張旻媛 許先凱

1 中國(guó)交通建設(shè)股份有限公司 2 中交機(jī)電工程局有限公司

1 引言

在散糧裝卸輸送系統(tǒng)中，通常采用料斗(頭部料斗、儲(chǔ)料斗)、溜管(槽)作為轉(zhuǎn)接設(shè)備。在裝卸輸送過(guò)程中，糧食會(huì)對(duì)料斗壁及溜管壁形成極大的沖擊，造成轉(zhuǎn)接設(shè)備的磨損。上世紀(jì)80年代開(kāi)始采用增加耐磨襯板的方式，將耐磨襯板固定在料斗及溜管的磨損面上，以增加轉(zhuǎn)接設(shè)備的使用壽命。耐磨襯板作為易損件可以隨時(shí)進(jìn)行更換，襯板材料也由16Mn發(fā)展到超高分子聚乙烯，以至現(xiàn)在的聚氨酯[1-2]。

隨著技術(shù)的發(fā)展，離散元方法等仿真技術(shù)應(yīng)用到散糧裝卸輸送系統(tǒng)后，可找準(zhǔn)料斗及溜管等轉(zhuǎn)接設(shè)備的磨損點(diǎn)，并通過(guò)實(shí)施改造，明顯提高轉(zhuǎn)接設(shè)備的耐磨效果[3]。

2 磨損解決措施

2.1 使用耐磨襯板

物料在裝卸輸送過(guò)程中，具有一定的速度，到達(dá)轉(zhuǎn)接點(diǎn)時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生輸送方向的變化，從而對(duì)料斗、溜管產(chǎn)生沖擊，造成料斗、溜管內(nèi)壁磨損。通常采用在料斗及溜管與物料接觸面增加耐磨襯板的方法，使物料不對(duì)其本體造成沖擊磨損。通過(guò)及時(shí)更換耐磨襯板，解決其磨損問(wèn)題，保證轉(zhuǎn)接設(shè)備的壽命。耐磨襯板一般采用耐磨和抗沖擊性能好的超高分子聚乙烯襯板或聚氨酯襯板。

2.2 降低物料速度

在散糧裝卸運(yùn)送系統(tǒng)中，一般落料點(diǎn)物料落差都較大，會(huì)對(duì)料斗和溜管等轉(zhuǎn)接設(shè)備造成沖擊，加速襯板的磨損，同時(shí)物料也容易破碎，影響物料的品質(zhì)。通常，對(duì)于較長(zhǎng)的溜管，每隔6 m左右，可增加1個(gè)直徑大于原來(lái)溜管直徑的緩沖溜管，緩沖溜管內(nèi)部設(shè)置緩沖擋板，用于降低物料的速度。

2.3 形成物料緩沖層

為降低物料在落料點(diǎn)的速度，對(duì)原有料斗或溜管內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。如在料斗或溜管內(nèi)部物料落料垂直方向增加筋板，使筋板上積存一定的物料，利用積存的物料形成緩沖層，減少物料對(duì)料斗壁或溜管壁的直接沖擊，并在相應(yīng)位置增加觀(guān)察孔，以方便觀(guān)察落料情況和清理物料。

2.4 改變料流方向

在頭部漏斗及落料點(diǎn)設(shè)置調(diào)節(jié)擋板，改變料流的方向，使物料的沖擊速度及位置發(fā)生變化，同時(shí)也可改變料斗或溜管的角度，使物料對(duì)其內(nèi)壁的沖擊更加平緩。對(duì)于糧食裝卸輸送系統(tǒng)，角度設(shè)置以35°～45°為宜。

2.5 使用曲線(xiàn)溜管

對(duì)原有溜管進(jìn)行改造，采用空間流線(xiàn)型設(shè)計(jì)，減少物料的自由落體運(yùn)動(dòng)，使物料下落得更加平緩，在一定程度上延緩物料下落的速度，減小物料對(duì)溜管內(nèi)壁的沖擊、磨損，同時(shí)也減小對(duì)下方帶式輸送機(jī)的沖擊。溜管截面可采用異形八邊形結(jié)構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)的四邊形溜管，更加有利于物料的流動(dòng)，不易積料，避免堵塞。

