一種基于edem的圓錐破碎機(jī)腔型參數(shù)優(yōu)化方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明屬于圓錐破碎裝備設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于edem的圓錐破碎機(jī)腔型參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

2.圓錐破碎機(jī)作為礦山物料破碎中的關(guān)鍵設(shè)備，主要用于礦石的中、細(xì)碎階段，隨著“以破代磨”的不斷提倡，使得圓錐破碎機(jī)的應(yīng)用更加廣泛。圓錐破碎機(jī)動錐襯板和定錐錐襯板在服役過程中不斷受到礦料的磨削與沖擊，工作條件較為惡劣，是破礦環(huán)節(jié)最主要的消耗件。圓錐破碎機(jī)動錐襯板和定錐襯板構(gòu)成了圓錐破碎機(jī)的主要工作空間即破碎腔，因此，有效控制破碎腔的腔型參數(shù)對于提高破碎質(zhì)量，均勻礦石粒度，提高破碎機(jī)生產(chǎn)效率有重要意義。研究表明：通過edem離散元模擬軟件，可對圓錐破碎機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行模擬，進(jìn)而反映圓錐破碎機(jī)動錐襯板和定錐襯板的服役狀態(tài)，以此提高圓錐破碎機(jī)的破礦效率并減少襯板損耗。edem主要由creator、simulator和analyst組成。creator是前處理工具，完成幾何模型的導(dǎo)入、顆粒模型的建立和材料參數(shù)的設(shè)置等；simulator是求解器，用于模擬顆粒體系的運動過程；analyst是后處理模塊，根據(jù)所研究的問題導(dǎo)出對應(yīng)結(jié)果并進(jìn)行分析。通常在模擬過程中使用bpm(bond particle model)的方法構(gòu)建顆粒破碎模型，通過這種方法可以準(zhǔn)確地體現(xiàn)出待破碎的礦石特性(在破碎腔內(nèi)的運動情況、受力情況及破碎情況)。在edem中，通過向礦石模型(大顆粒)中填充小顆粒，隨后用這些小顆粒替換掉礦石模型，并在小顆粒間生成黏結(jié)鍵以保持礦石形狀。顆粒替換的方法是編寫顆粒替換的api文件并導(dǎo)入edem中，生成黏結(jié)鍵的方法是在edem中選擇顆粒與顆粒之間的接觸模型為hertz-mindlin with bonding模型并設(shè)置對應(yīng)參數(shù)，hertz-mindlin with bonding模型常用于模擬物料的破碎及斷裂問題。

3.由于圓錐破碎機(jī)工況復(fù)雜，目前投入使用的圓錐破碎機(jī)型號較多，在實際生產(chǎn)中往往通過在實際生產(chǎn)過程中積累經(jīng)驗對圓錐破碎機(jī)的腔型參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，缺乏直觀有效的腔型參數(shù)的校準(zhǔn)方法。文獻(xiàn)1(呂寧，2020；碩士學(xué)位論文，華僑大學(xué))報道，基于層壓破碎理論和物料運動規(guī)律，對動錐和定錐曲線進(jìn)行了優(yōu)化，通過matlab仿真計算，繪制出優(yōu)化后的腔型曲線。文獻(xiàn)2(潘偉橋，2020；碩士學(xué)位論文，太原科技大學(xué))報道，通過matlab數(shù)值模擬使得腔型曲線與圓錐破碎機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)達(dá)到最優(yōu)匹配。中國發(fā)明專利cn110020481a公開了一種多梯度結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型圓錐破碎機(jī)襯板及其設(shè)計方法，所述多梯度結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型圓錐破碎機(jī)襯板包括動錐襯板和定錐襯板，其朝向破碎腔的工作面上設(shè)有多組鑲鑄合金，所述設(shè)計方法根據(jù)粒級分布差異和襯板的磨損特征曲線為確定鑲鑄合金的分布密度、外露表面最大尺寸及具體形狀提供了依據(jù)。

4.上述文獻(xiàn)及專利所述方法的不足之處在于：1)基于matlab數(shù)值模擬對圓錐破碎機(jī)動錐襯板和定錐襯板的磨礦帶曲線進(jìn)行優(yōu)化的方法，其過程較為繁瑣，缺乏直觀性；2)同類型發(fā)明專利多陳述某種確定的圓錐破碎機(jī)動錐襯板和定錐襯板的形狀更改，而不是普遍適用的各種型號圓錐破碎機(jī)動錐襯板和定錐襯板的優(yōu)化方法，這方面缺乏相關(guān)的研究結(jié)果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明的目的是提供一種基于edem的圓錐破碎機(jī)腔型參數(shù)優(yōu)化方法，所解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是，能夠針對不同圓錐破碎機(jī)型號，研究圓錐破碎機(jī)的破碎效率及襯板的服役情況，優(yōu)化圓錐破碎機(jī)襯板的腔型形狀，提高經(jīng)濟(jì)效益。

