基于EDEMBulksim仿真的手段实现曲线落煤管的设计
EDEM离散元仿真技术在B2Z装船机折返料斗改造方案中的应用
EDEM离散元仿真技术在B2Z装船机折返料斗改造方案中的应用作者：刘冬来源：《科学与信息化》2018年第06期摘要本篇文章首先对装船机料斗堵斗情况的原因进行分析，应用SolidWorks对折返料斗在结构上进行了从新设计并建立三维模型，然后将模型导入到离散元软件EDEM中，对折返料斗落料过程进行了模拟仿真，从衬板类型、料斗形状、及倾斜角度三个角度入手，对装船机料斗堵料问题进行解析，并以此为依据，提出改造措施。
希望通过本文的阐述，可以给相关领域提供些许的参考。
关键词装船机料斗；堵料；设计改造秦皇岛港煤二期B2Z装船机折返料斗因衬板使用效果差、耐磨性能差以及本身设计结构及倾斜角度等原因，当输送含水量较大或黏性较大的煤炭时，易在料斗侧壁集料而造成料斗淤积拥堵，在冬季进行粘煤作业时堵斗现象尤其突出。
1 问题分析因折返料斗结构设计上的原因，如从根本上解决这个问题，若仅对衬板进行更换仍不能完全避免在冬季产生堵斗，因此必须同时对B2Z折返料斗进行从新设计。
为此，我们应用SolidWorks对折返料斗在结构上进行了从新设计并建立三维模型，然后将模型导入到离散元软件EDEM中，对折返料斗落料过程进行了模拟仿真，直观地观察其落料过程，并可以观察到应力较大的区域，后又采用CAD对整体结构进行了组合设计，为B2Z折返料斗防堵煤结构设计计算上提供依据。
在粘煤作业堵斗这个问题上，我们也曾尝试通过更换摩擦系数更小的衬板等方法进行改进，虽然取得了一定的效果，但是当冬季作业时，堵斗问题仍会不时发生。
冬季一旦遇到堵斗，会消耗大量人力物力，又会带来安全隐患。
现有散装物料转接料斗的设计思维是：为有效保证衬板等设备的使用寿命，通过在料斗中形成“料磨料”减少设备的磨损，B2Z装船机料斗挡板及倾煤溜槽面均采用了“料磨料”的思想而添加了栅格设计，造成粘煤在的管壁淤积和板结，使得溜槽料斗的流通面积减小，在瞬时量大的情况下，易造成拥堵斗现象。
“料磨料”的设计思想虽然在一定程度上减少对料斗和皮带的直接磨损，但因为在物料输送过程中，对料斗、皮带以及托辊的冲击严重，降低设备的使用寿命。
基于EDEM的转运站落料管转运物料的离散元分析_蒋权
业环境、系统运行的安全性以及运行成本等。而转运 站的关键部分无疑是转运通道——落料管，它起着输 送、密封、调节工艺流程以及使物料合理分布、避免 偏载等重要作用，在实际生产作业中被大量使用。 目前，转运站落料管通常采用传统的直线形结 构，具有制作简单、方便安装的优点，但却不能很好 地控制物料流动，在多种影响因素作用下，常造成落 料管堵塞、扬尘、撒料、噪声大、输送带跑偏及设备
n
如果 |Tr,ij| > r|Fn,ij|，令 式中： r 为滚动摩擦因数。
= - Tr,ij / kr，则有 本栏目编辑 翟小华
|Tr,ij| = - r|Fn,ij| / | |， 在上述力和力矩的作用下，物料颗粒的速度、转 速及位置变化可由式 (3) ~ (5) 表示。 ， ， xyzi = xyzi,0 + Vt t 。 料颗粒的拽力。 (3) (4) (5)
比；Ei、Ej 分别为球 i、 j 的弹性模量；Ri、Rj 分别为 球 i、 j 的半径，m；nij 为球 i 指向球 j 球心的单位矢 量；xyz 为球的位置，m；e 为弹性恢复系数；m 为球 i 的有效质量，kg，由表 1 公式给出；Vij 为球 i 与 j 间 的相对速度，m/ s；G i、G j 分别为球 i 与 j 的剪切模 量； i、 j 分别为球 i、j 的角速度，rad/ s；Vj 为球 j 的速度，m/ s。 如果 |Ft,ij| > s |Fn,ij|，颗粒 i 发生滑移。 令
