离散元素法用于大输送量胶带机溜槽优化的实践

胡必珍，范道荣

离散元素法用于大输送量胶带机溜槽优化的实践

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，范道荣2

本文结合印尼某厂胶带机改造项目，利用离散元素法对大输送量的胶带机转运溜槽中的物料进行模拟，并根据模拟结果对溜槽进行优化，经过工程实践，取得了显著的效果。

离散元素法；大输送量胶带机溜槽优化

1 离散元素法用于大输送量胶带机溜槽优化的原理

离散元素法（DEM）是求解与分析离散系统的运动规律与力学特性的一种新型数值方法。离散元素法仿真产生了大量的中间信息，通过对这些数据信息的进一步分析，可以提取分析出溜槽中物料的数据和参数。其中，有些数据参数可以在物理系统中通过测量得到，而有些数据参数则只能从离散元素法的仿真分析中获得。这些仅能从离散元素法的仿真分析中获得的数据或参数突出显示了离散元素法仿真在设计分析背景中的价值，它提供了物理实验不能提供的洞察设计或生产过程信息的手段。通过对大输送量溜槽中的物料进行模拟，根据物料的运行轨迹，适当增加或改进槽型挡板和靴型溜板，最大限度降低物料的落差和速度，增加物料自身的包裹性，最大限度防堵防磨减少扬尘。

2 运用离散元素分析法对大输送量胶带机溜槽进行优化

将溜槽和胶带机的相关信息加载到离散元素分析的软件中，该软件根据物料的容重、速度、输送量及卸料胶带宽度等综合因素模拟出物料的运行轨迹，根据运行轨迹及物料的速度判断是否会有堵料、扬尘、局部磨损、跑偏等问题，如有相关问题，对溜槽的设计进行有针对性的调整。

现以印尼某厂的胶带机输送项目为例，针对输送量在2 000t/h以上的胶带机溜槽，利用离散元素分析法，对初步设计的溜槽进行检验和优化。该项目溜槽衬板材质均为NM400。

表1 运行条件

2.1 运行条件（表1）

2.2 溜槽优化之前离散元素分析法分析结果

图1～4为胶带机1至胶带机2，溜槽优化之前物料运行状态模拟。

图1 三维视图

图2 主视图

图3 左视图

图4 受料胶带机头部剖面图

如图1和图2所示，胶带机的运行速度较小，物料直接落到受料胶带上，散装物料会增加胶带的磨损，也会使受料胶带上的物料加速困难。随着时间的推移，物料慢慢堆积起来，如果物料没有很快地从溜槽里溜走，很可能会造成堵料。图3物料通过溜槽落到受料胶带机的过程中，对溜槽侧面的冲刷会造成溜槽侧面有较大的磨损，并且这一段溜槽较溜槽其他部分更易磨损。图4中物料偏心落在受料胶带上，容易造成胶带和导料槽的不均匀磨损以及胶带机的跑偏。

2.3 优化之后利用离散元素分析法分析结果

图5～7为胶带机1至胶带机2，溜槽优化之后物料运行状态模拟。

图5 主视图

图6 受料胶带机头部剖面图

图7 左视图

如优化之后的模拟图所示，将调节挡板移至物料的抛物线上，并将槽型罩改良为上大下小型的调节挡板，物料在槽型罩的包裹和巩固下，既减少了物料的扬尘，又使物料落在胶带机2的中心线上，这样可以让胶带的磨损和跑偏问题减小到最小；物料加速更好，溜子出口处物料堵塞风险减小。

2.4 优化措施

将挡板的位置往头轮方向调整，距离头轮距离1 550mm调整为1 200mm；将下部溜槽远离胶带机2尾轮处钢板去掉。详见图8、图9所示。

图8 优化前

表2 运行条件

图9 优化后

3 受料胶带机磨损状态模拟

3.1 运行条件（表2）

3.2 磨损情况优化前后对比图

改进前（图10、图11），胶带机3的运行速度较小，物料近似于垂直下落。物料呈散状落入下一级胶带机，对下一级胶带机的冲击较大，受料胶带机带面的磨损严重；也增加了转运点的扬尘风险；物料加速较慢，容易堆积。

图10 优化前三维视图模拟

图11 优化前受料胶带磨损情况

优化方案：将胶带机的调节挡板的形状由一块平板改为上大下小的槽型，侧视图是一个光滑的曲面；增加勺型溜板。详见图12～16。

图12 优化后三维视图

图13 优化后主视图

图14 优化后左视图

图15 优化后受料胶带磨损情况

图16 优化后溜槽

优化后，曲面槽型罩对物料进行包裹和巩固，对物料有聚拢作用，减少了扬尘；勺型溜板对物料有导向作用，有利于物料的通过。优化后，物料流和受料胶带机运行方向相同，初速度和受料胶带机相当，磨损降到最低；物料流和受料胶带机运行方向相同，有助于物料落在受料胶带的正中心（注：a两个模拟基于相同的磨损指数；b颜色条从下往上，表示不同速度的物料对应的物料颜色，物料速度越大，颜色越红，对溜槽和带式输送机的磨损也越大）。

4 结语

水泥厂大输送量的胶带机转运点扬尘大，溜槽极易被磨损。通过离散元素法对胶带机转运点之间的物料状态进行模拟，并根据模拟结果，对溜槽进行有针对性的改进，既能节约生产成本，又能提高设备的运转率，减轻工人的劳动强度，确保生产的正常进行。■

TQ172.614

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2017-03-20；编辑：赵星环