基于离散元的球磨机性能分析及机电耦合动力学研究

发布时间：2020-07-28 22:29

【摘要】：球磨机是选矿厂的核心装备,其工作性能和可靠性直接影响选矿厂的生产效率和作业安全。本文结合国家高技术研究发展计划(863计划)“大型露天矿采矿技术与装备”(No.2012AA062002)和山西省煤基重点科技攻关项目(MJ2014-02),对基于离散元的球磨机机电耦合动力学进行研究,为大型高效节能球磨机的设计提供理论依据。首先介绍了国内外大型球磨机离散元动力学及机电耦合动力学研究现状。结合球磨机的基础理论,对抛落和泻落两种运动状态下的筒体受力进行了分析,建立了球磨机筒体的离散元模型,引入了颗粒面积率作为定量分析的评价指标,通过球磨机物理样机试验对球磨机离散元动力学模型的正确性进行了验证。利用球磨机筒体离散元模型对球磨机启动过程的力矩变化进行了分析,得到了筒体内颗粒运动状态和力矩的关系;研究了不同转速条件下梯形衬板高度和数量对球磨机筒体内物料运动情况、球磨机转矩和功率的影响。仿真结果表明球磨机转速率小于60%时球磨机转矩与衬板高度呈正相关关系,球磨机转速率大于90%时转矩和衬板高度呈负相关关系;球磨机转矩一般随梯形衬板数量的增加而增大,但增长速率逐渐减小,最后趋于稳定。基于球磨机离散元动力学模型、气动离合器特性方程、感应电机动态模型,建立了球磨机筒体、离合器及电机系统的机电耦合模型。针对典型工况对球磨机进行了机电耦合仿真和物理样机试验,结果显示两者吻合较好,从而验证了所建立的球磨机机电耦合模型的正确。利用球磨机机电耦合模型,对球磨机的启动过程进行了研究,并确定了冲击度和电机保护作为球磨机启动的评价指标。对某大型球磨机的启动过程进行了仿真,分析了驱动电机全压直连启动、驱动电机转子串电阻启动、离合器启动的情况,对比分析了离合器不同充气时间对于启动过程的影响,提出了离合器合理充气时间的确定方法。本文建立了基于离散元的球磨机机电耦合动力学模型,通过物理样机试验验证了模型的正确。研究了不同工作参数和衬板参数对球磨机工作性能的影响,提出了球磨机电机选型及合理启动参数的确定方法。论文的研究工作对于提高我国大型球磨机的研制水平具有重要意义。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD453
【图文】：

模型图,启动过程,模型,半自磨机

状态下尽管筒体已经开始转动，但速度较低轴承没有有效润滑，依旧很ABC图 1.3 球磨机启动过程颗粒运动动电机和传动系统的配合也是启动能否成功的关键因素，Palavuela 建立了半自磨机的双层定子绕组同步电机模型，并进行了仿真分半自磨机的实际数据进行了对比；同时建立了动力学模型对启动过程（一个半圈的过程）进行了仿真[26-27]；启动过程分为两个模型，即启动时移提升和稳定后抛落的状态，如图 1.4 所示，这种模型在国内也有应用[

离散元,球磨机衬板,球磨机筒体,内颗粒

1.9 基于 DEM 仿真对球磨机筒体内颗粒流动进行研离散元仿真对球磨机衬板的磨损进行了研究。球磨行计算，随后 2D 离散元建模方法得到推广，现在58-63]。Morrison 等通过塔式磨机和球磨机的离散元碰撞能量等进行了对比分析[64]。Cleary 对格子排，分析了物料的轴向运动情况[65]，建立了球磨机物物料填充率对于能量变化的影响，分析球磨机破磨机离散元模型，通过 22 组仿真研究表明，关键颗粒损管理策略进行了研究[67]。Metzger 和 Glasser 基进行了研究，利用颗粒粘接模型将球形小颗粒粘接粒破碎和运动情况进行了研究[68]。Rosenkranz 等钢球的运动进行了分析，并与实验结果进行了对比型和实验样机进行了对比研究[70]。Weerasekara 等的颗粒能量分布进行了研究，对不同磨机尺寸和颗

工厂,颗粒,加速度,颗粒材料

并计算加速度和角加速度以及速速度完成否保存元方法的计算流程生成颗粒。首先创建颗粒材料，然后对仿真颗粒需要在一个几何体（即颗粒工厂）内进粒，因此颗粒工厂设置如图 2.12 所示，图中散元仿真过程示意如图 2.13 所示。

【参考文献】