= n nij ，
n = Ri + Rj - |xyzj - xyzi|， ，
2.1 转运站物料颗粒离散元模型
离散元法一般认为是由 P. A. Cundall[7]于 1979 年 提出来的，用于研究非连续性物质结构和运动规律的 一种数值方法，并于 20 世纪 80 年代中期被引入到我 国，引起了国内岩土力学与工程界的浓厚兴趣。其基 本原理是将非连续介质离散成单元的集合或独立的块 体，利用牛顿第二定律建立每个单元的运动方程，再 用动态松弛法迭代求解，进而得到整个颗粒系统的演 化过程。由于离散单元法适用于模拟离散组合体的接 触和碰撞过程，以及各离散单元的相互作用，从而作 为研究颗粒物质复杂力学问题的有力工具被广泛应用 于岩土工程、散体力学以及爆炸力学等领域，并且取 得了一些令人瞩目的研究成果[8-17]。 物料颗粒间的相互碰撞作用是建立离散元模型并 进行计算的关键所在，笔者将考虑颗粒间的法向接触
基于EDEM的带式输送机工作过程仿真分析
基于EDEM的带式输送机工作过程仿真分析陈龙;张克平;樊宏鹏【摘要】为研究带式输送机工作机理,应用离散单元法软件EDEM建立带式输送机仿真模型并完成对输送过程的模拟,观察颗粒在输送带上的流动情况及在流动过程中的受力和能耗变化.模拟结果表明,在输送的初始阶段,输送带受力随着承载颗粒的增加而增加,颗粒所受切向力及法向力波动较大,输送机能耗急剧增大;输送带载运的颗粒量达到稳定后输送带受力即趋于平稳,颗粒受力稳定,能耗缓慢增加至最大值后逐渐下降.【期刊名称】《林业机械与木工设备》【年(卷),期】2016(044)009【总页数】3页(P17-19)【关键词】带式输送机;输送带;离散单元法;EDEM【作者】陈龙;张克平;樊宏鹏【作者单位】甘肃农业大学工学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学工学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学工学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TD528;TP391.9带式输送机又称胶带运输机，是以输送带作为核心机构的一种连续输送机械[1]。
带式输送机不但可以进行碎散或成件物品等物料输送，还可以与各工业生产流程中的工艺过程相配合，形成有节奏的流水作业运输线，广泛应用于各个领域[2-3]。
输送带是带式输送机的主要部件，在工作过程中兼作牵引机构和承载机构，因此所受载荷极为复杂，除纵向拉伸应力外，还受到经过滚筒和托辊时的弯曲应力，输送带的主要失效形式表现为工作面层和边缘的磨损以及受大块、尖锐物料冲击引起的击穿、撕裂和剥离。
因此，为了选择合适的输送带，需要分析输送带的运载能力，并对带式输送机工作过程进行力学分析[4-5]。
EDEM是基于离散单元法的CAE三维可视化分析软件，可以模拟散体颗粒运动，并对模拟过程进行分析处理，其主要功能是通过模拟颗粒流的运动来分析其运动规律，可以解决物料的混合与分离、颗粒的损伤与磨损，以及机器部件对颗粒碰撞的力学反应等问题，减少对原型机和实体试验的需求[6-7]。
基于EDEM的物料破碎效果仿真分析
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本栏目编辑 翟小华
基于 EDEM 的物料破碎效果 仿真分析
黄鹏鹏，肖观发，李 成，胡名亮，于志恒
江西理工大学机电工程学院 江西赣州 341000
