發(fā)布時間：2020-04-07 10:20

【摘要】：隨著大型露天煤礦的持續(xù)開發(fā),半連續(xù)開采工藝因其較強(qiáng)的適應(yīng)性逐漸成為絕大多數(shù)露天礦煤炭生產(chǎn)的主流工藝,而大型半移動或全移動破碎站是該生產(chǎn)工藝中不可或缺的關(guān)鍵裝備,發(fā)展最為迅速,其核心設(shè)備都是處理量1000t/h以上的大型分級破碎機(jī)。分級破碎機(jī)原煤直接入料,混粒度物料破碎過程復(fù)雜,影響破碎性能因素繁多,由于缺乏有效研究手段,對破碎機(jī)理和破碎效果影響規(guī)律不清楚,且在大尺度入料的高能頻繁沖擊下,齒輥結(jié)構(gòu)動態(tài)特性及損傷機(jī)理不明,導(dǎo)致齒輥優(yōu)化設(shè)計缺乏理論依據(jù),傳統(tǒng)大型分級破碎機(jī)多依賴經(jīng)驗設(shè)計,影響其高效作業(yè)和可靠運行。論文以神華寶日希勒千萬噸級露天礦破碎系統(tǒng)為背景開展研究,引入DEM方法模擬破碎過程數(shù)值解析分級破碎機(jī)理,利用沖擊動力學(xué)方法揭示大型分級破碎設(shè)備動態(tài)特性,借助試驗樣機(jī)驗證理論和數(shù)值模型,為大型分級破碎機(jī)設(shè)計和應(yīng)用提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。開展的主要工作及取得的研究結(jié)論如下:(1)研究了分級破碎過程的顆粒承載特性,建立了中、大顆粒齒頂咬入過程的破碎齒-光輥刺破力學(xué)模型和小顆粒齒背研磨過程的雙光輥碾磨力學(xué)模型,推導(dǎo)了顆粒承載計算公式,發(fā)現(xiàn)顆粒分級破碎主要受顆粒粒度和咬合位置影響,并從顆粒承載的角度分析確定了分級破碎過程的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)影響因素,對實際破碎試驗的煤樣進(jìn)行了模擬工作環(huán)境的基本力學(xué)特性測試,明確試驗?zāi)Ｐ蜋C(jī)的破碎需求。(2)建立分級破碎機(jī)DEM唯像模型,采用虛擬破碎試驗的方法,分析了分級破碎機(jī)工作參數(shù)對破碎性能的影響特性,研究了兩齒輥等速下的齒輥轉(zhuǎn)速、齒輥轉(zhuǎn)動形式及非等速下的齒輥轉(zhuǎn)速差對單位時間處理量及完全破碎時間的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)了破碎機(jī)最優(yōu)齒輥轉(zhuǎn)速,且齒輥反轉(zhuǎn)時單位時間處理量約為正轉(zhuǎn)時的1.37倍。(3)研究了破碎齒輥結(jié)構(gòu)參數(shù)(如齒輥是否等高齒、齒輥等高齒密度和齒盤布置方式等)對破碎過程的單位時間處理量和破碎能耗的影響,發(fā)現(xiàn)分級破碎過程齒輥輸出力矩的波動特性,通過響應(yīng)面法進(jìn)行了齒輥結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作參數(shù)的協(xié)同優(yōu)化設(shè)計,獲取了處理量和完全破碎時間與各因素的定量關(guān)系及影響的顯著性順序,進(jìn)而提出分級破碎機(jī)性能提升方法。(4)研究了沖擊作用下分級破碎過程中齒輥承載特性,進(jìn)行了四種工況條件下齒輥結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析,建立了齒輥集中參數(shù)扭轉(zhuǎn)振動模型和分布質(zhì)量橫向振動模型,并提出了分析沖擊作用下的動態(tài)響應(yīng)方法,破碎齒輥橫向振動固有頻率和振型比值與有限元分析結(jié)果相近。采用離散元法-有限元法耦合方法,進(jìn)行了工況下破碎齒輥的承載特性分析,發(fā)現(xiàn)隨著入料位置處布料長度和入料高度的增加,齒輥最大變形增大。應(yīng)用斷裂力學(xué)原理,推導(dǎo)了破碎齒的局部柔度,發(fā)現(xiàn)隨著破碎齒裂紋深度增大,局部剛度大幅降低。(5)依據(jù)虛擬破碎試驗中最優(yōu)破碎效果的參數(shù)配置,設(shè)計了分級破碎機(jī)實驗?zāi)Ｐ偷钠扑樵囼炏到y(tǒng),進(jìn)行了破碎效果如處理量、破碎時間、累積產(chǎn)率、過粉碎率的影響特性,以及能耗特性和不同煤種的破碎效果的測試分析,測試值與理論值或數(shù)值模擬值接近,電源頻率為40Hz和50Hz的情況下的破碎過程平均功率分別為3.0kW和2.8kW,齒輥輸出力矩波動隨著破碎粒度減小而增大,在74r/min時,破碎機(jī)的粒度過粉碎率最小,對多種煤樣的破碎規(guī)律具有魯棒性。
【圖文】：

