基于EDEM的取料機(jī)堵料報(bào)警裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

河北港口集團(tuán)港口機(jī)械有限公司

1 引言

斗輪取料機(jī)的堵料問題是制約生產(chǎn)效率的重要原因，除了合理取料、加強(qiáng)監(jiān)護(hù)避免堵料外，設(shè)備應(yīng)該具有完善的堵料報(bào)警功能，以防止出現(xiàn)嚴(yán)重堵料影響生產(chǎn)。在曹妃甸煤炭港務(wù)有限公司所采用的QL6000·55型斗輪取料機(jī)的實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)取塊狀煤種時(shí)，堵料報(bào)警裝置經(jīng)常誤報(bào)警造成停機(jī)，影響作業(yè)效率；當(dāng)取黏煤堵斗時(shí)，堵料報(bào)警裝置常常未能報(bào)警，導(dǎo)致煤一直堵到懸皮機(jī)構(gòu)，給設(shè)備帶來嚴(yán)重的安全隱患，如造成鋼結(jié)構(gòu)變形、料物掩埋尾車滾筒導(dǎo)致火災(zāi)等安全事故，通斗過程長(zhǎng)，造成人力物力的巨大浪費(fèi)，同時(shí)也給設(shè)備帶來極大的負(fù)擔(dān)。

為此，對(duì)取料機(jī)的堵料報(bào)警裝置進(jìn)行改造，分析原堵料報(bào)警裝置誤報(bào)警及不報(bào)警的原因，根據(jù)分析結(jié)果確定改造方向，通過Pro/Engineer進(jìn)行三維建模，并根據(jù)取料機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，一同導(dǎo)入EDEM進(jìn)行仿真分析，找出合適的新位置；然后根據(jù)堵料開關(guān)的特性，通過計(jì)算設(shè)計(jì)出合理的安裝形式，最后利用程序進(jìn)行實(shí)用性檢驗(yàn)，保證取料作業(yè)的安全穩(wěn)定，確保生產(chǎn)順利進(jìn)行。

2 原有堵料報(bào)警裝置的問題分析

原有堵料報(bào)警裝置形式及位置見圖1。原堵料報(bào)警裝置采用水銀傾斜開關(guān)，當(dāng)溜槽堵滿，煤流將堵料開關(guān)頂起，傾斜到一定角度時(shí)進(jìn)行報(bào)警，達(dá)到提醒堵料停機(jī)的功能。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)：①當(dāng)取粒度較大的煤時(shí)，由于煤塊彈跳不規(guī)則，經(jīng)常碰觸堵料開關(guān)，造成誤報(bào)警，即使添加2 s延時(shí)報(bào)警也無法消除誤報(bào)情況；②當(dāng)取粒度較小且濕度較大的煤時(shí)，一旦堵煤，煤流將沿溜槽壁上返，不能進(jìn)入放有堵料開關(guān)的槽內(nèi)，導(dǎo)致水銀開關(guān)傾斜角度不夠，不能報(bào)警；③堵料開關(guān)位于溜槽轉(zhuǎn)角的下方，而黏煤堵料時(shí)往往從轉(zhuǎn)角位置開始堵煤，堵料開關(guān)處并沒有堵料，也就失去了報(bào)警功能。

圖1 原有堵料報(bào)警裝置形式及位置

水銀傾斜開關(guān)在功能上可以實(shí)現(xiàn)堵料報(bào)警功能，考慮節(jié)約成本，可以繼續(xù)使用原開關(guān)。但要使堵料報(bào)警功能準(zhǔn)確可靠，需要從以下2個(gè)方面進(jìn)行改造：①選擇合適的位置，以保證煤流不會(huì)誤碰堵料開關(guān)，造成誤報(bào)警；②合理設(shè)計(jì)堵料開關(guān)的安裝形式，以保證其能達(dá)到報(bào)警角度，切實(shí)報(bào)警停機(jī)。

3 取料機(jī)堵料報(bào)警裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 選擇堵料報(bào)警裝置的位置

通過EDEM仿真找出溜槽不受物料沖擊的位置，首先確定參數(shù)并建模。斗輪取料機(jī)取料后，經(jīng)過轉(zhuǎn)載站分叉溜槽分別向2條對(duì)稱設(shè)置的輸送機(jī)給料[1-2]，系統(tǒng)主要參數(shù)為：

物料：煤，粒度100 mm

靜堆積角：38°～450°

動(dòng)安息角：20°

堆積密度：0.85～0.95 t/m3

懸臂皮帶與地面皮帶夾角：90°

額定輸送量：6 000 t/h

最大輸送能力：6 700 t/h

輸送帶寬度：2 000 mm

帶速：4.8 m/s

2條地面皮帶機(jī)間距:4 000 mm

圖2 模擬100 mm煤塊的粒狀模型

制作顆粒形狀模擬粒度為100 mm的煤，顆粒形狀和填充效果見圖2。轉(zhuǎn)載系統(tǒng)按照取料機(jī)圖紙采用Pro/Engineer進(jìn)行三維建模(見圖3)。