6.本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

7.本發(fā)明的一種基于edem的圓錐破碎機(jī)腔型參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.步驟1、圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型的建立，具體步驟如下：

9.s1.1、對圓錐破碎機(jī)的腔型參數(shù)動錐與定錐頂面高度差h和進(jìn)動角γ0進(jìn)行調(diào)整組合，利用cad繪圖軟件將動錐襯板和定錐襯板進(jìn)行裝配，對不同腔型參數(shù)組合下圓錐破碎機(jī)破碎腔的平行區(qū)長度l、緊邊最小值a和寬邊最小值b進(jìn)行測量；

10.s1.2、根據(jù)實際生產(chǎn)中的破礦需求確定圓錐破碎機(jī)在不同動錐與定錐頂面高度差h和進(jìn)動角γ0組合下的緊邊最小值a和寬邊最小值b，選取最符合破礦需求的腔型參數(shù)組合，利用solidworks三維建模軟件建立圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型。

11.步驟2、基于edem的圓錐破碎機(jī)破碎過程模擬仿真的構(gòu)建，具體步驟如下：

12.s2.1、設(shè)置材料屬性參數(shù)及交互作用系數(shù)并添加顆粒

13.在edem軟件中添加兩種礦石材料和襯板材料，根據(jù)實際破礦中礦石及襯板的材料特性進(jìn)行礦石材料和襯板材料的材料屬性參數(shù)設(shè)定，并設(shè)置礦石和襯板之間的交互作用系數(shù)，其中礦石材料之間的交互作用系數(shù)相同，襯板材料對兩種礦石材料的交互作用系數(shù)相同；在一種礦石材料下添加單個大球形顆粒，根據(jù)實際給礦礦石大小設(shè)置大球形顆粒的半徑；在另一種礦石材料下添加單個小球形顆粒，根據(jù)礦石破碎后的粒度設(shè)置小球形顆粒的半徑和接觸半徑；

14.s2.2、導(dǎo)入圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型并建立顆粒工廠

15.向edem中導(dǎo)入步驟1中的圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型，設(shè)置圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型的材料為襯板材料，并依據(jù)實際工況設(shè)置動錐襯板的轉(zhuǎn)速，然后在破碎機(jī)上方設(shè)置環(huán)形的顆粒工廠，大球形顆粒將在顆粒工廠中隨機(jī)生成并在重力的作用下進(jìn)入破碎腔；

16.s2.3、編寫顆粒替換api文件并導(dǎo)入，用小球形顆粒替換大球形顆粒，具體操作如下：

17.在particle_cluster_data.txt文本文檔中寫入替換后小球形顆粒的位置坐標(biāo)，在particle_replacement_prefs.txt文本文檔中寫入被替換的大球形顆粒和用于替換的小球形顆粒的名稱及開始替換的時間；particlereplacement.dll應(yīng)用程序擴(kuò)展文件可由edem直接讀取，將這三個文件放置在仿真的同一根目錄下，然后在edem的plugin factories中導(dǎo)入particlereplacement插件并在顆粒體積力中添加particlereplacement，該插件會調(diào)用particle_cluster_data.txt和particle_replacement_prefs.txt中的內(nèi)容，在顆粒體積力的作用下，大球形顆粒被移除，小球形顆粒取代大球形顆粒的位置，從而完成顆粒替換；

18.s2.4、在替換后的小球形顆粒之間生成黏結(jié)鍵

19.在edem中將小球形顆粒之間的接觸模型設(shè)為hertz-mindlin with bonding模型，

再根據(jù)小球形顆粒的半徑和礦石材料的屬性計算出單位面積法向和切向剛度系數(shù)、臨界法向和切向應(yīng)力，并設(shè)置黏結(jié)鍵生成的開始時間以及黏結(jié)半徑，開始時間一般比顆粒替換時間晚10-3

s，黏結(jié)半徑一般為小球形顆粒半徑的1.5倍；

20.s2.5、設(shè)置仿真計算的參數(shù)并啟動模擬。

21.依據(jù)破碎機(jī)實際轉(zhuǎn)速設(shè)置edem的仿真總時間以確保動錐至少旋轉(zhuǎn)一周，在一定范圍內(nèi)調(diào)整時間步長使黏結(jié)鍵能夠生成并保持穩(wěn)定，將網(wǎng)格大小設(shè)置為2～3倍的最小球形顆粒半徑，之后啟動模擬。

