一種基于離散單元法的空間轉(zhuǎn)載卸料溜管設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于卸料溜管技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于離散單元法的空間轉(zhuǎn)載卸料溜管設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在冶金、煤炭、建材、采礦、化工等工業(yè)領(lǐng)域中，每年都要輸送、處理大宗的物料，在輸送過程中物料的轉(zhuǎn)載是必不可少的一個環(huán)節(jié)。隨著物料處理量的逐年增大，物料轉(zhuǎn)載方面的設(shè)計問題日益突出，這方面的研究也得到了廣泛的關(guān)注。
[0003]轉(zhuǎn)載系統(tǒng)主要是由上級卸料設(shè)備、溜管和下級受料設(shè)備三部分組成。轉(zhuǎn)載系統(tǒng)的主要功能是使上級卸料設(shè)備的物料通過溜管集中卸載在下級受料設(shè)備的中央部分，形成穩(wěn)定的料流形狀，防止皮帶機(jī)跑偏，防止下落的物料灑落到地面上，以免浪費資源，污染環(huán)境。
[0004]溜管在轉(zhuǎn)載過程中起著引導(dǎo)物料流向的作用，在傳統(tǒng)的溜管設(shè)計過程中，由于對各種影響因素考慮不周，容易造成轉(zhuǎn)載溜管在應(yīng)用的過程中物料堵塞、溜管灑料、溜管磨損嚴(yán)重、噪聲大、粉塵大、破碎率高、受料輸送帶磨損、托輥損壞嚴(yán)重等故障，既影響了企業(yè)的正常生產(chǎn)，又增加了不必要的生產(chǎn)成本。因此，有必要對溜管的設(shè)計進(jìn)行分析，并加以改進(jìn)。
[0005]溜管的設(shè)計方法主要有物理模型法和工程經(jīng)驗法等。第一種方法需要構(gòu)建相應(yīng)比例的實體模型，采用相似性質(zhì)的物料進(jìn)行實物模擬，操作起來比較直觀但是過程繁瑣，費用高，周期長，無法大規(guī)模使用。第二種方法主要是依靠設(shè)計人員在以往工程實際中積累的經(jīng)驗，需要設(shè)計人員有較強(qiáng)的綜合素質(zhì)及設(shè)計經(jīng)驗，對設(shè)計人員的要求較高，設(shè)計結(jié)果因設(shè)計人員的不同往往會產(chǎn)生較大的差異。以上兩種方法對于一般工況下的溜管設(shè)計尚能應(yīng)付，但是對于大運(yùn)量、高落差、物料特性較為復(fù)雜(諸如含水率過高、磨蝕性大、脆性大、易破碎等)、溜管形狀為空間異型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜工況，上述方法無法滿足設(shè)計要求，往往會造成物料堵塞、溜管灑料、溜管磨損嚴(yán)重、噪聲大、粉塵大、破碎率高、受料輸送帶磨損、托輥損壞嚴(yán)重等故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種基于離散單元法的空間轉(zhuǎn)載卸料溜管設(shè)計方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的問題。
[0007]本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種基于離散單元法的空間轉(zhuǎn)載卸料溜管設(shè)計方法，所述空間轉(zhuǎn)載卸料溜管由各段離散單元構(gòu)成，所述離散單元包括與上級卸料設(shè)備相連接的過渡段、自由下落段、凸弧段、凹弧段以及和下級受料設(shè)備相連接的承接段，所述方法包括以下步驟:
[0008]通過三維軟件構(gòu)建所述各段離散單元的三維模型，并將所述三維模型導(dǎo)入離散元模型軟件Η)ΕΜ ;創(chuàng)建所述卸料溜管所要輸送物料的顆粒模型，并將所述物料的顆粒模型導(dǎo)入所述EDEM ;確定仿真參數(shù)，所述仿真參數(shù)包括上級卸料設(shè)備、下級受料設(shè)備的運(yùn)行速度和輸送的顆粒量；所述仿真參數(shù)包括顆粒和離散單元自身材料屬性，以及兩者間的接觸屬性；完成仿真，并輸出仿真結(jié)果。
[0009]優(yōu)選的，所述創(chuàng)建所述卸料溜管所要輸送的顆粒模型，具體包括:搜集物料的形狀特性，并根據(jù)各形狀特性創(chuàng)建物料的顆粒模型。
[0010]優(yōu)選的，所述仿真參數(shù)還包括:物料的粒度分布和物料的含水率。
[0011]優(yōu)選的，所述完成仿真具體包括:確定仿真步長，具體的:通過計算顆粒運(yùn)動的劇烈程度來選取相應(yīng)的仿真時間步長，從而保證顆粒系統(tǒng)迭代計算的穩(wěn)定性。
[0012]優(yōu)選的，所述完成仿真，并輸出仿真結(jié)果，具體包括:仿真物料在溜管內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)，得出物料是否會發(fā)生堵料、積料的結(jié)論。
[0013]優(yōu)選的，仿真物料在溜管內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)，具體包括:仿真物料顆粒集合內(nèi)部的行為，分析由空間轉(zhuǎn)載卸料溜管、物料組成的系統(tǒng)中各組成成分間碰撞的強(qiáng)度、頻率和分布，每個物料顆粒的速度和位置，以及顆粒碰撞、磨損、聚合和松解相關(guān)的能量，得出物料是否會發(fā)生堵料、積料的結(jié)論。
[0014]優(yōu)選的，所述完成仿真，并輸出仿真結(jié)果，具體包括:仿真得出作用于設(shè)定的邊界面上的法向力、切向力以及總的作用力；以所述法向力、切向力和總的作用力，來確定溜管上各部位受沖擊的程度，并預(yù)測溜管的使用壽命。