圖3 取料機(jī)轉(zhuǎn)載系統(tǒng)模型

將參數(shù)及模型導(dǎo)入EDEM進(jìn)行仿真分析，物料轉(zhuǎn)載仿真結(jié)果見圖4。

圖4 物料轉(zhuǎn)載仿真結(jié)果

從圖4可以看出，A、B兩處均為物料不會(huì)沖擊到的位置，且都位于溜槽轉(zhuǎn)角之上，可滿足不誤報(bào)且能準(zhǔn)確報(bào)警的條件。考慮到堵料報(bào)警的及時(shí)性和可靠性，同時(shí)選擇A、B兩處安裝堵料開關(guān)，以A處作為一級(jí)堵料信號(hào)，保證報(bào)警的及時(shí)性，B處作為二級(jí)堵料信號(hào)，使一級(jí)堵料信號(hào)失效的情況下仍能報(bào)警，保證其可靠性。

3.2 設(shè)計(jì)堵料開關(guān)的安裝形式

現(xiàn)場(chǎng)所用堵料開關(guān)的型號(hào)為拉姆齊//20-39-25，其報(bào)警角度為15°，因此在設(shè)計(jì)其安裝形式時(shí)，應(yīng)保證在堵料時(shí)堵料開關(guān)的最小傾斜角度大于15°，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)A處安裝形式(見圖5)。

圖5 A處堵料開關(guān)安裝形式及位置

考慮堵料時(shí)煤流不能進(jìn)入堵料開關(guān)槽體內(nèi)的極限情況，堵料開關(guān)會(huì)處于圖中虛線位置，此時(shí)堵料開關(guān)傾斜角度最小，也就是最不易報(bào)警的情況。設(shè)此時(shí)傾斜角度為?=15°,堵料開關(guān)長(zhǎng)度l=210 mm,l1=lsin15°=54.4 mm。設(shè)計(jì)a>l1,即a>54.4 mm,堵料開關(guān)垂入溜槽壁深度b>l1/tan35°=77.7 mm。為使煤流盡量能夠進(jìn)入槽內(nèi)，確保堵料開關(guān)動(dòng)作準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使開口盡可能大，結(jié)合a處溜槽壁尺寸，取a=200 mm,b=114 mm。A處堵料開關(guān)安裝尺寸見圖6。此方案下，堵料開關(guān)的最小傾斜角度為22°，符合設(shè)計(jì)要求。

圖6 A處堵料開關(guān)安裝尺寸

B處位于驅(qū)動(dòng)滾筒正下方，位置開闊，當(dāng)出現(xiàn)堵料時(shí)，可以輕易觸碰堵料開關(guān)，因此將堵料開關(guān)放入即可，但應(yīng)注意其懸垂線應(yīng)盡量短些，否則堵料開關(guān)容易大幅度擺動(dòng)。同時(shí)為了避免有少量煤可能彈起，產(chǎn)生誤碰造成誤報(bào)警，在堵料開關(guān)上方設(shè)計(jì)安裝了傘狀擋板(見圖7)。

圖7 傘狀擋板

4 改造后堵料報(bào)警裝置實(shí)用性檢驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)方案完成1臺(tái)取料機(jī)堵料報(bào)警裝置改造后，對(duì)其實(shí)用性進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)分兩步進(jìn)行：

(1)檢驗(yàn)其是否會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)警。首先從控制程序中將堵料報(bào)警信號(hào)設(shè)置為非停機(jī)故障，防止因設(shè)計(jì)失敗導(dǎo)致經(jīng)常誤報(bào)警影響生產(chǎn)，期間加強(qiáng)作業(yè)監(jiān)護(hù)，然后設(shè)計(jì)程序分別記錄堵料報(bào)警信號(hào)持續(xù)1 s、2 s、2.5 s、4 s的次數(shù)，以檢驗(yàn)其是否會(huì)誤報(bào)警。經(jīng)過為期2周的觀察實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)A處堵料開關(guān)只出現(xiàn)過1次持續(xù)1 s的誤報(bào)警信號(hào)，B處未出現(xiàn)過誤報(bào)警，因此設(shè)計(jì)A處堵料開關(guān)報(bào)警延時(shí)為2 s，B處報(bào)警延時(shí)設(shè)為1 s即可。由此可以得出結(jié)論，改造后的堵料報(bào)警裝置不會(huì)誤報(bào)警。

(2)檢驗(yàn)其是否能夠在堵料時(shí)可靠報(bào)警停機(jī)。在不啟動(dòng)地面皮帶的情況下進(jìn)行取料，即模擬堵料情況。通過實(shí)驗(yàn)，A處堵料開關(guān)順利發(fā)出堵料報(bào)警信號(hào)，設(shè)備停機(jī);接著將A處堵料信號(hào)封點(diǎn)，繼續(xù)取料后，B處堵料開關(guān)也正常報(bào)警停機(jī)，此時(shí)煤未超出漏斗安全容積。由此可以驗(yàn)證，A、B兩級(jí)堵料報(bào)警裝置能夠在堵料的情況下可靠地報(bào)警停機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)取料機(jī)堵料報(bào)警裝置的改造，使取料機(jī)具備了及時(shí)、可靠的堵料報(bào)警功能，避免了因誤報(bào)警影響作業(yè)流程，杜絕了嚴(yán)重堵料的現(xiàn)象，為提高生產(chǎn)作業(yè)效率提供了有力的保證，節(jié)省了大量的人力物力資源，減少了設(shè)備損耗。