摘要：强制搅拌机叶片在复杂工况下的磨损失效将直接降低沥青混合料的质量和生产效率。为揭示沥青混合料搅拌过程中搅拌叶片的磨损特征，保障搅拌机安全高效生产，利用离散元软件EDEM建立了沥青混合料搅拌运动过程中的耦合模型，考虑了沥青混合料温度，基于Archerd磨损模型和离散元法对搅拌筒和拌叶片进行了数值模拟。结果表明，搅拌叶的磨损程度远大于搅拌筒，其中搅拌叶片4磨损深度最大，最容易发生失效，磨损程度最大处为搅拌叶外侧边缘，且切向磨损大于法向磨损，可以通过增大安装角来降低切向力导致的磨损，搅拌叶4安装角由0°优化为30°,安装角优化后使用寿命可以提升15.5%，优化后搅拌叶片最大工况下预计工作415d需要更换，为提升搅拌叶片使用寿命和更换时间提供了依据。

　　关键词：搅拌机；磨损；离散元法；Archard磨损模型

　　0引言

　　沥青混合料强制搅拌机通过搅拌叶旋转来生产高质量的沥青混合料，其在沥青混合料的路用性能方面发挥着至关重要的作用。搅拌叶片作为沥青混合料搅拌过程中的核心部件，搅拌叶片在高冲击和非线性侵蚀载荷下，容易造成磨损，严重可能会造成失效。叶片磨损和失效会对沥青混合料的均匀性产生重大影响，如果将这种沥青混合料用于工程施工会带来巨大安全隐患。通过实验法进行研究费时费力，因此，需要对搅拌过程进行仿真分析，针对磨损情况对结构进行优化，从而提升搅拌叶的工作寿命。

　　贾金龙[1]研究了材料从轻微磨损向严重磨损转变的机理；应武权[2]通过对混凝土搅拌筒的研究发现搅拌叶的磨损是多方面的，如磨粒、粘着和表面疲劳磨损；姜胜强[3]、李红军[4]等采用离散元方法（DEM）对搅拌筒及叶片磨损进行预测分析，并指出相对于计算流体力学（CFD）建模的方法，DEM建模对搅拌筒内物料的流动具有可视化的优势；NităAdrian等[5]研究了叶片安装角对于磨损的影响，选择合适的搅拌叶片倾角，可以最大限度减少摩擦力，提高寿命和性能；Valigi等[6-7]研究了混凝土搅拌机的磨损特性，并设计了一种新的搅拌叶来降低磨损。

　　研究人员大多是对无粘性或粘性较低的物料进行仿真研究，也缺少对物料温度的考虑，而热沥青混合料的粘性较大，且具有一定温度，这对搅拌过程中的磨损有较大影响[8]。降低搅拌叶片的磨损程度，提高使用寿命主要可以通过3个方面实现，选择更耐磨材料，对现有搅拌叶进行参数优化和开发新型搅拌叶。其中对现有的搅拌叶进行参数优化是成本最小的解决方案。本文利用DEM法可视化的优点，基于Archard模型研究了沥青混合料对搅拌叶的磨损情况，进行搅拌过程的磨损仿真分析，通过数据进行分析，优化现有搅拌叶片结构参数，并通过仿真进行验证，提升了搅拌机使用寿命。

　　1计算模型

　　1.1 Archard磨损模型

　　固体颗粒磨损计算常用的模型有Relative Wear、Oka Wear、Archard[9-10]等，Archard Wear可以定量计算磨损量，给出磨损的深度方便做出寿命预测；Relative Wear主要分析摩擦对设备的磨蚀磨损，可以查看磨损区域、法向和切向累积能量；Oka Wear主要分析法向冲击对设备的冲蚀磨损。其中Archard模型对于复杂形状壁面的适应性较好，适合实际模拟情况。本文的数值模型采用Hertz-Mindlin with JKR模型来表征沥青混合料的流动特性，采用Archard磨损接触模型来表征沥青混合料与几何结构的相互作用。

　     4结束语

　　 通过离散元法能够实现沥青混合料搅拌过程的可视化，得到物料分布、搅拌叶受力等数据，用于对磨损情况进行分析。

　　（1）搅拌叶片切向累积接触能量远大于法向累积接触能量，说明沥青混合料颗粒对搅拌叶的切向冲击磨损大于法向磨粒磨损，可以通过增大安装角来降低磨损，安装角优化后寿命可以提升15.5%。

　　（2）搅拌叶片的磨损程度远大于搅拌筒，叶片的外侧边缘磨损严重需要更为关注，搅拌筒无需过厚的材料，可以减小搅拌筒的厚度来实现搅拌装置的轻量化。

　　（3）安装角优化后预测最大工况下搅拌叶片连续工作415 d需要及时更换，为搅拌设备的维护提供了一定参考。

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