螺旋卸船機是廣泛用于港口和碼頭的以螺旋機取料并利用垂直螺旋輸送機提升的大型卸船設備。
螺旋卸船機的優勢是密閉性好，噪音小，現場勞動量投入小且易于操作。一般螺旋卸船機都是由垂直螺旋輸送機和水平或傾斜螺旋輸送機組合而成，復雜的結構導致料流和磨損情況更復雜，靠經驗難以判斷。
螺旋卸船機面臨的問題有：葉片螺旋面磨損嚴重；設計不合理輸送效率低下；物料輸送時堵塞等。
EDEM離散元分析螺旋卸船機輸送物料過程
EDEM離散元軟件能夠對散料顆粒進行建模，通過分析物料與物料之間、物料與設備之間的相互作用行為，直觀觀察輸送機內部物料的填充和流動，評估螺旋卸船機的輸送效率及設備磨損情況，從而對結構進行優化設計。
案例背景：水平-垂直組合螺旋卸船機，螺旋體外直徑在200到400mm之間，轉速在50到100rpm之間，運輸物料為小顆粒水泥。
螺旋體的磨損分析
EDEM軟件中的磨損模型能夠識別設備的磨損區域和磨損深度，這為我們預測設備使用壽命和后期維護提供了良好的依據，保證了設備作業效率和安全性。
下圖展示的是螺旋輸送機中垂直螺旋體和水平螺旋體的法向沖擊磨損著色圖。
由圖可以看出藍色表示磨損最輕，紅色表示磨損最嚴重。
垂直螺旋體最主要的磨損區域集中在最下端的葉片和中心軸處，通體磨損產生于葉片最外圍。可以清晰地看出葉片的磨損主要集中在進料口，磨損的主要分布在葉片的邊緣處。
垂直螺旋體在EDEM中的磨損分析
水平螺旋體的磨損較垂直螺旋體少，且多集中于葉片外側和管壁下方。物料會沿著重力方向堆積在管壁下面，磨損嚴重的地方集中在接料口的軸上。
水平螺旋體在EDEM中的磨損分析
螺旋輸送效率分析
在EDEM軟件添加虛擬質量流量傳感器，用以測量和評估螺旋卸船機的輸送效率，同時可以直觀地觀察到物料在螺旋體中的分布情況。
通過改變螺旋轉速、填充率、螺旋直徑、螺距等，分析各參數變量對螺旋卸船機輸送量的影響。
螺旋轉速對輸送機內顆粒的運動速度，質量流量和功率消耗影響最顯著。
如圖所示，隨著螺旋轉速增大，輸送量和功率消耗也在增加，但不呈線性相關。輸送時在滿足輸送量要求的情況下螺旋轉速不宜過高。
在傳統設計中我們通過計算來確定螺旋體的螺距，但這種方法不能保證我們所選用的螺距效率就是最高。
通過離散元仿真分析螺距大小對輸送量的影響，如圖所示，螺距較小，填充率越大，越容易造成物料的堵塞。通過數據的對比我們可以選擇合適的螺距設計參數。
如圖所示可以看出，螺旋直徑的增加對輸送量有增加作用。而且隨著時間的推移，不同直徑的螺旋體的輸送量差距會越拉越大。
如果喂料效率達不到額定的值，則喂料不足；如果喂料效率過高，側物料擠壓力太大，內螺旋總成端部的磨損情況加劇，壽命減短。因此，喂料頭的設計的好壞對垂直螺旋輸送機的性能起至關重要的作用。
通過離散元仿真分析科學設計喂料頭形狀，適當地增加喂料口的個數，調整喂料頭的旋轉速度等，能夠有效提高螺旋輸送效率。
類型一（左）及類型二（右）兩種喂料頭
不同喂料頭下輸送量隨時間變化圖
文章來源：EDEM
