螺旋溜槽的設計參數敏感度分析及整體建模

魏陽陽 魏亮亮

【摘 要】為了防止塊煤在煤倉下落過程中，因為速度過大，造成塊煤過度破碎的現象，一般在塊煤倉安裝螺旋溜槽。利用Matlab分析了四個設計參數對標準段速度的影響，得出四個設計參數的影響敏感度及參數設計步驟，根據螺旋線方程，利用Pro/E軟件，建立了三維模型，提供了螺旋溜槽的設計和建模方法。

【Abstract】In order to prevent the excessive fragmentation of the lump coal due to the high seed in the process of the coal falling in the coal bunker，the spiral chute is always installed. The influence of the four design parameters on the speed of the standard section is analyzed by Matlab， and the influence sensitivity of the four design parameters and the design steps of the parameters are obtained. According to the helix equation， and using Pro/E software， a three-dimensional mode is established， and the design and modeling method of the spiral chute are provided.

【關鍵詞】螺旋溜槽；參數；敏感度；建模

【Keywords】spiral chute； parameter； sensitivity； modeling

【中圖分類號】TH122 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）05-0169-02

1 引言

傳統煤倉中的煤從運輸設備到倉口，自由落入倉底，會造成煤的破碎，塊煤率不高。螺旋溜槽便是對此類問題的有效解決方案。旋轉溜槽的工作原理是通過螺旋溜槽的導向作用，將煤炭入倉過程中的自由落體運動轉變為勻速螺旋運動，降低煤流運行速度，減緩煤炭入倉過程中的相互沖擊，防止塊煤破碎，減輕粒度損失，從而提高塊煤率。由于在煤流的整個運動過程中，完全靠煤的重力下滑，無人操作，無機械故障，運營費用低，效果好，故被廣泛使用在塊煤倉中。

2 參數敏感度分析

在Matlab中作敏感度分析，結果顯示：

外螺旋線直徑在4～18m變化，外螺旋線傾角在25°～40°變化時，直徑對速度影響成二次曲線。為防止速度過大，溜槽直徑不可過大。當煤倉直徑為30m左右時，可以內外倉組合進行布置[3]。

動摩擦系數f較小的時候，對速度影響較敏感，隨著f的增大，對速度的影響敏感性下降。所以，煤質的動摩擦系數是很重要的。底板傾角對標準段速度影響為線性函數，只要保證最大傾斜角γ比動摩擦角大5～10°即可，這樣能保證標準段速度不至于過大，并能保證在溜槽底部，煤流順利滑落，避免煤流排隊現象。

外螺旋線傾角對標準段速度的影響比底板傾角敏感，所以需要先確定外螺旋線傾角，后確定底板傾角。一般外螺旋傾角在直溜槽傾角大3～5°。

四個參數的選取順序為：確定螺旋溜槽的直徑D，現場測試動摩擦系數f，確定外螺旋線傾角α，最后確定底板傾角φ。

從而確定的設計參數為：溜槽外直徑D為6m，外螺旋角α為31°，螺旋底板傾角φ為24°，動摩擦系數f為0.35，溜槽寬度B為4m，溜槽導入段寬度為7m，溜槽側壁高度為5.5m，導入段側壁高度為9m，運量Q為33t/h，旋向為左旋。

3 結構設計與建模

外螺旋溜槽一般分為三部分： 導入段、非標準螺旋段及標準螺旋段[4]。導入段在運煤設備和非標準螺旋段之間起著過渡和緩沖作用，它將來煤歸攏并使之以一定的流量平穩運行到非標準螺旋段；非標準螺旋段在螺旋溜槽中起至關重要的作用，該段通過截面和角度的變化控制煤流的速度和方向，使之以設計的速度平穩地進入到標準段； 在標準螺旋段，煤流在各種力的共同作用下達到平衡， 即在運行方向無加速度，橫向無擺動， 以恒定的速度平穩運行， 該段的長度可根據煤倉高度而定。

將底板傾角從0°變為24°，外螺旋線傾角從50°變為31°。這樣設計的好處是十套溜槽可共用一套標準和非標

準螺旋段。至此，十套螺旋溜槽彼此不同的就只有導入段了。

利用Pro/E的螺旋線方程建立模型，螺旋溜槽標準段外螺旋線直徑6m，螺旋線傾角31°，每節轉過的角度為30°。

標準段外螺旋線方程為：

x=（6000/2）*cos（t*（-（7*30））+30）

y=（6000/2）*sin（t*（-（7*30））+30）

z=（11326/12*8）*t

標準段內螺旋線方程為：

x=（5200/2）*cos（t*（-（7*30））+30）

y=（5200/2）*sin（t*（-（7*30））+30）

z=（11326/12*8）*t-178

根據側板高度，確定側板曲線方程為：

x=（6000/2）*cos（t*（-（7*30））+30）

y=（6000/2）*sin（t*（-（7*30））+30）

z=（11326/12*8）*t+550

設計的非標準段螺旋線方程分為5段，每一段轉過18°。對于非標準段外螺旋線，需要滿足的邊界約束條件為：傾角從50°到31°，需要用5段非標準段來進行過渡，通過采用z軸不同的上升值來控制各個段的傾角實現。其分段螺旋線方程為：

no.1

x=（6000/2）*cos（-180+t*-18-18*0）

y=（6000/2）*sin（-180+t*-18-18*0）

z=（11326/12*8）+640*t

…………

對于非標準段內螺旋線，需要滿足的邊界約束條件為：傾角從31°到50°，底板傾角從24°到0°及底板寬度從4m到7m的平緩過渡。可得非標準段內螺旋線方程為：

no.1

x=（2300）*cos（t*-19.5+（-180）-19.5*0）-300

y=（2300）*sin（t*-19.5+（-180）-19.5*0）

z=（11326/12*8）-178+（640+5）*t

…………

4 結論

通過對螺旋溜槽設計參數的Matlab分析和Pro/E建模，可以得出以下結論：

①設計時，四個參數的選取先后順序為：螺旋溜槽的直徑D，動摩擦系數f，外螺旋線傾角α，底板傾角φ，為螺旋溜槽標準段設計提供了方法。

②利用Pro/E軟件確定螺旋線方程，精確建模，縮短了設計周期。

【參考文獻】

【1】王志勇、夏琴芬.煤礦專用設備設計[M].北京：煤炭工業出版社，1983.

【2】董廣起，蔣守勇，馬明燕，等.螺旋溜槽外螺旋角確定時存在問題的探討[J].煤礦機械，2011（4）：94-95.

【3】李永蘇，陳學峰.大型儲煤倉螺旋溜槽的設計及應用研究[J].煤炭工程，2012（8）：6-7.

【4】劉玉秦，宋彥，張猛，等.螺旋溜槽在提高塊煤率中的應用[J].煤礦機械，2011（3）：180-181.