一種基于離散單元法的空間轉載卸料溜管設計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于卸料溜管技術領域，尤其涉及一種基于離散單元法的空間轉載卸料溜管設計方法。
【背景技術】
[0002]在冶金、煤炭、建材、采礦、化工等工業領域中，每年都要輸送、處理大宗的物料，在輸送過程中物料的轉載是必不可少的一個環節。隨著物料處理量的逐年增大，物料轉載方面的設計問題日益突出，這方面的研究也得到了廣泛的關注。
[0003]轉載系統主要是由上級卸料設備、溜管和下級受料設備三部分組成。轉載系統的主要功能是使上級卸料設備的物料通過溜管集中卸載在下級受料設備的中央部分，形成穩定的料流形狀，防止皮帶機跑偏，防止下落的物料灑落到地面上，以免浪費資源，污染環境。
[0004]溜管在轉載過程中起著引導物料流向的作用，在傳統的溜管設計過程中，由于對各種影響因素考慮不周，容易造成轉載溜管在應用的過程中物料堵塞、溜管灑料、溜管磨損嚴重、噪聲大、粉塵大、破碎率高、受料輸送帶磨損、托輥損壞嚴重等故障，既影響了企業的正常生產，又增加了不必要的生產成本。因此，有必要對溜管的設計進行分析，并加以改進。
[0005]溜管的設計方法主要有物理模型法和工程經驗法等。第一種方法需要構建相應比例的實體模型，采用相似性質的物料進行實物模擬，操作起來比較直觀但是過程繁瑣，費用高，周期長，無法大規模使用。第二種方法主要是依靠設計人員在以往工程實際中積累的經驗，需要設計人員有較強的綜合素質及設計經驗，對設計人員的要求較高，設計結果因設計人員的不同往往會產生較大的差異。以上兩種方法對于一般工況下的溜管設計尚能應付，但是對于大運量、高落差、物料特性較為復雜(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構的復雜工況，上述方法無法滿足設計要求，往往會造成物料堵塞、溜管灑料、溜管磨損嚴重、噪聲大、粉塵大、破碎率高、受料輸送帶磨損、托輥損壞嚴重等故障。
【發明內容】
[0006]本發明實施例的目的在于提供一種基于離散單元法的空間轉載卸料溜管設計方法，以解決現有技術的問題。
[0007]本發明實施例是這樣實現的，一種基于離散單元法的空間轉載卸料溜管設計方法，所述空間轉載卸料溜管由各段離散單元構成，所述離散單元包括與上級卸料設備相連接的過渡段、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]通過三維軟件構建所述各段離散單元的三維模型，并將所述三維模型導入離散元模型軟件Η)ΕΜ ;創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入所述EDEM ;確定仿真參數，所述仿真參數包括上級卸料設備、下級受料設備的運行速度和輸送的顆粒量；所述仿真參數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，并輸出仿真結果。
[0009]優選的，所述創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，并根據各形狀特性創建物料的顆粒模型。
[0010]優選的，所述仿真參數還包括:物料的粒度分布和物料的含水率。
[0011]優選的，所述完成仿真具體包括:確定仿真步長，具體的:通過計算顆粒運動的劇烈程度來選取相應的仿真時間步長，從而保證顆粒系統迭代計算的穩定性。
[0012]優選的，所述完成仿真，并輸出仿真結果，具體包括:仿真物料在溜管內的運行狀態，得出物料是否會發生堵料、積料的結論。
[0013]優選的，仿真物料在溜管內的運行狀態，具體包括:仿真物料顆粒集合內部的行為，分析由空間轉載卸料溜管、物料組成的系統中各組成成分間碰撞的強度、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、聚合和松解相關的能量，得出物料是否會發生堵料、積料的結論。
[0014]優選的，所述完成仿真，并輸出仿真結果，具體包括:仿真得出作用于設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，并預測溜管的使用壽命。
[0015]優選的，所述仿真得出作用于設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上是否會發生跑偏。
[0016]優選的，所述完成仿真，并輸出仿真結果中，若仿真結果不合格，其中，仿真結果不合格包括預期的使用壽命小于預設閾值、物料落到下級受料設備的作用力，則所述方法還包括:通過調整所述各段離散單元的數量和銜接角度，來實現物料在邊界面上的法向力、切向力以及總的作用力的動態調整。
[0017]優選的，所述完成仿真，并輸出仿真結果，還包括:對于仿真過程中計算得出工作可能發生危險部位做出預警提示。
[0018]本發明實施例提供的一種基于離散單元法的空間轉載卸料溜管設計方法的有益效果包括:本發明實施例將離散單元法引入到空間轉載溜管的設計過程中，能夠準確擬合出料流在溜管內的運動軌跡，計算溜管各個部分的受力變化；根據物料在溜管內轉載過程仿真數據的對比，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對措施；根據料流軌跡，可改進溜管的幾何形狀和空間布置形式；對比改進前后溜管相關部件的受力變化，可驗證改進方法是正確的。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術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明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1是本發明實施例提供的一種基于離散單元法的空間轉載卸料溜管設計方法的流程圖；
[0021]圖2是本發明實施例提供的空間轉載卸料溜管的結構示意圖；
[0022]圖3是本發明實施例提供的空間轉載卸料溜管的結構示意圖。
[0023]I—上級卸料設備相連接的過渡段、2—自由下落段、3—凸弧段、4—凹弧段、5—下級受料設備相連接的承接段。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0025]為了說明本發明所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。
[0026]將離散單元法引入到空間卸料溜管的設計過程中。離散單元法的思想最早源于分子動力學，最早應用于巖土力學。經過若干年的發展，在很多領域都得到了廣泛的應用，模擬和解決了一系列的工程實際問題。本發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進行詳細分析，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，采用三維動態模擬分析軟件(Engineering Discrete Element Method，EDEM)分析技術，分析物料的下落過程，設計出新型的空間轉載卸料溜管。
[0027]EDEM軟件可以細致的模擬和分析顆粒行為，并為顆粒、流體和機械力學的結合提供一個平臺。Η)ΕΜ是用現代化離散元模型來模擬和分析顆粒系統處理和生產操作的通用CAE軟件，它的模擬結果能夠提供很多有價值的數據:它能分析與機器表面相互作用的顆粒集合內部的行為，分析系統組成成分間碰撞的強度、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、聚合和松解相關的能量和亞顆粒結構的結構完整性和力鏈。利用Η)ΕΜ后處理工具，可以確定顆粒的系統行為，從而修改模型以更好的進行模擬和向所希望的解迭代。Η)ΕΜ是顆粒系統仿真軟件。它可以為固體顆粒系統建立參數化的模型，通過導入真實顆粒的計算機輔助設計(Computer Aided Des ign，CAD)模型來準確描述顆粒的形狀，通過添加力學性質、物料性質和其它物理性質來建立顆粒模型，并且在模擬過程中把生成的數據儲存到相應的數據庫中。
[0028]采用離散單元法設計空間轉載卸料溜管的一般方法是:根據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模型；根據實際工況，通過計算分析，建立溜管的幾何模型，通過EDEM軟件仿真物料在轉載過程中的運動軌跡，分析物料對溜管相應各個部分的動力學影響，通過分析結果，改進溜管的設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載裝置，它的設計好壞直接影響受料裝置的工作能力；轉載過程中的離散元仿真數據結果能為受料裝置選取