本文關(guān)鍵詞：基于離散元的球磨機(jī)磨球運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究

  更多相關(guān)文章： 離散單元法 行星式球磨機(jī) 運(yùn)動(dòng)分析 粘結(jié)顆粒法 破碎區(qū)域

【摘要】：行星式球磨機(jī)所具有的高能量密度和應(yīng)力強(qiáng)度,使它見(jiàn)諸于硬脆材料的超細(xì)磨、機(jī)械合金反應(yīng)和機(jī)械化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域。然而,球磨仍存在低效,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、介質(zhì)和內(nèi)襯磨損嚴(yán)重和物料過(guò)熱等不足。因而,提升球磨機(jī)球磨效率和球磨質(zhì)量有著重要意義。鑒于磨球作為球磨機(jī)和物料間能量傳遞的媒介,本文將基于現(xiàn)有行星球磨機(jī),對(duì)其余兩個(gè)主體分別做探討。一為磨球運(yùn)動(dòng)規(guī)律,通過(guò)離散元仿真及數(shù)學(xué)分析研究磨球力學(xué)量、運(yùn)動(dòng)量和位置量的變化規(guī)律及之間聯(lián)系。二為物料破碎,通過(guò)對(duì)物料破碎仿真過(guò)程的觀察及對(duì)仿真數(shù)據(jù)和引用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,探討物料破碎發(fā)生區(qū)域及其與磨球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的聯(lián)系。最后依據(jù)分析與試驗(yàn)對(duì)現(xiàn)有磨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)以適應(yīng)高效球磨的要求。文中首先簡(jiǎn)要介紹了離散單元法的相關(guān)概念及理論和仿真計(jì)算過(guò)程,此外,對(duì)離散元軟件EDEM也作了相應(yīng)陳述,為介質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究和物理破碎仿真夯實(shí)基礎(chǔ)�；谌c(diǎn)假設(shè),在動(dòng)力學(xué)框架下描述了磨球運(yùn)動(dòng)。為了深化對(duì)行星球磨機(jī)中磨球運(yùn)動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí),結(jié)合離散元仿真和數(shù)學(xué)分析研究了磨球運(yùn)動(dòng)量、力學(xué)量和位置量的變化規(guī)律。得出：磨球運(yùn)動(dòng)變化由罐底和罐壁接觸產(chǎn)生,不存在貼壁運(yùn)動(dòng)；磨球跳動(dòng)貫穿磨球運(yùn)動(dòng)全過(guò)程,由磨球角速度分量ωx、ωv產(chǎn)生并維持；磨球運(yùn)動(dòng)存在穩(wěn)態(tài),該穩(wěn)態(tài)包括：相對(duì)位置的靜止,磨球速度和角速度的周期性變化。對(duì)磨球穩(wěn)態(tài)的進(jìn)一步探討發(fā)現(xiàn)：磨球運(yùn)動(dòng)中,平動(dòng)速度起主導(dǎo)作用；罐壁作用下,磨球呈現(xiàn)近圓周運(yùn)動(dòng),同時(shí)磨球相對(duì)磨罐作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)；罐底作用將弱化磨球擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的幅度,延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)周期；磨球所受切向作用可改變磨球擺動(dòng)平衡位置,切向作用的有限性使得該偏轉(zhuǎn)存有相應(yīng)極限值；磨球穩(wěn)態(tài)時(shí)磨球相對(duì)磨罐作跳動(dòng)運(yùn)動(dòng)。為了研究行星球磨過(guò)程中物料發(fā)生破碎的主要區(qū)域及其破碎機(jī)理,在離散元中探討了不同粘結(jié)強(qiáng)度或速率比(k)時(shí)的粘結(jié)顆粒破碎情況,利用仿真信息繪制了黏結(jié)顆粒破碎區(qū)域等高線圖并對(duì)其進(jìn)行分析。結(jié)果表明：破碎發(fā)生的主要區(qū)域是罐壁區(qū)域,表明該區(qū)域存有最為強(qiáng)烈的磨球作用；速率比(k)決定碰撞破碎的發(fā)生和影響磨損破碎的強(qiáng)弱,但仿真中考慮的粘結(jié)鍵強(qiáng)度沒(méi)有表現(xiàn)出對(duì)碰撞破碎的影響；仿真參數(shù)粘結(jié)顆粒與磨球的體積比影響物料破碎進(jìn)程；結(jié)合仿真的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明較強(qiáng)的碰撞作用有利于物料的初始破碎和變形,為進(jìn)一步的物料細(xì)磨打下基礎(chǔ)；對(duì)于物料進(jìn)一步細(xì)磨,再者是控制破碎—團(tuán)聚動(dòng)態(tài)平衡向有利于物料細(xì)磨方向偏移,磨損破碎發(fā)揮了主要作用且效果明顯。為了實(shí)踐上文所得出的結(jié)論,基于現(xiàn)有磨機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自調(diào)速控制系統(tǒng)。建立了磨機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部分等效動(dòng)力學(xué)模型及球磨機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,并在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建仿真模型,整定PID控制器參數(shù)并驗(yàn)證其有效性。對(duì)現(xiàn)有磨機(jī)電氣控制部分進(jìn)行改進(jìn)以滿足設(shè)計(jì)要求,并對(duì)相應(yīng)的變頻參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。
