一种基于离散单元法的空间转载卸料溜管设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于卸料溜管技术领域，尤其涉及一种基于离散单元法的空间转载卸料溜管设计方法。
【背景技术】
[0002]在冶金、煤炭、建材、采矿、化工等工业领域中，每年都要输送、处理大宗的物料，在输送过程中物料的转载是必不可少的一个环节。随着物料处理量的逐年增大，物料转载方面的设计问题日益突出，这方面的研究也得到了广泛的关注。
[0003]转载系统主要是由上级卸料设备、溜管和下级受料设备三部分组成。转载系统的主要功能是使上级卸料设备的物料通过溜管集中卸载在下级受料设备的中央部分，形成稳定的料流形状，防止皮带机跑偏，防止下落的物料洒落到地面上，以免浪费资源，污染环境。
[0004]溜管在转载过程中起着引导物料流向的作用，在传统的溜管设计过程中，由于对各种影响因素考虑不周，容易造成转载溜管在应用的过程中物料堵塞、溜管洒料、溜管磨损严重、噪声大、粉尘大、破碎率高、受料输送带磨损、托辊损坏严重等故障，既影响了企业的正常生产，又增加了不必要的生产成本。因此，有必要对溜管的设计进行分析，并加以改进。
[0005]溜管的设计方法主要有物理模型法和工程经验法等。第一种方法需要构建相应比例的实体模型，采用相似性质的物料进行实物模拟，操作起来比较直观但是过程繁琐，费用高，周期长，无法大规模使用。第二种方法主要是依靠设计人员在以往工程实际中积累的经验，需要设计人员有较强的综合素质及设计经验，对设计人员的要求较高，设计结果因设计人员的不同往往会产生较大的差异。以上两种方法对于一般工况下的溜管设计尚能应付，但是对于大运量、高落差、物料特性较为复杂(诸如含水率过高、磨蚀性大、脆性大、易破碎等)、溜管形状为空间异型结构的复杂工况，上述方法无法满足设计要求，往往会造成物料堵塞、溜管洒料、溜管磨损严重、噪声大、粉尘大、破碎率高、受料输送带磨损、托辊损坏严重等故障。
【发明内容】
[0006]本发明实施例的目的在于提供一种基于离散单元法的空间转载卸料溜管设计方法，以解决现有技术的问题。
[0007]本发明实施例是这样实现的，一种基于离散单元法的空间转载卸料溜管设计方法，所述空间转载卸料溜管由各段离散单元构成，所述离散单元包括与上级卸料设备相连接的过渡段、自由下落段、凸弧段、凹弧段以及和下级受料设备相连接的承接段，所述方法包括以下步骤:
[0008]通过三维软件构建所述各段离散单元的三维模型，并将所述三维模型导入离散元模型软件Η)ΕΜ ;创建所述卸料溜管所要输送物料的颗粒模型，并将所述物料的颗粒模型导入所述EDEM ;确定仿真参数，所述仿真参数包括上级卸料设备、下级受料设备的运行速度和输送的颗粒量；所述仿真参数包括颗粒和离散单元自身材料属性，以及两者间的接触属性；完成仿真，并输出仿真结果。
[0009]优选的，所述创建所述卸料溜管所要输送的颗粒模型，具体包括:搜集物料的形状特性，并根据各形状特性创建物料的颗粒模型。
[0010]优选的，所述仿真参数还包括:物料的粒度分布和物料的含水率。
[0011]优选的，所述完成仿真具体包括:确定仿真步长，具体的:通过计算颗粒运动的剧烈程度来选取相应的仿真时间步长，从而保证颗粒系统迭代计算的稳定性。
[0012]优选的，所述完成仿真，并输出仿真结果，具体包括:仿真物料在溜管内的运行状态，得出物料是否会发生堵料、积料的结论。
[0013]优选的，仿真物料在溜管内的运行状态，具体包括:仿真物料颗粒集合内部的行为，分析由空间转载卸料溜管、物料组成的系统中各组成成分间碰撞的强度、频率和分布，每个物料颗粒的速度和位置，以及颗粒碰撞、磨损、聚合和松解相关的能量，得出物料是否会发生堵料、积料的结论。
[0014]优选的，所述完成仿真，并输出仿真结果，具体包括:仿真得出作用于设定的边界面上的法向力、切向力以及总的作用力；以所述法向力、切向力和总的作用力，来确定溜管上各部位受冲击的程度，并预测溜管的使用寿命。
[0015]优选的，所述仿真得出作用于设定的边界面上的法向力、切向力以及总的作用力后，还包括:分析下落物料与输送带间的法向与切向的总力、最大力和平均力，并计算物料在受料带式输送机上是否会发生跑偏。
