圓錐破碎機(jī)磨損幾何形狀的預(yù)測(cè)

圓錐破碎機(jī)磨損幾何形狀的預(yù)測(cè),圓錐,破碎,磨損,幾何,形狀,預(yù)測(cè) 圓錐破碎機(jī)磨損幾何形狀的預(yù)測(cè) 林奎斯特·艾弗森 摘要 圓錐破碎機(jī)用于礦山和采石場(chǎng)破碎巖石材料。由于破碎機(jī)襯墊的磨損，破碎機(jī)的性能在其使用壽命期間發(fā)生變化。前人的研究已經(jīng)使建模、模擬和優(yōu)化性能成為可能一個(gè)給定的破碎機(jī)。一個(gè)問(wèn)題是，由于磨損，優(yōu)化的幾何形狀將改變，性能將受到影響。為了設(shè)計(jì)破碎機(jī)的幾何形狀，使其在整個(gè)襯墊的壽命期內(nèi)達(dá)到最佳性能，預(yù)測(cè)磨損的幾何形狀是可取的。為此，本文提出了一種方法。在先前的研究中，一個(gè)磨損模型的研究為實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的破碎機(jī)。 這種型號(hào)已在圓錐破碎機(jī)中實(shí)現(xiàn)。例如，現(xiàn)代圓錐破碎機(jī)的控制器可以保持近側(cè)設(shè)置或功率牽引常數(shù)。在模型中實(shí)現(xiàn)了這樣的控制器。為了驗(yàn)證磨損模型，對(duì)磨損幾何進(jìn)行了測(cè)量。磨損幾何形狀是很好的預(yù)測(cè)，雖然磨損率，估計(jì)從實(shí)驗(yàn)中提出的以前的研究高估了。仿真研究了恒功率控制和磨損對(duì)各輸出參數(shù)的影響。 關(guān)鍵詞:粉碎，壓碎，磨，造型，模擬 1.介紹 圓錐破碎機(jī)用于采礦和碎石行業(yè)粉碎巖石。圖1為圓錐破碎機(jī)的工作原理。在作業(yè)過(guò)程中，巖石在頂部進(jìn)料，破碎襯管的幾何形狀將發(fā)生變化，性能將受到影響 先前關(guān)于圓錐破碎機(jī)性能的研究由Evertsson(2000)進(jìn)行，他開(kāi)發(fā)了一種模擬巖石材料和破碎的方法。Evertsson和Lindqvist(2002)也對(duì)圓錐破碎機(jī)的壓力分布和功率draw進(jìn)行了一些研究。在類似的應(yīng)用中，另-種方法磨損預(yù)測(cè)是由Cleary, 1998年提出的，他已經(jīng)開(kāi)發(fā)了離散元素方法來(lái)預(yù)測(cè)磨損和其他操作性能:在球磨機(jī)中為了優(yōu)化破碎機(jī)襯墊以提高整個(gè)壽命的性能，它是希望能夠預(yù)測(cè)給定破碎機(jī)的幾何形狀的變化,本研究的目的是為此開(kāi)發(fā)一個(gè)模型。 2.圓錐破碎機(jī) 圖2為圓錐破碎機(jī)的工作原理。電機(jī)用錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)偏心器，地幔懸掛在底部的球形推力軸承上，在偏心器中的圓柱軸承和頂部的球形軸承上。當(dāng)偏心器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，地幔會(huì)發(fā)生章動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使襯墊之間的巖層受到擠壓。巖石顆粒在通過(guò)破碎機(jī)的過(guò)程中會(huì)被擠壓和粉碎好幾次。破碎的結(jié)果是由破碎機(jī)襯墊的幾何形狀決定的。穿過(guò)破碎室在關(guān)閉位置的最小距離稱為關(guān)閉側(cè)設(shè)置(CSS)。這種措施對(duì)破碎物料的粒度分布是很重要的。 近側(cè)設(shè)置由一個(gè)液壓系統(tǒng)控制，該系統(tǒng)可以降低或提高主軸和地幔，以補(bǔ)償磨損。CSS在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法通過(guò)任何簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行測(cè)量。不同的控制策略被開(kāi)發(fā)用于磨損補(bǔ)償。例如，液壓壓力(即支撐球面推力軸承的推力)或動(dòng)力牽引力可以保持恒定。另一個(gè)策略是保持CSS不變。這將需要操作員隨時(shí)停止并校準(zhǔn)CSS 然后或否則CSS將增加隨著襯墊磨損。