破碎机内物料的运动规律和破碎过程的计算机模拟与仿真

论文摘要

破碎机在冶金、矿山、煤炭、水利、建筑、环保和化工等行业有着广泛的应用。但是其破碎腔内物料的运动状况和破碎过程复杂,难以通过直接或间接的方法观察到。在破碎机的设计中,设计者在计算破碎腔的受力情况时,多将散体的物料认为是连续的块体,或者经常会忽略物料块体之间存在的相互作用。并因此忽略该相互作用对于物料破碎的影响。在这个基础上学者们通过理论计算和研究得出一些经验公式,并通过这些经验公式来设计破碎机。针对这种情况,本文运用基于离散单元法的数值模拟方法,对破碎机内物料的运动规律和破碎过程进行了初步的计算机模拟与仿真研究。运用PFC3D离散元颗粒流程序的内部编程FISH语言及其内部封装的基本函数,采用命令流编程方法编写了用于模拟液压旋回圆锥破碎机内物料运动及其破碎的程序。通过该程序,用户可以通过输入一些参数的值,可以改变破碎腔的形状和位置,改变矿石块体的属性等等。由此用户就可以在不同的参数条件下,观察破碎机内物料的运动状况和破碎过程,得到在破碎机破碎物料过程中产生的一些参数的曲线和数据。通过这些曲线和数据可以为设计更高效、更节能、更优品质的新型破碎机提供参考。通过查阅资料、理论计算和试验参数确定了本文中数学模型的尺寸参数、摩擦参数、刚度系数等参数的数值大小。在此基础上,对破碎机内颗粒单元进行了轨迹跟踪,得到了单元质心运动轨迹图。将其与传统研究方法中理论的破碎机内物料的运动轨迹做了比较,发现传统方法过于理想化,有一定的局限性。基于破碎过程的复杂性,本文从利用离散单元法模拟散体物料的角度对破碎机内物料的运动规律和破碎过程进行计算模拟与仿真,是为研究破碎过程提供了一种可行的方法,可以为破碎机的设计在某些参数上提供参考。最终结论认为该程序和方法具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 破碎机的计算机仿真的发展和研究现状
• 3D（Particle Flow Code 3D）发展和应用简介'>1.3 PFC^3D（Particle Flow Code 3D）发展和应用简介
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 破碎机和破碎理论基础
• 2.1 破碎机概述
• 2.1.1 破碎比与破碎流程
• 2.1.2 物料破碎原理
• 2.1.3 破碎机的类型
• 2.2 液压圆锥破碎机
• 2.2.1 液压旋回圆锥破碎机的工作原理
• 2.2.2 H8800型圆锥破碎机的构造
• 2.2.3 H8800型圆锥破碎机的主要参数
• 2.3 破碎理论基础
• 2.3.1 三大破碎假说及相关学说
• 2.3.2 层压破碎理论
• 第3章 散体力学基础和离散单元法
• 3.1 散体力学基础
• 3.1.1 散体力学计算模型
• 3.1.2 散粒物料的基本参数
• 3.2 离散单元法
• 3D中离散单元法的模型假设'>3.2.1 PFC^3D中离散单元法的模型假设
• 3D中离散单元法的基本方程'>3.2.2 PFC^3D中离散单元法的基本方程
• 3D中离散单元法的本构模型'>3.2.3 PFC^3D中离散单元法的本构模型
• 第4章 数学模型和程序设计
• 4.1 物料（矿石）及破碎机给料装置的数学模型
• 4.1.1 破碎机给料装置模型
• 4.1.2 物料（矿石块）模型
• 4.2 破碎机数学模型
• 4.2.1 破碎腔模型
• 4.2.2 破碎机运动模型
• 4.3 程序的总体设计
• 4.4 程序的主要函数设计
• 4.5 程序的参数试验设计
• 第5章 物料矿石的运动规律和破碎过程的模拟
• 5.1 引言
• 5.2 参数调试结果
• 5.2.1 调试得到的最佳参数
• 5.2.2 料仓摩擦系数探究
• 5.2.3 定锥和动锥摩擦系数探究
• 5.2.4 球形颗粒基本参数探究
• 5.2.5 块体基本参数探究
• 5.3 破碎机内物料的运动规律探究
• 5.4 破碎机内物料的破碎过程探究
• 5.4.1 破碎机内物料块体破碎过程展示
• 5.4.2 破碎机内物料破碎时动锥受力规律
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