基于EDEM的取料机堵料报警装置优化设计

河北港口集团港口机械有限公司

1 引言

斗轮取料机的堵料问题是制约生产效率的重要原因，除了合理取料、加强监护避免堵料外，设备应该具有完善的堵料报警功能，以防止出现严重堵料影响生产。在曹妃甸煤炭港务有限公司所采用的QL6000·55型斗轮取料机的实际使用过程中发现，当取块状煤种时，堵料报警装置经常误报警造成停机，影响作业效率；当取黏煤堵斗时，堵料报警装置常常未能报警，导致煤一直堵到悬皮机构，给设备带来严重的安全隐患，如造成钢结构变形、料物掩埋尾车滚筒导致火灾等安全事故，通斗过程长，造成人力物力的巨大浪费，同时也给设备带来极大的负担。

为此，对取料机的堵料报警装置进行改造，分析原堵料报警装置误报警及不报警的原因，根据分析结果确定改造方向，通过Pro/Engineer进行三维建模，并根据取料机设计参数，一同导入EDEM进行仿真分析，找出合适的新位置；然后根据堵料开关的特性，通过计算设计出合理的安装形式，最后利用程序进行实用性检验，保证取料作业的安全稳定，确保生产顺利进行。

2 原有堵料报警装置的问题分析

原有堵料报警装置形式及位置见图1。原堵料报警装置采用水银倾斜开关，当溜槽堵满，煤流将堵料开关顶起，倾斜到一定角度时进行报警，达到提醒堵料停机的功能。但在实际生产过程中发现：①当取粒度较大的煤时，由于煤块弹跳不规则，经常碰触堵料开关，造成误报警，即使添加2 s延时报警也无法消除误报情况；②当取粒度较小且湿度较大的煤时，一旦堵煤，煤流将沿溜槽壁上返，不能进入放有堵料开关的槽内，导致水银开关倾斜角度不够，不能报警；③堵料开关位于溜槽转角的下方，而黏煤堵料时往往从转角位置开始堵煤，堵料开关处并没有堵料，也就失去了报警功能。

图1 原有堵料报警装置形式及位置

水银倾斜开关在功能上可以实现堵料报警功能，考虑节约成本，可以继续使用原开关。但要使堵料报警功能准确可靠，需要从以下2个方面进行改造：①选择合适的位置，以保证煤流不会误碰堵料开关，造成误报警；②合理设计堵料开关的安装形式，以保证其能达到报警角度，切实报警停机。

3 取料机堵料报警装置优化设计

3.1 选择堵料报警装置的位置

通过EDEM仿真找出溜槽不受物料冲击的位置，首先确定参数并建模。斗轮取料机取料后，经过转载站分叉溜槽分别向2条对称设置的输送机给料[1-2]，系统主要参数为：

物料：煤，粒度100 mm

静堆积角：38°～450°

动安息角：20°

堆积密度：0.85～0.95 t/m3

悬臂皮带与地面皮带夹角：90°

额定输送量：6 000 t/h

最大输送能力：6 700 t/h

输送带宽度：2 000 mm

带速：4.8 m/s

2条地面皮带机间距:4 000 mm

图2 模拟100 mm煤块的粒状模型

制作颗粒形状模拟粒度为100 mm的煤，颗粒形状和填充效果见图2。转载系统按照取料机图纸采用Pro/Engineer进行三维建模(见图3)。

图3 取料机转载系统模型

将参数及模型导入EDEM进行仿真分析，物料转载仿真结果见图4。

图4 物料转载仿真结果

从图4可以看出，A、B两处均为物料不会冲击到的位置，且都位于溜槽转角之上，可满足不误报且能准确报警的条件。考虑到堵料报警的及时性和可靠性，同时选择A、B两处安装堵料开关，以A处作为一级堵料信号，保证报警的及时性，B处作为二级堵料信号，使一级堵料信号失效的情况下仍能报警，保证其可靠性。

3.2 设计堵料开关的安装形式

现场所用堵料开关的型号为拉姆齐//20-39-25，其报警角度为15°，因此在设计其安装形式时，应保证在堵料时堵料开关的最小倾斜角度大于15°，以此为依据设计A处安装形式(见图5)。

图5 A处堵料开关安装形式及位置

考虑堵料时煤流不能进入堵料开关槽体内的极限情况，堵料开关会处于图中虚线位置，此时堵料开关倾斜角度最小，也就是最不易报警的情况。设此时倾斜角度为∂=15°,堵料开关长度l=210 mm,l1=lsin15°=54.4 mm。设计a>l1,即a>54.4 mm,堵料开关垂入溜槽壁深度b>l1/tan35°=77.7 mm。为使煤流尽量能够进入槽内，确保堵料开关动作准确，设计时应使开口尽可能大，结合a处溜槽壁尺寸，取a=200 mm,b=114 mm。A处堵料开关安装尺寸见图6。此方案下，堵料开关的最小倾斜角度为22°，符合设计要求。

图6 A处堵料开关安装尺寸

B处位于驱动滚筒正下方，位置开阔，当出现堵料时，可以轻易触碰堵料开关，因此将堵料开关放入即可，但应注意其悬垂线应尽量短些，否则堵料开关容易大幅度摆动。同时为了避免有少量煤可能弹起，产生误碰造成误报警，在堵料开关上方设计安装了伞状挡板(见图7)。

图7 伞状挡板

4 改造后堵料报警装置实用性检验

根据设计方案完成1台取料机堵料报警装置改造后，对其实用性进行了检验，检验分两步进行：

(1)检验其是否会出现误报警。首先从控制程序中将堵料报警信号设置为非停机故障，防止因设计失败导致经常误报警影响生产，期间加强作业监护，然后设计程序分别记录堵料报警信号持续1 s、2 s、2.5 s、4 s的次数，以检验其是否会误报警。经过为期2周的观察实验，发现A处堵料开关只出现过1次持续1 s的误报警信号，B处未出现过误报警，因此设计A处堵料开关报警延时为2 s，B处报警延时设为1 s即可。由此可以得出结论，改造后的堵料报警装置不会误报警。

(2)检验其是否能够在堵料时可靠报警停机。在不启动地面皮带的情况下进行取料，即模拟堵料情况。通过实验，A处堵料开关顺利发出堵料报警信号，设备停机;接着将A处堵料信号封点，继续取料后，B处堵料开关也正常报警停机，此时煤未超出漏斗安全容积。由此可以验证，A、B两级堵料报警装置能够在堵料的情况下可靠地报警停机。

5 结语

通过对取料机堵料报警装置的改造，使取料机具备了及时、可靠的堵料报警功能，避免了因误报警影响作业流程，杜绝了严重堵料的现象，为提高生产作业效率提供了有力的保证，节省了大量的人力物力资源，减少了设备损耗。