CSS是通過(guò)停止破碎機(jī)和提高地幔，直到它接觸凹校準(zhǔn)。這個(gè)位置對(duì)應(yīng)于CSS=0。當(dāng)?shù)蒯Ｏ陆禃r(shí)，CSS根據(jù)襯管的錐角和地幔位置計(jì)算。本研究中使用的內(nèi)襯材料是錳鋼，其含量為1.2% C. 12.5% Mn, 0.6% Si和1.5%Cr。這類材料以其在磨料磨損應(yīng)用方面的性能而聞名。 3.顎式破碎機(jī)磨損 在作者之前的研究中，在實(shí)驗(yàn)室顎式破碎機(jī)中進(jìn)行了磨損研究，如圖3所示 (Lindqvist and Evertsson, 2003)。在本研究中選擇顎式破碎機(jī)的原因是它很容易測(cè)量作用在襯板上的破碎力。實(shí)驗(yàn)室顎式破碎機(jī)裝有測(cè)壓元件以記錄破碎力。由于作用在固定襯板上的合力是可以測(cè)量的，因此可以估計(jì)來(lái)自巖層材料的平均壓力。因此，這里的壓力是偽壓力，定義為壓碎力除以襯管的有效面積。真正的壓力分布是未知的，因?yàn)閹r石顆粒擠壓襯墊的接觸面積是未知的。研究了巖石材料的平均壓力、運(yùn)動(dòng)和磨損之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在固定襯板和運(yùn)動(dòng)襯板上分別存在兩種不同的磨損機(jī)理。在固定襯板上，巖石材料在襯板表面滑動(dòng)，而在移動(dòng)襯板上，巖石與襯板之間不存在這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型。1953年阿卡德提出的磨損模型的修正版本。預(yù)測(cè)的磨損幾何形狀與實(shí)測(cè)的相似。 4.造型 4.1.造型的壓力 在本研究中，由Lindqvist和Evertsson(2003)描述的磨損模型已經(jīng)在圓錐破碎機(jī)中實(shí)施。 Evertsson(2000)開(kāi)發(fā)了-個(gè)流動(dòng)模型和一個(gè)模型來(lái)模擬圓錐破碎機(jī)的破碎行為。在這個(gè)模型中可以發(fā)生三種傳輸機(jī)制:滑動(dòng)、自由落體和擠壓。下滑。當(dāng)粒子與地幔接觸并向下滑動(dòng)時(shí)，就會(huì)發(fā)生碰撞。如果偏心速度足夠高,則地幔表面將加速遠(yuǎn)離自由下落的粒子。當(dāng)與閉合的地幔接觸時(shí)，粒子將被擠壓。 Evertsson和Lindqvist(2002)也對(duì)圓錐破碎機(jī)的壓力分布做了-些研究(Evertsson和Lindqvist, 2002)，其中巖石材料填充在cy中。linlin容器和破碎(見(jiàn)圖4)。壓力被登記和一個(gè)多項(xiàng)式擬合到測(cè)試數(shù)據(jù)。該多項(xiàng)式將尺寸分布的變分系數(shù)(標(biāo)準(zhǔn)差/平均值)和壓縮比(s/b)與壓力聯(lián)系起來(lái)。 從破碎室的幾何形狀，可以計(jì)算名義壓縮比(s/b)om。 Evertssor(2000)引入了有效壓縮比(s/b)。r和利用(s/b)，以考慮動(dòng)態(tài)和filline的影響。由于顆粒沒(méi)有被限制在描邊的開(kāi)始，因此所利用的壓縮.比(s/b)小于標(biāo)稱壓縮比:(s/b)> (s/b)er> (s/b)u。在anv粉碎之前，顆粒的重新排列是必要的。Evertsson(2000)引入體積填充比n <1來(lái)解釋這一效應(yīng)(見(jiàn)圖5和公式)。(1)和(2))。 通過(guò)測(cè)量支撐在地幔下推力軸承的活塞內(nèi)的液壓，就有可能估算出n。n受偏心轉(zhuǎn)速和進(jìn)料條件的控制。因此，如果已知(s/b)om和進(jìn)料粒度分布，就可以計(jì)算破碎室的壓力 4.2。模特穿 Archard提出的磨損模型表明，磨損與滑動(dòng)距離和滑動(dòng)壓力成正比。在作者(2003)的前期實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，即使巖石材料與襯墊之間沒(méi)有宏觀滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，也會(huì)發(fā)生磨損。在這種情況下，阿卡德的模型不會(huì)產(chǎn)生磨損。因此，對(duì)磨損模型進(jìn)行了修正，以考慮非滑動(dòng)磨損。