22.步驟3、edem模擬仿真的結(jié)果分析，并確定不同腔型參數(shù)下破碎機(jī)的破礦效率和襯板磨損速率的優(yōu)劣，具體步驟如下：

23.s3.1、從edem中導(dǎo)出黏結(jié)鍵隨時間的斷裂情況，確定不同腔型參數(shù)下破碎機(jī)的破礦效率的優(yōu)劣，具體操作如下：

24.進(jìn)入analyst界面選擇create graph，之后在line選項中選擇bond，切換type為小球形顆粒，設(shè)置x軸為時間，設(shè)置y軸為number of intact bonds，之后點擊create graph。導(dǎo)出不同裝配條件下的黏結(jié)鍵數(shù)量隨時間變化的曲線圖，通過分析黏結(jié)鍵的破碎情況，確定不同腔型參數(shù)下破碎機(jī)的破礦效率。

25.s3.2、從edem中導(dǎo)出動錐和定錐襯板表面壓力隨時間變化的曲線圖，分析襯板材料所需強(qiáng)度，確定不同腔型參數(shù)下襯板磨損速率的優(yōu)劣，具體操作如下：

26.進(jìn)入analyst界面選擇create graph，之后在line選項中選擇geometry，切換section分別為動錐襯板和定錐襯板，設(shè)置x軸為時間，設(shè)置y軸為pressure，component選擇為maximum，之后點擊create graph。導(dǎo)出不同裝配條件下的動錐和定錐襯板表面的最大壓力隨時間變化的曲線，通過分析襯板表面所承受的壓力大小變化情況，確定襯板材料的基本力學(xué)性能，并確定不同腔型參數(shù)下襯板磨損速率的優(yōu)劣。

27.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

28.(1)本發(fā)明借助edem軟件對圓錐破碎機(jī)的腔型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，利用黏結(jié)鍵的斷裂情況來反映破碎機(jī)的破礦效率，通過動錐定錐表面壓力分布狀態(tài)分析襯板材料所需強(qiáng)度，比較不同腔型參數(shù)下動錐定錐表面壓力變化情況，進(jìn)而反映襯板的磨損速率，從而獲取最優(yōu)的腔型參數(shù)，不斷提升破礦效率，為圓錐破碎機(jī)腔型參數(shù)的優(yōu)化提供了直觀可靠的方法。

29.(2)本發(fā)明的圓錐破碎機(jī)襯板腔型參數(shù)優(yōu)化方法針對所有破碎機(jī)型號，具有普適性。

30.(3)本發(fā)明所述圓錐破碎機(jī)優(yōu)化方法具有直觀性，操作簡單。

附圖說明

31.圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)流程框圖。

32.圖2為本發(fā)明動錐和定錐裝配三維模型圖：

33.(a)動錐和定錐頂面高度差為0mm，進(jìn)動角為1

°

時，動錐和定錐裝配模型；

34.(b)動錐和定錐頂面高度差為10mm，進(jìn)動角為1.5

°

時，動錐和定錐裝配模型；

35.(c)動錐和定錐頂面高度差為25mm，進(jìn)動角為2

°

時，動錐和定錐裝配模型。

36.圖3為本發(fā)明顆粒替換api文件的編寫與導(dǎo)入流程框圖。

37.圖4為本發(fā)明不同裝配條件下黏結(jié)鍵數(shù)量隨時間變化曲線圖：

38.圖5為本發(fā)明不同裝配條件下襯板表面最大壓力隨時間變化曲線圖：

39.(a)動錐和定錐頂面高度差為0mm，進(jìn)動角為1

°

時，襯板表面最大壓力隨時間變化曲線圖；

40.(b)動錐和定錐頂面高度差為10mm，進(jìn)動角為1.5

°

時，襯板表面最大壓力隨時間變化曲線圖；

41.(c)動錐和定錐頂面高度差為25mm，進(jìn)動角為2

°

時，襯板表面最大壓力隨時間變化曲線圖。

42.圖6為本發(fā)明不同裝配條件下動錐和定錐襯板表面最大壓力隨時間變化曲線圖：

43.(a)不同裝配條件下動錐襯板表面最大壓力隨時間變化曲線圖；

44.(b)不同裝配條件下定錐襯板表面最大壓力隨時間變化曲線圖。

具體實施方式

45.為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清晰明了，以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

