胡必珍，范道榮

離散元素法用于大輸送量膠帶機溜槽優(yōu)化的實踐

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)合印尼某廠膠帶機改造項目，利用離散元素法對大輸送量的膠帶機轉(zhuǎn)運溜槽中的物料進行模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果對溜槽進行優(yōu)化，經(jīng)過工程實踐，取得了顯著的效果。

離散元素法；大輸送量膠帶機溜槽優(yōu)化

1 離散元素法用于大輸送量膠帶機溜槽優(yōu)化的原理

離散元素法（DEM）是求解與分析離散系統(tǒng)的運動規(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，通過對這些數(shù)據(jù)信息的進一步分析，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)計分析背景中的價值，它提供了物理實驗不能提供的洞察設(shè)計或生產(chǎn)過程信息的手段。通過對大輸送量溜槽中的物料進行模擬，根據(jù)物料的運行軌跡，適當(dāng)增加或改進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塵。

2 運用離散元素分析法對大輸送量膠帶機溜槽進行優(yōu)化

將溜槽和膠帶機的相關(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行軌跡，根據(jù)運行軌跡及物料的速度判斷是否會有堵料、揚塵、局部磨損、跑偏等問題，如有相關(guān)問題，對溜槽的設(shè)計進行有針對性的調(diào)整。

現(xiàn)以印尼某廠的膠帶機輸送項目為例，針對輸送量在2 000t/h以上的膠帶機溜槽，利用離散元素分析法，對初步設(shè)計的溜槽進行檢驗和優(yōu)化。該項目溜槽襯板材質(zhì)均為NM400。

表1 運行條件

2.1 運行條件（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1至膠帶機2，溜槽優(yōu)化之前物料運行狀態(tài)模擬。

圖1 三維視圖

圖2 主視圖

圖3 左視圖

圖4 受料膠帶機頭部剖面圖

如圖1和圖2所示，膠帶機的運行速度較小，物料直接落到受料膠帶上，散裝物料會增加膠帶的磨損，也會使受料膠帶上的物料加速困難。隨著時間的推移，物料慢慢堆積起來，如果物料沒有很快地從溜槽里溜走，很可能會造成堵料。圖3物料通過溜槽落到受料膠帶機的過程中，對溜槽側(cè)面的沖刷會造成溜槽側(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1至膠帶機2，溜槽優(yōu)化之后物料運行狀態(tài)模擬。

圖5 主視圖

圖6 受料膠帶機頭部剖面圖

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，既減少了物料的揚塵，又使物料落在膠帶機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；將下部溜槽遠離膠帶機2尾輪處鋼板去掉。詳見圖8、圖9所示。

圖8 優(yōu)化前

表2 運行條件

圖9 優(yōu)化后

3 受料膠帶機磨損狀態(tài)模擬

3.1 運行條件（表2）

3.2 磨損情況優(yōu)化前后對比圖

改進前（圖10、圖11），膠帶機3的運行速度較小，物料近似于垂直下落。物料呈散狀落入下一級膠帶機，對下一級膠帶機的沖擊較大，受料膠帶機帶面的磨損嚴(yán)重；也增加了轉(zhuǎn)運點的揚塵風(fēng)險；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，曲面槽型罩對物料進行包裹和鞏固，對物料有聚攏作用，減少了揚塵；勺型溜板對物料有導(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運行方向相同，初速度和受料膠帶機相當(dāng)，磨損降到最低；物料流和受料膠帶機運行方向相同，有助于物料落在受料膠帶的正中心（注：a兩個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應(yīng)的物料顏色，物料速度越大，顏色越紅，對溜槽和帶式輸送機的磨損也越大）。

4 結(jié)語

水泥廠大輸送量的膠帶機轉(zhuǎn)運點揚塵大，溜槽極易被磨損。通過離散元素法對膠帶機轉(zhuǎn)運點之間的物料狀態(tài)進行模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果，對溜槽進行有針對性的改進，既能節(jié)約生產(chǎn)成本，又能提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)率，減輕工人的勞動強度，確保生產(chǎn)的正常進行?！?/p>

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2017-03-20；編輯：趙星環(huán)