式(3)顯了包含滑動(dòng)磨損和擠壓磨損的單獨(dú)項(xiàng)的模型。(4)為僅用于擠壓磨損的磨損模型。 壓力用p表示，每沖程滑動(dòng)速度和Aw磨損。 W = 208 kN/ m2。=274 kN/mm。W和是材料參數(shù)獨(dú)特的每一種襯墊材料和磨料的組合。巖石材料的基巖與固定襯板和移動(dòng)襯板在滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)上的區(qū)別是由于襯板之間的角度和運(yùn)動(dòng)方向造成的。在圓錐破碎機(jī)中，地幔可以自由地滾動(dòng)到巖石材料的床上。在凹面上至少有一點(diǎn)在材料的凹面和床層之間有純滾動(dòng)。在其他點(diǎn)上，相對(duì)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)非常小，因?yàn)榘济鎺缀醣辉O(shè)計(jì)成一個(gè)理想的錐， 地幔母線與主軸的樞軸點(diǎn)相交(見(jiàn)圖2)。 在磨損的壓痕上，不可能在任何特定的方向上識(shí)別出犁溝凹的。存在的小的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)可能引起凹巖之間、地幔與巖石之間的滑動(dòng)或地層本身的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。因此我們假設(shè)磨損機(jī)理是內(nèi)外套均為純擠壓磨損。 5.磨損測(cè)量 為了驗(yàn)證磨損模型，對(duì)一臺(tái)正在運(yùn)行的山特維克H-3000破碎機(jī)進(jìn)行了測(cè)量。該破碎機(jī)停止和探頭檢測(cè)的位置的表面的地幔和凹。 該設(shè)備由機(jī)架組成，該機(jī)架連接到破碎機(jī)的主軸(見(jiàn)圖6)。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺紋桿移動(dòng)載體。小型步進(jìn)電機(jī)發(fā)出探測(cè)器。發(fā)送到步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)對(duì)應(yīng)于相對(duì)于測(cè)量幀的某個(gè)位置。當(dāng)探頭接觸線性控制器停止電機(jī)和脈沖數(shù)登記。然后將脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成幾何坐標(biāo)。 第一次測(cè)量是在最后一次更換襯管73小時(shí)后進(jìn)行的。巖石材料是石英巖。進(jìn)料粒度分布如圖15所示。測(cè)量是在一周內(nèi)每天進(jìn)行一次。 坐標(biāo)被轉(zhuǎn)換成一個(gè)全局坐標(biāo)系。測(cè)量的幾何圖形被輸入到3DCAD系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)幾何圖形的可視化(見(jiàn)圖7) 測(cè)量架相對(duì)于破碎室的定位精度。在評(píng)估被測(cè)幾何形狀時(shí)，對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行變換，使被測(cè)直線的夾角與原始標(biāo)稱幾何形狀的夾角對(duì)應(yīng)，從而使被測(cè)直線對(duì)地幔和凹面的磨損大致相等。因此，假定地幔和凹面的磨損相等 6.模型與測(cè)量 為了驗(yàn)證模型的長(zhǎng)期有效性。很有必要模擬長(zhǎng)時(shí)間的幾何變化。因此，在本研究中討論的模擬，從新的地幔開(kāi)始。破碎機(jī)的控制器設(shè)置為保持功率牽引恒定。模型和實(shí)際破碎機(jī)的比較反映了新生產(chǎn)線到73小時(shí)運(yùn)行的變化。如果磨損是在襯板表面的法線方向上計(jì)算的，并在破碎機(jī)的局部y坐標(biāo)上繪圖。從圖8可以看出模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的一致性。圖9顯示了測(cè)量和模擬的幾何形狀。 利用以前的研究中獲得的磨損系數(shù)，作者(Lindqvist and Evertsson, 2003,本文圖3所示的顎式破碎機(jī))在模擬時(shí)間僅為25小時(shí)后，就得到了運(yùn)行73小時(shí)后測(cè)得的最大磨損幾何形狀。