1.1.1 選題背景井工和露天開采，是世界上煤炭的兩大主要開發(fā)方式。相比井工開采，露天采煤具有建設(shè)速度快、規(guī)模大、生產(chǎn)率高、成本低、職業(yè)安全和環(huán)境修復(fù)條件好等優(yōu)勢[1]，能夠突出體現(xiàn)煤炭資源安全、高效、高回收率的開發(fā)，是國外先進(jìn)采煤國的重點發(fā)展方向，，德國、澳大利亞和俄羅斯等國的露天產(chǎn)煤量基本占總量的50%以上，有些達(dá)到 90%，遠(yuǎn)高于地下開采[2]。我國煤炭露天開采比例近年也有逐步增加趨勢，目前露天煤礦產(chǎn)量占我國煤炭開采量的 15%左右[3]，產(chǎn)能規(guī)模增加到世界第二位。煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃提出“采用高新技術(shù)和先進(jìn)適用技術(shù)裝備，重點建設(shè)露天煤礦、特大型和大型井工煤礦”。隨著大型露天煤礦的持續(xù)開發(fā)，半連續(xù)開采工藝因其較強(qiáng)的適應(yīng)性逐漸成為絕大多數(shù)露天礦煤炭生產(chǎn)的主流工藝[4-6]，而大型全移動破碎站(圖 1.1)或半移動(圖 1.2)是該生產(chǎn)工藝中不可或缺的關(guān)鍵裝備[7-9]，發(fā)展最為迅速，其核心設(shè)備都是處理量大于 1000t/h 的大型分級破碎機(jī)。

1.1.1 選題背景井工和露天開采，是世界上煤炭的兩大主要開發(fā)方式。相比井工開采，露天采煤具有建設(shè)速度快、規(guī)模大、生產(chǎn)率高、成本低、職業(yè)安全和環(huán)境修復(fù)條件好等優(yōu)勢[1]，能夠突出體現(xiàn)煤炭資源安全、高效、高回收率的開發(fā)，是國外先進(jìn)采煤國的重點發(fā)展方向，德國、澳大利亞和俄羅斯等國的露天產(chǎn)煤量基本占總量的50%以上，有些達(dá)到 90%，遠(yuǎn)高于地下開采[2]。我國煤炭露天開采比例近年也有逐步增加趨勢，目前露天煤礦產(chǎn)量占我國煤炭開采量的 15%左右[3]，產(chǎn)能規(guī)模增加到世界第二位。煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃提出“采用高新技術(shù)和先進(jìn)適用技術(shù)裝備，重點建設(shè)露天煤礦、特大型和大型井工煤礦”。隨著大型露天煤礦的持續(xù)開發(fā)，半連續(xù)開采工藝因其較強(qiáng)的適應(yīng)性逐漸成為絕大多數(shù)露天礦煤炭生產(chǎn)的主流工藝[4-6]，而大型全移動破碎站(圖 1.1)或半移動(圖 1.2)是該生產(chǎn)工藝中不可或缺的關(guān)鍵裝備[7-9]，發(fā)展最為迅速，其核心設(shè)備都是處理量大于 1000t/h 的大型分級破碎機(jī)。
【學(xué)位授予單位】：煤炭科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TD451

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本文編號：2617786