[0015]優(yōu)選的，所述仿真得出作用于設(shè)定的邊界面上的法向力、切向力以及總的作用力后，還包括:分析下落物料與輸送帶間的法向與切向的總力、最大力和平均力，并計算物料在受料帶式輸送機(jī)上是否會發(fā)生跑偏。
[0016]優(yōu)選的，所述完成仿真，并輸出仿真結(jié)果中，若仿真結(jié)果不合格，其中，仿真結(jié)果不合格包括預(yù)期的使用壽命小于預(yù)設(shè)閾值、物料落到下級受料設(shè)備的作用力，則所述方法還包括:通過調(diào)整所述各段離散單元的數(shù)量和銜接角度，來實現(xiàn)物料在邊界面上的法向力、切向力以及總的作用力的動態(tài)調(diào)整。
[0017]優(yōu)選的，所述完成仿真，并輸出仿真結(jié)果，還包括:對于仿真過程中計算得出工作可能發(fā)生危險部位做出預(yù)警提示。
[0018]本發(fā)明實施例提供的一種基于離散單元法的空間轉(zhuǎn)載卸料溜管設(shè)計方法的有益效果包括:本發(fā)明實施例將離散單元法引入到空間轉(zhuǎn)載溜管的設(shè)計過程中，能夠準(zhǔn)確擬合出料流在溜管內(nèi)的運(yùn)動軌跡，計算溜管各個部分的受力變化；根據(jù)物料在溜管內(nèi)轉(zhuǎn)載過程仿真數(shù)據(jù)的對比，可分析出溜管各部件的受力變化情況，找出受物料沖擊、振動等載荷最大的部分，該部分即是可能引起溜管工作失效的危險部位；針對危險部位可有針對性的做出應(yīng)對措施；根據(jù)料流軌跡，可改進(jìn)溜管的幾何形狀和空間布置形式；對比改進(jìn)前后溜管相關(guān)部件的受力變化，可驗證改進(jìn)方法是正確的。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1是本發(fā)明實施例提供的一種基于離散單元法的空間轉(zhuǎn)載卸料溜管設(shè)計方法的流程圖；
[0021]圖2是本發(fā)明實施例提供的空間轉(zhuǎn)載卸料溜管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實施例提供的空間轉(zhuǎn)載卸料溜管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]I—上級卸料設(shè)備相連接的過渡段、2—自由下落段、3—凸弧段、4—凹弧段、5—下級受料設(shè)備相連接的承接段。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]為了說明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過具體實施例來進(jìn)行說明。
[0026]將離散單元法引入到空間卸料溜管的設(shè)計過程中。離散單元法的思想最早源于分子動力學(xué)，最早應(yīng)用于巖土力學(xué)。經(jīng)過若干年的發(fā)展，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，模擬和解決了一系列的工程實際問題。本發(fā)明就是利用離散單元法原理，對被輸送的物料以及空氣二相流的狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)分析，研究物料顆粒間的彈性、黏性、塑性、形變等級、滑動、膨脹和流動性，采用三維動態(tài)模擬分析軟件(Engineering Discrete Element Method，EDEM)分析技術(shù)，分析物料的下落過程，設(shè)計出新型的空間轉(zhuǎn)載卸料溜管。
[0027]EDEM軟件可以細(xì)致的模擬和分析顆粒行為，并為顆粒、流體和機(jī)械力學(xué)的結(jié)合提供一個平臺。Η)ΕΜ是用現(xiàn)代化離散元模型來模擬和分析顆粒系統(tǒng)處理和生產(chǎn)操作的通用CAE軟件，它的模擬結(jié)果能夠提供很多有價值的數(shù)據(jù):它能分析與機(jī)器表面相互作用的顆粒集合內(nèi)部的行為，分析系統(tǒng)組成成分間碰撞的強(qiáng)度、頻率和分布，每個顆粒的速度和位置以及和一個顆粒集合中顆粒碰撞、磨損、聚合和松解相關(guān)的能量和亞顆粒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完整性和力鏈。利用Η)ΕΜ后處理工具，可以確定顆粒的系統(tǒng)行為，從而修改模型以更好的進(jìn)行模擬和向所希望的解迭代。Η)ΕΜ是顆粒系統(tǒng)仿真軟件。它可以為固體顆粒系統(tǒng)建立參數(shù)化的模型，通過導(dǎo)入真實顆粒的計算機(jī)輔助設(shè)計(Computer Aided Des ign，CAD)模型來準(zhǔn)確描述顆粒的形狀，通過添加力學(xué)性質(zhì)、物料性質(zhì)和其它物理性質(zhì)來建立顆粒模型，并且在模擬過程中把生成的數(shù)據(jù)儲存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。
[0028]采用離散單元法設(shè)計空間轉(zhuǎn)載卸料溜管的一般方法是:根據(jù)離散單元法的原理建立物料的顆粒與顆粒、物料顆粒與溜管邊界的接觸模型及接觸判斷方法，同時利用赫茲接觸理論建立接觸力學(xué)模型；根據(jù)實際工況，通過計算分析，建立溜管的幾何模型，通過EDEM軟件仿真物料在轉(zhuǎn)載過程中的運(yùn)動軌跡，分析物料對溜管相應(yīng)各個部分的動力學(xué)影響，通過分析結(jié)果，改進(jìn)溜管的設(shè)計形狀和空間布置形式，以減少物料對溜管各部件的沖擊、振動，增加溜管的使用壽命，同時減少物料破碎，降低噪聲和減少粉塵；此外，溜管作為一個物料的過渡性轉(zhuǎn)載裝置，它的設(shè)計好壞直接影響受料裝置的工作能力；轉(zhuǎn)載過程中的離散元仿真數(shù)據(jù)結(jié)果能為受料裝置選取