一种基于计算机仿真与装配技术的砖块与混凝土块分离装置设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于计算机仿真与装配技术的砖块与混凝土块分离装置设计方法，该方法首先获取物料和设备的参数，包括：物料密度、颗粒形状、内摩擦角、悬浮速度、物料与装备的弹性模量、摩擦系数；运用计算机颗粒离散元与流体仿真耦合技术实现物料在分离过程中运动规律，进而优化分离设备的工作参数；通过虚拟装配技术完成设备零部件的仿真安装与调试，最后进行实体设备的加工与测试。该设计方法直观、可溯源，设计过程有据可查。

A Design Method of Brick and Concrete Block Separation Device Based on Computer Simulation and Assembly Technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于计算机仿真与装配技术的砖块与混凝土块分离装置设计方法
本专利技术属于公路工程建筑垃圾再利用领域，涉及一种基于计算机仿真与装配技术的砖块与混凝土块分离装置设计方法。
技术介绍
建筑垃圾是指在工程建设及拆除过程中直接或间接产生的非该工程需要材料的总称。其中，我国现阶段的建筑垃圾主要是由建筑物拆除过程中产生的建筑拆除垃圾，主要成分包括：砖块、混凝土块、砂浆、渣土、钢筋铁丝、塑料、木屑等。大量的建筑拆除垃圾带来的环境问题包括：1)占用耕地，污染环境；建筑垃圾堆放占用大量耕地无法耕种，甚至无法恢复植被，建筑垃圾中的金属离子、无机离子对土壤的污染非常大，特别是含有一些重金属离子(如检测出的Cr、Cu、Zn、Ni、Pb、As、Cd等元素)对土壤造成极大的长久性污染，对土壤和地下水造成持续破坏。2)污染水源；建筑垃圾通常对方在低洼河流、山谷区域，由于雨水淋溶、冲刷和长期的浸泡发酵，导致地表水以及浅层地下水遭受较严重的污染，直接或间接的饮用，对人和动物造成无形的危害。3)污染空气；建筑垃圾在郊区常年对方过程中，由于植被难以恢复，在高温蒸腾和日照下产生大量细粉颗粒，在风力挟裹下带入城市上空，由于城市的热岛效应，大量粉尘飘荡在城市上空，甚至对人体健康造成很大危害。4)影响市容；部分建筑垃圾未经处理就直接采用露天堆放或者简易填埋的方式处理，特别是与生活垃圾混在一起，遇到雨天脏水四溢，气味难闻，也成为细菌滋生地。5)安全隐患；如阻碍道路、拥堵排水通道等。6)破坏生态；由耕地占用、环境污染进一步加剧造成的当地生态环境破坏。因此，对于建筑垃圾的处理具有重要的环境和社会意义，而建筑拆除垃圾中有相当一部分的材料组成是砖块、混凝土、砂浆、陶瓷等组分，经过合理的清选，可进行资源化的再利用，同时缓解了开山炸石带来的环境破坏。然而，传统的骨料加工加工工艺(人工分拣、破碎、磁选、风选、筛选)加工的再生骨料中含有约40-60％的砖块，40-50％的混凝土，砖块由于吸水率极大(18％)而抗压碎强度很小，不适用于再生混凝土骨料，因而极大限制了建筑垃圾再生材料的市场价值。我国现阶段仍以政府补贴利用建筑垃圾为主，如果将建筑垃圾中的砖块与混凝土块进行经济有效的分离，提升建筑垃圾再生材料的市场价值，通过市场的力量势必进一步推动建筑垃圾资源化的全面综合利用。另一方面，近几年建筑、公路、铁路等工程建设对砂石等材料的需求居高不下，但长期开采造成了资源枯竭，使得公路交通行业的可持续发展与碎石、砂砾等地材短缺的矛盾日益凸显。综合利用建筑垃圾生产再生材料替代砂石材料是解决公路地材短缺的有效途径，但是国内尚无针对建筑垃圾在公路工程领域资源化高效利用的工艺、技术和装备，而建筑垃圾高效分选、再生骨料高品质提升技术是建筑垃圾资源化的关键。烧制砖和废弃混凝土块在强度与稳定性方面存在很大差异。烧制砖的强度小、吸水率大、稳定性差、不宜与其他建筑材料混合利用。砖块由于其色彩的均一性较好，适于再利用彩色景观砖骨料，其经济价值高于普通铺路砖。而废弃混凝土块的强度高，稳定性较好，掺入水泥后具有较好的表面活性，是道路基层、再生水泥混凝土的良好骨料，资料表明，采用废弃混凝土骨料浇筑的水泥混凝土在28天抗压强度甚至高于新骨料制备的水泥混凝土。如果能够实现建筑垃圾中烧制砖物料与废弃混凝土块的分离，将使得建筑垃圾再生骨料产生高于之前5～8倍的经济价值，同时有利于我国大量的以烧制砖块与混凝土为主的建筑垃圾的消纳，减少占用的土地规模，节约工程造价。本专利技术是专利技术人在《一种建筑垃圾再利用材料中砖块与混凝土块的分离设备》专利号：ZL201410553585.X的进一步优化，在之前的设计方法中采用四个技术参数(筛面倾角、气流速度、筛面角速度、振幅)，通过理论计算和计算机宏代码规划求解了四个参数在实现分离运动条件下的取值范围。然而在该机械生产加工过程中发现，仅考虑四种参数进行设计时误差较大，加大了设备调试的成本，给设备的加工和制造过程增加很大的困难，归结原因在于以上方法种分离运动同时还受到物料弹性模量、筛板模量、颗粒群之间的相互碰撞、风力场分布因素的影响，影响其分离效果的因素较多。