基于離散元的球磨機磨球運動規(guī)律的研究.pdf

1、行星式球磨機所具有的高能量密度和應力強度，使它見諸于硬脆材料的超細磨、機械合金反應和機械化學反應等領(lǐng)域。然而，球磨仍存在低效，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、介質(zhì)和內(nèi)襯磨損嚴重和物料過熱等不足。因而，提升球磨機球磨效率和球磨質(zhì)量有著重要意義。鑒于磨球作為球磨機和物料間能量傳遞的媒介，本文將基于現(xiàn)有行星球磨機，對其余兩個主體分別做探討。一為磨球運動規(guī)律，通過離散元仿真及數(shù)學分析研究磨球力學量、運動量和位置量的變化規(guī)律及之間聯(lián)系。二為物料破碎，通過對物料破

2、碎仿真過程的觀察及對仿真數(shù)據(jù)和引用實驗數(shù)據(jù)的分析，探討物料破碎發(fā)生區(qū)域及其與磨球運動狀態(tài)的聯(lián)系。最后依據(jù)分析與試驗對現(xiàn)有磨機系統(tǒng)進行改進設(shè)計以適應高效球磨的要求。
　　文中首先簡要介紹了離散單元法的相關(guān)概念及理論和仿真計算過程，此外，對離散元軟件EDEM也作了相應陳述，為介質(zhì)運動規(guī)律的研究和物理破碎仿真夯實基礎(chǔ)。
　　基于三點假設(shè)，在動力學框架下描述了磨球運動。為了深化對行星球磨機中磨球運動規(guī)律的認識，結(jié)合離散元仿真和數(shù)學分

3、析研究了磨球運動量、力學量和位置量的變化規(guī)律。得出:磨球運動變化由罐底和罐壁接觸產(chǎn)生，不存在貼壁運動;磨球跳動貫穿磨球運動全過程，由磨球角速度分量ωx、ωy產(chǎn)生并維持;磨球運動存在穩(wěn)態(tài)，該穩(wěn)態(tài)包括:相對位置的靜止，磨球速度和角速度的周期性變化。對磨球穩(wěn)態(tài)的進一步探討發(fā)現(xiàn):磨球運動中，平動速度起主導作用;罐壁作用下，磨球呈現(xiàn)近圓周運動，同時磨球相對磨罐作擺動運動;罐底作用將弱化磨球擺動運動的幅度，延長運動周期;磨球所受切向作用可改變磨球擺

4、動平衡位置，切向作用的有限性使得該偏轉(zhuǎn)存有相應極限值;磨球穩(wěn)態(tài)時磨球相對磨罐作跳動運動。
　　為了研究行星球磨過程中物料發(fā)生破碎的主要區(qū)域及其破碎機理，在離散元中探討了不同粘結(jié)強度或速率比（k）時的粘結(jié)顆粒破碎情況，利用仿真信息繪制了黏結(jié)顆粒破碎區(qū)域等高線圖并對其進行分析。結(jié)果表明:破碎發(fā)生的主要區(qū)域是罐壁區(qū)域，表明該區(qū)域存有最為強烈的磨球作用;速率比（k）決定碰撞破碎的發(fā)生和影響磨損破碎的強弱，但仿真中考慮的粘結(jié)鍵強度沒有表現(xiàn)出

5、對碰撞破碎的影響;仿真參數(shù)粘結(jié)顆粒與磨球的體積比影響物料破碎進程;結(jié)合仿真的實驗數(shù)據(jù)分析表明較強的碰撞作用有利于物料的初始破碎和變形，為進一步的物料細磨打下基礎(chǔ);對于物料進一步細磨，再者是控制破碎一團聚動態(tài)平衡向有利于物料細磨方向偏移，磨損破碎發(fā)揮了主要作用且效果明顯。
　　為了實踐上文所得出的結(jié)論，基于現(xiàn)有磨機電氣系統(tǒng)設(shè)計了自調(diào)速控制系統(tǒng)。建立了磨機機械傳動部分等效動力學模型及球磨機控制系統(tǒng)數(shù)學模型，并在Matlab/Simul