離散元素法用于大輸送量膠帶機溜槽優化的實踐

胡必珍，范道榮

離散元素法用于大輸送量膠帶機溜槽優化的實踐

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運溜槽中的物料進行模擬，并根據模擬結果對溜槽進行優化，經過工程實踐，取得了顯著的效果。

離散元素法；大輸送量膠帶機溜槽優化

1 離散元素法用于大輸送量膠帶機溜槽優化的原理

離散元素法（DEM）是求解與分析離散系統的運動規律與力學特性的一種新型數值方法。離散元素法仿真產生了大量的中間信息，通過對這些數據信息的進一步分析，可以提取分析出溜槽中物料的數據和參數。其中，有些數據參數可以在物理系統中通過測量得到，而有些數據參數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據或參數突出顯示了離散元素法仿真在設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計或生產過程信息的手段。通過對大輸送量溜槽中的物料進行模擬，根據物料的運行軌跡，適當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化

將溜槽和膠帶機的相關信息加載到離散元素分析的軟件中，該軟件根據物料的容重、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，如有相關問題，對溜槽的設計進行有針對性的調整。

現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，對初步設計的溜槽進行檢驗和優化。該項目溜槽襯板材質均為NM400。

表1 運行條件

2.1 運行條件（表1）

2.2 溜槽優化之前離散元素分析法分析結果

圖1～4為膠帶機1至膠帶機2，溜槽優化之前物料運行狀態模擬。

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，對溜槽側面的沖刷會造成溜槽側面有較大的磨損，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，容易造成膠帶和導料槽的不均勻磨損以及膠帶機的跑偏。

2.3 優化之后利用離散元素分析法分析結果

圖5～7為膠帶機1至膠帶機2，溜槽優化之后物料運行狀態模擬。

圖5 主視圖

圖6 受料膠帶機頭部剖面圖

圖7 左視圖

如優化之后的模擬圖所示，將調節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節擋板，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小；物料加速更好，溜子出口處物料堵塞風險減小。

2.4 優化措施

將擋板的位置往頭輪方向調整，距離頭輪距離1 550mm調整為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 優化前

表2 運行條件

圖9 優化后

3 受料膠帶機磨損狀態模擬

3.1 運行條件（表2）

3.2 磨損情況優化前后對比圖

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重；也增加了轉運點的揚塵風險；物料加速較慢，容易堆積。

圖10 優化前三維視圖模擬

圖11 優化前受料膠帶磨損情況

優化方案：將膠帶機的調節擋板的形狀由一塊平板改為上大下小的槽型，側視圖是一個光滑的曲面；增加勺型溜板。詳見圖12～16。

圖12 優化后三維視圖

圖13 優化后主視圖

圖14 優化后左視圖

圖15 優化后受料膠帶磨損情況

圖16 優化后溜槽

優化后，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向作用，有利于物料的通過。優化后，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，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；b顏色條從下往上，表示不同速度的物料對應的物料顏色，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 結語

水泥廠大輸送量的膠帶機轉運點揚塵大，溜槽極易被磨損。通過離散元素法對膠帶機轉運點之間的物料狀態進行模擬，并根據模擬結果，對溜槽進行有針對性的改進，既能節約生產成本，又能提高設備的運轉率，減輕工人的勞動強度，確保生產的正常進行。■

TQ172.614

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2017-03-20；編輯：趙星環