【關(guān)鍵詞】：離散單元法 行星式球磨機(jī) 運(yùn)動(dòng)分析 粘結(jié)顆粒法 破碎區(qū)域
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ051.9
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 符號(hào)說(shuō)明8-12
• 1 緒論12-18
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 理論分析與試驗(yàn)研究13-14
• 1.2.2 離散單元法的運(yùn)用14-16
• 1.2.3 球磨機(jī)轉(zhuǎn)速控制現(xiàn)狀16-17
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容及論文構(gòu)成17-18
• 2 顆粒離散元法18-32
• 2.1 離散單元法簡(jiǎn)介18
• 2.2 顆粒接觸理論18-22
• 2.2.1 模型假設(shè)18-19
• 2.2.2 顆粒單元的屬性19
• 2.2.3 軟球模型19-22
• 2.3 接觸模型22-25
• 2.3.1 Hertz-Mindlin無(wú)滑動(dòng)接觸模型23-24
• 2.3.2 Hertz-Mindlin粘結(jié)模型24-25
• 2.4 顆粒的運(yùn)動(dòng)模型25
• 2.5 離散單元法的求解過(guò)程25-28
• 2.5.1 顆粒接觸判斷25-26
• 2.5.2 時(shí)間步長(zhǎng)的確定26-27
• 2.5.3 離散單元法中接觸力的計(jì)算27-28
• 2.6 離散元仿真軟件EDEM28-30
• 2.6.1 EDEM概述28-29
• 2.6.2 EDEM求解路線29-30
• 2.7 本章小結(jié)30-32
• 3 球磨機(jī)磨球運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究32-58
• 3.1 球磨機(jī)中磨球工作狀態(tài)32-33
• 3.2 磨球運(yùn)動(dòng)理論分析33-37
• 3.2.1 磨球速度及加速度33-34
• 3.2.2 磨球的脫離速度及其加速度34
• 3.2.3 磨球碰撞位置34-36
• 3.2.4 磨球碰撞頻率36-37
• 3.3 磨球運(yùn)動(dòng)的離散元分析37-57
• 3.3.1 仿真條件37
• 3.3.2 數(shù)學(xué)分析37-41
• 3.3.3 仿真結(jié)果與分析41-47
• 3.3.4 磨球準(zhǔn)靜態(tài)探討47-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 4 球磨機(jī)中粘結(jié)顆粒破碎的數(shù)值試驗(yàn)58-76
• 4.1 引言58
• 4.2 仿真參數(shù)及數(shù)據(jù)處理方法58-62
• 4.2.1 離散單元法仿真參數(shù)58
• 4.2.2 行星球磨機(jī)模型58-60
• 4.2.3 粘結(jié)顆粒法60
• 4.2.4 粘結(jié)顆粒的形成60-61
• 4.2.5 粘結(jié)顆粒破碎區(qū)域統(tǒng)計(jì)61-62
• 4.3 結(jié)果與分析62-71
• 4.3.1 粘結(jié)鍵強(qiáng)度的影響62-65
• 4.3.2 不同速率比k的影響65-71
• 4.4 實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果分析71-73
• 4.5 本章小結(jié)73-76
• 5 球磨機(jī)自調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)76-94
• 5.1 引言76
• 5.2 行星球磨機(jī)基本結(jié)構(gòu)及其電氣控制原理圖76-79
• 5.3 自調(diào)速控制系統(tǒng)主要構(gòu)成79-84
• 5.3.1 三相異步電機(jī)79-81
• 5.3.2 變頻器81-82
• 5.3.3 PID閉環(huán)速度控制82-84
• 5.4 行星球磨機(jī)調(diào)速系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立84-87
• 5.4.1 磨機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部分等效動(dòng)力學(xué)模型86-87
• 5.5 Matlab參數(shù)整定及仿真87-89
• 5.6 球磨機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)89-92
• 5.6.1 硬件實(shí)現(xiàn)90
• 5.6.2 控制系統(tǒng)軟件編程90-92
• 5.7 本章小結(jié)92-94
• 6 總結(jié)與展望94-96
• 6.1 全文總結(jié)94
• 6.2 展望94-96
• 致謝96-98
• 參考文獻(xiàn)98-104
• 附錄A 自定義顆粒工廠104-106
• 附錄B 物料破碎區(qū)域統(tǒng)計(jì)及破碎區(qū)域等高線圖繪制106-110
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文110-112

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