迟明1,2,3宋鸿1,2,3许杰1,2,3冯新红1,2,31杭州江河机电装备工程有限公司杭州浙江省水利水电装备表面工程技术研究重点实验室杭州水利部杭州机械设计研究所杭州

摘要：针对某商品混凝土搅拌站骨料带式输送机系统升级改造过程中出现的问题为研究对象，运用离散元EDEM软件仿真模拟了骨料输送过程，通过对仿真结果和现场问题对比，分析了问题产生的原因，提出了相应的解决方案。经过对系统结构的改进和现场调试，解决了带式输送机系统出现的问题，满足了业主的要求。验证了离散元EDEM软件辅助研发设计带式输送机的可行性，为相关设计和建设者提供了一些分析方法和设计思路。关键词：带式输送机；离散元；改造；EDEM中图分类号：TH文献标识码：A文章编号：-（）04--05

0引言改革开放40年以来，我国国民经济飞速增长。商品混凝土搅拌站伴随着城市建设规模的不断扩大也有了长足的发展，商品混凝土为我国城市现代化建设做出了巨大的贡献[1]。

商品混凝土搅拌站由搅拌系统，骨料供给系统，粉料储存系统，计量系统，控制系统和外配套设备组成。骨料储存仓、骨料计量斗及骨料输送三个部分组成骨料供给系统[2]。带式输送机系统主要完成骨料从储存仓到搅拌机的过程输送，具有输送距离长、效率高、故障率低等优点[3]。

随着城市建设的快速发展，建设工地对混凝土的用量也不断增加，某混凝土有限公司根据市场的需求，将其一座搅拌站进行升级改造，产能由2.5m/min提高至4m/min。经过3个月的设计与建造，完成了搅拌站各系统的安装，并进行了试机生产。在调试骨料带式输送机系统过程中，出现了骨料称量斗放料时间短，骨料飞溅溢出，上楼皮带机跑偏，骨料在上楼皮带机上产生滑移等现象。研究并分析产生这些问题的原因，提出有效解决方案，是保证带式输送机系统稳定运转的重点。

本文利用离散元EDEM软件对带式输送机的骨料输送过程进行仿真模拟，结合实践经验分析并确定问题的主要原因，为皮带输送机系统的设计和建造提供分析方法和设计思路。

1改造项目情况概述1.1搅拌站介绍及带式输送机系统布置某混凝土有限公司的商品混凝土搅拌站是在原2.5m3搅拌站基础上进行升级改造，要求各系统的位置尽量不做改动，总体布置图如图1所示。

图1混凝土搅拌站总体布置图

骨料储存仓由5个骨料仓构成，分别盛放石子(G3)，瓜子片（G4），机制砂(S1)，天然砂(S2)，中砂（S3）。每个骨料仓下方悬挂骨料称量斗，称量斗出口通过气动弧门控制放料。骨料经过称量后，由仓底皮带机（C1）和上楼皮带机（C2）输送至混凝土搅拌机进行搅拌。仓底皮带机（C1）带宽为mm,功率为11kW，带速为2.5m/s，倾角为0°，处理能力为t/h；上楼皮带机（C2）带宽为mm,功率为30kW,带速为2.5m/s，倾角为20°，处理能力为t/h。

仓底皮带机C1抛料面距离上楼皮带机C2面mm，仓底皮带机C1滚筒中心线距离上楼皮带机C2中心线mm。

1.2现场试机出现的问题图2为带式输送机系统进行试机时，仓底皮带机C1抛料至上楼皮带机C2尾部骨料堆积的现场。根据搅拌系统参数要求，称量斗内骨料放料完成时间为7s，而试机实际放料完成用时为4s；大量的骨料从仓底皮带机C1抛至上楼皮带机C2，骨料从皮带机右侧挡料槽处飞溅溢出；骨料在上楼皮带机C2上经加速后运至楼上搅拌机，此过程中可见骨料相对于输送带产生滑移；上楼皮带机C2在运行过程中明显向右侧跑偏。

图2骨料堆积状况

2带式输送机系统骨料输送EDEM仿真离散单元法（DEM）[4]用于计算带式输送机系统中骨料运行情况，可仿真每个骨料颗粒的运动情况，颗粒与颗粒相互作用，颗粒与边界的相互作用，通过求解和后处理，可得到具有高参考价值的数据信息，用于优化皮带机的结构设计[5-7]。

2.1设计条件以本项目试机生产实际为例，基本参数设定为：骨料颗粒为中砂；设置砂，橡胶，钢板的材料属性，建立砂与砂，砂与橡胶，砂与钢板的相互作用；颗粒级配符合建设用砂2区标准[8]，颗粒大小分布见表1。

颗粒形状使用自制颗粒模板，尽量接近砂的形状，颗粒半径0.5mm，如图3所示；利用SolidWorks软件建立带式输送机系统三维简化模型，如图4所示。

图3颗粒模板及颗粒生成

图4带式输送机系统模型

定义仓底皮带机C1运行方向，运行速度大小为2.5m/s，上楼皮带机C2方向，运行速度大小为2.5m/s，定义滚筒为旋转运动；颗粒工厂尺寸为称量斗放料口大小，生产颗粒工厂，颗粒总质量为kg，生产速率为kg/s，放料速度为1m/s。