46.實施例

47.如圖1～圖6所示，本發(fā)明的一種基于edem的圓錐破碎機(jī)腔型參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

48.步驟1、圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型的建立，具體步驟如下：

49.s1.1、對圓錐破碎機(jī)的腔型參數(shù)動錐與定錐頂面高度差h和進(jìn)動角γ0進(jìn)行調(diào)整組合，利用cad繪圖軟件將動錐襯板和定錐襯板進(jìn)行裝配，對不同腔型參數(shù)組合下圓錐破碎機(jī)破碎腔的平行區(qū)長度l、緊邊最小值a和寬邊最小值b進(jìn)行測量；

50.根據(jù)實際動錐襯板和定錐襯板結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計算，可得到動錐和定錐頂面高度差h和進(jìn)動角γ0的取值范圍為：

51.0≤h≤30mm

[0052]1°

≤γ0≤2.2

°

[0053]

在cad中對圓錐破碎機(jī)的動錐襯板和定錐襯板進(jìn)行裝配，分別測量破碎腔的平行區(qū)長度l、緊邊最小值a和寬邊最小值b，具體數(shù)據(jù)見表1：

[0054]

表1：圓錐破碎機(jī)裝配結(jié)果尺寸表

[0055][0056]

s1.2、根據(jù)實際生產(chǎn)中的破礦需求確定圓錐破碎機(jī)在不同動錐與定錐頂面高度差h和進(jìn)動角γ0組合下的緊邊最小值a和寬邊最小值b，選取最符合破礦需求的腔型參數(shù)組合，利用solidworks三維建模軟件建立圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型。

[0057]

根據(jù)實際生產(chǎn)過程可知，礦石破碎前的平均粒徑為75mm，破碎的目標(biāo)粒徑為20mm，據(jù)此選取了三種裝配尺寸來建立動錐和定錐裝配模型。分別為：

[0058]

①

動錐和定錐頂面高度差為0mm，進(jìn)動角為1

°

時，簡化編號為0-1；

[0059]

②

動錐和定錐頂面高度差為10mm，進(jìn)動角為1.5

°

時，簡化編號為10-1.5；

[0060]

③

動錐和定錐頂面高度差為25mm，進(jìn)動角為2

°

時，簡化編號為25-2；

[0061]

使用solidworks建立以上三種圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型，并導(dǎo)出.stl模型文件。

[0062]

步驟2、基于edem的圓錐破碎機(jī)破碎過程模擬仿真的構(gòu)建，具體步驟如下：

[0063]

s2.1、設(shè)置材料屬性參數(shù)及交互作用系數(shù)并添加顆粒，具體操作如下：

[0064]

在edem軟件中添加兩種礦石材料和襯板材料，根據(jù)實際破礦中礦石及襯板的材料特性進(jìn)行礦石材料和襯板材料的材料屬性參數(shù)設(shè)定，并設(shè)置礦石和襯板之間的交互作用系數(shù)，其中礦石材料之間的交互作用系數(shù)相同，襯板材料對兩種礦石材料的交互作用系數(shù)相同；具體數(shù)據(jù)見表2和表3。然后在礦石材料1下添加單個大球形顆粒，根據(jù)實際給礦礦石大小設(shè)置大球形顆粒的半徑為37.5mm。在礦石材料2下添加單個小球形顆粒，根據(jù)礦石破碎后的粒度設(shè)置小球形顆粒的半徑為5mm，并勾選edit contact radius，設(shè)置接觸半徑為8mm；

[0065]

表2：材料屬性參數(shù)

[0066][0067]

表3：材料間的交互作用系數(shù)

[0068][0069]

s2.2、導(dǎo)入圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型并建立顆粒工廠，具體操作如下：

[0070]

在edem的geometries中導(dǎo)入步驟1中的.stl模型文件，并設(shè)置圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型的材料為襯板材料，并依據(jù)實際工況設(shè)置動錐襯板的轉(zhuǎn)速為2rpm，然后在破碎機(jī)上方添加環(huán)形的顆粒工廠，將顆粒工廠的類型設(shè)置為靜態(tài)，從0s開始生成，設(shè)置總生成的顆粒數(shù)為50，顆粒材料選擇為礦石材料1。仿真開始時會有50個大球形顆粒在顆粒工廠中隨機(jī)生成并在重力的作用下進(jìn)入破碎腔。