摘要：运用 EDEM 离散元软件对单颗粒的破碎行为进行数值模拟，采用均匀设计方法，建立动颚板 运动速度、水平行程及衬板齿形三因素的试验方案，并运用 MATLAB 软件对模拟结果进行回归分 析，得到以黏结键断裂数为衡量指标的破碎效果与上述三因素的关系模型，同时得到各因素对黏结键 断裂数及动颚板最大受力的影响次序，为破碎机破碎效果的改善提供了依据。 关键词：EDEM；均匀设计；破碎效果；动颚板受力 中图分类号：TD451 文献标志码：A 文章编号：1001-3954(2014)10-0076-05
Abstract：Numerical simulation on crushing behavior of single grain was made by discrete element software EDEM, and uniform design method was used to set up the test scheme with three factors namely motion velocity, horizontal stroke of the moving jaw plate as well as tooth profile of the liner. In addition,
需破碎的物料也迅速增加。20 世纪 90 年代以来，每 年全球需碎磨的物料量在 100 亿 t 以上，并且随着能 源问题的凸显，加强对选矿设备破碎效果的研究就 显得尤其必要。国内就碎磨领域的研究也较多，中 南大学的李云龙等人对高压状态下矿物颗粒破碎的 基本规律进行了研究，得出粉碎过程可以划分为 “预 损—碎裂—压实” 3 个阶段，以及若干种矿物的挤压 阻力大小顺序 ；西安交通大学的梁焱等人进行了破 碎温度、速度、颗粒粒径和冲击角度四因素在低温条 件下对橡胶单颗粒的冲击破碎的研究，通过对破碎产 物粒度分布的分析，得到了这 4 个因素对粉碎结果 的影响[2]。目前，离散元法越来越广泛地应用于岩土 力学、矿物工程及化学工程等领域 [3-4]。离散单元法 的基本原理是：把所研究的对象看作是一个由若干个 独立单元组成的整体，根据牛顿定律与力和位移的关 系，在每一个时间步长内计算每一个单元的力和位 移，不断地计算和循环，直到运行到最后一个步长为 止。王国强等人运用离散单元法综合球磨机的比功 率、衬板磨损速率和颗粒破碎概率，对磨矿参数进行 了优化[5]；Djordjevic 等人进行了立式、卧式冲击破碎 机的 DEM 仿真分析[6]；中南大学的母福生运用离散 单元法对单颗粒单向压缩状态下的能耗进行了研究， 分析了冲击速度、齿板厚度等各因素对能耗及破碎概 率的影响[7]。笔者运用 EDEM 离散元软件，对破碎腔 中单颗粒的破碎行为进行仿真模拟，并基于均匀设计 试验对破碎行为中颗粒的破碎效果及动颚板的最大受 力进行分析。
基于 EDEM对散状物料转载系统优化设计的分析
基于EDEM对散状物料转载系统优化设计的分析湖北凯瑞知行科技有限公司技术研发部胡平摘要：随着国内散状物料输送的快速发展，对高带速、大运量的需求越来越大，传统散状物料转载系统的设计已经不能满足现有高带速、大运量皮带输送系统的使用要求，物料输送系统转载点粉尘污染、溜槽堵塞、皮带偏载跑偏、撒料严重、设备磨损等越来越成为整个输送系统的突出问题。
3-DEM 曲线溜槽系统采用流线型优化截面设计，能够很好的汇集物料，减缓物料下落速度、保证料点对中、避免堵料、撒料等现象。
本文利用颗粒力学仿真软件 EDEM 分别对唐山港曹妃甸港区 T3 转载点的传统设计和 3-DEM 曲线溜槽技术设计进行了对比仿真分析，仿真分析表明转载点采用 3-DEM 曲线溜槽系统设计不仅很好地避免溜槽堵塞、皮带偏载跑偏等问题，同时对于粉尘的控制也起到了良好的效果，设备运行更加可靠、经济、稳定。
关键词：EDEM; 曲线溜槽；物料转载1 转载点传统溜槽设计与 3-DEM 曲线溜槽设计的区分在散料输送与装卸系统中，转载点溜槽系统是整个系统的咽喉，转载点溜槽系统设计的好坏严重影响着整个系统的输送效率和运行安全。
