使用 Altair EDEM 設計截流器閥以控制礦物流動

 

Blue Ocean Engineer 是一家巴西的公司，專注於為散裝搬運應用設計重型機械的創新解決方案。 為了設計更好、更具成本效益的產品，Blue Ocean 在概念和工程階段極度依賴模擬。

Blue Ocean 與採礦業的一些主要參與者合作，開發了控制或完全關閉礦物流動的截流器閥，特別是在用於礦物儲存的筒倉下。

這種閥門的設計面臨的主要挑戰是在散裝材料存在不同特性時法向力和切向力的變化。 由於閥門是一個非常堅固的組件，可以處理大塊材料，因此閥門框架上的任何額外重量都會使液壓缸向前移動穿過散裝材料變得更加困難。 圖 1 顯示了一個常規尺寸的截流器閥框架。

圖 1. 常規尺寸的截流器閥

 

散裝材料特性，如顆粒尺寸、堆斜角、顆粒尺寸分佈、材料形狀、平板/球面比率，是直接影響截流器閥所承受的主要載荷的一些材料特性。 因此，該設備設計的很大一部分是正確計算關閉閥門過程中的載荷，確定金屬板的正確尺寸，這具有使閥門足夠堅固而不會太重的優勢， 增加法向載荷，但不要太軟，這會影響剛度。

通常，執行克服散裝材料運動阻力所需的液壓力的計算任務始於說明有關材料包裝的假設。 通常，假設材料是堆積和黏合的，這接近於將截止閥移動到散裝材料上的最壞情況。

這種假設通常會導致關截止非常重，並且液壓系統比必要的更大。 所有這些都是為了讓系統準備好在應對大多數情況下不現實的情況。 圖 2 顯示了一個典型的筒倉應用，其中可以看到材料如何具有大範圍的顆粒尺寸分佈，儘管非常黏和材料的假設不成立。

圖 2. Blue Ocean 的截流器閥控制的筒倉卸料

當 Blue Ocean 決定使用 EDEM 軟體來模擬通過散裝材料的材料流動和截流器閥運動時，它意識到，在大多數情況下，閥門上的實際載荷遠低於用於設計它的假設所計算的載荷。 對各種截止滑動時間的模擬表明，通過改變截止時間和刀片截止滑動順序，最大載荷可降低20%。 因此，可以使用更可靠、更輕的閥門，增加其應用並擴大其使用範圍。

這些截流器閥的一個應用範例是儲存鐵礦石的矩形筒倉。下面的圖 3 顯示了這種筒倉的虛擬模型。 在這個範例中，藍色顆粒代表一種球體材料，它是主要的。 黃色顆粒是板狀材料，被模擬為與球體材料的比例不同。

圖 3. 填充板狀和球體材料的矩形筒倉虛擬模型

 

使用 EDEM 切向力報告，可以確定截流器閥刀片將承受的力，從而可以正確設計驅動刀片的運動機構。 此外，還可以分析科力尺寸分佈的影響，以及板/球面比率對切向力的影響。 這種分析之所以是可能的，是因為 EDEM Analyst 模組中內建了功能多樣且數量眾多的模擬報告。

已經進行的其他實驗包括研究刀片的運動，例如線性推進速度 (mm/s) 和運動順序，始終著眼於每個不同過程的切向力和法向力響應。 這使設計工程師可以準確定位驅動機構設置，現場服務工程師可以執行正確的委託任務，以快速為所需應用訂製最佳刀片配置。

另一組可以模擬的重要資訊是刀片表面的磨損模式。 可以使用 EDEM 的材料表面庫處理磨損模型，並在設備啟動和運行時排除現場服務工程師可能關心的關鍵磨損區域。 圖 4 顯示了一個模擬，其中這些區域已被識別並用於通知設計團隊。 識別這些區域可以顯著改善刀片的設計。

圖 4. 使用表面材料磨損模型突出顯示的磨損區域

 

已經展示，EDEM 是一種功能強大且可靠的工具，可用於實驗和分析刀片在一組操作參數下工作時所承受的力。 它允許設計工程師、應用工程師和現場服務工程師早在概念和設計階段就在正常運行期間尋找問題。 這是一個非常受歡迎的省錢方式，它減少了重型機械用戶的保障索賠。

圖 5. 礦石筒倉卸料端下方的截流器閥安裝。 框架與筒倉完美貼合，易於安裝和維護。

 

Blue Ocean 很高興與 EDEM 合作，並使用這樣的工具製作他們的創新機器原型，從模擬洞察中找出最佳解決方案。​

 

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