基于EDEM的气垫机中间卸料装置设计.pdf

第 卷第 期太原科技大学学报 年 月 文章编号：（）收稿日期：基金项目：山西省高等学校教学改革创新项目（）；山西省高等学校优秀成果奖（科学技术）培育项目（）作者简介：郝志杰（），男，硕士研究生，主要研究方向为起重运输机械；通信作者：姚艳萍副教授，：基于 的气垫机中间卸料装置设计郝志杰，姚艳萍，徐成祥（太原科技大学 机械工程学院，太原 ）摘要：针对传统气垫带式输送机中间卸料时，每次都需要把输送带通过托辊展平然后卸料等问题，通过设计卸料铲的结构，可以实现在不断开气垫机气室的情况下在气垫机上直接卸料，将弧形卸料铲的铲头与清扫板设计成与气垫带式输送机盘槽结构相一致，可以实现在不断开气室的情况下在气垫机气室内直接进行卸料。通过三维软件 进行建模，然后采用离散元 软件对卸料的过程进行仿真分析，对比单侧卸料和双侧卸料的特点选择较好的卸料方式，且比较气垫带式输送机输送带卸料前后压力变化。关键词：气垫带式输送机；中间卸料；设计；仿真中图分类号：文献标识码：随着采矿技术的飞速发展，气垫带式输送机广泛应用于港口、电力、化工等行业，气垫带式输送机在运送物料的过程中往往需要多点卸料，就目前而言，国内的气垫机卸料方式大多数采用卸料小车和犁式卸料器。卸料小车的工作原理为卸料车与带式输送机串联，根据不同物料的堆积角度，将物料随卸料车的角度提升到一定高度，然后从一个卸料台卸料侧、两侧或从中间通过三通卸料，方向和流量由每路闸阀（或瓣阀）控制。传送带通过前后滚轮重新定向，使其回到前面。卸料小车可以在带式输送机的轨道上来回移动，从而实现多点卸料。犁式卸料器的工作原理大多数为将推杆收缩回来，然后拉动卸料犁头升起，且卸料犁头和副犁柄同时工作将托辊架放下，托辊的高度正好和输送机正常段中托辊处在同一高度，然后调角度托辊受压成槽形状，与输送机的正常段槽角一样，胶带正常工作。推杆伸出，放下卸料犁头，卸料犁头的副犁柄同时工作拉起托辊架。托辊高度达到输送机理论高度，胶带和调角度托辊同时展平，卸料犁头与胶带接触，输送机完成卸料 。目前国内焦作科瑞森重装股份有限公司采用 离散元理论对传统犁式卸料器的卸料过程进行了仿真和分析，确定了传统犁式卸料器犁头结构形式，犁头和胶带之间的夹角 较为合适，同时改进了传统犁料器犁头设计，有利于环保；山西长平煤业有限责任公司通过 仿真分析，得到了传统犁式卸料器的导向板的夹角设置为 时具有最佳的工作性能和最优的经济性。然上述卸料方式每次都需要通过托辊组将皮带展平然后卸料，加大了繁琐程度，也降低了经济效益。因此本文的重点是将卸料铲铲头设计成与气垫机气室盘槽形状一样，在不断开气室的情况下进行卸料，通过 软件三维建模和 离散元软件分析并设计进行校核，然后在实际工程中得以运用。卸料铲结构及原理分析卸料铲主要由弧形耐磨衬板、清扫板、钢板、支架、长螺栓等组成，见图，弧形耐磨板的形状见图 图 卸料铲结构 图 弧形耐磨板形状 卸料情况：打开控制电机的开关，电机转动带动带动驱动轴开始转动，此时连杆以驱动轴为圆心开始逆时针旋转，连杆带动铲体支架转动，而此时连杆运动带动另一个连杆也逆时针转动，从而将卸料铲放下，铲头刚好轻轻接触输送带；关闭控制电机的开关，电机停止转动，铲体停止在该处，物料由进料口向卸料口运动的过程中碰撞上弧形耐磨板后从铲体两侧排出；同时还有少许未由铲体卸干净的少数物料，由于清扫板比耐磨衬板低，所以当铲体压在输送带上时，清扫版上的压簧被压缩，清扫板压在输送带上，未被清扫干净的物料被清扫出去，实现干净卸料；通过工况：若卸料完成后，打开控制电机的反转开关，电机开始反转，连杆以驱动轴为圆心开始顺时针旋转，同时带动另一连杆也顺时针转动，卸料铲抬起，物料正常通过，到达下一个需要卸料的地方。理论上由于输送带贴在气垫带式输送机盘槽上，因此在卸料时输送带仍然处于半圆弧型状，物料在撞击弧形耐磨板后会在盘槽内形成小的堆积，直至堆积的物料高于盘槽外侧，物料才会延盘槽两侧方向排除，但物料的堆积会压坏气垫机本身处于输送状态时的气膜，因此将钢板和弧形耐磨板延皮带方向进行延长，使堆积在弧形耐磨板上的物料由电机和连杆提供动力托在半空中，尽量减小由于物料堆积造成的气膜损坏。