颚式破碎机内物料破碎机理及破碎功耗研究

摘要

颚式破碎机自问世以来已有百余年的历史，其具有结构简单、安全可靠、方便维修、工作效率高等优点，目前仍是物料初碎作业中的主要破碎设备之一，但亦是公认的高耗能设备之一。
　　目前国内机械计算机辅助设计及制造技术已经相当普及，但与其他同类破碎设备相比，对颚式破碎机破碎机理及其设计制造的研究仍显得十分薄弱和欠缺。据本课题组的相关研究表明，其主要问题表现为：1）对破碎腔内物料破碎机理及其与颚板相互作用特性的基本研究还比较不足；2）不合理的破碎腔和衬板结构直接导致了设备使用寿命的缩短和生产耗能成本的提高；3）在整机设计选择较为重要的电机功率参数时，一般以公式估算为主，经常有计算功率较之需用功率偏大或偏小的现象发生，从而造成了能源的浪费或机器破碎强度的降低。
　　为解决上述问题，本文拟借助较先进的机械计算机辅助设计、分析及模拟实验技术，对初碎用颚式破碎机的物料破碎全过程进行数值模拟及实验分析，在此基础上，分析和探讨破碎机理并建立相应的数值分析用模型，进而进行破碎腔结构的优化设计，为新型无阻塞式颚式破碎机的整机设计，如选择合理的电机参数等，提供参考。为此，本文主要做了如下研究工作：
　　1）基于离散元法中的BPM模型在离散元软件EDEM中建立了闪长岩物料模型，所建模型由若干个粒度呈双峰分布（可使物料的堆积密度更高，小颗粒间的自锁性能也更好）的小颗粒粘结而成。对物料模型微观参数进行了标定，使物料的模拟破碎与真实破碎行为保持一致。
　　2）建立了两种不同的破碎腔模型，一种则为基于实验室用PE60×100颚式破碎机的测绘数据建立的“直线—直线”形传统破碎腔，一种为基于物料在破碎腔内流动破碎特征建立的“直线—曲线”形新型破碎腔。
　　3）在EDEM中分别模拟了物料在两种破碎腔内的破碎全过程，得到了物料具体的破碎规律：在不同破碎阶段，两破碎腔内的正方体物料均在其对角线位置受力最大，但新型腔物料在此区域的受力更加集中，破碎效率更高；将物料模型以粘结键、圆锥和矢量的形式表示，得到了物料内部的粘结状态以及不同破碎阶段物料颗粒的受力和速度状态；分析了两种破碎腔内物料内部力链的演变规律，结果表明在同一破碎阶段，新型腔内物料的强力链数目更多，将其与物料宏观破碎行为相联系，为颗粒物质力学的相关研究提供了参考，并从物料受力角度验证了新型破碎腔结构的优良性。
　　4）对比分析了两种破碎腔的受力状态和功耗曲线，结果表明两者动颚板均在其中部偏下部位受力最大，但新型腔颚板受到的最大破碎力比传统腔小9273.1N，且磨损区域也较小，颚板寿命更长；两者的功耗图均为呈振动波形的曲线，且其线性回归方程均近似为一条水平直线，但新型腔的平均功耗为0.942kW，破碎时间为2.7s，而传统腔的相应数据为1.473kW和3s，对比表明新型腔的生产耗能成本更低，进而从破碎腔受力和功耗角度验证了新型破碎腔的优异性；相应的功耗研究为选择合适功率的电机提供了一定的依据，可在有效节约能源的同时使设备的破碎性能达到最优。

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第一章 绪论

1.1 物料破碎概述

1.2 破碎机主要类型及原理介绍

1.3 颚式破碎机研究现状与发展趋势

1.4 研究目的与意义

1.5 研究内容

第二章 闪长岩物料模型的建立

2.1 模拟岩石的常用方法

2.2 离散元分析软件EDEM概述

2.3 物料颗粒接触模型的确定

2.4 闪长岩物料模型的建立

2.5 本章小结

第三章 破碎腔模型的建立

3.1 传统破碎腔模型的建立

3.2 新型破碎腔模型的建立

3.3 本章小结

第四章 闪长岩物料模型内部破碎状态的分析

4.1 不同破碎阶段物料的受力状态分析

4.2 物料内部力链网络结构分析

4.3 物料模型的不同表示方法

4.4 本章小结

第五章 破碎腔受力和功耗的分析

5.1 传统破碎腔的受力和功耗分析

5.2 新型破碎腔的受力和功耗分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文