[0071]

s2.3、編寫顆粒替換api文件并導(dǎo)入，用小球形顆粒替換大球形顆粒，具體子步驟如下：

[0072]

s2.3.1、導(dǎo)入大球形顆粒，具體操作如下：

[0073]

新建一個edem文件，并向geometries模塊中導(dǎo)入礦石模型即直徑為75mm的大球形顆粒，將大球形顆粒的類型設(shè)置為virtual(虛擬)，通過translation將礦石模型即大球形顆粒的中心移動至與edem的原點重合；

[0074]

s2.3.2、填充小球形顆粒，具體操作如下：

[0075]

通過add geometry添加一個box，類型設(shè)置為physical(實體)，用于裝填填充的直徑為10mm的小球形顆粒。待小球形顆粒完全沒過礦石模型并處以一個穩(wěn)定狀態(tài)，將大球形顆粒的類型改為physical，并確認(rèn)對應(yīng)的材料，box類型改為virtual；繼續(xù)仿真至除了礦石模型內(nèi)的小球形顆粒以外，其他小球形顆粒在重力作用下逐漸離開計算域；

[0076]

s2.3.3、導(dǎo)出小球形顆粒坐標(biāo)，具體操作如下：

[0077]

進(jìn)入edem中的analyst界面，使用快捷鍵ctrl+e進(jìn)入export result data界面，取消勾選general中time steps的all，只導(dǎo)出某一時刻的坐標(biāo)，在queries中選擇想要導(dǎo)出的變量。以小球形顆粒的x坐標(biāo)為例，在queries中新增一個q01，選擇particle中的position，并將component選擇為x，將顆粒類型選擇為小球形顆粒，點擊export進(jìn)行導(dǎo)出。

[0078]

s2.3.4、編寫api文件，具體操作如下：

[0079]

將導(dǎo)出的小球形顆粒坐標(biāo)乘上10-3

以統(tǒng)一單位后復(fù)制到particle_cluster_data.txt文件中并保存，在particle_replacement_prefs.txt中，將被替換的顆粒編寫為大球形顆粒的名稱，用于替換的顆粒編寫為小球形顆粒的名稱，并設(shè)置開始替換的時間為

0.500s；

[0080]

s2.3.5、導(dǎo)入api文件，具體操作如下：

[0081]

將particle_replacement.dll、particle_cluster_data.txt和particle_replacement_prefs.txt放在同一仿真目錄下。其中particle_replacement.dll應(yīng)用程序擴(kuò)展文件可由離散元分析軟件直接讀取，在edem的plugin factories中導(dǎo)入particlereplacement插件并在顆粒體積力中添加particlereplacement，該插件會調(diào)用particle_cluster_data.txt和particle_replacement_prefs.txt中的內(nèi)容，在顆粒體積力的作用下，大球形顆粒被移除，小球形顆粒取代大球形顆粒的位置，從而完成顆粒替換。

[0082]

s2.4、在替換后的小球形顆粒之間生成黏結(jié)鍵，具體操作如下：

[0083]

在edem的physics選項欄中將小球形顆粒之間的接觸模型設(shè)為hertz-mindlin with bonding模型，指定在小球形顆粒之間生成黏結(jié)鍵，再根據(jù)小球形顆粒的半徑和礦石材料的屬性計算出單位面積法向和切向剛度系數(shù)、臨界法向和切向應(yīng)力，并設(shè)置黏結(jié)鍵生成的開始時間為0.501s，黏結(jié)半徑為8mm，具體數(shù)據(jù)見表4：

[0084]

表4：hertz-mindlin with bonding模型參數(shù)

[0085][0086]

s2.5、設(shè)置仿真計算的參數(shù)并啟動模擬，具體操作如下：

[0087]

在edem的simulator界面將仿真總時間設(shè)置為30s使動錐剛好旋轉(zhuǎn)一周，調(diào)整時間步長為1.5％使黏結(jié)鍵能夠生成并保持穩(wěn)定，將網(wǎng)格大小設(shè)置為3rmin，之后啟動模擬。

[0088]

步驟3、edem模擬仿真的結(jié)果分析，并確定不同腔型參數(shù)下破碎機(jī)的破礦效率和襯板磨損速率的優(yōu)劣，具體步驟如下：

[0089]

s3.1、從edem中導(dǎo)出黏結(jié)鍵隨時間的斷裂情況，確定不同腔型參數(shù)下破碎機(jī)的破礦效率的優(yōu)劣，具體操作如下：

[0090]

