胡必珍，范道榮

離散元素法用于大輸送量膠帶機(jī)溜槽優(yōu)化的實(shí)踐

Application of Discrete Element Method to Optimize Large Conveyor Belt Conveyor Chute

Application of Discrete Element Method to Optimize Large Conveyor Belt Conveyor Chute

胡必珍1，范道榮2

本文結(jié)合印尼某廠膠帶機(jī)改造項(xiàng)目，利用離散元素法對(duì)大輸送量的膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)溜槽中的物料進(jìn)行模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)溜槽進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過工程實(shí)踐，取得了顯著的效果。

離散元素法；大輸送量膠帶機(jī)溜槽優(yōu)化

1 離散元素法用于大輸送量膠帶機(jī)溜槽優(yōu)化的原理

離散元素法（DEM）是求解與分析離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與力學(xué)特性的一種新型數(shù)值方法。離散元素法仿真產(chǎn)生了大量的中間信息，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)信息的進(jìn)一步分析，可以提取分析出溜槽中物料的數(shù)據(jù)和參數(shù)。其中，有些數(shù)據(jù)參數(shù)可以在物理系統(tǒng)中通過測(cè)量得到，而有些數(shù)據(jù)參數(shù)則只能從離散元素法的仿真分析中獲得。這些僅能從離散元素法的仿真分析中獲得的數(shù)據(jù)或參數(shù)突出顯示了離散元素法仿真在設(shè)計(jì)分析背景中的價(jià)值，它提供了物理實(shí)驗(yàn)不能提供的洞察設(shè)計(jì)或生產(chǎn)過程信息的手段。通過對(duì)大輸送量溜槽中的物料進(jìn)行模擬，根據(jù)物料的運(yùn)行軌跡，適當(dāng)增加或改進(jìn)槽型擋板和靴型溜板，最大限度降低物料的落差和速度，增加物料自身的包裹性，最大限度防堵防磨減少揚(yáng)塵。

2 運(yùn)用離散元素分析法對(duì)大輸送量膠帶機(jī)溜槽進(jìn)行優(yōu)化

將溜槽和膠帶機(jī)的相關(guān)信息加載到離散元素分析的軟件中，該軟件根據(jù)物料的容重、速度、輸送量及卸料膠帶寬度等綜合因素模擬出物料的運(yùn)行軌跡，根據(jù)運(yùn)行軌跡及物料的速度判斷是否會(huì)有堵料、揚(yáng)塵、局部磨損、跑偏等問題，如有相關(guān)問題，對(duì)溜槽的設(shè)計(jì)進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整。

現(xiàn)以印尼某廠的膠帶機(jī)輸送項(xiàng)目為例，針對(duì)輸送量在2 000t/h以上的膠帶機(jī)溜槽，利用離散元素分析法，對(duì)初步設(shè)計(jì)的溜槽進(jìn)行檢驗(yàn)和優(yōu)化。該項(xiàng)目溜槽襯板材質(zhì)均為NM400。

表1 運(yùn)行條件

2.1 運(yùn)行條件（表1）

2.2 溜槽優(yōu)化之前離散元素分析法分析結(jié)果

圖1～4為膠帶機(jī)1至膠帶機(jī)2，溜槽優(yōu)化之前物料運(yùn)行狀態(tài)模擬。

圖1 三維視圖

圖2 主視圖

圖3 左視圖

圖4 受料膠帶機(jī)頭部剖面圖

如圖1和圖2所示，膠帶機(jī)的運(yùn)行速度較小，物料直接落到受料膠帶上，散裝物料會(huì)增加膠帶的磨損，也會(huì)使受料膠帶上的物料加速困難。隨著時(shí)間的推移，物料慢慢堆積起來，如果物料沒有很快地從溜槽里溜走，很可能會(huì)造成堵料。圖3物料通過溜槽落到受料膠帶機(jī)的過程中，對(duì)溜槽側(cè)面的沖刷會(huì)造成溜槽側(cè)面有較大的磨損，并且這一段溜槽較溜槽其他部分更易磨損。圖4中物料偏心落在受料膠帶上，容易造成膠帶和導(dǎo)料槽的不均勻磨損以及膠帶機(jī)的跑偏。

