螺旋溜槽的設(shè)計(jì)參數(shù)敏感度分析及整體建模

魏陽(yáng)陽(yáng) 魏亮亮

【摘 要】為了防止塊煤在煤倉(cāng)下落過(guò)程中，因?yàn)樗俣冗^(guò)大，造成塊煤過(guò)度破碎的現(xiàn)象，一般在塊煤倉(cāng)安裝螺旋溜槽。利用Matlab分析了四個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)段速度的影響，得出四個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響敏感度及參數(shù)設(shè)計(jì)步驟，根據(jù)螺旋線(xiàn)方程，利用Pro/E軟件，建立了三維模型，提供了螺旋溜槽的設(shè)計(jì)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(guān)鍵詞】螺旋溜槽；參數(shù)；敏感度；建模

【Keywords】spiral chute； parameter； sensitivity； modeling

【中圖分類(lèi)號(hào)】TH122 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）05-0169-02

1 引言

傳統(tǒng)煤倉(cāng)中的煤從運(yùn)輸設(shè)備到倉(cāng)口，自由落入倉(cāng)底，會(huì)造成煤的破碎，塊煤率不高。螺旋溜槽便是對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的有效解決方案。旋轉(zhuǎn)溜槽的工作原理是通過(guò)螺旋溜槽的導(dǎo)向作用，將煤炭入倉(cāng)過(guò)程中的自由落體運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閯蛩俾菪\(yùn)動(dòng)，降低煤流運(yùn)行速度，減緩煤炭入倉(cāng)過(guò)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(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，完全靠煤的重力下滑，無(wú)人操作，無(wú)機(jī)械故障，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，效果好，故被廣泛使用在塊煤倉(cāng)中。

2 參數(shù)敏感度分析

在Matlab中作敏感度分析，結(jié)果顯示：

外螺旋線(xiàn)直徑在4～18m變化，外螺旋線(xiàn)傾角在25°～40°變化時(shí)，直徑對(duì)速度影響成二次曲線(xiàn)。為防止速度過(guò)大，溜槽直徑不可過(guò)大。當(dāng)煤倉(cāng)直徑為30m左右時(shí)，可以?xún)?nèi)外倉(cāng)組合進(jìn)行布置[3]。

動(dòng)摩擦系數(shù)f較小的時(shí)候，對(duì)速度影響較敏感，隨著f的增大，對(duì)速度的影響敏感性下降。所以，煤質(zhì)的動(dòng)摩擦系數(shù)是很重要的。底板傾角對(duì)標(biāo)準(zhǔn)段速度影響為線(xiàn)性函數(shù)，只要保證最大傾斜角γ比動(dòng)摩擦角大5～10°即可，這樣能保證標(biāo)準(zhǔn)段速度不至于過(guò)大，并能保證在溜槽底部，煤流順利滑落，避免煤流排隊(duì)現(xiàn)象。

外螺旋線(xiàn)傾角對(duì)標(biāo)準(zhǔn)段速度的影響比底板傾角敏感，所以需要先確定外螺旋線(xiàn)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(gè)參數(shù)的選取順序?yàn)椋捍_定螺旋溜槽的直徑D，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試動(dòng)摩擦系數(shù)f，確定外螺旋線(xiàn)傾角α，最后確定底板傾角φ。

從而確定的設(shè)計(jì)參數(shù)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(dòng)摩擦系數(shù)f為0.35，溜槽寬度B為4m，溜槽導(dǎo)入段寬度為7m，溜槽側(cè)壁高度為5.5m，導(dǎo)入段側(cè)壁高度為9m，運(yùn)量Q為33t/h，旋向?yàn)樽笮?/p>

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模

外螺旋溜槽一般分為三部分： 導(dǎo)入段、非標(biāo)準(zhǔn)螺旋段及標(biāo)準(zhǔn)螺旋段[4]。導(dǎo)入段在運(yùn)煤設(shè)備和非標(biāo)準(zhǔn)螺旋段之間起著過(guò)渡和緩沖作用，它將來(lái)煤歸攏并使之以一定的流量平穩(wěn)運(yùn)行到非標(biāo)準(zhǔn)螺旋段；非標(biāo)準(zhǔn)螺旋段在螺旋溜槽中起至關(guān)重要的作用，該段通過(guò)截面和角度的變化控制煤流的速度和方向，使之以設(shè)計(jì)的速度平穩(wěn)地進(jìn)入到標(biāo)準(zhǔn)段； 在標(biāo)準(zhǔn)螺旋段，煤流在各種力的共同作用下達(dá)到平衡， 即在運(yùn)行方向無(wú)加速度，橫向無(wú)擺動(dòng)， 以恒定的速度平穩(wěn)運(yùn)行， 該段的長(zhǎng)度可根據(jù)煤倉(cāng)高度而定。

將底板傾角從0°變?yōu)?4°，外螺旋線(xiàn)傾角從50°變?yōu)?1°。這樣設(shè)計(jì)的好處是十套溜槽可共用一套標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)

準(zhǔn)螺旋段。至此，十套螺旋溜槽彼此不同的就只有導(dǎo)入段了。

利用Pro/E的螺旋線(xiàn)方程建立模型，螺旋溜槽標(biāo)準(zhǔn)段外螺旋線(xiàn)直徑6m，螺旋線(xiàn)傾角31°，每節(jié)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為30°。

標(biāo)準(zhǔn)段外螺旋線(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)螺旋線(xiàn)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(jù)側(cè)板高度，確定側(cè)板曲線(xiàn)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(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)段螺旋線(xiàn)方程分為5段，每一段轉(zhuǎn)過(guò)18°。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)段外螺旋線(xiàn)，需要滿(mǎn)足的邊界約束條件為：傾角從50°到31°，需要用5段非標(biāo)準(zhǔn)段來(lái)進(jìn)行過(guò)渡，通過(guò)采用z軸不同的上升值來(lái)控制各個(gè)段的傾角實(shí)現(xiàn)。其分段螺旋線(xiàn)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(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)螺旋線(xiàn)，需要滿(mǎn)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(guò)渡?？傻梅菢?biāo)準(zhǔn)段內(nèi)螺旋線(xiàn)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(jié)論

通過(guò)對(duì)螺旋溜槽設(shè)計(jì)參數(shù)的Matlab分析和Pro/E建模，可以得出以下結(jié)論：

①設(shè)計(jì)時(shí)，四個(gè)參數(shù)的選取先后順序?yàn)椋郝菪锊鄣闹睆紻，動(dòng)摩擦系數(shù)f，外螺旋線(xiàn)傾角α，底板傾角φ，為螺旋溜槽標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)提供了方法。

②利用Pro/E軟件確定螺旋線(xiàn)方程，精確建模，縮短了設(shè)計(jì)周期。

【參考文獻(xiàn)】

【1】王志勇、夏琴芬.煤礦專(zhuān)用設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：煤炭工業(yè)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(shí)存在問(wèn)題的探討[J].煤礦機(jī)械，2011（4）：94-95.

【3】李永蘇，陳學(xué)峰.大型儲(chǔ)煤倉(cāng)螺旋溜槽的設(shè)計(jì)及應(yīng)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(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2011（3）：180-181.