路面抛丸机抛丸器内钢丸颗粒运动过程的EDEM仿真分析.pdf

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1、公路与汽运总第163期Highways&AutomotiveApplications153路面抛丸机抛丸器内钢丸颗粒运动过程的EDEM仿真分析游小平，黄峥，游卫平，毛卫东。，余志伟(1．长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙410004；2．长沙中联重科股份有限公司，湖南长沙410001；3．佛山市南海中南机械有限公司，广东佛山528247；4．湖南省志伟钢结构有限公司，湖南长沙410001)摘要：为了研究路面抛丸机抛丸过程中不同钢丸颗粒粒径对钢丸抛出速度的影响，采用离散元方法模拟钢丸颗粒在抛丸器内的宏观运动过程。

2、研究表明，不同粒径的钢丸颗粒从抛丸器抛出具有不同的速度，粒径0．5miTt左右时具有较小的抛出速度且平均速度的标准差较大，抛射速度不稳定；粒径1～2mm时具有较大的速度且平均速度的标准差较小，抛出速度较稳定。关键词：公路路面机械；抛丸机；抛丸器；钢丸粒径；离散元；EDEM仿真中图分类号：U415．51文献标志码：A文章编号：1671—2668(2O14)O4一O153—03路面抛丸技术是利用抛丸器中高速旋转的分丸型，钢丸颗粒的运动方程运用牛顿第二定律建立。轮将钢丸颗粒以较快的速度抛向路面并对路面进行1．1HertzM

3、indlin无滑动接触模型抛丸处理。钢丸颗粒在抛丸器中的运动情况非常复离散单元法的核心是接触模型，其本质就是对杂且不易观察。学者们对钢丸的运动过程作了相关固体颗粒在静态时的接触力进行模拟，分析接触力研究：姜青河等对钢丸进入分丸轮窗口的运动过程之间的弹塑性力学结果。对于不同的仿真对象，必进行了理论分析；于茂旺等对钢丸颗粒进入分丸窗须建立不同的接触模型，EDEM中接触模型主要包口后的运动过程进行了理论分析；张丹等采用AD—括6种接触模型，仿真采用HertzMindlin无滑动AMS对抛头装置进行动力学分析，得到了空气阻力

4、接触模型。钢丸颗粒与钢丸颗粒之间、钢丸颗粒与等因素对钢丸颗粒速度的影响；李媛华将EDEM离几何体面之间产生的接触力均可以分解为沿着接触散元技术应用于球磨机的参数化研究，验证了离散法线方向的法向力F和沿着接触平面的切向力元方法对于机械研究的可行性。但对钢丸颗粒在抛F。法向力F可由式(1)求得：丸机抛丸器内的运动过程及钢丸颗粒粒径对抛射速F一4／3x~／R(1)度的影响鲜有研究。式中：X为等效杨氏模量；R为钢丸颗粒半径；该文以离散元理论为基础，采用EDEM软件，为正常的交迭量。选取粒径不同的钢丸颗粒对钢丸颗粒在路面抛丸机

5、切向力F与切向交迭量和切向硬度S有抛丸器内的运动情况进行模拟分析。关，表达式为：1离散单元法F一一S(2)S一8P~／R(3)离散单元法的基本思想与连续理论的分析方法式中：P为剪切模量。完全不同。由于离散颗粒介质具有离散特性，以此1．2运动方程(牛顿第二定律)为依据建立数学模型，将所要分析的物质看作离散根据动力学理论，空问坐标系中钢丸颗粒的运颗粒的集合，这样可和离散物质自身的性质达到一动分为平动与转动，钢丸颗粒总的运动方式可以看致。故用离散单元法来分析具有离散性质的物质有成两种运动方式的叠加。运动方程为：很大的优越性

6、。钢丸颗粒流可看作离散的运动介质，将每个钢丸颗粒看成独立的单元进行数学建模警一∑一∑j：(4)并进行仿真分析，可得到整个连续的钢丸颗粒流的运动特性。仿真采用HertzMindlin无滑动接触模式中：m为钢丸颗粒i的质量；为钢丸颗粒i的速2014年第4期游小平，等：路面抛丸机抛丸器内钢丸颗粒运动过程的EDEM仿真分析155一s．g一、器一s．一、髓器∞∞∞∞∞∞加m0∞∞舳∞∞∞如加m0●●n¨¨r_一0时间，s(a)0．5mm．60．81．01-31．51．71．90．00．20．40．60．81．01．31．51．

7、71．9时间／s时间／s一s．g一、髓器一目一、越(c)1．5mm(d)2mill∞帅∞加∞∞∞如加m0∞∞∞加印如∞∞加m0O图3不同钢丸颗粒直径时钢丸颗粒速度变化曲线O2颗粒的速度趋于稳定，在80Om／s左右波动，颗粒速最小，随着粒径的增大钢丸颗粒的速度增大，粒径在4度出现波动是因为钢丸颗粒O与钢丸颗粒、钢丸颗粒1～2mm时钢丸颗粒具有较大的抛射速度。与抛丸器壁之间发生碰撞。钢时丸颗粒粒径为0．5(2)不同粒径钢丸颗粒抛射速度的稳定性不●问mmm时，速度的波动比其他粒J径时大。不同钢丸颗同，粒径为0．5mm左右时

8、具有较小的抛出速度且3平均速度的标准差较大，具有不稳定的抛射速度；粒粒粒径时钢丸颗粒速度平均值与标准差见表2。5径为1～2mm时具有较大的速度且平均速度的标表2不同钢丸颗粒粒径时钢丸7颗粒速度平均值与标准差准差较小，具有较稳定的抛出速度。钢丸直径／mm速度／(m·9s)标准差／(m·S)(3)将EDEM离散元仿真技术应用于路面抛0．566．91