球磨機是粉磨工業(yè)領(lǐng)域中具歷史的并被廣泛采用的一類粉磨設(shè)備，由于至今還沒有完全弄清楚球磨機的粉煤機理，在提高效率、降低能耗和減少鋼耗等方面的研究終未取得突破性發(fā)展，在球磨機的工作過程中，研磨介質(zhì)在旋轉(zhuǎn)的筒體內(nèi)高速運動，通過相互沖擊與碰撞傳遞能量，物料在這種運動過程中取得粉碎與研磨效果，但是由于介質(zhì)運動的高速性、離散性和隨機性等特點，它們不能由傳統(tǒng)的研究方法準(zhǔn)確描述，離散單元法不同于基于求解連續(xù)體的數(shù)值方法，它旨在處理離散體的動力學(xué)行為。

  球磨機工作參數(shù)的分析是球磨機設(shè)計過程中的重要一環(huán)，世界各國磨機設(shè)計者與制造上都非常重視，大都制訂了自己的工作參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，工作參數(shù)影響研磨介質(zhì)在磨內(nèi)的運動形態(tài)，在一定程度上決定著球磨機的介質(zhì)能量分布和研磨效率，用DEM分析、改進(jìn)球磨機的工作參數(shù)主要是1）基于DEM建立球磨機介質(zhì)動力學(xué)仿真模型；2）利用DEM模型設(shè)置相關(guān)聯(lián)的各工作參數(shù)以便分析各參數(shù)對球磨機的效能影響；3）用DEM模型改進(jìn)各相關(guān)工作參數(shù)；4）確定合理的工作參數(shù)配置。

  1離散單元法與球磨機工作參數(shù)

  1.1離散單元法

  離散單元法（DEM）是一種適合用于散體運動仿真的數(shù)值計算方法，離散單元法最早由Cundall和Strack提出并用于巖土力學(xué)的研究，DEM的基本思路是利用顆粒接觸模型計算相互接觸單元間的受力并利用牛頓第二運動定律求解顆粒的運動參量，在球磨機的DEM建模中，一般采用彈簧阻尼接觸模型來面熟研磨介質(zhì)的接觸行為

  在該模型中，接觸單元間的重疊量和顆粒法向速度共同決定了法向力；切向力則由切向速度在碰撞過程上的積分決定．球磨機內(nèi)的介質(zhì)在筒體內(nèi)不斷地進(jìn)行碰撞和分離，要求算法能在極短的時間內(nèi)檢測到介質(zhì)顆粒間的接觸并計算各顆粒通過接觸傳遞的力．DEM方法采用一種網(wǎng)格算法周期性地檢測所有接觸并將單元間的位置關(guān)系保存在接觸表列中以便高效有序地計算出各顆粒單元的接觸力．在某一時刻，，顆粒P1的接觸力和力矩可以由接觸模型求得．在微小的時間間隔dt里對顆粒的力學(xué)方程連續(xù)積分即可求出顆粒P1，當(dāng)時的速度與位移參量．在接下來的時刻 t + dt，根據(jù)前一時刻顆粒P1，的位置坐標(biāo)判斷舊接觸的脫離與新接觸的產(chǎn)生，從而回到接觸判斷計算新的接觸力并返回力學(xué)方程進(jìn)行迭代．將上述算法遍歷整個系統(tǒng)中每一個顆粒單元，最后通過后處理程序輸出系統(tǒng)的動力學(xué)數(shù)據(jù)并動態(tài)顯示顆粒系統(tǒng)的總體運動狀態(tài)．

  1 . 2 球磨機工作參數(shù)

  球磨機的工作參數(shù)大致可以分為結(jié)構(gòu)參數(shù)、操作參數(shù)和研磨體參數(shù)等．對于同種型號的球磨機，各類工作參數(shù)相互影響并同時作用于磨機使其研磨介質(zhì)的運動形態(tài)發(fā)生變化．球磨機相關(guān)工作參數(shù)的關(guān)聯(lián)性可以用圖2表示．

  由圖2可知，通過設(shè)定不同的工作參數(shù)， DEM模型能模擬出不同參數(shù)條件下介質(zhì)的運動形態(tài)．通過調(diào)整相關(guān)聯(lián)的下作參數(shù)，介質(zhì)的運動形態(tài)能夠發(fā)生相應(yīng)的變化，在這樣的調(diào)試過程中，模型能夠找到更優(yōu)化的參數(shù)設(shè)置和能產(chǎn)生更好研磨效果的參數(shù)配合．

  2 工作參數(shù)的離散元仿真分析與改進(jìn)

