基于散体物料运动学特性的圆锥破碎机性能优化

添加人：admin 发布时间：2016/2/1 9:13:43 来源：中国破碎机网

　　基于散体物料运动学特性的圆锥破碎机性能优化黄冬明12，范秀敏12，武殿梁12，姚福生1（1.上海交通大学机械与动力工程学院，上海200030；2.上海市网络化制造与企业信息化重点3. 1物料的运动方式及生产率计算圆锥破碎机生产率数学模型是破碎机性能优化的理论依据。传统圆锥破碎机生产率计算是基于破碎机工作现场实测，对实测数据进行回归分析，得到经验公式，依据经验公式进行计算。经验公式的使用受限于破碎机工作环境及物料物理属性必须与实测环境相类似，有很大使用局限性。本文基于散体物料在破碎腔中的运动学规律，对物料在腔中的运动性能深入分析并作为生产率计算的理论依据，极大提高了破碎机生产率计算精度。
　　圆锥破碎机的工作原理如所示。
　　中：vd部分为物料自由下落排料部分，其速度分布按自由落体运动规律，从零至最大VmVu部分为物料随动锥摆动上升部分，其速度变化根据动锥运动而变化，其最大速度为Vm2.根据散体物料运动学规律及动锥摆动运动规律，分别对中Vd与Vu部分进行积分可得破碎机生产率：破碎壁、动锥及主轴绕破碎机中心线作旋摆运动，在破碎机的纵剖面上，破碎壁不断接近与远离乳臼壁，破碎腔中物料受破碎壁与乳臼壁的挤压而粉碎，并由破碎腔排料口排出腔外。当破碎壁远离乳臼壁时，散体物料在破碎腔中有3种运动方式：滑动下落方式、滑动与自由落体下落方式、自由落体方式，如所示。
　　充度的乘积；为破碎机堵塞层沿a而变化的半径；min与Rmax为堵塞层横切面物料通过面的最大与最小半径；R（a）为中内椭圆上点至外圆中心距离；a为堵塞层物料在自由下落阶段动锥所转过的角度；R为中外圆半径；Qd与Qu分别为破碎腔内物料自由下落生产率与物料随动锥上拱生产率，两者之差为破碎机生产率Q. 2影响圆锥破碎机性能的关键参数影响圆锥破碎机生产率的因素较多，包括动锥角ft物料物理属性（强度、纯度、湿度等），对破碎机给料情况（破碎机操作水平），物料填充度等。在破碎机设计阶段，需要重点研究n 1动锥摆动转速动锥摆动转速n是影响破碎机生产率的关键参数之一，转速过慢，物料在破碎腔中以滑动形式通过破碎腔，导致生产率低下，转速过快，物料几乎没法向下排料，更谈不上提高生产率，故破碎机工作参数中存在一个最佳摆动速度。当破碎机在最佳转速工作时，相当于每一破碎层物料有充分的时间做自由下落运动，同时物料通过破碎腔时所受破碎壁与乳臼壁挤压破碎次数足以保证破碎产品粒形要求（通常以小于排料口尺寸的破碎产品粒度占总破碎产品的百分比满足设计要求）。n影响到物料在各破碎层的自由下落时间t，进而影响物料在各破碎层的Vd与vu，根据挤压类破碎机的“总体平衡模型”及物料自由下落的运动学特性（见），可求解得vd、Vu与t关系：时间，即为动锥摆动到物料下落与上拱交界处的a处的时间；为物料因湿度等引起的下落时间延迟，其值可通过经验或者；a为动锥底角为悬挂点至上拱点距离，是关于/的函数。
　　高，相当于增加了破碎机的有效动锥直径，但破碎产品粒形变坏；越长，堵塞点位置越高，产品合格率越高，但生产率越低，相当于减小了破碎机有效动锥直径，故必须在保证破碎产品粒度的同时减小/以保证破碎机的最大生产率，提高生产部门的经济效益。/减小，则堵塞点位置下降，中外圆与内椭圆所构成物料下落与上拱的区域面积变大，对物料通过有利，破碎机生产率提高。
　　2.3动锥底角动锥底角a决定破碎壁面的倾斜情况，a越大，物料越有利于做自由落体运动，但物料通过破碎腔时所受的挤压破碎次数减小，产品粒形可能变坏。a过小，破碎壁面平缓，物料以滑动形式通过破碎腔，产品粒形得到保证，但生产率低下。另外a大小影响破碎机悬挂点位置，悬挂点位置越高，对破碎机作自由落体运动和对破碎腔中物料挤压受力越有利，层压效果极大改善，生产率大大提高。相反，a减小，悬挂点位置下降，破碎机动力性能恶化，层压效果不佳，生产率大大下降。故为了提高破碎机生产率，改善破碎性能，在破碎机设计时应该尽量增大a.我国圆锥破碎机a过小，一般为40°但已经形成机械标准，严重影响破碎机性能改善。
　　4进动角进动角ft大小直接影响破碎机偏心距、排料口摆动行程。卩越大，破碎机偏心距与排料口摆动行程增大，对破碎产品粒形有利，对堵塞层物料自由下落有利，进而有利于提高破碎机生产率，但破碎机动力性能恶化。卩小些，破碎机偏心距与排料口摆动行程减小，破碎产品粒形变坏，但破碎机整机动力性能改善，粒形变坏可以由提高破碎机转速来弥补。所以从改善破碎机动力性能和提高破碎机生产率角度来考虑，应该在保证破碎产品粒形的前提下，减小卩。这与国外同类产品中所应用的高摆频、低摆幅是一致的。
　　3性能优化设计模型1设计变量选择影响圆锥破碎机生产率的4个关键参数n、/、a、p作为设计变量，如下式所示：边界约束的上下限可根据经验值或者设计要求来确定。
　　性能约束包括两方面：一方面是保证物料在破碎腔中自由下落，如式（9）所示，：为重力加速度；为排料口摆动行程（见）。式（9）可通过研究破碎腔给料口在破碎机纵切面上的运动特性而得到，其推导原则是保证物料在动锥运动的前半周期内，物料自由下落位移小于相应破碎腔中动锥点的下落位移。另一方面保证物料破碎产品粒形分布，如式（10）所示。为i破碎层破碎函数；为i破碎层破碎选择函数；与Si值必须通过。：：为散体物料粒径；D为闭边排料口尺寸。
　　4算例分析为验证优化设计模型，以国产PYB1750圆锥破碎机为算例，对圆锥破碎的生产率及其关键参数进行优化设计，并把仿真优化结果应用于某破碎机厂家，验证了优化模型可靠性。根据现有国产PYB1750圆锥破碎机结构参数和工作参数，结合破碎机厂家与用户需求，建立相应优化算例模型如下式所示：求及工程师设计经验来确定。
　　米用基于KuhnTucker的系列二次规划法有约束非线性最优化算法。北京：机械工业出版社，19981-20.孙靖民。机械优化设计。北京：机械工业出版社，2005189-255.