2.2求解和仿真结果设置仿真时间步长20%，仿真总时间12s，输出频率0.02s，运行仿真。通过分析仿真结果，颗粒经过4.2s全部释放，第3s时颗粒从滚筒上抛下，并落在上楼皮带机C2中心线右侧的皮带面上，在第4s时出现颗粒在皮带机尾部大量堆积并从导料槽溢出，如图5所示；第7s时颗粒经过上楼皮带机输送，堆积消失，由颗粒的运动及速度云图可知，在上楼皮带机C2上运行的许多颗粒相对皮带产生移动，如图6中绿色及蓝色颗粒所示，明显小于上楼皮带机C2带速2.5m/s。

图5颗粒抛料堆积仿真图

图6颗粒运动仿真图

仿真结果显示，使用EDEM软件仿真的骨料运动过程及出现的问题与试机过程中骨料在带式输送机系统出现的问题一致。

3问题分析及解决方案该项目为改造升级项目，受场地空间的限制，上楼皮带机C2的倾角约为20°，使用的输送带为NN-型平皮带，要求不做改动，由倾角过大引起的问题需在改造中尽可能的完善。仓底皮带机C1为原设备，仅对皮带机基础的高度做了调整，机头部位无溜槽设置。

3.1称量斗出料口称量都出料口开口过大，使得出料的时间短于理论控制时间，同时也是造成抛料位置大量堆积料的主要原因。现场根据骨料的用量和放料时间，在称量斗出口位置焊接三组斜板来减小出料口面积，如图7所示。

图7出料口优化

3.2带式输送机系统转接处仓底皮带机C1机头处未设置溜槽，导致抛料至上楼皮带机C2中心线右侧，大量骨料对皮带右侧进行冲刷和施加压力，使皮带机出现向右侧跑偏的现象。骨料被抛到上楼皮带机C2上需要时间加速至带速，在加速的过程中大量骨料堆积，造成骨料从导料槽处飞溅溢出。

为解决上述问题，根据骨料抛物轨迹，设置转折挡料板，保证骨料落在皮带中间位置；为减少骨料对挡板的冲刷磨损，在挡板上焊接三条角钢，形成死料堆，如图8所示。

图8设置防撞挡料板系统仿真

3.3上楼皮带机C2上楼皮带机C2的倾角约为20°是造成骨料产生相对滑移的原因之一，倾斜角度的增加并接近皮带输送的动堆积角，必然会导致物料在皮带机上滑移和滚落。建议在场地空间足够的情况下，上楼皮带机的倾角不要大于18°；若倾角过大，输送带可选用花纹输送带或波状挡边输送带，并配置合适的清扫器。

经过优化改造的带式输送机系统，解决了称量料斗放料时间短和骨料大量堆积的问题；通过增设转折挡料板，有效解决了骨料的飞溅溢出，避免了皮带机跑偏现象。图9为改进后带式输送机系统稳定运行的现场。

图9改进后系统运行情况

4结论通过结合实际工程项目，运用EDEM软件对骨料输送过程进行仿真模拟，经过对实际问题的分析，提出了解决的方案。通过在项目改造过程中遇到的问题，提出如下建议：1)商品混凝土搅拌站的带式输送系统在设计阶段要对空间进行合理布置，选择合适的倾角和输送带，以提高整个系统的效率。

2)带式输送机虽然已标准化和模块化，但设计人员须根据具体项目进行详尽细致的设计，尽可能在进行设计时考量影响因素，便于后期现场安装调试。

3)EDEM软件是协助设计人员对各类散料处理设备进行设计、测试和优化的工具，通过仿真模拟，能直观的看到骨料颗粒的运行轨迹和动态变化。在带式输送机系统的设计过程中，运用计算机辅助软件，将理论和实际经验相结合，能够方便的改进和避免带式输送机系统存在的设计问题。

参考文献[1]朱岳兴.商品混凝土企业可持续发展途径探讨[J].商品混凝土,,(6):10-12.

[2]岳阳.混凝土搅拌站自动控制系统研究[D].洛阳:河南科技大学,.[3]刘大阳.长距离大功率带式输送机的电控设计[D].大连:大连理工大学,.[4]宋伟刚,王天夫.散状物料转载系统设计DEM仿真方法的研究[J].工程设计学报,(6):-.[5]周文君,卫红波.基于EDEM的带式输送机输送过程仿真及分析[J].煤矿机械,(5):89-91.[6]孟宪振.基于EDEM的带式输送机转接溜槽结构优化[J].起重运输机械,(7):98-.[7]夏鹏,李郁,杨公波.散粒物料堆积角离散元仿真研究[J].起重运输机械,(2):-.[8]GB/T—建设用砂[S].