圆锥破碎机磨损几何形状的预测

圆锥破碎机磨损几何形状的预测,圆锥,破碎,磨损,几何,形状,预测 圆锥破碎机磨损几何形状的预测 林奎斯特·艾弗森 摘要 圆锥破碎机用于矿山和采石场破碎岩石材料。由于破碎机衬垫的磨损，破碎机的性能在其使用寿命期间发生变化。前人的研究已经使建模、模拟和优化性能成为可能一个给定的破碎机。一个问题是，由于磨损，优化的几何形状将改变，性能将受到影响。为了设计破碎机的几何形状，使其在整个衬垫的寿命期内达到最佳性能，预测磨损的几何形状是可取的。为此，本文提出了一种方法。在先前的研究中，一个磨损模型的研究为实验室规模的破碎机。 这种型号已在圆锥破碎机中实现。例如，现代圆锥破碎机的控制器可以保持近侧设置或功率牵引常数。在模型中实现了这样的控制器。为了验证磨损模型，对磨损几何进行了测量。磨损几何形状是很好的预测，虽然磨损率，估计从实验中提出的以前的研究高估了。仿真研究了恒功率控制和磨损对各输出参数的影响。 关键词:粉碎，压碎，磨，造型，模拟 1.介绍 圆锥破碎机用于采矿和碎石行业粉碎岩石。图1为圆锥破碎机的工作原理。在作业过程中，岩石在顶部进料，破碎衬管的几何形状将发生变化，性能将受到影响 先前关于圆锥破碎机性能的研究由Evertsson(2000)进行，他开发了一种模拟岩石材料和破碎的方法。Evertsson和Lindqvist(2002)也对圆锥破碎机的压力分布和功率draw进行了一些研究。在类似的应用中，另-种方法磨损预测是由Cleary, 1998年提出的，他已经开发了离散元素方法来预测磨损和其他操作性能:在球磨机中为了优化破碎机衬垫以提高整个寿命的性能，它是希望能够预测给定破碎机的几何形状的变化,本研究的目的是为此开发一个模型。 2.圆锥破碎机 图2为圆锥破碎机的工作原理。电机用锥齿轮转动偏心器，地幔悬挂在底部的球形推力轴承上，在偏心器中的圆柱轴承和顶部的球形轴承上。当偏心器转动时，地幔会发生章动和旋转运动，使衬垫之间的岩层受到挤压。岩石颗粒在通过破碎机的过程中会被挤压和粉碎好几次。破碎的结果是由破碎机衬垫的几何形状决定的。穿过破碎室在关闭位置的最小距离称为关闭侧设置(CSS)。这种措施对破碎物料的粒度分布是很重要的。 近侧设置由一个液压系统控制，该系统可以降低或提高主轴和地幔，以补偿磨损。CSS在运行过程中无法通过任何简单的方法进行测量。不同的控制策略被开发用于磨损补偿。例如，液压压力(即支撑球面推力轴承的推力)或动力牵引力可以保持恒定。另一个策略是保持CSS不变。这将需要操作员随时停止并校准CSS 然后或否则CSS将增加随着衬垫磨损。CSS是通过停止破碎机和提高地幔，直到它接触凹校准。这个位置对应于CSS=0。当地幔下降时，CSS根据衬管的锥角和地幔位置计算。本研究中使用的内衬材料是锰钢，其含量为1.2% C. 12.5% Mn, 0.6% Si和1.5%Cr。这类材料以其在磨料磨损应用方面的性能而闻名。 3.颚式破碎机磨损 在作者之前的研究中，在实验室颚式破碎机中进行了磨损研究，如图3所示 (Lindqvist and Evertsson, 2003)。在本研究中选择颚式破碎机的原因是它很容易测量作用在衬板上的破碎力。实验室颚式破碎机装有测压元件以记录破碎力。由于作用在固定衬板上的合力是可以测量的，因此可以估计来自岩层材料的平均压力。因此，这里的压力是伪压力，定义为压碎力除以衬管的有效面积。真正的压力分布是未知的，因为岩石颗粒挤压衬垫的接触面积是未知的。研究了岩石材料的平均压力、运动和磨损之间的关系。实验结果表明，在固定衬板和运动衬板上分别存在两种不同的磨损机理。在固定衬板上，岩石材料在衬板表面滑动，而在移动衬板上，岩石与衬板之间不存在这种相对运动。实现了一个简单的模型。1953年阿卡德提出的磨损模型的修正版本。预测的磨损几何形状与实测的相似。 4.造型 4.1.造型的压力 在本研究中，由Lindqvist和Evertsson(2003)描述的磨损模型已经在圆锥破碎机中实施。 Evertsson(2000)开发了-个流动模型和一个模型来模拟圆锥破碎机的破碎行为。在这个模型中可以发生三种传输机制:滑动、自由落体和挤压。下滑。当粒子与地幔接触并向下滑动时，就会发生碰撞。如果偏心速度足够高,则地幔表面将加速远离自由下落的粒子。当与闭合的地幔接触时，粒子将被挤压。 Evertsson和Lindqvist(2002)也对圆锥破碎机的压力分布做了-些研究(Evertsson和Lindqvist, 2002)，其中岩石材料填充在cy中。linlin容器和破碎(见图4)。压力被登记和一个多项式拟合到测试数据。该多项式将尺寸分布的变分系数(标准差/平均值)和压缩比(s/b)与压力联系起来。 从破碎室的几何形状，可以计算名义压缩比(s/b)om。 Evertssor(2000)引入了有效压缩比(s/b)。r和利用(s/b)，以考虑动态和filline的影响。由于颗粒没有被限制在描边的开始，因此所利用的压缩.