] (S2)确定研究方向，将螺旋叶片螺距、螺旋输送管道截面形状和螺旋轴 种类定为 影响输送散体颗粒输送效果的重要的因素，设计仿真实验组分别对三个  因素的影响情况进 行研究； [0066] (S3)对颗粒进行筛分并称重，以确定颗粒的尺寸大小、形状特征和粒径 分布，建 立颗粒三维模型，以stl格式导入EDEM软件后使用API自动填充生成仿 线)分析颗粒之间接触特征以及颗粒的力学特性，根据颗粒之间的力学 接触效 果选择颗粒的力学接触模型； [0068] (S5)标定颗粒间的接触参数、颗粒与螺旋输送机构材质之间的接触参数， 测量颗 粒和输送机构材质的本征参数； [0069] (S6)建立精密螺旋输送机构中各个三维零件的模型，并根据步骤(S2)中 设计的 仿真实验组将三维零件装配成6个装配体，以stl格式导入EDEM软件，根 据颗粒实际输送方 向和螺旋叶片旋向确定螺旋叶片转向，并设置仿真模型中螺 旋叶片的转速； [0070] (S7)在螺旋输送机构仿真模型的颗粒入口处，选择步骤(S3)中的颗粒，  以动态生 成的方式建立颗粒工厂，根据精密螺旋输送机构的实际尺寸和输送管 道内瞬时容量确定 8 8 CN 114707273 A 说明书 5/10 页 颗粒动态生成的速度，根据仿真模型大小设置计算域； [0071] (S8)根据离散元仿真两次运算之间的理想时间步长，即剪切波在单个实 体颗粒 中传播所需要的时间；将仿真区域划分为网格单元，根据仿真模拟过程  中最小颗粒的半径 设置网格单元的尺寸 [0072] (S9)根据实际的需求设置仿真数据保存时间间隔，选择CPU作为计算引擎， 并根据 仿真所用电脑的配置合理分配计算占用率，启动仿线)在仿真计算过程中，调出求解报告，观察仿真和颗粒工厂中预估仿 真总时 间、颗粒重新生成次数和生成失败次数对前述步骤设置的相关仿真参数 进行校验，颗粒重 新生成次数和生成失败次数超过设定的次数阈值时，停止仿 真计算，返回前处理界面检查 参数设置是否有误或者在保证仿真精度的同时对 参数和模型进行优化简化，以提高仿真 效率，否则转至步骤(S11)； [0074] (S11)仿真前处理与计算过程完成，打开三维分析窗口界面进行仿真的后 处理。 在精密螺旋输送机构输送管道出口处建立质量流率传感器和速度传感器 分别获取精密螺 旋输送机构输送颗粒的质量流率和颗粒的输出速度随仿真时间 变化的数据集，将数据集 导出；打开分析创建图表界面，分别作出仿真过程中 精密螺旋输送机构螺旋叶片扭矩、饲 料颗粒受力随仿真时间变化的散点图，并 将其以数据集的形式导出。根据拉以达准则上述 数据集进行去除异常值处理后， 使用Matlab软件将对比实验组的数据集在同一坐标系下 作图，分析作图结果，得 到单一因素的影响； [0075] (S12)根据步骤(S11)中的数据分析结果，结合精密微型螺旋输送机构的 实际应 用场景和应用需求(对质量流率、螺旋叶片扭矩、饲料颗粒受力状况的 不同要求)，选择最 优结构组成方案和参数设计选型； [0076] 其中，接触参数包括滑动摩擦系数、滚动摩擦系数和碰撞恢复系数，本征 参数包 括密度、弹性模量、泊松比。 [0077] 步骤(S4)中，建立力学接触模型后，如图4和图5，颗粒间法向力计算 公式为， [0078] [0079] [0080] [0081] 颗粒间切向力计算公式为， [0082] ΔF ＝k Δu ； τ s s [0083] [0084] [0085] * * 式中，a表示两颗粒间法向重叠量，R 和E 分别表示表示等效颗粒半径和 等效弹性 模量，E ，v ，E ，v 分别表示两接触颗粒的弹性模量和泊松比，当 两接触颗粒材质相同时， 1 1 2 2 9 9 CN 114707273 A 说明书 6/10 页 * * 取相同值；ΔF 表示切向力增量，k 表示切向刚度，Δu 表示切向位移增量，G ，R 分别表示等 τ s s 效剪切模量和等效颗粒半径，a表示两 颗粒间法向重叠量，G ，v ，G ，v 分别表示两接触颗 1 1 2 2 粒的剪切模量和泊松比，  当两接触颗粒材质相同时，取相同值。 [0086] 步骤(S7)中，建立颗粒工厂时，以动态生成的方式按给定颗粒生成的质 量流率在 螺旋输送机构输送管道入口生成饲料颗粒，设定放置颗粒最大尝试次 数数值为20，使用动 态生成的方式随机生成颗粒时，当颗粒与仿真模型中其他 实体元素重叠，仿真器将放弃该 位置，并尝试在另一位置重新生成该颗粒，直 到达到设定的放置颗粒最大尝试次数。 [0087] 步骤(S8)中，设置仿真时间步长时，取理想时间步长的百分比作为固定  时间步 长，以保持仿真过程的连续性，在确定百分比时，首先由以下公式确定 在准静态微粒集合 中，每个颗粒的配位数为， [0088] [0089] R为颗粒半径，ρ为颗粒密度，G为剪切模量，v为泊松比； [0090] 当颗粒配位数T ≥4时，取Rayleigh时间步长的5％到15％作为固定时间步长；  当 R 颗粒配位数T ＜4时，取Rayleigh时间步长的15％到25％作为固定时间步长。 R [0091] 步骤(S11)中，判断异常值时，按照以下公式进行判断， [0092] 满足上述公式的数据集中的任意值x 为异常值，应当剔除； i [0093] 其中， 为算术平均值， 残余误差为 [0094] 使用本发明能快速设计出不同结构的螺旋输送机构，并可结合实际需求选 择需 要的螺旋输送机构。 [0095] 实施例2 [0096] 参照图2～图6，为本发明的第二个实施例，该实施例提供了一种精密微 型螺旋输 送机构设计的方法，使用其设计出的螺旋输送机构输送精度高，输出 扭矩小，饲料破损率 低。 [0097] 一种精密微型螺旋输送机构设计的方法，其选择鹅饲料颗粒作为研究对 象，根据 颗粒的实际形态和大小建立饲料颗粒模型，使用EDEM中API自动 填充方法生成仿线)中，以种鹅养殖业中对精准投料饲喂的需求技术方法的切入点， 选取鹅 饲料作为被输送颗粒，选取ASTMD 638新型树脂材料通过3D打印技 术制作精密微型螺旋输 送机构展开研究； [0099] 步骤(S2)中，根据螺旋输送机构输出量计算的经验公式： 式中，Q 为输送量；D为螺旋直径；n为螺旋轴转速；t为螺距；ρ为物料松散 密度，即物料容重；ψ为物 料填充系数，即物料输送过程中物料堆积截面积与 螺旋输送机构截面积的比值；c为倾斜 系数，确定螺旋叶片螺距、输送管道截 面形状和螺旋轴种类为影响螺旋输送机构输送效果 的重要的因素，并以此为研究 方向，设计仿真实验组分别对上述三个影响因素进行研究，实 验组设计如下表 所示； 10 10 CN 114707273 A 说明书 7/10 页 [0100] ‑1 序号 截面形状 叶片类型 螺距/mm 进料流量/(g ·s ) 1 U形 有轴 25 15 2 U形 有轴 20 15 3 U形 无轴 25 15 4 U形 无轴 20 15 5 圆形 有轴 25 10 6 圆形 无轴 25 10 [0101] 步骤(S3)中，使用人工筛分后称重的方法来测定饲料的含粉率，由于鹅 饲料颗粒 形状近似为圆柱体，故以饲料颗粒的轴径比γ为分类标准，选取一定 量的饲料样本将饲料 分为大、中、小颗粒以及粉末四种，最终计算获得各成分  的含量。 [0102] [0103] 使用Solid works软件建立饲料颗粒三维模型，以stl格式导入EDEM软件 后作为 颗粒模板使用API自动填充生成仿真的饲料颗粒，并按照上述人工筛分 结果分配不同粒径 饲料颗粒的占比。使用API 自动填充生成仿真颗粒时，填充 光滑值和最小颗粒填充半径越 小，生成的仿真颗粒越接近于真实颗粒形态，同  时所需的最小填充颗粒数目越多(几何倍 增加)，此时仿真颗粒的复杂度较高， 但对仿真结果的精度提高有限，因此为提高仿真计算 效率，降低计算机运算负 荷，此处选择填充光滑值为5，最小填充颗粒半径为饲料颗粒半径 的1/6(约 0.3mm)。 [0104] 如图6和图7，通过建立饲料颗粒堆积的数值计算模型，利用EDEM软件 仿真模拟， 逆向标定和校准计算模型中颗粒与颗粒间接触参数的设定值。