3 改造案例

3.1 問(wèn)題

某沿海港口的20#、21#散糧泊位建設(shè)于2016年，裝卸輸送工藝系統(tǒng)分為存貯進(jìn)倉(cāng)和出倉(cāng)系統(tǒng)。進(jìn)倉(cāng)系統(tǒng)額定能力為1 000 t/h，帶寬1 400 mm，共30條半氣墊帶式輸送機(jī)(BC101～BC1030)，總長(zhǎng)約2 285 m；出倉(cāng)系統(tǒng)額定能力為500 t/h，帶寬1 200 mm，共5條半氣墊帶式輸送機(jī)(BC201～BC205)，總長(zhǎng)約578 m。裝卸輸送系統(tǒng)還包含鏈斗提升機(jī)5臺(tái)(DT1～DT5)、刮板機(jī)16臺(tái)(C1～C16)、螺旋清倉(cāng)機(jī)等其他工藝及附屬設(shè)備，以及供電、通風(fēng)、除塵、消防、空壓、管控系統(tǒng)設(shè)備。以該碼頭出倉(cāng)系統(tǒng)氣墊帶式輸送機(jī)BC2-1、BC2-2為例，BC2-1、BC2-2下方為頭部料斗及溜管(見(jiàn)圖1)，溜管下方為儲(chǔ)料斗，儲(chǔ)料斗下方為散糧稱(chēng)；儲(chǔ)料斗與散糧稱(chēng)之間設(shè)有電動(dòng)閘門(mén)。物料經(jīng)溜管落入儲(chǔ)料斗，儲(chǔ)料斗在下錐面設(shè)有聚氨酯襯板，物料在儲(chǔ)料斗內(nèi)沖擊下錐面，進(jìn)入儲(chǔ)料斗。

1.溜管 2.儲(chǔ)料斗圖1 儲(chǔ)料斗

該項(xiàng)目在正式投產(chǎn)運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)料斗下方出現(xiàn)磨損漏洞。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察、測(cè)量，原設(shè)計(jì)中儲(chǔ)料斗只在下錐面設(shè)有聚氨酯襯板，豎直面無(wú)襯板，設(shè)計(jì)階段又未進(jìn)行料流離散元仿真分析，未考慮到物料能夠沖擊儲(chǔ)料斗豎直面的實(shí)際。由于上方溜管向一側(cè)偏斜，物料落入溜管后，在偏斜方向具有一定的速度，而在溜管偏斜方向的儲(chǔ)料斗豎直壁上又未安裝聚氨酯襯板，從而使物料直接沖擊儲(chǔ)料斗豎直面，對(duì)儲(chǔ)料斗本體豎直面造成磨損。

3.2 改造方案

3.2.1 增加耐磨襯板

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)料斗磨損情況的分析，在儲(chǔ)料斗受沖擊面增加聚氨酯襯板，避免物料直接沖擊磨損儲(chǔ)料斗本體。實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)磨損痕跡，其磨損面尺寸約為1.6 m×1.6 m?？紤]適當(dāng)擴(kuò)大覆蓋面積，結(jié)合斗體加強(qiáng)筋的布置，設(shè)計(jì)加襯板尺寸為2.6 m×2.1 m，并結(jié)合襯板制造、安裝等將襯板分割為合適大小，布置襯板螺栓。該方案在原有設(shè)計(jì)上補(bǔ)充增加耐磨襯板，同時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)在斗體與襯板配鉆螺栓孔。這種改造對(duì)散糧卸輸送系統(tǒng)生產(chǎn)和工藝設(shè)備不會(huì)帶來(lái)較大影響，方法簡(jiǎn)便易行。

