基于dem的煤炭颗粒破碎模拟研究

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1、基于DEM的煤炭颗粒破碎模拟研究陆兴华徐州工程学院机电工程学院摘要：为了进一步理解煤矿颗粒齿辊式破碎机中的破碎行为，对煤炭颗粒的破碎行为进行了试验研宄和DEM模拟研宄。研究结果表明，当齿辊速度高于150r/min吋,提高齿辊转速不能有效地的改善产品质景;在相同的齿辊转速卜*,螺旋齿辊的破碎产品质量最好。关键词：离散元法模拟;齿辊转速;齿辊形式;作者简介：陆兴华(1965-),男，江苏如皋人，副教授、高级工程师，主要从事采矿工程与机械可靠性方面的研宄。基金：江苏省产学研前瞻性联合研究项目(BY2015024-1)Simulationstudyoncoalparticlecr

2、ushingbasedonDEMLuXinghuaSchoolofMechanicalandElectricalEngineering,XuzhouUniversityofTechnology;Abstract：Inordertofurtherunderstandthecrushingbehaviorofthecoalparticleintoothedrollcrusher,thecrushingbehaviorsofcoalparticlewerestudiedbyexperimentsandDEMsimulation.Theresultsshowedthatwhent

3、herotatespeedoftoothedrollwasover150r/min,increasingtherotatespeedcouldnoteffectivelyimprovetheproductquality;atthesametoothedrollspeed，thequalityofcrushedproductofspiraltoothedrollerwasthebest.Keyword：DEMsimulation;rotatespeedoftoothedroll;toothedrolltype;矿物加工与国民经济的发展息息相关，是国民经济的棊础产业，不仅要为

4、其他领域提供原材料，还耍确保自身的可持续发展。在矿物加工过程中，矿石破碎其首要工艺环节的主要任务是充分解离出矿石中的有用成分，增加物料的比表面积，为后续的加工、处理和使用提供粒度适中的颗粒。矿物颗粒在破碎设备中发生破碎是一个复杂过程，受很多因素的影响，主要包括物料的物化性质、破碎设备的结构参数以及动力学参数等。同时，矿石颗粒破碎过程中破碎设备和物料间的相互作用会对破碎设备造成磨损，从而严重影响破碎设备的工作性能及产品质量，会导致能耗和生产成本的提高。物料在破碎设备的外力作用下表现出的裂纹扩展、内部裂隙被压缩以及部分物料被剥离等多种行为。0前，虽然关于破碎机理的假说较多，但

5、仍没奋完整的理论解释物料的破碎行为。由于破碎过程屮的某些参数，如物料粒级的分布情况、矿石的微观变化、物料与设备的接触力以及功能关系等难以获得。在建立预测破碎设备磨损情况的数学模型时，往往会忽略这些参数，从而使得模型难以真实地反应破碎过程。因此，新型破碎理论的研究和破碎设备的研制仍然是矿物加工和矿山机械领域的研究热点问题，具有重要的理论意义以及工程应用价值。为丫深入理解煤炭颗粒在齿辊式破碎机屮的破碎行为，本文自制丫一种齿环安装角度可调的破碎机试验模型机，并对煤炭颗粒的破碎过程进行了试验和DEM模拟研究。1试验装置的结构在用于实际作业的轮齿式对辊破碎机屮，为/实现相邻的两齿环

6、相对角度的连读调整，安装时往往通过胀紧套将齿环固定在破碎齿辊转轴上，可以通过调整胀紧套的转角实现齿环的转动。但是由于自制的破碎试验装置受到结构和尺寸的限制，使用胀紧套安装难度较大，因此选择在破碎齿辊轴上开槽来限定破碎齿环的安装位置，以此实现破碎齿环在破碎齿辊轴上安装角度的变化，齿环安装方式及破碎试验台如图1所示。当破碎齿环上的凸起安装入角度不同的卡槽屮时，可以破碎齿环在齿辊轴上的位置和角度的变化。为了方便观测物料的破碎行为，试验台的前挡板采用透明的钢化玻璃。(a)齿环安装结构(b)破碎i阁1齿环安装方式及破碎试验台下载原阁2DEM破碎物料模型的构建需要破碎的矿石材料中通常

7、伍含许多种矿物质以及多种晶界结构，在矿石中这些物质成分以及各自的晶界结构往往使矿石具有不同的力学特性，而II这些力学特性受到矿石成分的结构、比例、大小以及矿石屮存在的裂隙等情况影响。为了更加真实的模拟矿石，提出了双正态分布颗粒粘结模型，并用真实矿石扫描而成的矿石模板进行填充，DEM破碎模型及仿真过程如图2所示。(a)DEM破碎物料(b)I2DEM破碎模型及仿真过程下载原阁3试验与模拟结果分析为了探宄不同齿环排布形式的齿辊破碎作业情况，将齿环在不同排布形式及齿辊在不同速度下的试验结果和数值模拟结果经过进行了对比分析，不同破碎条件