基于 EDEM对散状物料转载系统优化设计的分析Word文件下载.docx
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稳定。
关键词:
EDEM;
曲线溜槽;
物料转载
1转载点传统溜槽设计与3-DEM曲线溜槽设计的区分
在散料输送与装卸系统中,转载点溜槽系统是整个系统的咽喉,
转载点溜槽系统设计的好坏严重影响着整个系统的输送效率和运行
安全。
现有的转载点溜槽系统通常利用“料磨料”的设计思路,溜
槽普遍采用直线型结构,截面形状一般为矩形截面,溜槽出口距离
皮带底部较高,出口宽度也比较大,其具有制作简单、方便安装以
及造价低等优点,但却不能很好地控制物料流动,在实际复杂工况
作业下,造成物料堵塞、落料点不正引起的偏载跑偏、撒料严重、
对胶带冲击大、粉尘浓度高、溜槽磨损严重等一系列问题,不仅影
响了正常的工业生产、增加了生产成本,同时也影响了设备的安全
运行。
如图1为转载点采用传统溜槽实际运行时存在的常见缺陷。
图1转载点传统溜槽常见缺陷
3-DEM曲线溜槽技术基于离散元方法,采用SolidWorks三维立
体设计建模技术,借助于先进的颗粒学仿真软件,对散状物料输送
过程中颗粒体系的行为特征进行较真实的模拟,从而协助设计人员
对散状物料处理设备进行设计、测试和优化。
3-DEM曲线溜槽机头
部位设计有弧形导流装置,使料流以较小的冲击角度(理论切入角
小于30°
)与导流挡板渐变接触,以减小料流对挡板的冲击;
溜槽
本体采用弧形流线型结构,截面形状多为“U”形或圆形截面;
出
口采用向前扩容变截面的匙形结构,并深入导料槽内部,距离皮带
底部350左右。
3-DEM曲线溜槽通过汇集物料,实现不规律散状物
料的可控化,从而防止溜槽堵塞、减小冲击、抑制诱导风、降低粉
尘浓度等。
如图2为转载点3-DEM溜槽实际运行时效果。
图2转载点3-DEM溜槽实际运行时效果
2、三维设计、建模与仿真
采用SolidWorks三维立体设计和建模技术分别建立转载点传统
溜槽和3-DEM曲线溜槽的三维模型,并利用EDEM分别做相对应
仿真分析,模拟分析物料在两种不同溜槽系统内的运动情况。
2.1、基于SolidWorks的三维立体建模
以T3转载点溜槽布置CAD图纸为基础,通过对传统设计可能
存在缺陷的分析,我们不难看出该转载点主要存在以下几个问题:
1、皮带机头部漏斗采用“料磨料”设计,物料先在漏斗后部台
阶处堆积一定量后再下落,该设计方案虽然减缓了漏斗的磨损,但
当物料含水量超标时,物料易在此处堆积、粘接成块,进而造成头
部漏斗的堵料现象,同时粘接在一起的大量物料容易形成突然垮塌
现象,垮塌后粘接在一起的物料瞬间进入溜槽内部,容易造成溜槽
的堵塞,也容易因为胶带瞬间输送量超载而出现撒料现象;
当物料
过于干燥时,物料之间的撞击又会产生大量的粉尘,污染转载点周
围环境;
2、物料由BH2-1——BH2-2或BH3-1——BH3-2输送时为平行
转运,但由于受空间布局限制,该处溜槽与皮带中线存在1000mm
的偏移,物料下落到下级皮带时必然会造成下级皮带因落料点不正
而产生跑偏现象;
3、出口管底部采用折线结构,过渡不平滑,容易在拐角处产
生积料现象。
综上所述,我们提出相应的优化解决方案(详见CAD图纸),
主要包括以下几个方面:
1、头部根据物料抛料轨迹设计安装弧形头部集流导流装置,
以避免漏斗的堵料现象,同时抑制诱导风,降低粉尘;
2、将原有正三通结构更改为非标的Y形三通,使该处落料点
对中下级皮带,避免皮带重载跑偏;
3、溜槽采用3-DEM曲线溜槽结构,过渡平滑,保证物料汇集,
避免溜槽积料现象。
基于以上两种不同的设计方案,采用SolidWorks三维软件设计
分别建立溜槽系统的三维立体模型,如图3所示。
图3转载点传统溜槽与3-DEM溜槽三维立体模型图
2.2、基于EDEM的仿真分析
2.2.1EDEM简介
颗粒力学仿真专家EDEM是由英国DEMSolutions公司开发的
世界上第一款基于高级离散元方法的通用仿真分析软件,它可以细
