本文關鍵詞：基于多尺度顆粒模型的預磨機破碎能耗分析

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【摘要】：預磨機是針對磨礦設備因入料粒度過大導致高耗低效而研制的一種新型設備。其通過沖擊、擠壓、研磨、剪切等方式實現(xiàn)礦石破碎,但其復雜的預磨機理導致其能耗預測一直成為研究的重點及難點。而以“三大破碎學說”為基礎的破碎能耗模型僅僅通過碎磨實驗對能耗進行簡單、粗略的擬合計算,并未充分考慮礦石外觀形狀、力學特性以及載荷作用對破碎能耗的影響,所以不能全面預測預磨機的破碎能耗。論文采用理論分析、計算機模擬分析和實驗相結合的方法主要完成以下工作:結合單顆粒破碎實驗、3D掃描技術及離散元法,構建了多尺度顆粒群破碎模型;利用已構建的多尺度顆粒模型,通過響應曲面法建立預磨機破碎能耗預測模型,其主要成果有:(1)以球狀、錐狀、柱狀及片狀為不規(guī)則礦石的四種典型外觀形狀,并利用3D掃描技術及逆向工程Geomagic studio軟件實現(xiàn)礦石形狀的三維逆向建模型;通過對三維模型處理以獲取其二維視圖的幾何尺寸參數(shù),并以扁平度、圓形度、實用球形度及球形度為指標,對不規(guī)則礦石的形狀進行定量評定,統(tǒng)計學描述驗證各評定指標的敏感性,并確定球形度為顆粒外觀的最敏感評價因子。(2)利用改進后的WDW-500試驗機開展四類典型不規(guī)則礦石的擠壓破碎實驗,分析不同擠壓速度、礦石形狀對碎時應力應變的影響,并對破碎后的粒度進行統(tǒng)計。分析結果表明:加載速度越大,礦石的峰值應力越大、峰值應變越小;礦石球形度越大,礦石的峰值應力越小、峰值應變越大,其碎后粒度也能更好地服從正態(tài)分布。(3)通過導入基于3D掃描的不規(guī)則礦石NURBS曲面幾何模型,并結合單顆粒擠壓破碎實驗的礦石力學特性及碎后粒度分布函數(shù),采用離散元法BPM粘結模型完成礦石破碎模型的建立;并利用EDEM的API插件構建多形狀幾何體、多粒度分布、多力學特性的多尺度顆粒群破碎模型,為深入研究各類礦石破碎研究提供新思路。(4)對預磨機的結構及工作原理進行分析,并基于已經構建的多尺度顆粒模型對預磨機的破碎能耗進行預測。以有效功率為能耗評價指標,以轉盤轉速、填充率、料球比及礦石群球形度為回歸參數(shù),得到了能耗預測模型及最低能耗工作下的參數(shù)值。綜上所述,通過典型不規(guī)則礦樣的3D掃描,結合單顆粒擠壓破碎實驗,并采用離散元發(fā)構建的多尺度顆粒模型,對預磨機的破碎能耗預測具有較強的實用性及可靠性,也可為其他破碎設備的節(jié)能降耗提供設計新思路。
【關鍵詞】：不規(guī)則礦石 立式預磨機 破碎能耗預測 多尺度顆粒模型 離散元法
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD453;TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-21
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 礦物破碎基本理論11-14
• 1.2.2 預磨技術的發(fā)展14-16
• 1.2.3 離散元法的應用現(xiàn)狀16-17
• 1.3 離散元法的基本原理17-18
• 1.4 多尺度顆粒模型的構建思路18-20
• 1.5 主要研究內容20-21
• 第二章 基于 3D掃描的不規(guī)則礦石建模及量化分析21-32
• 2.1 不規(guī)則礦石顆粒的樣本選取21-22
• 2.2 基于 3D掃描的礦石形狀逆向建模22-25
• 2.2.1 點云數(shù)據(jù)采集22-23
• 2.2.2 點云數(shù)據(jù)預處理23
• 2.2.3 多邊形網(wǎng)格處理23-24
• 2.2.4 NURBS曲面生成24-25
• 2.3 不規(guī)則礦石的形狀測量25-29
• 2.3.1 二維視圖預處理25-26
• 2.3.2 幾何參數(shù)測量26-29
• 2.4 礦石形狀評定及統(tǒng)計學描述分析29-31
• 2.4.1 形狀參數(shù)評定29-30
• 2.4.2 評定參數(shù)的統(tǒng)計學描述30-31
• 2.5 本章小結31-32
• 第三章 單顆粒礦石擠壓破碎實驗分析32-40
• 3.1 擠壓破碎試驗系統(tǒng)的討論32-34
• 3.1.1 擠壓破碎試驗臺的改進32-33
• 3.1.2 破碎過程及接觸放置分析33-34
• 3.2 擠壓破碎實驗方案設計34-35
• 3.2.1 實驗參數(shù)分析34
• 3.2.2 實驗方案確立34-35
• 3.3 擠壓破碎實驗結果分析35-38
• 3.3.1 加載速度對應力應變的影響35-36
• 3.3.2 幾何外觀對應力應變的影響36-38
• 3.4 擠壓碎后粒度分布38-39
• 3.4.1 破碎后礦石粒度篩分38
• 3.4.2 粒度分布概率曲線分析38-39
• 3.4.3 粒度分布曲線高斯擬合39
• 3.5 本章小結39-40
• 第四章 多尺度顆粒破碎模型的構建40-54
• 4.1 不規(guī)則顆粒三維離散元建模40-42
• 4.1.1 單元體位置坐標生成40-41
• 4.1.2 單顆粒礦石模型重構41-42
• 4.2 礦石力學特性的實現(xiàn)42-46
• 4.2.1 礦石內部力鏈的形成43-45
• 4.2.2 單元體斷裂判據(jù)45-46
• 4.3 顆粒模型參數(shù)的標定46-50
• 4.3.1 材料本征參數(shù)46-47
• 4.3.2 材料接觸參數(shù)47
• 4.3.3 BPM模型參數(shù)47-50
• 4.4 多尺度顆粒群破碎模型的實現(xiàn)50-53
• 4.4.1 多粒度分布結合體生成50-51
• 4.4.2 多形狀幾何體構建51-52
• 4.4.3 多力學特性參數(shù)代入52-53
• 4.5 本章小結53-54
• 第五章 基于多尺度顆粒模型的預磨機破碎能耗預測54-67
• 5.1 預磨機結構原理及破碎能耗方程54-58
• 5.1.1 預磨機結構原理54-55
• 5.1.2 預磨機破碎能耗方程求解55-58
• 5.2 預磨機仿真模型的建立58-60
• 5.2.1 多尺度顆粒群破碎的實現(xiàn)58-59
• 5.2.2 預磨破碎的可視化分析59-60
• 5.3 能耗預測實驗方案及結果60-63
• 5.3.1 評價指標及因素水平的選擇60-62
• 5.3.2 實驗方案及結果62-63
• 5.4 能耗預測模型的建立63-66
• 5.4.1 響應模型選擇63-64
• 5.4.2 方差分析及優(yōu)化64-65
• 5.4.3 能耗預測模型的建立65-66
• 5.5 本章小結66-67
• 第六章 結論與展望67-69
• 6.1 結論67-68
• 6.2 展望68-69
• 參考文獻69-72
• 致謝72-73
• 攻讀碩士學位期間的研究成果73-74

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本文編號：1015626