实验 装置由堆积平面、台架 和漏斗容器构成，使用台架将预置有饲料颗粒的漏斗容 器提升后使饲料颗粒自由落下，待 饲料堆稳定后测定饲料堆颗粒的堆积角。为 减小实验误差，重复实验并从前视、后视、左视 和右视方向水平拍摄饲料堆的 堆积角，利用Matlab软件先对所拍摄的照片进行二值化图 像处理，再使用 GetData软件在二值化后的图像轮廓的一侧边缘上取点后使用直线拟合， 该直 线与水平方向的夹角即为堆积角，计算其平均值，得到饲料颗粒的堆积角的实 验值， 使用Solid works建立堆积角实验装置的简易三维几何模型，导入EDEM 进行仿真。在预实 验的基础上，设置不一样组合的饲料颗粒与颗粒之间的静摩擦 系数、碰撞恢复系数和滚动摩 擦系数，分别进行仿真模拟，并将仿真结果与实 验结果相比，选取最优组合。 [0105] 如图8所示，颗粒在固定的高度从固定倾角的斜面滚下时，在水平面上的 滚动位 移取决于颗粒与平面之间的滚动摩擦系数，采用斜面滚动实验来标定饲 料颗粒与接触材 料之间的滚动摩擦系数。将饲料颗粒放置于定倾角的同材料斜 面上，使其从指定垂直高度 的位置以零初速度沿斜面向下滚动，饲料颗粒最终 静止在水平面上。测量饲料颗粒的水平 滚动距离，重复实验计算其平均值，得  到饲料颗粒的水平滚动距离的实验值。然后建立斜 面滚动实验的等效模型，使  用EDEM进行模拟仿真标定滚动摩擦系数。 [0106] 将饲料颗粒放置于倾斜角为α＝30°的树脂材料斜面上，使其从垂直高度  为h＝ 11 11 CN 114707273 A 说明书 8/10 页 150mm的位置以零初速度沿斜面向下滚动，饲料颗粒最终静止在树脂材 料水平面上。测量 饲料颗粒的水平滚动距离，重复实验计算其平均值，得到饲 料颗粒的水平滚动距离的实验 值为s＝208.43mm。 [0107] 建立斜面滚动实验的等效模型，使用EDEM进行模拟仿真标定滚动摩擦  系数。由于 在进行该实验时是测量单颗饲料颗粒的水平滚动距离，所以饲料颗 粒与颗粒之间的碰撞 恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数对实验结果无影  响；又因为饲料颗粒是静止无初速 度放置在斜面上且只有无滑动的纯滚动运 动，故饲料颗粒与斜面之间的碰撞恢复系数和 静摩擦系数对实验结果也没有影  响。为了尽最大可能避免干扰，在EDEM仿真实验中，将上述参数均设 置为0。 [0108] 经过预仿真实验，饲料颗粒与树脂材料之间的滚动摩擦系数λ的范围是  0.01～ 0.06，以0.01为步长，进行6组仿线次实验并取平均值， 实验设计方法与结 果如表3所示。 [0109] 表3滚动摩擦系数实验设计与结果 [0110] 组序 系数λ 距离s(mm) 1 0.01 238.32 2 0.02 226.97 3 0.03 218.16 4 0.04 209.61 5 0.05 198.76 6 0.06 187.97 拟合上述数据得到水平滚动距离s和滚动摩擦系数λ之间的关系式如下式 所示。 [0112] 2 s＝‑957.1λ ‑918.5λ+246.9； [0113] 经计算得到该拟合的误差平方和为R ＝0.9982，接近于1，表明拟合优度较 高。取 2 水平滚动距离s为208.43mm，得到饲料颗粒与树脂材料之间的滚动摩 擦系数为λ＝0.0402。 [0114] 如图9所示，设计碰撞弹跳实验来测量计算饲料颗粒与树脂材料之间的碰 撞恢复 系数。将饲料颗粒用镊子提升到距平面指定高度处，静止无初速度释放 后，使用工业高速 相机系统对下落过程和反弹过程进行拍摄，并将饲料反弹至 最高点的单帧画面导出，根据 比例尺测量计算并记录数值。重复实验，取平均 值，得到饲料颗粒碰撞后的最大反弹高度， 根据碰撞公式计算出碰撞恢复系数。 [0115] 碰撞恢复系数是反映物体碰撞损失的重要参数，已知碰撞恢复系数的计算  公式 如下式所示， [0116] [0117] 其中，v 表示发生碰撞时树脂材料的速度，v 表示碰撞后树脂材料的速 度；v 表 2 20 1 示发生碰撞时饲料颗粒的速度，v 表示碰撞后饲料颗粒的速度； v ‑v 表示发生碰撞后两 10 2 1 物体的分离速度，v ‑v 表示发生碰撞前两物体的 接近速度。 10 20 [0118] 由于饲料颗粒与树脂材料发生碰撞时，树脂材料静止不动，即式中的v 和v 为0， 2 20 而v 和v 与饲料颗粒的下落高度和反弹高度有关，记饲料颗粒碰 撞后反弹高度为h，饲料 1 10 12 12 CN 114707273 A 说明书 9/10 页 颗粒下落时初始高度H，则 将速度公式代入碰撞恢复系数计 算公式并化简得到： [0119] [0120] 设计碰撞弹跳实验来测量计算饲料颗粒与树脂材料之间的碰撞恢复系数。 将饲 料颗粒用镊子提升到距树脂材料平面高度为15cm处，静止无初速度释放 后，使用工业高速 相机系统对下落过程和反弹过程进行拍摄，并将饲料反弹至 最高点的单帧画面导出，根据 比例尺测量计算并记录数值。重复实验，取平均 值，得到饲料颗粒碰撞后的最大反弹高度 为23.4mm，计算出碰撞恢复系数e＝0.394。 [0121] 如图10所示，将仿真参数和模型导入EDEM进行仿真实验，并在软件内 进行数据导 出和后处理分析。 [0122] 如图11所示，以输送管道的截面形状为研究变量，选取有螺旋轴且螺距 为25mm的 螺旋叶片为例，通过仿真实验得到输送管道截面形状为圆形的螺旋 输送机构在输送饲料 过程中的平均质量流率为10.47g/s，而输送管道截面形状 为U形的螺旋输送机构在输送饲 料过程中的平均质量流率为7.32g/s。从图中 可知在输料过程中，输送管道截面形状为圆 形时的饲料输出质量流率明显大于 输送管道截面形状为U形的螺旋输送机构。 [0123] 如图12所示，以螺旋叶片的类型为研究变量，选取圆形截面输送管道， 螺旋叶片 螺距为25mm的螺旋输送机构为例，通过仿真实验得到螺旋叶片类型 为有轴的圆形截面螺 旋输送机构在输送饲料过程中的平均质量流率为  10.47g/s，而螺旋叶片类型为无轴的圆 形截面螺旋输送机构在输送饲料过程中  的平均质量流率为7.35g/s。从图中可知螺旋叶片 含有螺旋轴的螺旋输送机构在 输送饲料过程中的质量流率要明显大于螺旋叶片不含螺旋 轴的螺旋输送机构。 [0124] 如图13a和图13b所示，以螺旋叶片螺距为研究变量，选取U形截面输送 管道、螺旋 叶片类型为有轴的螺旋输送机构为例，通过仿真实验得到螺旋轴螺 距为20mm的输送机构 饲料输出质量流率的方差为20.67，而螺旋轴螺距为 25mm的输送机构饲料输出质量流率的 方差为15.74。从图中可知采用截面形状 为U形、螺旋轴类型为有轴的螺旋输送机构，在输 送饲料过程中，螺旋轴螺距 为25mm时饲料输出的质量流率更符合正态分布。 [0125] 如图14所示，圆形截面输送管道的螺旋输送机构在输送过程中，螺旋叶 片的扭矩 明显大于U形截面输送管道的螺旋输送机构，其中圆形截面输送管道 在输送过程中的螺旋 叶片平均扭矩为29.30N〃m，而U形截面输送管道在输送  过程中的螺旋叶片平均扭矩为 19.71N〃m。U形输送管道的容量更大，在输送 等量的饲料时，饲料颗粒的填充率要小于圆形 输送管道。 [0126] 如图15所示，在其他变量相同的情况下，无轴螺旋叶片和有轴螺旋叶片 在输料过 程中所需的扭矩基本相同，分别为19.71N〃m和19.04N〃m，而 包含螺旋轴的螺旋输送机构的 结构强度更高。对于无轴螺旋叶片，因为它具有 较强的抗缠绕和防堵料特性，常用于有轴 螺旋输送机构不能或不宜输送的粘附 性较强的物料、糊状粘稠物料以及易缠绕物料的输 送工况。 [0127] 如图16所示，螺距为25mm的螺旋叶片在输料过程中所需的扭矩为19.71 N〃m，而螺 13 13 CN 114707273 A 说明书 10/10 页 距为20mm的螺旋叶片在输料过程中所需的扭矩为40.86N〃m。 