致地模拟和分析颗粒行为,并为颗粒、流体和机械力学的结合提供
了一个平台。
它可以为固体颗粒系统建立参数化模型,通过导入真
实颗粒的CAD模型来准确描述颗粒的形状,通过添加力学性质、物
料属性和其他物料参数来建立颗粒模型,并且在模拟过程中把生成
的数据存储到相应的数据库中。
EDEM软件主要由前处理器(EDEMCreator)、求解器
(EDEMSimulator)和后处理工具(EDEMAnalyst)三大功能模块
组成,如图4为EDEM软件功能模块框架及颗粒模型示意图。
图4EDEM软件功能模块框架及颗粒模型示意图
2.2.2、EDEM仿真分析
本文所有仿真所采用的物理模型包括2种类型:
1、颗粒与颗粒
之间相互作用的模型;
2、颗粒与几何体之间相互作用的模型。
其中
前者包括传统的动力模型Hertz-Mindlin(noslip)和研究含水物料相
互之间作用力的黏结模型LinearCohesion,后者包括传统的动力模型
Hertz-Mindlin(noslip)、输送带传动模型Movingplane和研究含水物
料与几何体之间作用力的黏结模型LinearCohesion。
该项目的基本参数为:
物料:
煤;
带宽:
2000mm;
带速:
4.8m/s;
设计运量:
6480t/h。
物料颗粒形状按两种几何外形填充,一种由2半径均为40mm
的球体填充;
另一种由1个半径为40mm和2个半径为80mm的球
体填,充填充效果如图5。
图6、图7为EDEM仿真计算后的截图,
从图中可以初步看出,传统设计的溜槽头部集料严重,BC2/3-2皮
带料点不正(皮带两侧单位长度内物料质量不同),尾部物料长期停
留,易形成撒料,折线出口管底部拐角处有少量集料;
优化后的3-
DEM曲线溜槽,物料流动比较顺畅,落料点对中(皮带两侧单位长
度内物料质量基本相同)。
图5颗粒形状及填充效果图
图6传统溜槽EDEM仿真分析截图
图7优化后的曲线溜槽EDEM仿真分析截图
物料颗粒是通过EDEM软件内置的颗粒工厂随机生成的,为了
保证计算结果的准确性,在进行仿真前需要确认仿真过程的参数应
与实际相符,因而对物料的安歇角、皮带输送量和带速等进行了测
试。
图8为测试物料不同含水量时物料的堆积角(通过标定物料之间不
同的静摩擦系数、滚动摩擦系数、碰撞回复系数、表面能来获取适
合的物料参数),本文选取了堆积角约为38度时的标定参数(即图
中下排第1张图)作为仿真参数;
图9为测试输送带上物料的速度,从图中可以看出,物料的运行速
度在输送带的作用下稳定在4.8m/s,符合实际工况的要求;
图10为测试皮带单位长度(1米)范围内物料的质量,可见所测质
量在373kg/m附近波动,根据输送量为6480t/h,带速为4.8m/s,可
以推算出皮带单位长度范围内物料质量为375kg/m,符合实际运量
的要求。
图8物料含水量参数标定
图9带速
图10单位长度皮带物料质量
前面已经分析过BC2/3-2皮带料点传统设计存在落料点不正的情
况,为了更加准确、直观的了解物料在受料皮带上的分布情况,将
受料皮带上的物料按皮带中心线分成两部分,如图11。
分别统计各
部分的物料质量并进行对比分析,如图12为传统设计BC2/3-2皮带
两侧物料质量变化情况,皮带右侧物料基本在150kg/m左右,左侧
物料基本在220kg/m左右;
如图13为优化后的设计,可见皮带两侧
的物料质量基本相同,均稳定在190kg/m左右。
图11受料皮带单位长度两侧物料质量
图12传统溜槽BC2/3-2皮带两侧物料质量变化折线图
图13曲线溜槽BC2/3-2皮带两侧物料质量变化折线图
3、结论
1、EDEM仿真软件能够较真实地模拟物料在实际工况条件下的运
动特征,可以准确地得到物料的分布状态、运行速度、对皮带的冲
击力等数据信息,可用于优化转载点的结构设计;
2、比较分析了传统溜槽与曲线溜槽的不同运行效果,可以得出优
化后的曲线溜槽明显优于传统的直线溜槽,避免了堵料、撒料、皮
带跑偏等转载点常见问题。