2.3 優(yōu)化之后利用離散元素分析法分析結(jié)果

圖5～7為膠帶機(jī)1至膠帶機(jī)2，溜槽優(yōu)化之后物料運(yùn)行狀態(tài)模擬。

圖5 主視圖

圖6 受料膠帶機(jī)頭部剖面圖

圖7 左視圖

如優(yōu)化之后的模擬圖所示，將調(diào)節(jié)擋板移至物料的拋物線上，并將槽型罩改良為上大下小型的調(diào)節(jié)擋板，物料在槽型罩的包裹和鞏固下，既減少了物料的揚(yáng)塵，又使物料落在膠帶機(jī)2的中心線上，這樣可以讓膠帶的磨損和跑偏問題減小到最??；物料加速更好，溜子出口處物料堵塞風(fēng)險(xiǎn)減小。

2.4 優(yōu)化措施

將擋板的位置往頭輪方向調(diào)整，距離頭輪距離1 550mm調(diào)整為1 200mm；將下部溜槽遠(yuǎn)離膠帶機(jī)2尾輪處鋼板去掉。詳見圖8、圖9所示。

圖8 優(yōu)化前

表2 運(yùn)行條件

圖9 優(yōu)化后

3 受料膠帶機(jī)磨損狀態(tài)模擬

3.1 運(yùn)行條件（表2）

3.2 磨損情況優(yōu)化前后對(duì)比圖

改進(jìn)前（圖10、圖11），膠帶機(jī)3的運(yùn)行速度較小，物料近似于垂直下落。物料呈散狀落入下一級(jí)膠帶機(jī)，對(duì)下一級(jí)膠帶機(jī)的沖擊較大，受料膠帶機(jī)帶面的磨損嚴(yán)重；也增加了轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)的揚(yáng)塵風(fēng)險(xiǎn)；物料加速較慢，容易堆積。

圖10 優(yōu)化前三維視圖模擬

圖11 優(yōu)化前受料膠帶磨損情況

優(yōu)化方案：將膠帶機(jī)的調(diào)節(jié)擋板的形狀由一塊平板改為上大下小的槽型，側(cè)視圖是一個(gè)光滑的曲面；增加勺型溜板。詳見圖12～16。

圖12 優(yōu)化后三維視圖

圖13 優(yōu)化后主視圖

圖14 優(yōu)化后左視圖

圖15 優(yōu)化后受料膠帶磨損情況

圖16 優(yōu)化后溜槽

優(yōu)化后，曲面槽型罩對(duì)物料進(jìn)行包裹和鞏固，對(duì)物料有聚攏作用，減少了揚(yáng)塵；勺型溜板對(duì)物料有導(dǎo)向作用，有利于物料的通過。優(yōu)化后，物料流和受料膠帶機(jī)運(yùn)行方向相同，初速度和受料膠帶機(jī)相當(dāng)，磨損降到最低；物料流和受料膠帶機(jī)運(yùn)行方向相同，有助于物料落在受料膠帶的正中心（注：a兩個(gè)模擬基于相同的磨損指數(shù)；b顏色條從下往上，表示不同速度的物料對(duì)應(yīng)的物料顏色，物料速度越大，顏色越紅，對(duì)溜槽和帶式輸送機(jī)的磨損也越大）。

4 結(jié)語

水泥廠大輸送量的膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)揚(yáng)塵大，溜槽極易被磨損。通過離散元素法對(duì)膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)之間的物料狀態(tài)進(jìn)行模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果，對(duì)溜槽進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)，既能節(jié)約生產(chǎn)成本，又能提高設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行?！?/p>

TQ172.614

A

1001-6171（2017）04-0093-03

通訊地址：1中材裝備集團(tuán)有限公司，天津300400；2天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津300400；

2017-03-20；編輯：趙星環(huán)