進(jìn)入edem的analyst界面選擇create graph，之后在line選項中選擇bond，切換type為小球形顆粒，設(shè)置x軸時間范圍為0～30s，設(shè)置y軸為number of intact bonds，之后點擊create graph。導(dǎo)出不同裝配條件下的黏結(jié)鍵數(shù)量隨時間變化的曲線圖，見圖4。

[0091]

s3.2、從edem中導(dǎo)出動錐和定錐襯板表面壓力隨時間變化的曲線圖，分析襯板材料所需強(qiáng)度，確定不同腔型參數(shù)下襯板磨損速率的優(yōu)劣，具體操作如下：

[0092]

進(jìn)入edem的analyst界面選擇create graph，之后在line選項中選擇geometry，切換section分別為動錐襯板和定錐襯板，設(shè)置x軸時間范圍為0～30s，設(shè)置y軸為pressure，component選擇為maximum，之后點擊create graph。導(dǎo)出不同裝配條件下的動錐和定錐襯

板表面的最大壓力隨時間變化的曲線，見圖5。

[0093]

1)不同腔型參數(shù)下破碎機(jī)的破礦效率的分析和確定

[0094]

從圖4中可以看出在經(jīng)過30s后，25-2的情況下黏結(jié)鍵的數(shù)量最少，而在0-1的情況下黏結(jié)鍵數(shù)量略有下降，在10-1.5的情況下黏結(jié)鍵數(shù)量幾乎沒有改變，這表明破礦效率：25-2》0-1》10-1.5。

[0095]

結(jié)合顆粒在破碎機(jī)中的運動情況以及步驟1中的圓錐破碎機(jī)裝配結(jié)果尺寸表對結(jié)果進(jìn)行解釋：

[0096]

①

0-1：顆粒在圓錐破碎機(jī)的運轉(zhuǎn)過程中，由于寬邊入口的距離較窄，使得顆粒無法在動錐的旋轉(zhuǎn)過程中更進(jìn)一步進(jìn)入破碎腔，因此大量的顆粒堆積在破碎腔的上部，造成了“卡料”的現(xiàn)象，因此無法達(dá)到理想的破碎效果，但由于動定錐之間整體距離很近，因此顆粒表面的一些黏結(jié)鍵在碾壓過程中發(fā)生了斷裂。

[0097]

②

10-1.5：顆粒的整體受力狀態(tài)與0-1時很像，但由于在此種情況下動定錐距離稍遠(yuǎn)，因此堆料位置相比0-1時略微靠下，而碾壓效果則更弱，因此黏結(jié)鍵破碎數(shù)量相比0-1時進(jìn)一步削弱。

[0098]

③

25-2：而在25-2的情況中，由于寬邊距離足夠大，則顆粒可以在動錐擺動的過程中進(jìn)入破碎腔，在動定錐的擠壓下完成破碎，即進(jìn)行了層壓破碎。但由于寬邊的最小距離太大且動錐的旋轉(zhuǎn)速度較慢，造成部分顆粒未經(jīng)破碎便從寬邊滾落，造成了破碎效果的下降。

[0099]

因此從上述分析可以看出，寬邊最小值不能過大，過大容易造成“漏料”的現(xiàn)象，也不能太小，否則容易造成“堆料”的現(xiàn)象。故后續(xù)進(jìn)行腔型優(yōu)化時，應(yīng)使寬邊最小值處于一個合適的范圍內(nèi)，使礦石能夠更進(jìn)一步進(jìn)入破碎腔且不會過早被排出。

[0100]

2)襯板材料所需強(qiáng)度和不同腔型參數(shù)下襯板磨損速率的分析和確定

[0101]

由圖5的曲線可以看到動錐定錐襯板表面所承受壓力大小的變化情況，動錐定錐表面所承受的壓力大小反映了動錐定錐襯板材料的基本力學(xué)性能及磨損情況，數(shù)據(jù)表明無論在哪種情況下動錐襯板表面所受的壓力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于定錐。故動錐的磨損大于定錐的磨損，這與圓錐破碎機(jī)實際運轉(zhuǎn)情況相符，總是動錐先損壞。為進(jìn)一步分析不同裝配條件下動錐和定錐襯板表面的壓力變化情況，將動錐和定錐進(jìn)行分別分析，其中虛線表示三種情況下的壓力平均值，見圖6。從平均值來看動錐襯板表面壓力的大小情況為：10-1.5》0-1》25-2，定錐襯板表面壓力的大小情況為：10-1.5》25-2》0-1。動錐磨損速率的快慢情況為：10-1.5》0-1》25-2。