3.2.2 改變料流方向

在溜管下方增加一段直流管(見(jiàn)圖2)，改變物料的運(yùn)行方向，讓物料沖擊直溜管，不沖擊儲(chǔ)料斗豎直面；增加的直溜管長(zhǎng)度不能超過(guò)儲(chǔ)料斗高料位計(jì)。在儲(chǔ)料斗下錐面增加分流器，避免物料直接沖擊下方電動(dòng)閘門(mén)，分流器上布置聚氨酯襯板，分流器也能起到一定的緩沖作用，降低物料的速度。該方案，由于要增加一段溜管，同時(shí)也改變了原來(lái)的溜管的結(jié)構(gòu)，而且受現(xiàn)有設(shè)備的安裝空間等限制，改造工期較長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)的影響較大，不如增加耐磨襯板方案簡(jiǎn)便易行。

1.增加溜管 2.增加分流器 3.閘門(mén)圖2 方案2改造示意圖

4 方案仿真對(duì)比分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，結(jié)合該碼頭散糧裝卸輸送系統(tǒng)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，運(yùn)用離散元仿真方法，對(duì)增加耐磨襯板和改變料流方向2個(gè)改造方案進(jìn)行仿真、對(duì)比、分析和驗(yàn)證。

4.1 物料沖擊位置及范圍

方案1中物料直接沖擊儲(chǔ)料斗豎直面下方(見(jiàn)圖3)，由于原有儲(chǔ)料斗豎直面未布置耐磨襯板，對(duì)儲(chǔ)料斗本體造成磨損。方案2中物料沖擊儲(chǔ)料斗下錐面及分流器(見(jiàn)圖4)，下錐面及分流器上均布置有襯板，能夠有效地保護(hù)儲(chǔ)料斗。方案2改變了料流運(yùn)行曲線(xiàn)，有效避免物料沖擊儲(chǔ)料斗側(cè)壁，該方案溜管在增加800 mm時(shí)料流曲線(xiàn)更加合理。

圖3 方案1仿真

圖4 方案2仿真

通過(guò)仿真圖坐標(biāo)，對(duì)方案1物料沖擊范圍進(jìn)行驗(yàn)證，高度約為1 458 mm，長(zhǎng)度約為1 500 mm，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際沖擊面測(cè)量范圍1 600 mm×1 600 mm基本吻合。

4.2 物料沖擊速度

方案1物料速度變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖5，其中0～2 s為物料沖擊溜管的速度，較為平緩；2～3 s為物料自由落體運(yùn)動(dòng)，速度急劇增加；3 s時(shí)開(kāi)始沖擊斗體，速度達(dá)到最大值13.5 m/s，隨后穩(wěn)定在12.2 m/s上下波動(dòng)。方案2物料速度變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖6，在3 s時(shí)物料沖擊分流器及儲(chǔ)料斗下錐面，速度在12.5 m/s上下波動(dòng)，速度峰值為13.8 m/s。由此可見(jiàn)，兩個(gè)改造方案對(duì)儲(chǔ)料斗沖擊勢(shì)能基本相同。

圖5 方案1物料最大速度

圖6 方案2物料最大速度

通過(guò)離散元仿真分析驗(yàn)證可知：方案1中物料沖擊磨損部位及大小與實(shí)際吻合；方案2能夠改變料流方向，避免沖擊儲(chǔ)料斗造成磨損。兩個(gè)方案沖擊勢(shì)能基本相同，離散元仿真可為改造提供理論依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

在散糧等散貨裝卸輸送過(guò)程中，物料對(duì)料斗、溜管沖擊而造成磨損現(xiàn)象非常普遍?？刹捎秒x散元方法進(jìn)行仿真，分析料流情況，準(zhǔn)確找出沖擊部位，采取有效措施，如增加耐磨襯板、采用曲線(xiàn)溜管、改變溜管角度及長(zhǎng)度等單一或多種組合方法進(jìn)行改造，有效地降低物料對(duì)料斗、溜管等轉(zhuǎn)接設(shè)備的沖擊，減少磨損，提高轉(zhuǎn)接設(shè)備的使用壽命，保證系統(tǒng)設(shè)備完好率。