崔 軍

(山西潞安郭莊煤業(yè)有限責任公司， 山西 長治 046100)

帶式輸送機是輸送散料的理想設(shè)備，現(xiàn)已在礦山、港口等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。輸送機轉(zhuǎn)載處的卸料軌跡，對整個散料輸送過程至關(guān)重要，如果卸料軌跡繪制得不夠精確，會造成轉(zhuǎn)載系統(tǒng)設(shè)計不合理，進而造成堵料、噪音大、粉塵多和設(shè)備使用壽命降低等問題。所以對帶式輸送機的設(shè)計工作而言，研究繪制卸料軌跡的意義重大。

目前關(guān)于卸料軌跡繪制方法的研究有很多，例如美國CEMA標準里介紹的方法[1]和計算拋物線方程方法[2-3]。

目前離散元法應(yīng)用很廣泛，離散元法是散體力學分析的有效工具。離散元軟件EDEM可以細致地模擬和分析顆粒的軌跡，本文使用EDEM軟件，仿真一具體參數(shù)輸送機不同輸送帶速度下的卸料軌跡，并與兩種經(jīng)典繪制方法繪制的卸料軌跡進行對比，分析各方法的不足和適用情況。

1 輸送機計算模型及卸料軌跡仿真

1.1 模型建立與EDEM求解設(shè)置

以一具體輸送機為例，利用離散元仿真軟件EDEM仿真三種速度情況下的卸料軌跡，帶式輸送機具體相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 輸送機相關(guān)參數(shù)

1.2 散料運輸卸料軌跡的仿真

顆粒工廠顆粒產(chǎn)生的速率設(shè)置好后仿真12 s，待卸料軌跡穩(wěn)定后，導(dǎo)出某一時刻所有顆粒的z坐標與x坐標，將坐標導(dǎo)入軟件orijin并擬合出卸料軌跡的頂部與底部兩條曲線。三種速度條件下仿真的卸料軌跡見圖1～圖3。

圖1 輸送帶速度0.5 m/s卸料軌跡仿真結(jié)果

圖2 輸送帶速度1.5 m/s卸料軌跡仿真結(jié)果

圖3 輸送帶速度2.5 m/s卸料軌跡仿真結(jié)果

材料屬性和材料間接觸參數(shù)見表2、表3。

表2 材料屬性

表3 各材質(zhì)間接觸參數(shù)

由三種速度條件下仿真得到的仿真卸料軌跡可以看出，卸料軌跡呈上窄下寬的發(fā)散形狀。由此說明，在卸載過程中散料顆粒上下層間有分層現(xiàn)象。

2 卸料軌跡分析與討論

將仿真結(jié)果與計算拋物線方程方法和CEMA標準繪制的卸料軌跡進行比較。

1) 輸送帶速度2.5 m/s時，計算方法繪制的卸料軌跡與仿真結(jié)果比較。

由圖4可知，采用CEMA方法繪制的卸料軌跡底部與仿真結(jié)果基本一致，但卸料軌跡的頂部與仿真結(jié)果有差距。原因是物料卸載的時候頂層物料速度比底層物料速度大，物料速度上下分層，使得卸料軌跡呈上窄下寬的發(fā)散形狀。采用計算拋物線方程方法繪制的卸料軌跡與仿真結(jié)果比較一致。

圖4 輸送帶速度2.5 m/s時仿真結(jié)果與繪制的卸料軌跡對比

2) 輸送帶速度1.5 m/s時，繪制的卸料軌跡與仿真結(jié)果比較。

由圖5可知，CEMA方法繪制的物料重心卸料軌跡較仿真結(jié)果趨勢偏低，是采用滾筒轉(zhuǎn)速計算出的分離速度計算分離角而造成的。當輸送帶速度較低時物料會相對滾筒滑動，實際的分離速度要比滾筒轉(zhuǎn)速計算出的大，也使得算出的分離角偏大。隨著物料與輸送帶之間的摩擦系數(shù)u增大，計算方法繪制的卸料軌跡將逐漸向下偏移與實際相符。摩擦系數(shù)越大顆粒越不易與輸送帶分離，分離角就會越大，當摩擦系數(shù)在0.2和0.3之間時，計算方法繪制的卸料軌跡與仿真結(jié)果比較一致。

圖5 輸送帶速度1.5 m/s時仿真結(jié)果與繪制的卸料軌跡對比

3) 輸送帶速度0.5 m/s時，繪制的卸料軌跡與仿真結(jié)果比較。

由圖6可知，此時CEMA方法繪制的曲線與仿真結(jié)果相差巨大，足以證明采用滾筒轉(zhuǎn)速計算分離角是不符合實際的。當摩擦系數(shù)在0.2和0.3之間時，計算方法繪制的卸料軌跡與仿真結(jié)果與輸送帶速度1.5 m/s時一致，但物料高度h相差較大。計算拋物線方程方法在輸送帶速度較低時，計算物料截面積的速度應(yīng)為輸送帶速度；而物料在分離時候的分離速度較輸送帶速度大，因而會導(dǎo)致算出的物料高度也偏大。

圖6 輸送帶速度0.5 m/s時仿真結(jié)果與繪制的卸料軌跡對比

3 結(jié) 語

通過以上卸料軌跡的仿真對比分析，發(fā)現(xiàn)了繪制卸料軌跡方法存在的一些不足與適用情況。

1) CEMA方法繪制卸料軌跡，當輸送帶速度比較低時，采用卸料滾筒轉(zhuǎn)速計算分離角與實際相差較大，物料速度有分層現(xiàn)象，卸料軌跡上窄下寬呈發(fā)散形狀，與仿真結(jié)果有出入。但在輸送帶速度較高時，如果對卸料軌跡精度要求不高，可以使用CEMA方法繪制卸料軌跡。

2) 采用計算拋物線方程方法繪制的卸料軌跡與仿真結(jié)果比較一致，但在輸送帶速度比較低的時候，如果物料相對滾筒發(fā)生滑動，輸送帶速度不適于計算物料高度，采用分離速度計算會更準確。

綜上所述，通過仿真結(jié)果與計算方法繪制的卸料軌跡的比較證明 ：①用計算拋物線方程方法繪制的卸料軌跡與實際比較吻合；②在計算分離角時應(yīng)采用分離速度計算，而不應(yīng)采用滾筒轉(zhuǎn)速;③在輸送帶速度較低情況下，計算物料高度應(yīng)該采用分離速度不應(yīng)采用輸送帶速度。