一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法技术

本发明专利技术涉及一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法，包括：构建回转滚筒离散元仿真模型、基于Hertz

【技术实现步骤摘要】
一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法


[0001]本专利技术涉及颗粒系统动态休止角标定和评估
，尤其是一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法。

技术介绍

[0002]回转滚筒作为常见的工业设备，通常被用于处理颗粒物料的混合、分离、干燥和破碎等。当物料颗粒之间存在粒径、密度等性质差异时，随回转滚筒转动，颗粒物料在较长回转滚筒中会迅速形成轴向偏析现象：沿着滚筒轴向，在物料自由表面会间隔地出现不同种类的颗粒，形成轴向偏析带。
[0003]动态休止角是指堆积颗粒在运动过程中的自由斜面与水平面所形成的最大夹角，也是描述堆积颗粒流动特性的重要指标。休止角越小，摩擦力越小，流动性越好。不同性质颗粒的轴向混合和偏析是一个复杂的过程，尚未完全了解，而在回转滚筒中由动态休止角差引起的轴向运动被认为是潜在混合和偏析机制。因此研究颗粒混合及偏析过程中的沿轴向的动态休止角及其流动特性十分重要。
[0004]现有技术中，标定休止角的方法主要包括注入法、排出法及图像法等，注入法、排出法在标定过程中堆积颗粒往往受自重影响而压缩，干扰因素大，无法在线测量。而图像法只适用于采集滚筒两侧透明端盖位置的动态休止角，难以深入滚筒内部对动态休止角进行标定。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法，提高堆积颗粒在混合过程中沿轴向的动态休止角变化情况评估的准确性。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]S1、构建滚筒的离散元仿真模型，确定滚筒及颗粒参数；
[0009]S2、采用Hertz
‑
Mindlin接触模型对颗粒运动进行仿真计算；
[0010]S3、网格划分并提取单个轴段切片径向截面的边界轮廓曲线：
[0011]将滚筒沿计算域的轴向均匀划分成若干个轴段切片，统计每个轴段切片中所有颗粒的编号、时间、直径及位置信息，将所有颗粒坐标投影至轴段切片的径向截面，提取径向截面上堆积颗粒的边界轮廓曲线；
[0012]S4、利用所述边界轮廓曲线拟合休止角：
[0013]根据所述边界轮廓曲线的首、末坐标位置，将边界轮廓曲线拟合成直线，计算拟合直线的倾斜角，作为堆积颗粒的动态休止角；
[0014]S5、沿滚筒轴向依次计算获得轴向动态休止角：
[0015]重复步骤S4，依次计算各轴段切片的径向截面上堆积颗粒的动态休止角，获得动态休止角沿轴向的变化曲线。
[0016]进一步技术方案为：
[0017]步骤S1中，在构建滚筒的离散元仿真模型时，将滚筒沿轴向分为若干段，每段滚筒设置为顺时针或逆时针转动。
[0018]步骤S1中，颗粒参数包括：选择两种颗粒，粒径比1：2，颗粒的填充率为10％～20％；滚筒参数包括：滚筒长径比0.5～3。
[0019]步骤S3中，根据颗粒直径提取径向截面上堆积颗粒的边界轮廓曲线，获得不同直径颗粒对应的边界轮廓曲线。
[0020]步骤S3中，将滚筒沿计算域的轴向均匀划分成N个轴段切片，N＝l/d，l和d分别为轴段切片宽度和最小颗粒直径。
[0021]轴段切片宽度l是最小颗粒直径d的2～5倍。
[0022]步骤S4中，采用如下公式拟合休止角：
[0023]z＝ky+b
[0024]θ＝arctan|k|
[0025]式中，θ表示堆积颗粒的动态休止角，y和z分别表示边界轮廓曲线的横坐标和纵坐标，k是拟合直线的斜率，b是常数。
[0026]步骤S5中，计算各轴段切片的径向截面上堆积颗粒的动态休止角，获得动态休止角沿轴向的变化曲线，根据所述变化曲线分析轴向流动特性，以获得颗粒动态休止角对颗粒混合及偏析行为的影响。
[0027]本专利技术的有益效果如下：