[0102]

綜合上述三組模擬仿真的結(jié)果分析，可以得出該圓錐破碎機(jī)在動錐和定錐頂面距離為25mm，進(jìn)動角為2

°

時的破礦效率最好，且動錐襯板的磨損最慢，若物料一直不能被破碎而停留在破碎腔中，不僅會加快襯板的損耗，還嚴(yán)重影響到破碎機(jī)的效率。其中動錐表面壓力均值均在300mpa以上，而定錐表面壓力均值最大僅達(dá)到100mpa，這其中動錐與定錐表面壓力的區(qū)別可能是由于“堆料”造成的，為防止襯板發(fā)生變形失效，襯板材料的屈服強(qiáng)度應(yīng)在300mpa以上。技術(shù)特征：

1.一種基于edem的圓錐破碎機(jī)腔型參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1、圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型的建立；步驟2、基于edem的圓錐破碎機(jī)破碎過程模擬仿真的構(gòu)建；步驟3、edem模擬仿真的結(jié)果分析，并確定不同腔型參數(shù)下破碎機(jī)的破礦效率和襯板磨損速率的優(yōu)劣；2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于edem的圓錐破碎機(jī)腔型優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟1中，所述的圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型的建立，具體步驟如下：s1.1、對圓錐破碎機(jī)的腔型參數(shù)動錐和定錐頂面高度差h和進(jìn)動角γ0進(jìn)行調(diào)整組合，利用cad繪圖軟件將動錐襯板與定錐襯板進(jìn)行裝配，對不同腔型參數(shù)組合下圓錐破碎機(jī)破碎腔的平行區(qū)長度l、緊邊最小值a和寬邊最小值b進(jìn)行測量；s1.2、根據(jù)實際生產(chǎn)中的破礦需求確定圓錐破碎機(jī)在不同動錐和定錐頂面高度差h和進(jìn)動角γ0組合下的緊邊最小值a和寬邊最小值b，選取最符合破礦需求的腔型參數(shù)組合，利用solidworks三維建模軟件建立圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于edem的圓錐破碎機(jī)腔型優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟2中，所述的基于edem的圓錐破碎機(jī)破碎過程模擬仿真的構(gòu)建，具體步驟如下：s2.1、設(shè)置材料屬性參數(shù)及交互作用系數(shù)并添加顆粒在edem軟件中添加兩種礦石材料和襯板材料，根據(jù)實際破礦中礦石及襯板的材料特性進(jìn)行礦石材料和襯板材料的材料屬性參數(shù)設(shè)定，并設(shè)置礦石和襯板之間的交互作用系數(shù)，其中礦石材料之間的交互作用系數(shù)相同，襯板材料對兩種礦石材料的交互作用系數(shù)相同；在一種礦石材料下添加單個大球形顆粒，根據(jù)實際給礦礦石大小設(shè)置大球形顆粒的半徑；在另一種礦石材料下添加單個小球形顆粒，根據(jù)礦石破碎后的粒度設(shè)置小球形顆粒的半徑和接觸半徑；s2.2、導(dǎo)入圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型并建立顆粒工廠向edem中導(dǎo)入步驟1中的圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型，設(shè)置圓錐破碎機(jī)動錐和定錐襯板裝配模型的材料為襯板材料，并依據(jù)實際工況設(shè)置動錐襯板的轉(zhuǎn)速，然后在破碎機(jī)上方設(shè)置環(huán)形的顆粒工廠，大球形顆粒將在顆粒工廠中隨機(jī)生成并在重力的作用下進(jìn)入破碎腔；s2.3、編寫顆粒替換api文件并導(dǎo)入，用小球形顆粒替換大球形顆粒，具體操作如下：在particle_cluster_data.txt文本文檔中寫入替換后小球形顆粒的位置坐標(biāo)，在particle_replacement_prefs.txt文本文檔中寫入被替換的大球形顆粒和用于替換的小球形顆粒的名稱及開始替換的時間；particlereplacement.dll應(yīng)用程序擴(kuò)展文件可由edem直接讀取，將這三個文件放置在仿真的同一根目錄下，然后在edem的plugin factories中導(dǎo)入particlereplacement插件并在顆粒體積力中添加particlereplacement，該插件會調(diào)用particle_cluster_data.txt和particle_replacement_prefs.txt中的內(nèi)容，在顆粒體積力的作用下，大球形顆粒被移除，小球形顆粒取代大球形顆粒的位置，從而完成顆粒替換；s2.4、在替換后的小球形顆粒之間生成黏結(jié)鍵在edem中將小球形顆粒之間的接觸模型設(shè)為hertz-mindlin with bonding模型，再根據(jù)小球形顆粒的半徑和礦石材料的屬性計算出單位面積法向和切向剛度系數(shù)、臨界法向和

