随着国家工业和经济的快速发展，市场对块煤的需求量日益增加。然而，块煤在输送实际生产过程中，从开采、运输、分选、仓储等过程中都会存在不同程度的块煤破碎的问题，尤其在运输过程的转运站中的破碎情况最为明显，给企业造成巨大的经济损失。

块煤，是经过地下开采而分拣出来的块状煤炭，具有发热量高、煤质好等优点。广泛地用于电厂、冶金、化工、造气等领域，而且需求量非常大，这也是导致块煤价格一直处于相对较高的地位。

在散料输送行业中，对于不合理的转运站结构设计，极其容易因产生不同程度的冲击、碰撞、摩擦而导致块煤破碎成小块甚至粉煤。与此同时，也会造成磨损、堵塞、跑偏、洒料、扬尘和噪声等问题。因此，对于块煤在转运站内破碎问题的研究就显得非常重要了。

本文将采用全球具有领先地位的EDEM离散元仿真软件来模拟块煤在转运站内的流动行为和复杂力学性能，并使用最新的破碎模型来模拟块煤在转运站内部发生破碎的情况。从而，快速、准确、定量地分析出块煤的发生破碎的原因。

01 整体分析

本案例以某转运站作为仿真对象，采用最新破碎模型进行仿真模拟。如下图所示，展示了以上优化前后方案的速度着色图，描述了物料在两种方案中的料流速度变化情况，同时也展示优化后结构设计理念。

基于破碎机理可知，物料发生破碎主要是因为物料受到有效碰撞能大于物料自身的破碎能。然而，有效碰撞能主要与物料流动过程中料流速度、冲击角度、冲击对象以及冲击位置等因素有关，即这些因素也是优化结构的方向。

如上图所示，为优化前后方案的整体速度着色图和速度曲线图。由此可以看出：在原始方案中，物料在给料匙上的冲击前速度达到了最大值，大约10m/s左右。而优化方案则通过多级缓冲、控制速度和冲击角度，有效地将物料速度控制在4-6m/s之间，保证了料流稳定性，同时减少了冲击碰撞。

上图为优化前后方案的整体速度着色图，主要用于查看物料在不同位置的冲击情况（如冲击角度、冲击前后的速度变化等）。由此可以看出：在原始方案中，一共有4处冲击点，除了入口处的冲击点之外的冲击角度均比较大，达到了60度左右，增加了动能转换为碰撞能。而优化方案一共有7处冲击点，冲击角度均比较小，大约在25度左右，有效地缓解冲击过大的问题。

02 粒径分布

如上图所示，为优化前后方案的直径着色图，可以直观地看出物料在转运站内部的粒径分布和变化情况。

如上图所示，分别是优化前后方案三个不同冲击后的颗粒破碎粒径的质量累积百分比图。由图可以看出，在原始方案中，三个位置所获取的物料破碎率分别为0.61%、5.92%和26.95%，而优化方案分别为0.62%、3.14%和8.76%，通过优化设计结构之后有效地减少了18.19%的破碎率。

03 动能分析

如上图所示，为优化前后方案的动能着色图，可以直观地看出物料在转运站内部的动能分布和变化情况。由此可以看出，原始方案的动能变化幅度比优化方案大，即转化为其他能量也比较大。

04 质量分布

如上图所示，为优化前后方案的质量着色图，描述了物料在转运站内部的质量分布和变化情况，可以快速地看出物料破碎后的粒径变化和不同粒径下物料在转运站内的分布情况。

05 结论与展望

通过对该项目的现场情况进行仿真分析之后，针对性地对结构进行优化设计。在保证料流稳定的情况下，有效地控制了物料速度和冲击角度，减少了大约18.19%的破碎率，从而为企业创造了客观的经济效益。

采用EDEM离散元仿真软件中破碎模型，可快速地模拟出块煤在转运站内部破碎情况，并借助强大的后处理分析工具，准确、高效、定量地分析出块煤的破碎率，从而为结构设计提供了优化依据和方向。除此之外，在煤矿、冶金、化工等领域中所使用到烧结矿、焦炭均可采用此解决方案进行仿真分析并对设备结构进行优化设计。