崔 军

(山西潞安郭庄煤业有限责任公司， 山西 长治 046100)

带式输送机是输送散料的理想设备，现已在矿山、港口等领域得到广泛应用。输送机转载处的卸料轨迹，对整个散料输送过程至关重要，如果卸料轨迹绘制得不够精确，会造成转载系统设计不合理，进而造成堵料、噪音大、粉尘多和设备使用寿命降低等问题。所以对带式输送机的设计工作而言，研究绘制卸料轨迹的意义重大。

目前关于卸料轨迹绘制方法的研究有很多，例如美国CEMA标准里介绍的方法[1]和计算抛物线方程方法[2-3]。

目前离散元法应用很广泛，离散元法是散体力学分析的有效工具。离散元软件EDEM可以细致地模拟和分析颗粒的轨迹，本文使用EDEM软件，仿真一具体参数输送机不同输送带速度下的卸料轨迹，并与两种经典绘制方法绘制的卸料轨迹进行对比，分析各方法的不足和适用情况。

1 输送机计算模型及卸料轨迹仿真

1.1 模型建立与EDEM求解设置

以一具体输送机为例，利用离散元仿真软件EDEM仿真三种速度情况下的卸料轨迹，带式输送机具体相关参数见表1。

表1 输送机相关参数

1.2 散料运输卸料轨迹的仿真

颗粒工厂颗粒产生的速率设置好后仿真12 s，待卸料轨迹稳定后，导出某一时刻所有颗粒的z坐标与x坐标，将坐标导入软件orijin并拟合出卸料轨迹的顶部与底部两条曲线。三种速度条件下仿真的卸料轨迹见图1～图3。

图1 输送带速度0.5 m/s卸料轨迹仿真结果

图2 输送带速度1.5 m/s卸料轨迹仿真结果

图3 输送带速度2.5 m/s卸料轨迹仿真结果

材料属性和材料间接触参数见表2、表3。

表2 材料属性

表3 各材质间接触参数

由三种速度条件下仿真得到的仿真卸料轨迹可以看出，卸料轨迹呈上窄下宽的发散形状。由此说明，在卸载过程中散料颗粒上下层间有分层现象。

2 卸料轨迹分析与讨论

将仿真结果与计算抛物线方程方法和CEMA标准绘制的卸料轨迹进行比较。

1) 输送带速度2.5 m/s时，计算方法绘制的卸料轨迹与仿真结果比较。

由图4可知，采用CEMA方法绘制的卸料轨迹底部与仿真结果基本一致，但卸料轨迹的顶部与仿真结果有差距。原因是物料卸载的时候顶层物料速度比底层物料速度大，物料速度上下分层，使得卸料轨迹呈上窄下宽的发散形状。采用计算抛物线方程方法绘制的卸料轨迹与仿真结果比较一致。

图4 输送带速度2.5 m/s时仿真结果与绘制的卸料轨迹对比

2) 输送带速度1.5 m/s时，绘制的卸料轨迹与仿真结果比较。

由图5可知，CEMA方法绘制的物料重心卸料轨迹较仿真结果趋势偏低，是采用滚筒转速计算出的分离速度计算分离角而造成的。当输送带速度较低时物料会相对滚筒滑动，实际的分离速度要比滚筒转速计算出的大，也使得算出的分离角偏大。随着物料与输送带之间的摩擦系数u增大，计算方法绘制的卸料轨迹将逐渐向下偏移与实际相符。摩擦系数越大颗粒越不易与输送带分离，分离角就会越大，当摩擦系数在0.2和0.3之间时，计算方法绘制的卸料轨迹与仿真结果比较一致。

图5 输送带速度1.5 m/s时仿真结果与绘制的卸料轨迹对比

3) 输送带速度0.5 m/s时，绘制的卸料轨迹与仿真结果比较。

由图6可知，此时CEMA方法绘制的曲线与仿真结果相差巨大，足以证明采用滚筒转速计算分离角是不符合实际的。当摩擦系数在0.2和0.3之间时，计算方法绘制的卸料轨迹与仿真结果与输送带速度1.5 m/s时一致，但物料高度h相差较大。计算抛物线方程方法在输送带速度较低时，计算物料截面积的速度应为输送带速度；而物料在分离时候的分离速度较输送带速度大，因而会导致算出的物料高度也偏大。

图6 输送带速度0.5 m/s时仿真结果与绘制的卸料轨迹对比

3 结 语

通过以上卸料轨迹的仿真对比分析，发现了绘制卸料轨迹方法存在的一些不足与适用情况。

1) CEMA方法绘制卸料轨迹，当输送带速度比较低时，采用卸料滚筒转速计算分离角与实际相差较大，物料速度有分层现象，卸料轨迹上窄下宽呈发散形状，与仿真结果有出入。但在输送带速度较高时，如果对卸料轨迹精度要求不高，可以使用CEMA方法绘制卸料轨迹。

2) 采用计算抛物线方程方法绘制的卸料轨迹与仿真结果比较一致，但在输送带速度比较低的时候，如果物料相对滚筒发生滑动，输送带速度不适于计算物料高度，采用分离速度计算会更准确。

综上所述，通过仿真结果与计算方法绘制的卸料轨迹的比较证明 ：①用计算抛物线方程方法绘制的卸料轨迹与实际比较吻合；②在计算分离角时应采用分离速度计算，而不应采用滚筒转速;③在输送带速度较低情况下，计算物料高度应该采用分离速度不应采用输送带速度。