  2 . 1 球磨機DEM仿真模型

  本文以φ3.5m×10.0m的工業(yè)球磨機為原型建立離散元法仿真模型．該模型將磨機筒體抽象為具有材料特性的圓柱體，其內(nèi)壁上固定有一定數(shù)量的襯板條．截取其中一段（原長度的1/10）作為介質(zhì)動．力學(xué)求解的邊界筒體內(nèi)介質(zhì)顆粒抽象為具有材料特性與尺寸參數(shù)的離散單元，其球徑分布在50~90 mm之間．其他模型參數(shù)見表l，初始化模型如圖3所示．

  

  2.2介質(zhì)運動分析

  各工作參數(shù)的變化直接影響著介質(zhì)的運動形態(tài)態(tài)，首先建立實驗對照組A：介質(zhì)填充率為3  0％的磨機分別在轉(zhuǎn)速率N為30％、 70%和110 % （臨界轉(zhuǎn)速約為22.6r/min）的情況下運行10s后達(dá)到動態(tài)平衡，如圖4所示．從中可以觀察到，轉(zhuǎn)速率的變化可以明顯影響到介質(zhì)的運動形態(tài)．當(dāng)轉(zhuǎn)速率 N = 30％時，介質(zhì)系統(tǒng)主要作泄落運動，運行在此種狀態(tài)下的球磨機對物料起研磨作用．當(dāng)轉(zhuǎn)速率達(dá)到70％時價質(zhì)系統(tǒng)的拋落運動可以對物料進(jìn)行沖擊和粉碎．隨轉(zhuǎn)速的增大，顆粒體被提升到更高的脫離點，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速，最外層的顆粒開始貼附于襯板作離心運動．然后設(shè)定實驗對照組B：磨機轉(zhuǎn)速率為70 % , 分別在介質(zhì)填充率， φ=30％、40％和50％的情況下運行10s后達(dá)到動態(tài)平衡，如圖5所示．從中可以觀察到：當(dāng)中較小時有介質(zhì)被提升到更高的脫離點，磨內(nèi)拋落運動強烈；隨著φ的增加，磨內(nèi)腎形區(qū)的研磨作用增大．

  由仿真過程可知，隨著設(shè)定的工作參數(shù)的變化，介質(zhì)運動形態(tài)發(fā)生了明顯改變．當(dāng)N= 60%~70 %, φ=30% ~40％時，這樣的參數(shù)配合使研磨介質(zhì)的動態(tài)分布既保證了必需的沖擊破碎力，又使處于最外層部分的介質(zhì)得到充分拋落，有利于磨機功率的合理利用與襯板磨耗率的降低．這些分析結(jié)果與理論描述基本相同．

  

  2.3功率分析

  影響球磨機功率消耗的因素很多，這里主要在φ=30％的情況下分析顆粒與筒體襯板間的摩擦系數(shù)f=0.7和f=0.25時，轉(zhuǎn)速n對磨機功率消耗的影響．從A組仿真實驗中，仿真模型得到筒體與各襯板提升條的功率數(shù)據(jù)，將筒體與各襯板提升條的功率疊加后取平均值即為球磨機的粉磨功率或者有用功率．在不同轉(zhuǎn)速率的情況下，有用功率對轉(zhuǎn)速的變化情況如圖6所示．由圖6可知，DEM模型的仿真結(jié)果與實驗測量結(jié)果非常接近，所以球磨機 DEM模型的有效性得到了初步的驗證．在轉(zhuǎn)速率N=75％之前，磨機的理論、實測和仿真功率結(jié)果均表明磨機功率隨轉(zhuǎn)速率的增加而增加，其中理論功率值幾乎與轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系．但是實測和仿真功率卻出現(xiàn)了功率增加率的降低，當(dāng)N>90％時，磨機功率發(fā)生銳減．同時可以觀察到在N=75％之前，f= 0.25的介質(zhì)系統(tǒng)與 f=0.7的介質(zhì)系統(tǒng)具有基本相同的功率變化規(guī)律，但是N>75％后，f=0.25的介質(zhì)系統(tǒng)反而具有了更高的功率消耗．這些現(xiàn)象可能與筒體內(nèi)介質(zhì)系統(tǒng)的動態(tài)不平衡性有關(guān)，由仿真模型求解的功率數(shù)據(jù)，可以用于進(jìn)一步探尋球磨機高能量消耗的內(nèi)部機理．

  2.4改進(jìn)磨機結(jié)構(gòu)的設(shè)計

DEM仿真模型除了能對諸如磨機轉(zhuǎn)速率、介質(zhì)填充率等工作參數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化分析外，它還能對球磨機的結(jié)構(gòu)，特別是對提升條輪廓形狀的設(shè)計提供改進(jìn)參考．以上就是全部內(nèi)容，更多有關(guān)球磨機設(shè)備的知識請咨詢河南省杜甫機械廠家專業(yè)人員。