[发明专利]一种基于离散元法的半自磨机衬板形状优化方法

说明书

本发明涉及一种基于离散元法的半自磨机衬板形状优化方法，属于矿物加工设备技术领域。对进入半自磨机内的待磨碎矿石的物理力学性能、钢球介质材料特性、半自磨机筒体衬板的材料特性和结构特性的特征参数多点试样采集及参数测量；建立不规则矿石模型、介质颗粒模型，建立离散元仿真接触模型；建立半自磨机筒体三维实体模型，建立离散元仿真模型；采用离散元仿真模型进行不同半自磨机衬板形状模拟仿真实验，获得半自磨机载荷在不同衬板形状条件下碰撞能量损失、碰撞概率及运动情况；确定半自磨机衬板适宜形状参数。本发明为半自磨机衬板形状优化及离散元仿真在工业领域的大规模应用提供了有效的技术手段。

技术领域

本发明涉及一种基于离散元法的半自磨机衬板形状优化方法，属于矿物加工设备技术领域。

背景技术

半自磨机衬板的作用包括两个方面，一是保护磨机筒体不受矿石及钢球直接冲击，二是衬板上凸起的提升条将磨矿介质及物料连续提升后, 使之抛落或泻落, 实现对物料的破碎和研磨作用。

据伊朗Sar Cheshmeh选矿厂统计，衬板更换时间占整个停机时间的13%，半自磨机筒体衬板使用寿命的影响因素有很多, 除了矿石的力学性质、钢球介质特性外，半自磨机衬板形状的改变会影响半自磨机内介质及物料的运动状态，使衬板发生冲击断裂，进而影响半自磨机衬板使用寿命。

国内外针对半自磨机衬板的形状设计作了大量的研究，取得了不少进展，除了综合考虑衬板材料硬度、韧性、研磨体的种类和球的介质制度及充填率等合理性因素外，还要考虑衬板的结构。但是，目前国内外对磨球的运动状态研究比较多，而衬板结构对磨球运动状态、能量损失的影响研究较少。同时，目前选厂使用的部分衬板形状存在完全是凭经验设计的，没有经过合理、严谨的理论原理设计，因而衬板在使用时很难获得较好的使用时间及磨矿效果。因此，需要可靠的理论方式对设备内部颗粒的运动状态进行描述，解释磨机内部的磨矿机理及衬板形状参数优化的问题。

1971年美国学者CundallP. A.教授首次提出一种颗粒离散元（Discrete ElementMethod，DEM）的分析方法，目前国内外的很多学者将EDEM应用于采岩和土木等工程应用领域，该方法认为系统是由离散的个体组成的，个体之间存在接触与脱离，存在相互运动、接触力与能量的联系，当接触时触点会产生接触力和力矩，这些力的大小可以通过接触力学的模型来求出，单元体的运动规律可以通过牛顿第二定律解出。磨矿是非连续体力学问题，磨矿工况复杂多变，欲通过工业实验方法研究不同衬板形状下的载荷运动状态不仅过程繁琐，而且很难获得理想的结果，该方法可用于求解磨矿非连续过程等问题。

离散元法以离散体的力学理论，进而描述离散体的运动，是分析离散体数目较多的粒子流的理想方法。同时，离散元法可以对碰撞能量损失、碰撞概率及磨机内部颗粒运动状态结果进行分析，可以解决虽然磨机内颗粒运动复杂，但是无法从理论上获取设备内部颗粒的运动状态的情况，实现了可视化的仿真分析，获得了现实条件下难以测取的实验参数，为提升半自磨机衬板使用时间提供优化方案。

发明内容

针对目前半自磨机衬板形状优化可视化的理论方式，在基于离散元模拟方法的基础上，进行衬板形状优化，能够更准确的模拟实际磨矿过程；有效反映实际矿石力学特性、介质特性及衬板特征，减少现有模拟试验工作量，有效的减少成本和时间，弥补传统工业试验验证优化方案的不足，提高结果的准确度。本发明通过以下技术方案实现。

一种基于离散元法的半自磨机衬板形状优化方法，其具体包括以下步骤：

（1）对进入半自磨机内的待磨碎矿石的物理力学性能、钢球介质材料特性、半自磨机筒体衬板的材料特性和结构特性的特征参数多点试样采集及参数测量；

（2）建立不规则矿石模型、介质颗粒模型，建立离散元仿真接触模型；

（3）在Solidworks软件中建立半自磨机筒体三维实体模型，将半自磨机筒体三维实体模型转化为.sat格式文件导入EDEM离散元软件中，建立离散元仿真模型；