煤礦廠通常需要將物料從地下或低洼處輸送至高處，煤炭的運(yùn)輸是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于帶式輸送機(jī)極限傾角的研究有助于優(yōu)化傾斜輸送系統(tǒng)。如果可以在更大傾角下進(jìn)行穩(wěn)定輸送，就能夠在有限的空間中實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離的物料輸送，降低設(shè)備的空間需求。

在皮帶機(jī)傳送帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，帶速、傾角與輸運(yùn)量是關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。本報(bào)告利用EDEM離散元仿真軟件，模擬不同皮帶機(jī)傳送帶工況下的極限傾角，以探討輸運(yùn)量和帶速與極限傾角之間的關(guān)系。對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析有助于確定最優(yōu)的傳送帶設(shè)計(jì)，從而保證安全、穩(wěn)定和高效的運(yùn)行，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗具有重要意義。

仿真方案

皮帶機(jī)的輸運(yùn)量涉及到整個(gè)輸運(yùn)系統(tǒng)的效率，是評(píng)估皮帶機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)。EDEM對(duì)于需要考慮傾角的皮帶機(jī)而言，確定其極限傾角很重要。因?yàn)樵诔^(guò)極限傾角的情況下，物料可能會(huì)集中在某些區(qū)域，導(dǎo)致堆積、堵塞，甚至引發(fā)機(jī)械故障。當(dāng)物料滑動(dòng)或掉落時(shí)，不僅影響生產(chǎn)效率，還可能危及操作人員的安全。

本案例主要從以下兩個(gè)方面切入，對(duì)皮帶機(jī)的極限傾角展開分析：

? 固定帶速，探究輸運(yùn)量與極限傾角的關(guān)系

?固定輸運(yùn)量，探究帶速與極限傾角的關(guān)系

仿真所使用的皮帶機(jī)傳送帶由兩段組成，帶寬1m，運(yùn)料：原煤，顆粒粒徑為60mm呈正態(tài)分布。物料以一定速度從高處落下到水平段傳送帶，隨著皮帶輸運(yùn)到帶有傾角的傳送帶后，沿著皮帶向上輸運(yùn)。

仿真結(jié)果分析

■極限傾角

極限傾角（或稱最大傾角、臨界傾角）的定義是：在物料通過(guò)傾斜傳送帶時(shí)，物料能夠穩(wěn)定輸送而不發(fā)生滑動(dòng)或滾落的最大傾斜角度。

在EDEM中，通過(guò)在皮帶機(jī)傳送帶的水平段和傾斜段添加軟件虛擬質(zhì)量流量傳感器，獲取運(yùn)輸過(guò)程的質(zhì)量流量數(shù)據(jù)，并通過(guò)速度著色，觀察物料的速度變化。

以1250t/h的輸運(yùn)量為例，圖3顯示了傾角分別為19°和20°時(shí)，穩(wěn)定輸運(yùn)時(shí)間內(nèi)水平段和傾斜段的質(zhì)量流量數(shù)據(jù)。

根據(jù)仿真結(jié)果可知：傾角為20°時(shí)，物料速度變慢，傾斜段的質(zhì)量流量明顯小于水平段，物料出現(xiàn)堆積，影響輸送效率。當(dāng)物料堆積到一定程度時(shí)，將出現(xiàn)大面積撒料，進(jìn)而造成損失。

因此，該工況下的極限傾角值為19°。

■輸運(yùn)量與極限傾角的關(guān)系

該案例在固定帶速2.5m/s下，通過(guò)仿真逐步增加輸運(yùn)量，觀察極限傾角的變化，得到輸運(yùn)量與極限傾角之間的關(guān)系如圖4所示：

隨著傳送帶輸運(yùn)量的增大，極限傾角越小。

換言之隨著傾角的增加，傳送帶的輸運(yùn)量逐漸降低。這是因?yàn)殡S著傾角的增大，顆粒在傳送帶上的重力分量增大，導(dǎo)致物料堆積不穩(wěn)定和滑動(dòng)。

通過(guò)進(jìn)一步分析，多點(diǎn)擬合，可獲得不同物料的輸運(yùn)量-極限傾角的函數(shù)關(guān)系式。

■帶速與極限傾角的關(guān)系

除了輸運(yùn)量，帶速也是影響極限傾角的一個(gè)重要參數(shù)，為了探究不同帶速對(duì)極限傾角的影響，在固定輸運(yùn)量為2000t/h的工況下提高帶速，計(jì)算其極限傾角的變化，得到帶速與極限傾角的關(guān)系。

仿真結(jié)果如圖5所示：物料傾倒在水平段傳送帶再輸送至傾斜段，隨著帶速的增加，極限傾角也會(huì)隨之增大，但其增幅在減小。

這是因?yàn)殡S著傳送帶速度的增加，物料的慣性力增加，如果傳送帶傾角過(guò)大，物料可能會(huì)在帶速快時(shí)失去穩(wěn)定性，容易發(fā)生打滑。

此外，若物料直接傾倒在傾斜段上，會(huì)導(dǎo)致物料一開始就受到向下滑動(dòng)的分力，在傾斜段上有下滑的趨勢(shì)，如果傾角較大，會(huì)使得該現(xiàn)象更明顯。這時(shí)增加皮帶的帶速則會(huì)使物料容易發(fā)生打滑，導(dǎo)致極限傾角減小。且該現(xiàn)象還與物料和傳送帶的接觸特性相關(guān)，還需做進(jìn)一步探討。

總結(jié)

1、傳送帶的極限傾角與輸運(yùn)量之間存在明顯的負(fù)相關(guān)：隨著輸運(yùn)量的增加，極限傾角逐漸下降。且極限傾角與物料特性有較大關(guān)系，基于EDEM離散元仿真，能夠研究不同物料下輸運(yùn)量和極限傾角的關(guān)系；

2、傳送帶的極限傾角也會(huì)受到帶速的影響：隨著帶速的增加，雖然能增大極限傾角但是其增幅是有限的，說(shuō)明帶速會(huì)影響極限傾角但是不能決定極限傾角。且物料從水平段穩(wěn)定進(jìn)入傾斜段，和物料直接傾倒在傾斜段上，對(duì)極限傾角的影響也有所差異；

3、此外，將EDEM與HyperStudy相結(jié)合，能夠獲得目標(biāo)輸運(yùn)量下帶速、帶寬、傾角等多個(gè)設(shè)計(jì)變量的最佳組合值，從而加快優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程；

4、若是考慮空間限制，可進(jìn)一步研究壓緊力與傾角的關(guān)系。

通過(guò)合理設(shè)計(jì)傳送帶的傾角，可以減少物料滑移的能量損失，從而降低系統(tǒng)的能耗，并延長(zhǎng)傳送帶的使用壽命，減少設(shè)備的維修和更換費(fèi)用。在不同物料和環(huán)境條件下，極限傾角的研究可以為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)，使輸送系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中更加高效和經(jīng)濟(jì)。