1.1水平混匀螺旋输送机概述

随着经济全球化及改革开放的进一步深化，中国对以粮食、矿物为主的大宗散状货的运输量急剧增加。为了降低物料的输送成本，对散装货物进行连续性运输成为港口装卸的发展趋势。这为螺旋输送机的发展带来了机遇。

螺旋输送机是一种不具有挠性牵引构件的连续输送设备，它主要用于中短距离的物料输送^[1]。螺旋输送机广泛应用于化工、建材、粮食、冶金、电力、造纸、粮食及食品行业，大体上可以分为输送机主体、进出料口和驱动装置三大部分，其中输送机主体主要由料槽、转轴和螺旋叶片三部分组成。

螺旋输送机主要分为3类，即水平的、倾斜的和垂直的。它们的工作原理相同，为：在封闭的料槽中，通过螺旋轴的旋转带动物料沿轴线方向移动，在此过程中需克服物料自身重力，物料与料槽、螺旋叶片及物料之间自身相对运动的摩擦力。

当水平螺旋输送机在工作时，部分物料在料槽中进行翻滚。在某些场合下，需要水平螺旋输送机对物料进行搅拌。当不仅需要水平螺旋输送机的输送性能，同样需要水平螺旋输送机的混合性能时，就使用水平混匀螺旋输送机。

在研究水平混匀螺旋输送机的输送性能及混合性能时，最常见的方法是对输送过程进行离散元仿真。在精准的模型下进行离散元仿真，可以在保证结果准确的情况下有效地降低实验条件及实验成本。

1.2离散元法

在实际应用中，散体物料如水泥、沙子、谷物等在生产流通过程中会出现很难用经典力学予以解释的力学现象，同时对被视为物料颗粒与液体的耦合体如泥浆、混凝土、尾矿场等传统的力学也无法给予贴近实际情况的合理解释。上述问题的本质可视为微分单元的集合无法完成积分的公式化表示。离散元法借助计算机分别对单个离散单元的运动和受力进行计算后进行叠加，以获得对离散单元群体受力情况和运动特征的近似计算结果^[2]。

离散元法是由美国学者Cundall P.A首先提出的一种颗粒离散元方法。经问世以来，离散元法在分析离散度大、流动性强的复杂问题上取得了很大的成就。通过将离散元法与计算机图形显示相结合，可以直观地反映颗粒在系统中的位移和速度。近年来，通过将在实际实验中利用先进的跟踪技术显示的粒子的位移与离散元仿真中粒子的位移进行对比，以此进一步地优化离散元法是研究的主流方向之一。

相信随着计算机技术和离散元法的发展，离散元的适用范围会进一步扩大，计算精度也会显著提高。

1.3国内外发展趋势

传统的螺旋输送机设计方法大致分为3类：类比法、经验公式法和试算法。这些计算方法均是建立在以经验、感性、手工计算的基础上。我们可以清楚地知道传统的设计方法增了计算时间和成本。在螺旋输送机设计已经近乎标准化的现在，建立“人机交互”的快速设计的计算机软件是研究螺旋输送机的一个研究方向。通过输入物料的运输参数，系统就能计算出螺旋输送机的主要设计参数，并且该系统可以自动地校验参数，节省了螺旋输送机参数设计与确定的时间。使螺旋输送机的设计工作快速、准确，提高了生产效率^[3]。

除此之外，在对螺旋输送机的输送机理研究中，向东枝等人分析了螺旋输送机主要设计参数的计算和对输送机输送能力的影响^[4]。宋祁群对水平螺旋输送机输送机理进行了研究．分析了物料受力和物料在输送机内的翻滚机理．并揭示了物料特性对输送效果的影响^[5]。