基于EDEM的立式骨料舊砂漿去除機(jī)的除砂漿規(guī)律研究

劉寶?趙寧寧?常德凡

摘 要 隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，長(zhǎng)期對(duì)砂石骨料等自然資源的肆意開(kāi)采，產(chǎn)生了大規(guī)模廢棄混凝土，對(duì)于廢棄混凝土資源回收利用迫在眉睫。本文通過(guò)立式骨料舊砂漿去除機(jī)，利用EDEM軟件對(duì)多塊物料舊砂漿去除規(guī)律進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在仿真范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和葉片安裝角對(duì)物料表面水泥砂漿的脫落影響較大，得到一組最佳方案：物料數(shù)量6塊、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速400rpm、葉片安裝角45°、腔體傾角45°，通過(guò)該方案驗(yàn)證了物料集群間摩擦效應(yīng)帶來(lái)舊砂漿的明顯脫落。

關(guān)鍵詞 骨料;仿真研究;EDEM;舊砂漿

引言

針對(duì)再生骨料本身的性質(zhì)缺陷，如：表面附著大量水泥砂漿等，目前主要采用物理強(qiáng)化法研究，如：三菱公司研究加熱研磨法，對(duì)骨料進(jìn)行高溫、脫水、研磨處理，達(dá)到去除砂漿的目的[1-2];李秋義等人研發(fā)機(jī)械強(qiáng)化技術(shù)，通過(guò)骨料高速自擊和摩擦作用除砂漿[3-4];姬永生等人設(shè)計(jì)了再生骨料砂漿剝離裝置，通過(guò)骨料與攪拌器間的摩擦，去除骨料表面的砂漿[5]。

本文在研究分析顆粒離散元理論及總結(jié)立式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)一種立式骨料舊砂漿去除機(jī)結(jié)構(gòu)，利用正交仿真實(shí)驗(yàn)探究骨料舊砂漿的去除規(guī)律。

1立式骨料舊砂漿去除機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

立式骨料舊砂漿去除機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1，分為6個(gè)部分：進(jìn)料口、裝置外殼、腔體、轉(zhuǎn)子、電機(jī)箱、集料器。工作過(guò)程大致可分三個(gè)階段：進(jìn)料、除砂漿、排料。進(jìn)料階段，物料通過(guò)進(jìn)料口豎直落入裝置內(nèi)部，經(jīng)分料錐作用后把物料均分到轉(zhuǎn)子內(nèi);除砂漿階段，物料與葉片和轉(zhuǎn)子內(nèi)凹面的摩擦使物料脫落部分砂漿，物料離開(kāi)轉(zhuǎn)子進(jìn)入腔體，與腔體內(nèi)壁的摩擦使物料再次脫落一部分砂漿;排料階段，物料經(jīng)轉(zhuǎn)子和腔體作用后從出料口排出，進(jìn)入集料器。

2仿真模型建立與結(jié)果分析

2.1 仿真模型的確立

普通混凝土粗骨料粒徑取值為5～40mm，細(xì)骨料粒徑取值為0.16～5mm，為便于構(gòu)建物料模型，選擇骨料粒徑為25mm，細(xì)骨料粒徑為2.5mm，每個(gè)物料均簡(jiǎn)化為正四面體狀，如圖2，顆粒間共有三種鍵：骨料-骨料鍵、骨料-水泥鍵、水泥-水泥鍵。裝置的仿真模型如圖3，仿真因素水平取值見(jiàn)表1。

2.2 結(jié)果分析

仿真實(shí)驗(yàn)完畢后，結(jié)果見(jiàn)表2。其中K為某因素一水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果的和，k為K的均值，均值k越大，則說(shuō)明水平選取越好;極差為某因素各水平值差值的最大值，極差越大，則說(shuō)明因素對(duì)結(jié)果的影響更加顯著。

水泥脫落率與骨料損失率結(jié)果分析如下：

通過(guò)圖4可以得出，各因素對(duì)水泥脫落率影響大小排列順序?yàn)椋喝~片安裝角>轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速>物料數(shù)量>腔體傾角，最佳因素為葉片安裝角;對(duì)骨料損失率影響大小排列順序?yàn)椋恨D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速>葉片安裝角>腔體傾角>物料數(shù)量，最佳因素為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，最佳水平為400rpm。