[0016]优选的，所述完成仿真，并输出仿真结果中，若仿真结果不合格，其中，仿真结果不合格包括预期的使用寿命小于预设阈值、物料落到下级受料设备的作用力，则所述方法还包括:通过调整所述各段离散单元的数量和衔接角度，来实现物料在边界面上的法向力、切向力以及总的作用力的动态调整。
[0017]优选的，所述完成仿真，并输出仿真结果，还包括:对于仿真过程中计算得出工作可能发生危险部位做出预警提示。
[0018]本发明实施例提供的一种基于离散单元法的空间转载卸料溜管设计方法的有益效果包括:本发明实施例将离散单元法引入到空间转载溜管的设计过程中，能够准确拟合出料流在溜管内的运动轨迹，计算溜管各个部分的受力变化；根据物料在溜管内转载过程仿真数据的对比，可分析出溜管各部件的受力变化情况，找出受物料冲击、振动等载荷最大的部分，该部分即是可能引起溜管工作失效的危险部位；针对危险部位可有针对性的做出应对措施；根据料流轨迹，可改进溜管的几何形状和空间布置形式；对比改进前后溜管相关部件的受力变化，可验证改进方法是正确的。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本发明实施例提供的一种基于离散单元法的空间转载卸料溜管设计方法的流程图；
[0021]图2是本发明实施例提供的空间转载卸料溜管的结构示意图；
[0022]图3是本发明实施例提供的空间转载卸料溜管的结构示意图。
[0023]I—上级卸料设备相连接的过渡段、2—自由下落段、3—凸弧段、4—凹弧段、5—下级受料设备相连接的承接段。
【具体实施方式】
[0024]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0025]为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0026]将离散单元法引入到空间卸料溜管的设计过程中。离散单元法的思想最早源于分子动力学，最早应用于岩土力学。经过若干年的发展，在很多领域都得到了广泛的应用，模拟和解决了一系列的工程实际问题。本发明就是利用离散单元法原理，对被输送的物料以及空气二相流的状态进行详细分析，研究物料颗粒间的弹性、黏性、塑性、形变等级、滑动、膨胀和流动性，采用三维动态模拟分析软件(Engineering Discrete Element Method，EDEM)分析技术，分析物料的下落过程，设计出新型的空间转载卸料溜管。
[0027]EDEM软件可以细致的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一个平台。Η)ΕΜ是用现代化离散元模型来模拟和分析颗粒系统处理和生产操作的通用CAE软件，它的模拟结果能够提供很多有价值的数据:它能分析与机器表面相互作用的颗粒集合内部的行为，分析系统组成成分间碰撞的强度、频率和分布，每个颗粒的速度和位置以及和一个颗粒集合中颗粒碰撞、磨损、聚合和松解相关的能量和亚颗粒结构的结构完整性和力链。利用Η)ΕΜ后处理工具，可以确定颗粒的系统行为，从而修改模型以更好的进行模拟和向所希望的解迭代。Η)ΕΜ是颗粒系统仿真软件。它可以为固体颗粒系统建立参数化的模型，通过导入真实颗粒的计算机辅助设计(Computer Aided Des ign，CAD)模型来准确描述颗粒的形状，通过添加力学性质、物料性质和其它物理性质来建立颗粒模型，并且在模拟过程中把生成的数据储存到相应的数据库中。
[0028]采用离散单元法设计空间转载卸料溜管的一般方法是:根据离散单元法的原理建立物料的颗粒与颗粒、物料颗粒与溜管边界的接触模型及接触判断方法，同时利用赫兹接触理论建立接触力学模型；根据实际工况，通过计算分析，建立溜管的几何模型，通过EDEM软件仿真物料在转载过程中的运动轨迹，分析物料对溜管相应各个部分的动力学影响，通过分析结果，改进溜管的设计形状和空间布置形式，以减少物料对溜管各部件的冲击、振动，增加溜管的使用寿命，同时减少物料破碎，降低噪声和减少粉尘；此外，溜管作为一个物料的过渡性转载装置，它的设计好坏直接影响受料装置的工作能力；转载过程中的离散元仿真数据结果能为受料装置选取