螺距越小，螺旋叶片的圈数越 密集，其占据的空间越大，在输送管道长度和截 面尺寸一定的情况下，留给饲料颗粒的空 间越小，导致大量的饲料颗粒在有限  的空间内受到碰撞和挤压作用，因此就需要更大的扭矩 来驱动螺旋叶片转动。 [0128] 如图17所示，当设置螺旋叶片的转速为18.85rad/s时，6个实验组对应的 饲料颗 粒飞出速度不高，其中约90％的饲料颗粒飞出速度均集中 [0129] 0.15m/s‑0.2m/s。 [0130] 仿真根据结果得出在输送种鹅饲料颗粒时，采用输送管道截面形状为U形、螺 旋叶片 螺距为25mm、螺旋叶片类型为有螺旋轴的精密微型螺旋输送机构，饲 料颗粒输出的平均质 量流率为7.32g/s，螺旋叶片收到的平均扭矩为  19.04N〃m，约90％的饲料颗粒飞出速度均 集中0.15m/s‑0.2m/s，相比于其他  结构的输送机构具有输送精度高(质量流率小，易把 控)、饲料破损率低、输 送扭矩小等优势。 [0131] 通过本发明能快速的设计出输送精度高、饲料破损率低且输送扭矩小的微  型螺 旋输送机构，满足喂养种鹅等家禽时饲料的输送需求。 [0132] 应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项  目中， 可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时  的，但对那些得 益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所 述开发努力将是一个设计、制 造和生产的常规工作。 [0133] 应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳 实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可  以对本发明的技术 方案做修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精 神和范围，其均应涵盖在本发 明的权利要求范围当中。 14 14 CN 114707273 A 说明书附图 1/11 页 图1 15 15 CN 114707273 A 说明书附图 2/11 页 图2 图3 16 16 CN 114707273 A 说明书附图 3/11 页 图4 17 17 CN 114707273 A 说明书附图 4/11 页 图5 18 18 CN 114707273 A 说明书附图 5/11 页 图6 图7 19 19 CN 114707273 A 说明书附图 6/11 页 图8 图9 20 20 CN 114707273 A 说明书附图 7/11 页 图10 图11 21 21 CN 114707273 A 说明书附图 8/11页 图12 图13a 22 22 CN 114707273 A 说明书附图 9/11页 图13b 图14 23 23 CN 114707273 A 说明书附图 10/11页 图15 图16 24 24 CN 114707273 A 说明书附图 11/11页 图17 25 25

  2、成为VIP后，下载本文档将扣除1次下载权益。下载后，不支持退款、换文档。如有疑问加。

  3、成为VIP后，您将拥有八大权益，权益包括：VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。

  4、VIP文档为合作方或网友上传，每下载1次， 网站将按照每个用户上传文档的质量评分、类型等，对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档

  2023年苏州工业职业技术学院单招职业技能测试试题及答案解析.docx

  原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者