切向應(yīng)力，并設(shè)置黏結(jié)鍵生成的開始時間以及黏結(jié)半徑，開始時間一般比顆粒替換時間晚10-3

s，黏結(jié)半徑一般為小球形顆粒半徑的1.5倍；s2.5、設(shè)置仿真計算的參數(shù)并啟動模擬。依據(jù)破碎機(jī)實際轉(zhuǎn)速設(shè)置edem的仿真總時間以確保動錐至少旋轉(zhuǎn)一周，在一定范圍內(nèi)調(diào)整時間步長使黏結(jié)鍵能夠生成并保持穩(wěn)定，將網(wǎng)格大小設(shè)置為2～3倍的最小球形顆粒半徑，之后啟動模擬。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于edem的圓錐破碎機(jī)腔型參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟3中，所述的edem模擬仿真的結(jié)果分析，并確定不同腔型參數(shù)下破碎機(jī)的破礦效率和襯板磨損速率的優(yōu)劣，具體步驟如下：s3.1、從edem中導(dǎo)出黏結(jié)鍵隨時間的斷裂情況，確定不同腔型參數(shù)下破碎機(jī)的破礦效率的優(yōu)劣，具體操作如下：進(jìn)入analyst界面選擇create graph，之后在line選項中選擇bond，切換type為小球形顆粒，設(shè)置x軸為時間，設(shè)置y軸為number of intact bonds，之后點擊create graph。導(dǎo)出不同裝配條件下的黏結(jié)鍵數(shù)量隨時間變化的曲線圖，通過分析黏結(jié)鍵的破碎情況，確定不同腔型參數(shù)下破碎機(jī)的破礦效率。s3.2、從edem中導(dǎo)出動錐和定錐襯板表面壓力隨時間變化的曲線圖，分析襯板材料所需強(qiáng)度，確定不同腔型參數(shù)下襯板磨損速率的優(yōu)劣，具體操作如下：進(jìn)入analyst界面選擇create graph，之后在line選項中選擇geometry，切換section分別為動錐襯板和定錐襯板，設(shè)置x軸為時間，設(shè)置y軸為pressure，component選擇為maximum，之后點擊create graph。導(dǎo)出不同裝配條件下的動錐和定錐襯板表面的最大壓力隨時間變化的曲線，通過分析襯板表面所承受的壓力大小變化情況，確定襯板材料的基本力學(xué)性能，并確定不同腔型參數(shù)下襯板磨損速率的優(yōu)劣。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種基于EDEM的圓錐破碎機(jī)腔型參數(shù)優(yōu)化方法，具體步驟包括圓錐破碎機(jī)動錐襯板和定錐襯板裝配模型的建立、基于EDEM的圓錐破碎機(jī)破碎過程模擬仿真的構(gòu)建和EDEM模擬仿真的結(jié)果分析并確定不同腔型參數(shù)下破碎機(jī)的破礦效率和襯板磨損速率的優(yōu)劣，以達(dá)到優(yōu)化圓錐破碎機(jī)腔型參數(shù)的目的。本發(fā)明借助EDEM軟件對圓錐破碎機(jī)的腔型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，利用黏結(jié)鍵的斷裂情況來反映破碎機(jī)的破礦效率，通過動錐和定錐表面壓力分布狀態(tài)分析襯板材料所需強(qiáng)度，比較不同腔型參數(shù)下動錐與定錐襯板表面壓力變化情況，進(jìn)而反映襯板的磨損速率，從而獲取最優(yōu)的腔型參數(shù)，不斷提升破礦效率，為圓錐破碎機(jī)腔型參數(shù)的優(yōu)化提供了直觀可靠的方法。方法。方法。

技術(shù)研發(fā)人員：閆洪濤 張科明 王永金 楊光 齊海龍 韓睿智

受保護(hù)的技術(shù)使用者：鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2022.12.20

技術(shù)公布日：2023/3/7