基于離散元的球磨機(jī)磨球運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究.pdf

1、行星式球磨機(jī)所具有的高能量密度和應(yīng)力強(qiáng)度，使它見(jiàn)諸于硬脆材料的超細(xì)磨、機(jī)械合金反應(yīng)和機(jī)械化學(xué)反應(yīng)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(yán)重和物料過(guò)熱等不足。因而，提升球磨機(jī)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(jī)和物料間能量傳遞的媒介，本文將基于現(xiàn)有行星球磨機(jī)，對(duì)其余兩個(gè)主體分別做探討。一為磨球運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)離散元仿真及數(shù)學(xué)分析研究磨球力學(xué)量、運(yùn)動(dòng)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(guò)對(duì)物料破

2、碎仿真過(guò)程的觀察及對(duì)仿真數(shù)據(jù)和引用實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的聯(lián)系。最后依據(jù)分析與試驗(yàn)對(duì)現(xiàn)有磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)以適應(yīng)高效球磨的要求。
　　文中首先簡(jiǎn)要介紹了離散單元法的相關(guān)概念及理論和仿真計(jì)算過(guò)程，此外，對(duì)離散元軟件EDEM也作了相應(yīng)陳述，為介質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究和物理破碎仿真夯實(shí)基礎(chǔ)。
　　基于三點(diǎn)假設(shè)，在動(dòng)力學(xué)框架下描述了磨球運(yùn)動(dòng)。為了深化對(duì)行星球磨機(jī)中磨球運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，結(jié)合離散元仿真和數(shù)學(xué)分

3、析研究了磨球運(yùn)動(dòng)量、力學(xué)量和位置量的變化規(guī)律。得出:磨球運(yùn)動(dòng)變化由罐底和罐壁接觸產(chǎn)生，不存在貼壁運(yùn)動(dòng);磨球跳動(dòng)貫穿磨球運(yùn)動(dòng)全過(guò)程，由磨球角速度分量ωx、ωy產(chǎn)生并維持;磨球運(yùn)動(dòng)存在穩(wěn)態(tài)，該穩(wěn)態(tài)包括:相對(duì)位置的靜止，磨球速度和角速度的周期性變化。對(duì)磨球穩(wěn)態(tài)的進(jìn)一步探討發(fā)現(xiàn):磨球運(yùn)動(dòng)中，平動(dòng)速度起主導(dǎo)作用;罐壁作用下，磨球呈現(xiàn)近圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)磨球相對(duì)磨罐作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng);罐底作用將弱化磨球擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的幅度，延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)周期;磨球所受切向作用可改變磨球擺

4、動(dòng)平衡位置，切向作用的有限性使得該偏轉(zhuǎn)存有相應(yīng)極限值;磨球穩(wěn)態(tài)時(shí)磨球相對(duì)磨罐作跳動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
　　為了研究行星球磨過(guò)程中物料發(fā)生破碎的主要區(qū)域及其破碎機(jī)理，在離散元中探討了不同粘結(jié)強(qiáng)度或速率比（k）時(shí)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(duì)其進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)弱，但仿真中考慮的粘結(jié)鍵強(qiáng)度沒(méi)有表現(xiàn)出

5、對(duì)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(jìn)程;結(jié)合仿真的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明較強(qiáng)的碰撞作用有利于物料的初始破碎和變形，為進(jìn)一步的物料細(xì)磨打下基礎(chǔ);對(duì)于物料進(jìn)一步細(xì)磨，再者是控制破碎一團(tuán)聚動(dòng)態(tài)平衡向有利于物料細(xì)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(shí)踐上文所得出的結(jié)論，基于現(xiàn)有磨機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自調(diào)速控制系統(tǒng)。建立了磨機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部分等效動(dòng)力學(xué)模型及球磨機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并在Matlab/Simul