3D仿真曲線受料靴設計及結構要點

劉 艷，廖 嵐，賀小飛，王兆凱

(衡陽運輸機械有限公司，湖南 衡陽 421002)

1 概述

帶式輸送機物料通過受料靴系統向下級轉載，落料轉載常存在著以下問題：①對落料管壁沖擊磨損嚴重，襯板壽命短，需不定期更換且更換困難；②易發生堵料現象；③落料歸中難以調節，引起輸送機跑偏；④揚塵泄漏嚴重，污染環境；⑤對下游輸送帶沖擊大，易損壞輸送帶及受料設備；⑥噪聲大。

3D仿真曲線受料靴系統通過模擬物料的落料軌跡設計布置落料管，能較好的解決上述問題，達到理想的轉載效果。

2 3D仿真曲線受料靴的設計原理

3D仿真曲線受料靴基于離散元分析方法，利用Solidworks三維設計和建模技術，借助先進的顆粒學仿真技術對散狀物流輸送過程中顆粒體系的行為特征進行真實的模擬分析，對落料系統進行設計、測試和優化。

整個系統采用3D計算機模型計算，確定其幾何結構，盡量減小沖擊的角度和力量，以盡可能保持動量平衡。3D仿真曲線受料靴的布置設計過程將經過三步完成： 第一步：測試輸送物料的特性和有關帶式輸送機和結構材料的動力學及流體力學參數，以確定物料特征及其在物料輸送系統中的性能，在定義好各種帶式輸送機和物料參數之后確定物料卸載后的軌道；第二步：利用3D軟件將轉載系統三維圖形再現，分析包括排出的空氣、引入的空氣和所產生的空氣，在設計階段進行模擬運行使得結構設計能夠達到最佳效果；第三步：最終確定設備選型及布置設計。

3 3D仿真曲線受料靴的結構及性能

3D仿真曲線愛料靴主要由柔性捕捉集料裝置、氣壓平衡風管、柔性曲線導流管、集束導向出料裝置、導向分流器、耐磨內襯系統等組成。

3.1 柔性捕捉集料裝置

按料流速度設計拋物線方向，以最小沖擊角度柔性捕獲并收集所有物料，匯集并改變方向，使所有物料按設計確定的方向以均勻的流體方式在集流器出口卸出。柔性捕捉集料裝置設計有效解決帶式輸送機頭部揚塵問題。柔性捕捉集料裝置根據卸載點工況要求設計制作，殼板厚度取10 mm。柔性捕捉集料裝置減輕頭部揚塵60%以上。

3.2 氣壓平衡風管

連接密封槽內正壓區與曲線溜管內負壓區，平衡氣壓差，減小粉塵的排放。

3.3 柔性曲線導流管

柔性曲線導流管針對各轉運點的運行工況，采用模塊化設計，并通過計算機3D模型模擬及驗證物料流動，了解輸送物料顆粒和顆粒之間以及顆粒和轉運槽壁之間的相互作用情況，以此確定各柔性曲線導流管的幾何結構，盡量減小沖擊的角度和力量，以盡可能保持動量平衡。柔性曲線導流管需改變物料3個方向的流動方向與速度，以規則的、恒定的方式將物料流卸載至下一個轉運部件，殼板厚度取10 mm。

3.4 集束導向出料裝置

在物料出料處集束導向出料裝置重新改變物料流動的方向，保證以最接近皮帶速度大小和方向以最小的沖擊卸載物料，殼板厚度取10 mm。集束導向出料裝置設計有效降低集束導向出料裝置出口處物料沿受料輸送機運行速度，物料出口初速度在1.5～1.8 m/s范圍內，幾乎與膠帶速度相等，減少受料輸送機的輸送帶磨損。

3.5 耐磨內襯系統

根據物料粒度、運行速度選擇最適合的耐磨內襯，耐磨內襯采用碳化鉻材料，確保系統10年內免維護運行。柔性捕捉集料裝置、柔性曲線導流管、集束導向出料裝置、抑塵除塵承載裝置、襯板厚度取14 mm。

另3D仿真曲線受料靴應與抑塵除塵承載裝置配套使用，抑塵除塵承載裝置基本要求如下： 每個轉運點的物料承載裝置長度標準配置不少于5倍帶寬； 落料點處承載裝置下方設置緩沖裝置； 承載裝置需對膠帶非承料面兩邊進行滑板式支撐，保證帶面不會在物料沖擊或重力作用下出現下凹導致漏風漏料； 承載裝置密封機體內設置擾流裝置，使密封機體內氣流竟可能紊亂；在承載裝置內部兩側設置正裙邊系統，裙邊橡膠安裝角度與皮帶相切，以彌補皮帶在托管間形成的少量下沉，確保安全密封； 裙邊橡膠采用耐磨橡膠和聚氨酯復合材料，主體采用耐磨橡膠，與膠帶機接觸部分采用聚氨酯材料，以減少裙邊對膠帶面的摩擦阻力； 下部應采用配套的帶托板密封的托輥組，托板和防溢裙板將膠帶夾在中間，以提高密封等級，確保密封效果；

4 3D仿真曲線受料靴設計實例

馬來西亞馬中關丹產業園建設350萬t鋼鐵項目，頭部卸料均采用3D仿真曲線受料靴(圖1)。詳細技術參數如下：帶寬：1200 mm；帶速：1.6 m/s；物料粒度：0～200 mm；輸送能力：300 t/h；落料高差：4.9 m。

5 3D仿真曲線受料靴產品實物

圖2為生產車間組裝馬來西亞馬中關丹產業園建設350萬t鋼鐵項目，頭部3D仿真曲線受料靴。

6 結語

隨著帶式輸送機大宗物料輸送的快速發展。以及國家對綠色產業環保要求的大力提倡和嚴格控制，帶式輸送機轉載系統采用3D仿真設計是必然的趨勢。3D仿真曲線受料靴系統具有巨大的市場前景和良好的社會經濟價值。