因此，在這些實(shí)驗(yàn)中得到的磨損系數(shù)被高估了2.9倍。造成這種差異的最可能的原因是該研究中對(duì)壓力的不準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。由于顎式破碎機(jī)襯套底部顆粒不受限制，造成了壓力預(yù)測(cè)差。因此，忽略了破碎機(jī)底部的磨損數(shù)據(jù)。然而，模擬的壓力分布被縮放軸為凹形 五。9。橫截面的地幔。標(biāo)稱新幾何形狀，測(cè)量磨損，模擬磨損幾何形狀這樣測(cè)得的力就會(huì)與模擬的壓力保持平衡。顎式破碎機(jī)襯套上的實(shí)際和模擬壓力分布示意圖如圖10所示。這意味著，在用于確定磨損系數(shù)的區(qū)域，系統(tǒng)地低估了壓力。其他可能導(dǎo)致這種差異的因素是壓力和磨損之間的非線性相關(guān)性，磨損率的相關(guān)性和粒度。以往研究的磨損系數(shù)是通過(guò)破碎中位粒徑為dso 9 mm，本研究中為dso 19 mm的物料得到的。在模擬時(shí)間25小時(shí)后獲得的幾何形狀的選擇是為了最大磨損和覆蓋物之間的最佳一致。 考慮到這種模擬數(shù)據(jù)的選擇，磨損被低估了在破碎機(jī)上部部分，如圖8所示。磨損輪廓作為一個(gè)整體是很好的預(yù)測(cè)。最大磨損軌跡的一致性較好。凹面上的總磨損被假定為在法線方向上的總磨損等于地幔上的總磨損。根據(jù)圖8,這是一個(gè)有效的假設(shè);最大磨損約為15毫米的外套和凹。 7.應(yīng)用磨損模式 使用破碎機(jī)模型，它是有可能跟蹤在破碎機(jī)性能的變化，因?yàn)橐r墊磨損。圖11-15顯示了幾何形狀、容量、封閉側(cè)設(shè)置、產(chǎn)品尺寸的變化。注意!這些數(shù)值沒(méi)有在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證，只是模擬結(jié)果。 本研究中使用的破碎機(jī)與另一臺(tái)同時(shí)運(yùn)行的破碎機(jī)共享其輸出輸送機(jī)。因此，無(wú)法驗(yàn)證計(jì)算的容量和大小分布。控制單元的讀數(shù)提供了關(guān)于關(guān)閉側(cè)設(shè)置、動(dòng)力牽引和液壓的信息。在進(jìn)行模擬時(shí)，選擇體積填充比n，以獲得正確的功率、推力和CSS, 并在尾管剛安裝時(shí)從控制單元讀取在仿真中，功率和軸向推力是波動(dòng)的。在模擬過(guò)程中,地幔向上移動(dòng)或 直到達(dá)到所需的推力或功率。這里有必要允許a oarse寬容已達(dá)到滿意的的計(jì)算速度這里使用的流動(dòng)模型是由E vertsson（2000）引入的。1是離散化的流動(dòng)模型?；诹Ｗ觿?dòng)力學(xué)。 一個(gè)破碎帶是由一 個(gè)粒子下落的距離決定的，直到它撞擊靠近的地幔。破碎區(qū)域的數(shù)量等于破碎行動(dòng)的數(shù)量，-個(gè)顆粒在破碎機(jī)將受到移動(dòng)軸的地幔上或下找到的位置，產(chǎn)生所需的動(dòng)力抽，破碎區(qū)域的數(shù)量可能會(huì)改變。反過(guò)來(lái)，計(jì)算得到的地幔壓力分布可能會(huì)有輕微的變化，即軸向力/功率圖是模型中CSS的不連續(xù)函數(shù)。因此，很難更精確地控制模擬的功率或推力從圖13和圖14可以看出，由于磨損補(bǔ)償，容量和近側(cè)設(shè)置隨著時(shí)間的推移而減少。班輪生產(chǎn)廠家和工廠操作人員證實(shí)了產(chǎn)能下降的趨勢(shì)。在研究之后，襯墊制造商也改變了設(shè)計(jì)。工廠操作員無(wú)法在CSS中驗(yàn)證下降。在一些植物中，CSS會(huì)隨著時(shí)間的推移略有增加，而在其他植物中則會(huì)減少。CSS隨時(shí)間的增加或減少取決于破碎腔底部的磨損率與上部磨損率的比較。在這些模擬中，破碎腔.上部的磨損率被低估了，如圖8所示。地幔和凹面都不是完美的圓的。在不同的偏心位置校準(zhǔn)破碎機(jī)時(shí)，通常會(huì)在破碎機(jī)啟動(dòng)時(shí)給出略微不同的CSS。飼料材料的變化也是一個(gè)可能的誤差來(lái)源。