圖4（a）中k1-k2之間，隨著腔體傾角的增大，水泥脫落率降低幅度較大，k2-k3之間，水泥脫落率降低幅度較小;k1-k3之間，葉片安裝角逐漸增大，水泥脫落率快速增加到平緩增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速逐漸增大，水泥脫落率快速增加到平緩減小，腔體傾角、葉片安裝角、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速三個(gè)影響因子在k2處的水泥脫落率取值無(wú)明顯差別;隨著物料數(shù)量k值增加，水泥脫落率直線向下，實(shí)際應(yīng)用中受轉(zhuǎn)子直徑等因素限制，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不能容納太多物料，在一定范圍內(nèi)，物料數(shù)量越多對(duì)骨料損失率的影響雖越小，但水泥脫落率也會(huì)隨之降低，考慮到工作效率，物料填入量應(yīng)不宜過(guò)大。在圖4（b）中，k1-k2之間，骨料損失率隨著物料數(shù)量的k值增加而大幅減小，k2-k3之間，骨料損失率增加趨勢(shì)及其平緩，在k2處取得極小值，此時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為400rpm、葉片安裝角為45°、腔體傾角為45°。

綜上所述，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，最佳方案為：物料數(shù)量6塊、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速400rpm、葉片安裝角45°、腔體傾角45°，即實(shí)驗(yàn)2號(hào)方案。

對(duì)實(shí)驗(yàn)2分析可知，葉片與物料接觸至第一個(gè)物料飛離轉(zhuǎn)子的時(shí)間段為1.505～1.588s，該仿真時(shí)段內(nèi)，物料開(kāi)始與葉片接和物料到達(dá)葉片弧型面與盛料盤內(nèi)壁面結(jié)合處時(shí)，物料集群效應(yīng)較明顯，這兩個(gè)時(shí)刻段大致在1.510～1.525s和1.570～1.588s，如圖5，在1.510～1.513s、1.514～1.516s、1.573～1.575s、1.577～1.579s時(shí)間段內(nèi)的曲線段斜率明顯存在突變，表明物料之間摩擦效應(yīng)能導(dǎo)致水泥顆粒的明顯脫落。

3結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)多物料的仿真實(shí)驗(yàn)研究，分析了物料數(shù)量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、葉片安裝角和腔體傾角四因素與物料舊砂漿去除規(guī)律之間的關(guān)系，得出結(jié)論：仿真范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和葉片安裝角實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，腔體傾角和物料數(shù)量對(duì)其影響較小，最佳方案是：物料數(shù)量6塊、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速400rpm、葉片安裝角45°、腔體傾角45°;對(duì)最佳方案進(jìn)行分析，驗(yàn)證了物料集群間摩擦效應(yīng)帶來(lái)水泥顆粒明顯脫落的現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] 全洪珠，立屋敷久志，嵩雄等.各種水泥使用高強(qiáng)度混凝土回收的高度化處理再生骨材的諸性質(zhì)（第2報(bào)）[r].日本建筑學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)演講集，2002;8：17-1020.

[2] Japanese Road Association. Guideline for Recycling Pavement Technology in Plant [Z] In Japanese，1993：25-26.

[3] 李秋義，李云霞，朱崇績(jī)，等. 再生混凝土骨料強(qiáng)化技術(shù)研究[J]. 混凝土，2006，（1）：74-77.

[4] 李秋義. 再生混凝土強(qiáng)化技術(shù)研究[J]. 混凝土，2006，（1）：74-77.

[5] 姬永生，徐圣楠，張莉，等. 一種再生混凝土粗骨料砂漿剝離裝置[P].中國(guó)專：CN108483961A，2018-09-04.

作者簡(jiǎn)介

劉寶（1969-），男，河南省焦作市;學(xué)歷：博士，教授，現(xiàn)就職單位：河南理工大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，研究方向：現(xiàn)代機(jī)械裝備與計(jì)算機(jī)測(cè)控。