基于EDEM的取料機堵料報警裝置優化設計

河北港口集團港口機械有限公司

1 引言

斗輪取料機的堵料問題是制約生產效率的重要原因，除了合理取料、加強監護避免堵料外，設備應該具有完善的堵料報警功能，以防止出現嚴重堵料影響生產。在曹妃甸煤炭港務有限公司所采用的QL6000·55型斗輪取料機的實際使用過程中發現，當取塊狀煤種時，堵料報警裝置經常誤報警造成停機，影響作業效率；當取黏煤堵斗時，堵料報警裝置常常未能報警，導致煤一直堵到懸皮機構，給設備帶來嚴重的安全隱患，如造成鋼結構變形、料物掩埋尾車滾筒導致火災等安全事故，通斗過程長，造成人力物力的巨大浪費，同時也給設備帶來極大的負擔。

為此，對取料機的堵料報警裝置進行改造，分析原堵料報警裝置誤報警及不報警的原因，根據分析結果確定改造方向，通過Pro/Engineer進行三維建模，并根據取料機設計參數，一同導入EDEM進行仿真分析，找出合適的新位置；然后根據堵料開關的特性，通過計算設計出合理的安裝形式，最后利用程序進行實用性檢驗，保證取料作業的安全穩定，確保生產順利進行。

2 原有堵料報警裝置的問題分析

原有堵料報警裝置形式及位置見圖1。原堵料報警裝置采用水銀傾斜開關，當溜槽堵滿，煤流將堵料開關頂起，傾斜到一定角度時進行報警，達到提醒堵料停機的功能。但在實際生產過程中發現：①當取粒度較大的煤時，由于煤塊彈跳不規則，經常碰觸堵料開關，造成誤報警，即使添加2 s延時報警也無法消除誤報情況；②當取粒度較小且濕度較大的煤時，一旦堵煤，煤流將沿溜槽壁上返，不能進入放有堵料開關的槽內，導致水銀開關傾斜角度不夠，不能報警；③堵料開關位于溜槽轉角的下方，而黏煤堵料時往往從轉角位置開始堵煤，堵料開關處并沒有堵料，也就失去了報警功能。

圖1 原有堵料報警裝置形式及位置

水銀傾斜開關在功能上可以實現堵料報警功能，考慮節約成本，可以繼續使用原開關。但要使堵料報警功能準確可靠，需要從以下2個方面進行改造：①選擇合適的位置，以保證煤流不會誤碰堵料開關，造成誤報警；②合理設計堵料開關的安裝形式，以保證其能達到報警角度，切實報警停機。

3 取料機堵料報警裝置優化設計

3.1 選擇堵料報警裝置的位置

通過EDEM仿真找出溜槽不受物料沖擊的位置，首先確定參數并建模。斗輪取料機取料后，經過轉載站分叉溜槽分別向2條對稱設置的輸送機給料[1-2]，系統主要參數為：

物料：煤，粒度100 mm

靜堆積角：38°～450°

動安息角：20°

堆積密度：0.85～0.95 t/m3

懸臂皮帶與地面皮帶夾角：90°

額定輸送量：6 000 t/h

最大輸送能力：6 700 t/h

輸送帶寬度：2 000 mm

帶速：4.8 m/s

2條地面皮帶機間距:4 000 mm

圖2 模擬100 mm煤塊的粒狀模型

制作顆粒形狀模擬粒度為100 mm的煤，顆粒形狀和填充效果見圖2。轉載系統按照取料機圖紙采用Pro/Engineer進行三維建模(見圖3)。

圖3 取料機轉載系統模型

將參數及模型導入EDEM進行仿真分析，物料轉載仿真結果見圖4。

圖4 物料轉載仿真結果

從圖4可以看出，A、B兩處均為物料不會沖擊到的位置，且都位于溜槽轉角之上，可滿足不誤報且能準確報警的條件。考慮到堵料報警的及時性和可靠性，同時選擇A、B兩處安裝堵料開關，以A處作為一級堵料信號，保證報警的及時性，B處作為二級堵料信號，使一級堵料信號失效的情況下仍能報警，保證其可靠性。

3.2 設計堵料開關的安裝形式

現場所用堵料開關的型號為拉姆齊//20-39-25，其報警角度為15°，因此在設計其安裝形式時，應保證在堵料時堵料開關的最小傾斜角度大于15°，以此為依據設計A處安裝形式(見圖5)。

圖5 A處堵料開關安裝形式及位置

考慮堵料時煤流不能進入堵料開關槽體內的極限情況，堵料開關會處于圖中虛線位置，此時堵料開關傾斜角度最小，也就是最不易報警的情況。設此時傾斜角度為?=15°,堵料開關長度l=210 mm,l1=lsin15°=54.4 mm。設計a>l1,即a>54.4 mm,堵料開關垂入溜槽壁深度b>l1/tan35°=77.7 mm。為使煤流盡量能夠進入槽內，確保堵料開關動作準確，設計時應使開口盡可能大，結合a處溜槽壁尺寸，取a=200 mm,b=114 mm。A處堵料開關安裝尺寸見圖6。此方案下，堵料開關的最小傾斜角度為22°，符合設計要求。

圖6 A處堵料開關安裝尺寸

B處位于驅動滾筒正下方，位置開闊，當出現堵料時，可以輕易觸碰堵料開關，因此將堵料開關放入即可，但應注意其懸垂線應盡量短些，否則堵料開關容易大幅度擺動。同時為了避免有少量煤可能彈起，產生誤碰造成誤報警，在堵料開關上方設計安裝了傘狀擋板(見圖7)。

圖7 傘狀擋板

4 改造后堵料報警裝置實用性檢驗

根據設計方案完成1臺取料機堵料報警裝置改造后，對其實用性進行了檢驗，檢驗分兩步進行：

(1)檢驗其是否會出現誤報警。首先從控制程序中將堵料報警信號設置為非停機故障，防止因設計失敗導致經常誤報警影響生產，期間加強作業監護，然后設計程序分別記錄堵料報警信號持續1 s、2 s、2.5 s、4 s的次數，以檢驗其是否會誤報警。經過為期2周的觀察實驗，發現A處堵料開關只出現過1次持續1 s的誤報警信號，B處未出現過誤報警，因此設計A處堵料開關報警延時為2 s，B處報警延時設為1 s即可。由此可以得出結論，改造后的堵料報警裝置不會誤報警。

(2)檢驗其是否能夠在堵料時可靠報警停機。在不啟動地面皮帶的情況下進行取料，即模擬堵料情況。通過實驗，A處堵料開關順利發出堵料報警信號，設備停機;接著將A處堵料信號封點，繼續取料后，B處堵料開關也正常報警停機，此時煤未超出漏斗安全容積。由此可以驗證，A、B兩級堵料報警裝置能夠在堵料的情況下可靠地報警停機。

5 結語

通過對取料機堵料報警裝置的改造，使取料機具備了及時、可靠的堵料報警功能，避免了因誤報警影響作業流程，杜絕了嚴重堵料的現象，為提高生產作業效率提供了有力的保證，節省了大量的人力物力資源，減少了設備損耗。