從控制單元讀出的CSS值不顯示在tho仿真中獲得的下降趨勢(shì)。在這些測(cè)量期間，CSS的讀數(shù)在10到16毫米之間變化。沒(méi)有觀察到任何趨勢(shì)。破碎機(jī)時(shí)開(kāi)始用新的襯墊CSS大約是16毫米根據(jù)核電站運(yùn)營(yíng)商第-次測(cè)量73h后進(jìn)行op eration最后88 h后測(cè)量。穿有時(shí)形成一個(gè)“嘴唇”的低端粉碎室(見(jiàn)圖16)。其原因是，如果CSS在操作過(guò)程中與襯墊的設(shè)計(jì)有很大的偏差，則不會(huì)使用地?；虬疾康南露恕＿@種效果目前在破碎機(jī)模型中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。這種嘴唇的形成可能會(huì)對(duì)嘴唇的承載能力產(chǎn)生更大的不利影響。磨損是根據(jù)披風(fēng)計(jì)算的。假定在所述凹部上的磨損與在所述地幔上、在所述地幔法線與所述凹部的交點(diǎn)上的磨損相等。 9.結(jié)論 為了預(yù)測(cè)圓錐破碎機(jī)的幾何形狀，建立了圓錐破碎機(jī)的磨損模型。通過(guò)對(duì)模型的調(diào)整，驗(yàn)證了該模型的正確性，即下段破碎機(jī)磨損率與.上段破碎機(jī)磨損率的一致性較好，而上段破碎機(jī)磨損率的預(yù)測(cè)值較低。根據(jù)工廠經(jīng)營(yíng)者和破碎機(jī)制造商的預(yù)測(cè)，該工廠的ca能力的趨勢(shì)是很好的預(yù)測(cè)，但它沒(méi)有通過(guò)測(cè)量得到驗(yàn)證。容量下降是開(kāi)始緩慢,然后加速。磨損對(duì)CsS的影響還沒(méi)有很好的預(yù)測(cè)。究其原因，是箱體中上部分的測(cè)量和模擬與CSS校準(zhǔn)的破碎機(jī)下部相比存在偏差。用于巖石破碎機(jī)的材料。錳鋼。又稱哈德菲爾德材料，因其具有良好的加工硬化能力而被使用。在這項(xiàng)研究中，被碾碎的材料是石英巖，一種眾所周知的研磨性很強(qiáng)的材料。當(dāng)破碎石英巖或其他強(qiáng)烈研磨性的巖石材料時(shí)，在采礦和集料工業(yè)中普遍的概念是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)很少的加工硬化;與其他假定發(fā)生顯著加工硬化的巖石材料不同該模型能較好地預(yù)測(cè)磨損幾何形狀，但實(shí)際的磨損幾何形狀與模擬的磨損幾何形狀存在一-定的差異。 這種差異可能有幾種解釋。襯墊的加工硬化已被提及。其他可能的原因是壓力和磨損之間的非線性相關(guān)性，流動(dòng)模型的不準(zhǔn)確性，或顆粒大小和磨損率之間的相關(guān)性這種磨損模型的未來(lái)改進(jìn)將包括在腔室下端形成的“唇形到目前為止，襯墊加工硬化的影響一-直被忽視。目前(2003年春-夏)正在進(jìn)行-項(xiàng)研究,對(duì)這種影響進(jìn)行調(diào)查。 確認(rèn) 以下人員幫助完成了這項(xiàng)工作:名譽(yù)教授Goran Gerbert,Magnus Evertsson博士，Jan Moller, Mats Persson at查爾默斯理工大學(xué)的Kristoffer Stasina 在NCC AB. Sodra Sandby。 參考文獻(xiàn) Archard J.L.193。接觸和摩擦平面。應(yīng)用物理學(xué)報(bào)24 (8)，981-988佳，P.W 1998。用離散元方法預(yù)測(cè)球磨機(jī)的裝料運(yùn)動(dòng)、功率牽引偏析和磨損。Mineran Engineeing 11) 1061- 1080。Evertsson. .200圓錐破碎機(jī)性能，博士論文,機(jī)械與車輛設(shè)計(jì)系。查爾默斯理工大學(xué)。瑞典。 Evertsson,廖俊郎. .Lindqyist M。2002。圓錐破碎機(jī)的動(dòng)力牽引。 在珀斯礦物工程會(huì)議上的介紹。 澳大利亞珀斯，澳大利亞，9月25日至27日。 Lindqvist, M. .Evertsson。馮正民等. .2003.顎式破碎機(jī)襯墊磨損。 礦物巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)16(1), 1-12