基于统计力学原理的半自磨机衬板结构优化设计

摘要

半自磨机由于其工艺流程短磨矿效率高等优点，逐渐发展成为当前矿业领域中运用最广泛的破碎设备之一。半自磨机筒体衬板作为影响磨机磨矿性能的关键部件之一，目前仍然存在着不合理选型的问题，因此找出衬板结构参数对半自磨机磨矿性能的影响关系，为衬板结构设计提出合理建议和优化方案显得尤为重要。
　　本文采用理论研究、数值模拟和试验验证相结合的方法完成以下工作：基于统计力学原理分析半自磨机衬板结构参数对载荷颗粒运动形态的影响规律；运用动力学方法建立起以衬板结构参数为变量的半自磨机有用功率数理模型；根据模型分析了半自磨机衬板结构参数对磨矿性能的影响趋势和最优范围；利用数值模拟和试验验证的方法，论证模型的可靠性。综上研究得出以下结论：
　　(1)通过分析半自磨机内部各层级载荷颗粒的运动轨迹和运动状态，发现相近层级下的载荷颗粒具有相似的运动规律，利用这一统计学规律建立起了载荷分布区域的划分准则，将半自磨机内部载荷划分成提升区、死区、泻落区和抛落区。
　　(2)通过上述区域的划分，对半自磨机内部各区域的载荷颗粒展开动力学分析，建立起半自磨机有用功率数学模型，通过选取该模型中有用功率和机械效率作为评价指标，在数理分析层面指出了半自磨机衬板形状和结构参数对破碎效果和破碎效率的影响趋势，获得了衬板结构参数的优化设计范围。
　　(3)采用离散元法对半自磨机展开数值模拟，统计分析了衬板结构参数对磨机内部载荷颗粒的抛落数量、区域分布和粘结颗粒(物料)断裂键数量的影响，得出了半自磨机衬板结构参数对磨矿性能的影响趋势及优化范围，该结论与模型分析相符，证明了模型在数值模拟中对半自磨机衬板结构参数优化的可靠性。
　　(4)设计磨矿试验以-1mm粒度产品的产量及破碎比能耗作为评价指标，得出了衬板结构参数变化对半自磨机磨矿效果和功能转化效率的影响趋势及最优组合，与模型和数值分析得出的结论基本相符，进一步验证了半自磨机有用功率数学模型的可靠性。
　　综上所述，通过对半自磨机内部载荷颗粒的运动规律展开统计分析，并结合衬板结构参数建立有用功率数学模型，对半自磨机衬板结构的优化设计具有良好的适用性和可靠性，为半自磨机衬板结构提供了切实可行的数理模型分析方法，在半自磨机增产降耗和提高磨矿性能等方面具有较好的理论研究意义和实际应用价值。

目录

声明

第一章绪论

1.1 选题背景及课题来源

1 .2半自磨机的研究进展概述

1 .3半自磨机衬板的研究现状概述

1 .4破碎统计力学的研究方法论述

1 .5论文的主要研究内容

第二章破碎统计力学原理在磨矿过程中应用研究

2 .1半自磨机中载荷颗粒的运动形态分析

2 .2混合运动状态下载荷的运动区域划分

2 .3混合运动状态下载荷的有用功分析

2 .4半自磨机衬板形状与结构参数对有用功率的影响分析

2 .6本章小结

第三章基于衬板结构的磨矿过程仿真分析

3 .1半自磨机衬板的运动学分析

3 .2半自磨机衬板的结构分析

3 .3半自磨机仿真模型建立与试验方案设计

3 .4半自磨机载荷颗粒的运动形态仿真分析

3 .5半自磨机的仿真磨矿性能分析

3.6 本章小结

第四章半自磨机磨矿试验研究

4 .1半自磨机磨矿性能试验方案设计

4 .2试验数据分析

4 .3试验结果与模型趋势及仿真结论对比

4 .4本章小结

第五章结论与展望

5 .1本文结论

5 .2研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果