基于EDEM物料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)模擬與優(yōu)化

精品文檔-下載后可編輯基于EDEM物料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)模擬與優(yōu)化本文采用EDEM軟件離散元建模方法對散料設(shè)備中的物料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真與分析，并依據(jù)料流曲線及沖擊力對擋料板機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文的計(jì)算結(jié)果已經(jīng)應(yīng)用于最終轉(zhuǎn)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

一、問題的提出

物料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)是大型散料設(shè)備的關(guān)鍵裝置之一，通常位于兩條或多條皮帶輸送機(jī)之間以實(shí)現(xiàn)對散狀物料輸送方向的控制與銜接。在物料轉(zhuǎn)載過程中，伴隨著物料下落，其勢能、速度和方向都會發(fā)生改變，物料的料流曲線、物料對擋料板的沖擊力、物料在其支撐皮帶上的位置及其質(zhì)量等也會隨之發(fā)生改變。以往都是采用手工或經(jīng)驗(yàn)公式的方法定性分析與研究上述變化，既不準(zhǔn)確也費(fèi)工費(fèi)時(shí)。離散元法（DEM）是一種研究非連續(xù)性顆粒物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行規(guī)律的數(shù)值方法，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于巖體工程、采礦工程及散料搬運(yùn)等領(lǐng)域。采用EDEM仿真軟件對轉(zhuǎn)載過程進(jìn)行模擬與分析，可以定量得到上述相關(guān)變量值，并為指導(dǎo)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

二、EDEM模擬過程

EDEM顆粒模擬仿真計(jì)算中，顆粒的模型與物料屬性的定義是其關(guān)鍵因素。

1.材料參數(shù)定義

3.物料顆粒定義

考慮到EDEM運(yùn)算時(shí)間的限制，本次仿真中所采用物料粒度為：物料粒度在20mm范圍內(nèi)正態(tài)分布。顆粒形狀：正四面體，每個(gè)顆粒由4個(gè)球體填充，顆粒形狀及填充效果如圖1所示。

4.物料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)的幾何建模與裝配

物料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)由3D軟件建模并裝配，然后導(dǎo)入到EDEM軟件，如圖2～圖4所示。

5.顆粒工廠設(shè)置

在中繼皮帶機(jī)端部定義顆粒工廠位置，選擇動態(tài)方式生成顆粒，且顆粒生成速度等同于皮帶機(jī)帶速，如圖5所示。定義顆粒粒徑為正態(tài)分布以及均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大及最小粒徑等。

6.模擬計(jì)算

定義時(shí)間步長，確認(rèn)需要碰撞計(jì)算（TrackCollision）。定義網(wǎng)格大小，可根據(jù)實(shí)時(shí)顯示的結(jié)果判斷顆粒工廠的設(shè)置及相關(guān)參數(shù)的選擇是否合理。如圖6所示。

三、EDEM結(jié)果分析

1.中繼皮帶與臂架皮帶之間料流曲線

中繼皮帶與臂架皮帶之間料流曲線，如圖7～圖9所示。根據(jù)料流曲線，我們可以初步確認(rèn)上部擋料板結(jié)構(gòu)形狀。

2.臂架端部與溜筒之間料流曲線

臂架端部與溜筒之間料流曲線，如圖10～圖12所示。同理，根據(jù)料流曲線，我們可以初步確認(rèn)臂架端部擋料板結(jié)構(gòu)形狀。

3.中繼皮帶擋料板沖擊力計(jì)算

中繼皮帶擋料板最終設(shè)計(jì)示意圖如圖13所示。

在給定的安裝角、結(jié)構(gòu)形狀及與滾筒間距的條件下，經(jīng)過模擬計(jì)算，EDEM給出沖擊力計(jì)算結(jié)果如表3所示。

經(jīng)多種方案比較后得出：中繼皮帶擋料板最大沖擊力的最小值為3799.03N。表明上述方案為最佳。

4.臂架皮帶擋料板沖擊力計(jì)算

臂架皮帶擋料板最終設(shè)計(jì)示意圖如圖14所示。

在給定的安裝角、結(jié)構(gòu)形狀及與滾筒間距的條件下，經(jīng)過模擬計(jì)算，EDEM給出沖擊力計(jì)算結(jié)果如表4、表5所示。

經(jīng)多種方案比較后得出：臂架擋料板最大沖擊力的最小值為2496.23N；臂架下部漏斗壁最大沖擊力的最小值為3126.91N。表明上述方案為最佳。

四、結(jié)語

應(yīng)用EDEM離散單元法對物料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真與分析，將顆粒狀物料與剛性體有機(jī)融合，定量并可視化給出轉(zhuǎn)載系統(tǒng)物料、機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)，對指導(dǎo)并優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)作用極大。

考慮到運(yùn)算顆粒數(shù)量、運(yùn)算精度、運(yùn)算準(zhǔn)確性以及運(yùn)算時(shí)間等，建模時(shí)務(wù)必合理選取模擬物料的相關(guān)系數(shù)，或者向用戶索取實(shí)測數(shù)據(jù)。

為了提高建模效率以及方便于結(jié)果后處理，