现有的转载点溜槽系统通常利用“料磨料”的设计思路，溜槽普遍采用直线型结构，截面形状一般为矩形截面，溜槽出口距离皮带底部较高，出口宽度也比较大，其具有制作简单、方便安装以及造价低等优点，但却不能很好地控制物料流动，在实际复杂工况作业下，造成物料堵塞、落料点不正引起的偏载跑偏、撒料严重、对胶带冲击大、粉尘浓度高、溜槽磨损严重等一系列问题，不仅影响了正常的工业生产、增加了生产成本，同时也影响了设备的安全运行。
如图 1 为转载点采用传统溜槽实际运行时存在的常见缺陷。
图 1 转载点传统溜槽常见缺陷3-DEM 曲线溜槽技术基于离散元方法，采用 SolidWorks 三维立体设计建模技术，借助于先进的颗粒学仿真软件，对散状物料输送过程中颗粒体系的行为特征进行较真实的模拟，从而协助设计人员对散状物料处理设备进行设计、测试和优化。
输煤系统粉尘控尘曲线落煤筒的设计
输煤系统粉尘控尘曲线落煤筒的设计
当现有的输送系统运行时,由于落煤筒的导流段的曲线是不合理的,煤料堵塞,输送带跑偏损坏,噪声,粉尘浓度高等现象,对工厂安全和文明生产有较大的影响。
在本文中,能量模型是根据运动学、动力学理论建立的。
基于摩擦力最小,下游输送带受到的冲击力(或与煤料相对速度)最小的原理,将落煤筒的下降段和导流段的曲线通过变分原理进行优化。
设计了煤流流速和筒壁受力的计算方法。
基于MATLAB和VB编制计算软件,计算落煤筒的合理曲线方程,快速估算煤料输送情况。
根据得到的方程式,使用SolidWorks建立三维模型,导入EDEM商业软件进行模拟,验证确定曲线设计。
该设计为曲线落煤筒的新技术提供了理论依据,对现有落煤筒的改造具有现实意义。
使用基于EDEMBulkSim仿真的转运站设计怎么让您省钱
使用基于EDEMBulkSim仿真的转运站设计怎么让您省钱使用基于EDEMBulkSim仿真的转运站设计怎么让您省钱引文随着科学技术的迅猛发展，仿真已成为各种复杂系统研制工作的一种必不可少的手段，尤其是在航空航天领域，仿真技术已是飞行器和卫星运载工具研制必不可少的手段，可以取得很高的经济效益。
也就是说利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便、灵活，而且也是经济的，这也是仿真技术得以发展的主要原因，即它所带来的巨大社会经济效益。
在电力工业方面采用仿真系统对核电站进行调试、维护和排除故障，一年即可收回建造仿真系统的成本，同样，作为能源消耗大户的火电，在日常的生产经营中，节约能源、降低消耗，用最少的投入去获取最大的经济效益，是公司生存的本质所在，发电企业节能减排意义重大。
本文将系统介绍基于模拟仿真的输煤系统设计是怎样实现节能减排，为用户省钱的。
第一部分：利用EDEMBulkSim实现设备系统化、精细化管理转运站是输运系统一个不可分割的、常见的组成部分。
不管是将物料从一个皮带转到另外一个皮带，还是将物料转移到处理设备（例如破碎机），转运站都是采矿和矿物加工操作的核心设备。
性能良好的转运站会给采矿操作带来一系列的好处：提高运营效率提高产量提高工人的安全减少能源损耗通过降低粉尘和洒料来降低对环境的损害减少不必要的辅助设备，降低投资一个性能良好的转运站还可以延长一条线上其它设备的寿命。
性能良好的转运站同样会降低计划外停机和维护的相关费用。
分析一：通过仿真可以节省制造模型费用传统设计方法依据手工分析计算，经验法则，仅仅依靠手工计算，工程师只能对简单的转运站的设计充满信心。
而转运站的设计需要调整物料流动的方向、两级皮带的高度差、缓冲区、分流门、多个排料口的位置等等，这些信息使用分析模型不能进行详细说明，如果想得到直观的展示，只有采用相似理论构建试验模型的方法对设计的适用性进行验证。
