螺旋溜槽的设计参数敏感度分析及整体建模

魏阳阳 魏亮亮

【摘 要】为了防止块煤在煤仓下落过程中，因为速度过大，造成块煤过度破碎的现象，一般在块煤仓安装螺旋溜槽。利用Matlab分析了四个设计参数对标准段速度的影响，得出四个设计参数的影响敏感度及参数设计步骤，根据螺旋线方程，利用Pro/E软件，建立了三维模型，提供了螺旋溜槽的设计和建模方法。

【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.

【关键词】螺旋溜槽；参数；敏感度；建模

【Keywords】spiral chute； parameter； sensitivity； modeling

【中图分类号】TH122 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）05-0169-02

1 引言

传统煤仓中的煤从运输设备到仓口，自由落入仓底，会造成煤的破碎，块煤率不高。螺旋溜槽便是对此类问题的有效解决方案。旋转溜槽的工作原理是通过螺旋溜槽的导向作用，将煤炭入仓过程中的自由落体运动转变为匀速螺旋运动，降低煤流运行速度，减缓煤炭入仓过程中的相互冲击，防止块煤破碎，减轻粒度损失，从而提高块煤率。由于在煤流的整个运动过程中，完全靠煤的重力下滑，无人操作，无机械故障，运营费用低，效果好，故被广泛使用在块煤仓中。

2 参数敏感度分析

在Matlab中作敏感度分析，结果显示：

外螺旋线直径在4～18m变化，外螺旋线倾角在25°～40°变化时，直径对速度影响成二次曲线。为防止速度过大，溜槽直径不可过大。当煤仓直径为30m左右时，可以内外仓组合进行布置[3]。

动摩擦系数f较小的时候，对速度影响较敏感，随着f的增大，对速度的影响敏感性下降。所以，煤质的动摩擦系数是很重要的。底板倾角对标准段速度影响为线性函数，只要保证最大倾斜角γ比动摩擦角大5～10°即可，这样能保证标准段速度不至于过大，并能保证在溜槽底部，煤流顺利滑落，避免煤流排队现象。

外螺旋线倾角对标准段速度的影响比底板倾角敏感，所以需要先确定外螺旋线倾角，后确定底板倾角。一般外螺旋倾角在直溜槽倾角大3～5°。

四个参数的选取顺序为：确定螺旋溜槽的直径D，现场测试动摩擦系数f，确定外螺旋线倾角α，最后确定底板倾角φ。

从而确定的设计参数为：溜槽外直径D为6m，外螺旋角α为31°，螺旋底板倾角φ为24°，动摩擦系数f为0.35，溜槽宽度B为4m，溜槽导入段宽度为7m，溜槽侧壁高度为5.5m，导入段侧壁高度为9m，运量Q为33t/h，旋向为左旋。

3 结构设计与建模

外螺旋溜槽一般分为三部分： 导入段、非标准螺旋段及标准螺旋段[4]。导入段在运煤设备和非标准螺旋段之间起着过渡和缓冲作用，它将来煤归拢并使之以一定的流量平稳运行到非标准螺旋段；非标准螺旋段在螺旋溜槽中起至关重要的作用，该段通过截面和角度的变化控制煤流的速度和方向，使之以设计的速度平稳地进入到标准段； 在标准螺旋段，煤流在各种力的共同作用下达到平衡， 即在运行方向无加速度，横向无摆动， 以恒定的速度平稳运行， 该段的长度可根据煤仓高度而定。

将底板倾角从0°变为24°，外螺旋线倾角从50°变为31°。这样设计的好处是十套溜槽可共用一套标准和非标

准螺旋段。至此，十套螺旋溜槽彼此不同的就只有导入段了。

利用Pro/E的螺旋线方程建立模型，螺旋溜槽标准段外螺旋线直径6m，螺旋线倾角31°，每节转过的角度为30°。

标准段外螺旋线方程为：

x=（6000/2）*cos（t*（-（7*30））+30）

y=（6000/2）*sin（t*（-（7*30））+30）

z=（11326/12*8）*t

标准段内螺旋线方程为：

x=（5200/2）*cos（t*（-（7*30））+30）

y=（5200/2）*sin（t*（-（7*30））+30）

z=（11326/12*8）*t-178

根据侧板高度，确定侧板曲线方程为：

x=（6000/2）*cos（t*（-（7*30））+30）

y=（6000/2）*sin（t*（-（7*30））+30）

z=（11326/12*8）*t+550

设计的非标准段螺旋线方程分为5段，每一段轉过18°。对于非标准段外螺旋线，需要满足的边界约束条件为：倾角从50°到31°，需要用5段非标准段来进行过渡，通过采用z轴不同的上升值来控制各个段的倾角实现。其分段螺旋线方程为：

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

…………

对于非标准段内螺旋线，需要满足的边界约束条件为：倾角从31°到50°，底板倾角从24°到0°及底板宽度从4m到7m的平缓过渡。可得非标准段内螺旋线方程为：

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 结论

通过对螺旋溜槽设计参数的Matlab分析和Pro/E建模，可以得出以下结论：

①设计时，四个参数的选取先后顺序为：螺旋溜槽的直径D，动摩擦系数f，外螺旋线倾角α，底板倾角φ，为螺旋溜槽标准段设计提供了方法。

②利用Pro/E软件确定螺旋线方程，精确建模，缩短了设计周期。

【参考文献】

【1】王志勇、夏琴芬.煤矿专用设备设计[M].北京：煤炭工业出版社，1983.

【2】董广起，蒋守勇，马明燕，等.螺旋溜槽外螺旋角确定时存在问题的探讨[J].煤矿机械，2011（4）：94-95.

【3】李永苏，陈学峰.大型储煤仓螺旋溜槽的设计及应用研究[J].煤炭工程，2012（8）：6-7.

【4】刘玉秦，宋彦，张猛，等.螺旋溜槽在提高块煤率中的应用[J].煤矿机械，2011（3）：180-181.