隨著國(guó)家工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)塊煤的需求量日益增加。然而，塊煤在輸送實(shí)際生產(chǎn)過程中，從開采、運(yùn)輸、分選、倉(cāng)儲(chǔ)等過程中都會(huì)存在不同程度的塊煤破碎的問題，尤其在運(yùn)輸過程的轉(zhuǎn)運(yùn)站中的破碎情況最為明顯，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

塊煤，是經(jīng)過地下開采而分揀出來的塊狀煤炭，具有發(fā)熱量高、煤質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)。廣泛地用于電廠、冶金、化工、造氣等領(lǐng)域，而且需求量非常大，這也是導(dǎo)致塊煤價(jià)格一直處于相對(duì)較高的地位。

在散料輸送行業(yè)中，對(duì)于不合理的轉(zhuǎn)運(yùn)站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，極其容易因產(chǎn)生不同程度的沖擊、碰撞、摩擦而導(dǎo)致塊煤破碎成小塊甚至粉煤。與此同時(shí)，也會(huì)造成磨損、堵塞、跑偏、灑料、揚(yáng)塵和噪聲等問題。因此，對(duì)于塊煤在轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)破碎問題的研究就顯得非常重要了。

本文將采用全球具有領(lǐng)先地位的EDEM離散元仿真軟件來模擬塊煤在轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)的流動(dòng)行為和復(fù)雜力學(xué)性能，并使用最新的破碎模型來模擬塊煤在轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)部發(fā)生破碎的情況。從而，快速、準(zhǔn)確、定量地分析出塊煤的發(fā)生破碎的原因。

01?整體分析

本案例以某轉(zhuǎn)運(yùn)站作為仿真對(duì)象，采用最新破碎模型進(jìn)行仿真模擬。如下圖所示，展示了以上優(yōu)化前后方案的速度著色圖，描述了物料在兩種方案中的料流速度變化情況，同時(shí)也展示優(yōu)化后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。

基于破碎機(jī)理可知，物料發(fā)生破碎主要是因?yàn)槲锪鲜艿接行鲎材艽笥谖锪献陨淼钠扑槟堋Ｈ欢?，有效碰撞能主要與物料流動(dòng)過程中料流速度、沖擊角度、沖擊對(duì)象以及沖擊位置等因素有關(guān)，即這些因素也是優(yōu)化結(jié)構(gòu)的方向。

如上圖所示，為優(yōu)化前后方案的整體速度著色圖和速度曲線圖。由此可以看出：在原始方案中，物料在給料匙上的沖擊前速度達(dá)到了最大值，大約10m/s左右。而優(yōu)化方案則通過多級(jí)緩沖、控制速度和沖擊角度，有效地將物料速度控制在4-6m/s之間，保證了料流穩(wěn)定性，同時(shí)減少了沖擊碰撞。

上圖為優(yōu)化前后方案的整體速度著色圖，主要用于查看物料在不同位置的沖擊情況（如沖擊角度、沖擊前后的速度變化等）。由此可以看出：在原始方案中，一共有4處沖擊點(diǎn)，除了入口處的沖擊點(diǎn)之外的沖擊角度均比較大，達(dá)到了60度左右，增加了動(dòng)能轉(zhuǎn)換為碰撞能。而優(yōu)化方案一共有7處沖擊點(diǎn)，沖擊角度均比較小，大約在25度左右，有效地緩解沖擊過大的問題。

02 粒徑分布

如上圖所示，為優(yōu)化前后方案的直徑著色圖，可以直觀地看出物料在轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)部的粒徑分布和變化情況。

如上圖所示，分別是優(yōu)化前后方案三個(gè)不同沖擊后的顆粒破碎粒徑的質(zhì)量累積百分比圖。由圖可以看出，在原始方案中，三個(gè)位置所獲取的物料破碎率分別為0.61%、5.92%和26.95%，而優(yōu)化方案分別為0.62%、3.14%和8.76%，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)之后有效地減少了18.19%的破碎率。

03 動(dòng)能分析

如上圖所示，為優(yōu)化前后方案的動(dòng)能著色圖，可以直觀地看出物料在轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)部的動(dòng)能分布和變化情況。由此可以看出，原始方案的動(dòng)能變化幅度比優(yōu)化方案大，即轉(zhuǎn)化為其他能量也比較大。

04 質(zhì)量分布

如上圖所示，為優(yōu)化前后方案的質(zhì)量著色圖，描述了物料在轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)部的質(zhì)量分布和變化情況，可以快速地看出物料破碎后的粒徑變化和不同粒徑下物料在轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)的分布情況。

05?結(jié)論與展望

通過對(duì)該項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行仿真分析之后，針對(duì)性地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在保證料流穩(wěn)定的情況下，有效地控制了物料速度和沖擊角度，減少了大約18.19%的破碎率，從而為企業(yè)創(chuàng)造了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。

采用EDEM離散元仿真軟件中破碎模型，可快速地模擬出塊煤在轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)部破碎情況，并借助強(qiáng)大的后處理分析工具，準(zhǔn)確、高效、定量地分析出塊煤的破碎率，從而為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了優(yōu)化依據(jù)和方向。除此之外，在煤礦、冶金、化工等領(lǐng)域中所使用到燒結(jié)礦、焦炭均可采用此解決方案進(jìn)行仿真分析并對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。