分析二：一次性完成建设目标，完成验收，不需要二次技改，减少施工浪费通过使用EDEMBulkSim仿真技术改造或者新设计转运站项目，根据对输送的物料之间和物料跟设备之间进行详尽的力学分析，找到问题点，然后通过修改设计，再仿真，达到最优的设计方案，从而在施工中一次性完成项目建设，最大程度降低转运站内部的堵塞，磨损，冲击，扬尘，跑偏等问题，达到节能、降耗、节约成本的目标。
曲线落煤管的设计
防堵抑尘曲线落煤管的设计关键词：转运站改造防堵抑尘曲线工作原理：图1：防堵抑尘曲线落煤管示意图防堵-就是给料皮带速度赋予煤流的动能在转运点曲线落煤管内与煤流势能叠加，叠加后具有合能量的湿煤流克服了倾角管壁的摩擦力，使煤流能够靠自身惯性能量沿曲线落煤管滑落到接料皮带上，防止了堵煤。
抑尘-就是将煤流在传统落煤管中的“爆炸式”无序坠落改变为在曲线落煤管中的“集束式”有序滑落，控制滑落煤流的出口速度与接料皮带速度一致，使煤流与接料皮带相对静止，消除了煤流坠落冲击，从源头上抑制减少了90%粉尘的产生。
优点：✧节省费用：维护费用降低，接料皮带和皮带机的冲击损伤减小，延长使用寿命；✧降低噪音：曲线落煤，无坠落撞击，转运站噪音降低80%以上；✧节约电能：落煤点居中能使皮带达到额定运量，缩短皮带运行时间，提高效率；✧节约用水：节水80%以上，简化水冲洗回收设备系统，大幅减少水冲洗频率；✧节省投资：取消缓冲滚筒、锁气器、吸风机、除尘器及相应土建投资；困难：曲线落煤管的设计难度在于确定导流罩与落煤管的弧度，如图 2和图 3所示。
此外控制物料流动轨迹和速度、避免出现皮带跑偏、撒煤等也是设计工程师面临的主要问题。
图 2：导流罩的弧度.图 3：落煤管现场图传统设计方法：导流罩的设计导流罩的设计基于物料流出头部滚轮的抛物线轨迹，对于这个轨迹工程师有很多可以利用的模型进行进行预测，如图4所示。
（皮带速度为6m/s）图4：物料抛出头部滚轮时的运动轨迹（不同颜色的曲线代表不同的模型）对于同样的操作条件，不同的模型给出了不同的抛物线轨迹，工程师怎么才能知道哪一种是正确的呢？落煤管的设计由于转运站大多是有转角的，并且物料是有厚度的，所以目前没有数学公式可以对物料落到落煤管上的速度大小及运动方向进行准确预测。
基于仿真的设计方法：DEM-Solutions中国代表处（深圳德颐姆方案公司）的产品EDEM BulkSim可以对物料在转运站内部的运动进行准确评估，识别堵塞、溢出、过度磨损等现象。
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防堵抑尘曲线落煤管的设计
关键词：转运站改造防堵抑尘 曲线
工作原理：
图1：防堵抑尘曲线落煤管示意图
防堵-就是给料皮带速度赋予煤流的动能在转运点曲线落煤管内与煤流势能叠加，叠加后具有合能量的湿煤流克服了倾角管壁的摩擦力，使煤流能够靠自身惯性能量沿曲线落煤管滑落到接料皮带上，防止了堵煤。
抑尘-就是将煤流在传统落煤管中的“爆炸式”无序坠落改变为在曲线落煤管中的“集束式”有序滑落，控制滑落煤流的出口速度与接料皮带速度一致，使煤流与接料皮带相对静止，消除了煤流坠落冲击，从源头上抑制减少了90%粉尘的产生。
优点：
✧节省费用：维护费用降低，接料皮带和皮带机的冲击损伤减小，延长使用寿
命；
✧降低噪音：曲线落煤，无坠落撞击，转运站噪音降低80%以上；
✧节约电能：落煤点居中能使皮带达到额定运量，缩短皮带运行时间，提高效
率；
✧节约用水：节水80%以上，简化水冲洗回收设备系统，大幅减少水冲洗频率；
✧节省投资：取消缓冲滚筒、锁气器、吸风机、除尘器及相应土建投资；
困难：
曲线落煤管的设计难度在于确定导流罩与落煤管的弧度，如图 2和图 3所示。
此外控制物料流动轨迹和速度、避免出现皮带跑偏、撒煤等也是设计工程师面临的主要问题。
图 2：导流罩的弧度
.