[0028]本专利技术基于离散元模型采集滚筒内部颗粒运动信息，不仅弥补了传统图像处理方法只能标定滚筒两侧端盖位置动态休止角的局限性，而且无需进行实验，降低了标定动态休止角的成本，从而使标定堆积颗粒在回转滚筒内部的动态休止角能够更准确、快速高效地实现。进而准确评估堆积颗粒在混合过程中沿轴向的动态休止角变化情况，为进一步研究轴向动态休止角和轴向流动特性对整体混合及偏析行为的影响提供基础。
附图说明
[0029]图1是本专利技术方法的流程图。
[0030]图2是本专利技术实施例的滚筒离散元模型示意图。
[0031]图3是本专利技术实施例的相邻轴向分段转速方向相同和相反的回转滚筒模型示意图。
[0032]图4是本专利技术实施例的提取轴段切片径向截面上堆积颗粒的边界轮廓曲线和拟合休止角图。
[0033]图5是本专利技术实施例的相邻轴向分段转速方向相同情况下不同滚筒长径比对应的轴向动态休止角图。
[0034]图6是本专利技术实施例的相邻轴向分段转速方向相反情况下不同滚筒长径比对应的轴向动态休止角图。
[0035]图中：1、实验台装置；2、电机；3、联轴器；4、扭矩传感器；5、主轴；6、端盖；7、圆柱壁面；8、法兰；9、轴承座。
具体实施方式
[0036]以下结合附图说明本专利技术的具体实施方式。
[0037]本申请的一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0038]S1、构建滚筒的离散元仿真模型，确定滚筒及颗粒的参数；
[0039]S2、采用Hertz
‑
Mindlin接触模型对颗粒运动进行仿真计算；
[0040]S3、网格划分并提取径向截面边界轮廓曲线：
[0041]将滚筒沿计算域的轴向方向均匀划分成若干个轴段切片，统计每个轴段切片中所有颗粒的编号、时间、直径及位置信息，将颗粒坐标投影至轴段切片的径向截面(相邻轴段切片之间的切面即垂直于轴向的横截面)，提取径向截面上堆积颗粒的边界轮廓曲线(颗粒堆积状态的外轮廓曲线)；
[0042]S4、利用边界轮廓曲线拟合休止角：
[0043]获取边界轮廓曲线的首、末坐标位置，将边界轮廓曲线拟合成直线，计算拟合直线的倾斜角，作为堆积颗粒的动态休止角；
[0044]S5、沿滚筒轴向依次计算获得轴向动态休止角：
[0045]重复步骤S4，依次计算各轴段切片的径向截面上堆积颗粒的动态休止角，从而获得沿动态休止角沿轴向的变化(曲线)。
[0046]可参考图2，步骤S1中构建滚筒的离散元仿真模型所基于的物理模型主要包括实验台装置1、电机2、扭矩传感器4和滚筒，滚筒结构包括两侧的端盖6和中部的圆柱壁面7，端盖6和圆柱壁面7通过螺栓连接；通过联轴器3将电机2的输出轴与主轴5连接，端盖7中心与主轴5通过法兰8连接，由电机2通过主轴带动整个滚筒进行回转运动。扭矩传感器4连接于电机2的输出轴与主轴5之间，整个回转滚筒被两侧轴承座9及主轴5固定在实验台装置1上。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回转滚筒堆积颗粒的轴向动态休止角标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构建滚筒的离散元仿真模型，确定滚筒及颗粒参数；S2、采用Hertz
‑
Mindlin接触模型对颗粒运动进行仿真计算；S3、网格划分并提取单个轴段切片径向截面的边界轮廓曲线：将滚筒沿计算域的轴向均匀划分成若干个轴段切片，统计每个轴段切片中所有颗粒的编号、时间、直径及位置信息，将所有颗粒坐标投影至轴段切片的径向截面，提取径向截面上堆积颗粒的边界轮廓曲线；S4、利用所述边界轮廓曲线拟合休止角：根据所述边界轮廓曲线的首、末坐标位置，将边界轮廓曲线拟合成直线，计算拟合直线的倾斜角，作为堆积颗粒的动态休止角；S5、沿滚筒轴向依次计算获得轴向动态休止角：重复步骤S4，依次计算各轴段切片的径向截面上堆积颗粒的动态休止角，获得动态休止角沿轴向的变化曲线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，在构建滚筒的离散元仿真模型时，将滚筒沿轴向分为若干段，每段滚筒设置为顺时针或逆时针转动。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，缪秋华，郭佳明，贾民平，许飞云，胡建中，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：