如果仍采用之前方法进行运动方式的力学分析，特别是考虑颗粒之间的相互碰撞作用时，传统计算方法难以、甚至根本无法实现。如果仍按照《一种建筑垃圾再生材料中砖块与混凝土块的分离设备》的设计方法，将以上五种因素带入到力学分析和演算推导过程中，其运算工作量的庞大、颗粒与颗粒之间的碰撞作用、颗粒碰撞过程中能量的瞬时变化是按照之前的人力推导方法无法实现的。通过运用现在计算机的智能，通过合理的设计过程，通过分析颗粒形状、悬浮速度等参数对分离效果和生产效率的影响规律，进而进行设备参数的精确设计，为进一步设计出高分离效率和生产效率的建筑垃圾再生材料砖与砼分离设备提供优化设计方案。进一步的，结合虚拟装配技术，可以有针对性的进行产品设计，实现产品的三维虚拟化装配，对提高设备的设计效率、效果、成本控制具有重要的意义和应用价值。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种基于计算机仿真与装配技术的砖块与混凝土块分离装置设计方法。所述的分离方法包括采用虚拟装配技术设计的单元组件，包括动力机构、传动机构、基本构件和连接机构，在计算机虚拟装配样机的基础上，引入气流场、筛板振动的耦合模拟技术完成设计与参数的调试，分离设备的设计及调试方法为：考虑建筑垃圾再生材料砖块与混凝土块的颗粒形状、内摩擦角、弹性模量、颗粒在空气介质中的悬浮速度、颗粒与分离平台的摩擦系数以及风速等多参数特性；采用的参数包括：砖块、混凝土块和分离平台的泊松比、剪切模量、表观密度，测试砖块与混凝土颗粒-颗粒及颗粒-分离平台碰撞过程中的恢复系数、静摩擦系数、动摩擦系数，将以上参数输入到EDEMTM软件系统中；使用EDEM-CFD颗粒-流体系统耦合技术，仿真砖块与混凝土块在多参数条件下的颗粒运动状态；在运动规律研究的基础上优化了工作参数，并采用SolidworksTM完成虚拟装配，进而完成砖骨料与再生混凝土骨料分离设备的设计。其中对EDEM-CFD散体颗粒与气流之间的耦合方法具体内容包括：(1)通过三维软件构建各部分离散元单元的三维模型，并将各部离散元单元进行虚拟装配，装配的三维离散元单元进行网格划分，得到三维网格模型，将三维网格模型导入流体分析软件FLUENT中，并设置流场参数和流体力学控制方程，确定仿真环境的流场参数；(2)将FLUENT得出的数据和各部分离散元单元的三维网格模型均导入离散元分析软件EDEM中；(3)在离散元分析软件EDEM中创建所述再生混凝土物料的颗粒模型；(4)选择接触模型，确定仿真参数，所述仿真参数包括物料颗粒属性参数和接触模型参数；(5)完成气固耦合仿真，并输出结果。所述的颗粒模型包括颗粒形状，并根据颗粒形状特性创建物料的颗粒模型。所述的接触模型包括混凝土颗粒-颗粒接触模型以及颗粒-分离机接触模型，接触模型参数包括恢复系数、静摩擦系数和动摩擦系数，所述物料颗粒属性参数包括物料内摩擦角、弹性模量、泊松比、剪切模量和表现密度。表1为材料参数与接触参数。表1材料参数与接触参数所述的接触模型选用Hertz-Mindlin接触模型。所述的体力学控制方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于计算机仿真与装配技术的砖块与混凝土块分离装置设计方法，用砖块与混凝土块的颗粒形状、内摩擦角、弹性模量、颗粒在空气介质中的悬浮速度、颗粒与分离平台的摩擦系数以及风速等多参数进行设备的优化设计；利用EDEM‑CFD颗粒‑流体系统耦合技术，仿真砖块与混凝土块颗粒运动状态，确定不同参数条件下砖块、混凝土块分离效果的规律并进行参数优化；借助Solidworks软件虚拟构建各运动部件并进行虚拟装配；基于参数优化及虚拟装配成果，完成建筑垃圾再生砖骨料与再生混凝土骨料分离设备的加工与调试。

【技术特征摘要】
1.一种基于计算机仿真与装配技术的砖块与混凝土块分离装置设计方法，用砖块与混凝土块的颗粒形状、内摩擦角、弹性模量、颗粒在空气介质中的悬浮速度、颗粒与分离平台的摩擦系数以及风速等多参数进行设备的优化设计；利用EDEM-CFD颗粒-流体系统耦合技术，仿真砖块与混凝土块颗粒运动状态，确定不同参数条件下砖块、混凝土块分离效果的规律并进行参数优化；借助Solidworks软件虚拟构建各运动部件并进行虚拟装配；基于参数优化及虚拟装配成果，完成建筑垃圾再生砖骨料与再生混凝土骨料分离设备的加工与调试。2.如权力要求1对EDEM-CFD散体颗粒与气流之间的耦合方法具体内容包括：(1)通过三维软件构建各部分离散元单元的三维模型，并将各部离散元单元进行虚拟装配，装配的三维离散元单元进行网格划分，得到三维网格模型，将三维网格模型导入流体分析软件FLUENT中，并设置流场参数和流体力学控制方程，确定仿真环境的流场参数；(2)将FLUENT得出的数据和各部分离散元单...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡魁，薛雪，丁永刚，王萌，静行，刘敏，陈家豪，曹世豪，李玉梅，汪德才，陈玉静，胡梦骁，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南,41