图 3：落煤管现场图
传统设计方法：
导流罩的设计
导流罩的设计基于物料流出头部滚轮的抛物线轨迹，对于这个轨迹工程师有很多可以利用的模型进行进行预测，如图4所示。
（皮带速度为6m/s）
图4：物料抛出头部滚轮时的运动轨迹（不同颜色的曲线代表不同的模型） 对于同样的操作条件，不同的模型给出了不同的抛物线轨迹，工程师怎么才能知道哪一种是正确的呢？
落煤管的设计
由于转运站大多是有转角的，并且物料是有厚度的，所以目前没有数学公式可以对物料落到落煤管上的速度大小及运动方向进行准确预测。
基于仿真的设计方法：
DEM‐Solutions中国代表处（深圳德颐姆方案公司）的产品EDEM BulkSim可以对物料在转运站内部的运动进行准确评估，识别堵塞、溢出、过度磨损等现象。
图5：铁矿石流经整个转运站，物料以速度大小进行着色。
导流罩的设计
图6：物料的抛物线轨迹（原设计方案）
图 7：铁矿石流经转运站上部
EDEM BulkSim可以给出物料流出转运站的抛物线轨迹，并且我们物料经过合适的物料模型校准，有实际物料物料形状、尺寸分布以及考虑了物料粘性。
物料流与实际物料流完全一致，用户根据仿真得到的物料流动轨迹可以精确地设计倒流罩的曲线。
落煤管的设计
图 8：铁矿石流经转运站下部
和导流罩类似，用户同样可以根据图 8中物料的流动轨迹准确、自信地设计落煤管的曲度。
曲线落煤管磨损分析
图9:相对切向磨损在导流罩区域发生的地方，红色代表磨损严重。
图 10：转运站下部相对切向磨损发生的地方，红色代表磨损程度高。
EDEM BulkSim可以准确计算物料物料对设备及皮带的冲击和磨损情况，并可以识别出是冲击磨损还是摩擦磨损。
工程师可以根据仿真结果在磨损严重的区域布置相应的衬板。
接收皮带的载入行为
载入速度
图 11展示了速度感应器的位置以及物料的法向（与皮带运动法向垂直）和切向（与皮带运动方向一致）的平均速度随皮带长度的变化关系。
图 11：铁矿石排出到接收皮带上的法向速度和切向速度。
模拟图片表示了分析传感器
在转运站排出点的位置.
物料以每一个颗粒运动的速度来着色。
与接收皮带接触时，铁矿石的
切向速度为2.3m/s（接收皮带的速度为2.5m/s），法向速度为1.2m/s。
沿皮带宽度方向的质量分布
图12展示了质量感应器的位置以及物料载入总质量随皮带宽度
的分布。
图12: 0~40s之内接收皮带载入物料总质量沿皮带宽度的分布。