颗粒的运动分析本文利用离散元模型模拟煤颗粒的运动，煤在卸料的过程中受到的力主要有煤本身的重力，颗粒与颗粒之间的接触碰撞力，颗粒与弧形耐磨板之间的碰撞力，以及其余的颗粒运动阻力等。同时颗粒的旋转对其运动具有较为明显的影响。建立煤炭的颗粒模型（图 ），由于物料中含有水分，因此需要考虑物料的粘结，颗粒与颗粒的接触，颗粒与结构的接触模型都选择 模型，物料和结构的特性 见表 和表，物料为大小不等的煤颗粒。初步设计运量为 ，带宽为 N N N N N N N N N N图 颗粒的形状 模型是一个极其重要的模型，此模型可以考虑接触区域中的范德华力的影响和允许模拟强粘结性的颗粒系统，是一个比较重要的凝聚力接触模型 。模型能计算切向弹性力、法向和切向耗散力，而 模型法向力基于重叠 和相互作用系数及表面能 ：槡 槡式中：是当量杨氏模量，是当量半径，当表面能 时，力就变成了 法向力。颗粒即使不直接进行接触，模型也可以提供吸引凝聚力 。此模型的摩擦力计算取决于 法向力的正向排斥部分，接触力的凝聚力分量更大时提供更大的摩擦力 。在强凝聚力的情况下，摩擦力模型修正有一定的重要性和优势。此模型在模拟湿颗粒时，将两颗料分开时所需要的力取决于液体表面张力 和湿润角 ()槡太原科技大学学报 年表 物料特性 材料煤橡胶聚氨酯泊松比 密度（）剪切模量 表 接触参数 接触参数煤 煤煤 橡胶煤 聚氨酯恢复系数 静摩擦系数 滚动摩擦因数 几何建模利用三维建模软件 将卸料情况画出，然后导入离散元软件 中进行模拟，在此次模拟中为了简化运算量，只将气垫机的输送带形式画出，将卸料犁的弧形耐磨板画出。首先通过 模拟对比单侧卸料（图 ）和双侧卸料（图 ）哪一个方案更为优良，通过 模拟发现，单侧卸料存在非卸料侧有跑料现象发生，且相较与双侧卸料，单侧卸料在卸料的过程中会造成卸料侧压力明显大于另一侧，容易造成气垫机两侧压力差距较大，当风机压力过大时，容易造成非卸料侧翻带现象，当风机压力较小时，卸料侧出现气膜破坏，输送带与盘槽发生摩擦，因此选用双侧卸料。图 单侧卸料模拟 图 双侧卸料模拟 如图 煤炭颗粒卸料过程中煤炭撞击弧形耐磨板的运动路径 ，由图可知物料在撞击弧形耐磨板后向气垫机两侧运动，从而实现中间卸料的目的 。图 物料运动轨迹 通过模拟对比发现气垫机在卸料前（图 ）和卸料时（图 ）物料对输送带的压力在变化，且在卸料的过程中由于会发生堆料现象，卸料铲两侧压力明显增大，因此需要配备专门的卸料气室，才能保证不断开气垫机气室卸料的正常进行。$P N Q S F T T J W F P S D F /F F F F F F 图 气垫机正常输送输送带压力$P N Q S F T T J W F P S D F /F F F F F F 图 气垫机卸料输送带压力 结论通过 仿真软件对比发现，双侧卸料比单侧卸料效果要好一些；在比较气垫机双侧卸料前后，皮带上的压力仿真图发现，由于气垫机在卸料处，物料产生了堆积，因此输送带前后的压力产生第 卷第 期郝志杰，等：基于 的气垫机中间卸料装置设计了变化，最大压力值也相应增大。仿真发现输送带在卸料处卸料铲两侧的压力明显增大，因此需要特制的气垫机盘槽将盘槽最外侧气孔加密以承受更大的载荷。参考文献：韦轶，宋志杰，王继世，等 基于 的犁式卸料器犁头优化设计 起重运输机械，（）：，（）：周龙海 垂直螺旋输送的 仿真与实验研究 杭州：浙江工业大学，朱福民，万沈文 基于离散元法的沥青养护车搅拌筒立式叶片优化设计 中国工程机械学报，（）：王培路 惯性式弛张筛的动力学分析 太原：太原理工大学，崔军 带式输送机散料转载运移轨迹研究 煤，（）：池优阳，阮竞兰 垂直圆盘管道刮板输送机 仿真研究 河南工业大学学报：自然科学版，（）：，（，）：，：，檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲 （上接第 页），：，太原科技大学学报 年