比(s/b)小于标称压缩比:(s/b)> (s/b)er> (s/b)u。在anv粉碎之前，颗粒的重新排列是必要的。Evertsson(2000)引入体积填充比n <1来解释这一效应(见图5和公式)。(1)和(2))。 通过测量支撑在地幔下推力轴承的活塞内的液压，就有可能估算出n。n受偏心转速和进料条件的控制。因此，如果已知(s/b)om和进料粒度分布，就可以计算破碎室的压力 4.2。模特穿 Archard提出的磨损模型表明，磨损与滑动距离和滑动压力成正比。在作者(2003)的前期实验中发现，即使岩石材料与衬垫之间没有宏观滑动运动，也会发生磨损。在这种情况下，阿卡德的模型不会产生磨损。因此，对磨损模型进行了修正，以考虑非滑动磨损。式(3)显了包含滑动磨损和挤压磨损的单独项的模型。(4)为仅用于挤压磨损的磨损模型。 压力用p表示，每冲程滑动速度和Aw磨损。 W = 208 kN/ m2。=274 kN/mm。W和是材料参数独特的每一种衬垫材料和磨料的组合。岩石材料的基岩与固定衬板和移动衬板在滑动运动上的区别是由于衬板之间的角度和运动方向造成的。在圆锥破碎机中，地幔可以自由地滚动到岩石材料的床上。在凹面上至少有一点在材料的凹面和床层之间有纯滚动。在其他点上，相对滑动运动非常小，因为凹面几乎被设计成一个理想的锥， 地幔母线与主轴的枢轴点相交(见图2)。 在磨损的压痕上，不可能在任何特定的方向上识别出犁沟凹的。存在的小的滑动运动可能引起凹岩之间、地幔与岩石之间的滑动或地层本身的滑动运动。因此我们假设磨损机理是内外套均为纯挤压磨损。 5.磨损测量 为了验证磨损模型，对一台正在运行的山特维克H-3000破碎机进行了测量。该破碎机停止和探头检测的位置的表面的地幔和凹。 该设备由机架组成，该机架连接到破碎机的主轴(见图6)。步进电机通过转动螺纹杆移动载体。小型步进电机发出探测器。发送到步进电机的脉冲数对应于相对于测量帧的某个位置。当探头接触线性控制器停止电机和脉冲数登记。然后将脉冲数转换成几何坐标。 第一次测量是在最后一次更换衬管73小时后进行的。岩石材料是石英岩。进料粒度分布如图15所示。测量是在一周内每天进行一次。 坐标被转换成一个全局坐标系。测量的几何图形被输入到3DCAD系统中，以实现几何图形的可视化(见图7) 测量架相对于破碎室的定位精度。在评估被测几何形状时，对坐标进行变换，使被测直线的夹角与原始标称几何形状的夹角对应，从而使被测直线对地幔和凹面的磨损大致相等。因此，假定地幔和凹面的磨损相等 6.模型与测量 为了验证模型的长期有效性。很有必要模拟长时间的几何变化。因此，在本研究中讨论的模拟，从新的地幔开始。破碎机的控制器设置为保持功率牵引恒定。模型和实际破碎机的比较反映了新生产线到73小时运行的变化。如果磨损是在衬板表面的法线方向上计算的，并在破碎机的局部y坐标上绘图。从图8可以看出模拟结果与实测结果的一致性。图9显示了测量和模拟的几何形状。 利用以前的研究中获得的磨损系数，作者(Lindqvist and Evertsson, 2003,本文图3所示的颚式破碎机)在模拟时间仅为25小时后，就得到了运行73小时后测得的最大磨损几何形状。因此，在这些实验中得到的磨损系数被高估了2.9倍。造成这种差异的最可能的原因是该研究中对压力的不准确预测。由于颚式破碎机衬套底部颗粒不受限制，造成了压力预测差。因此，忽略了破碎机底部的磨损数据。然而，模拟的压力分布被缩放轴为凹形 五。9。横截面的地幔。标称新几何形状，测量磨损，模拟磨损几何形状这样测得的力就会与模拟的压力保持平衡。颚式破碎机衬套上的实际和模拟压力分布示意图如图10所示。这意味着，在用于确定磨损系数的区域，系统地低估了压力。其他可能导致这种差异的因素是压力和磨损之间的非线性相关性，磨损率的相关性和粒度。以往研究的磨损系数是通过破碎中位粒径为dso 9 mm，本研究中为dso 19 mm的物料得到的。在模拟时间25小时后获得的几何形状的选择是为了最大磨损和覆盖物之间的最佳一致。 考虑到这种模拟数据的选择，磨损被低估了在破碎机上部部分，如图8所示。磨损轮廓作为一个整体是很好的预测。最大磨损轨迹的一致性较好。凹面上的总磨损被假定为在法线方向上的总磨损等于地幔上的总磨损。根据图8,这是一个有效的假设;最大磨损约为15毫米的外套和凹。 7.应用磨损模式 使用破碎机模型，它是有可能跟踪在破碎机性能的变化，因为衬垫磨损。图11-15显示了几何形状、容量、封闭侧设置、产品尺寸的变化。注意!这些数值没有在实验中得到验证，只是模拟结果。 本研究中使用的破碎机与另一台同时运行的破碎机共享其输出输送机。因此，无法验证计算的容量和大小分布。控制单元的读数提供了关于关闭侧设置、动力牵引和液压的信息。在进行模拟时，选择体积填充比n，以获得正确的功率、推力和CSS, 并在尾管刚安装时从控制单元读取在仿真中，功率和轴向推力是波动的。在模拟过程中,地幔向上移动或 直到达到所需的推力或功率。这里有必要允许a oarse宽容已达到满意的的计算速度这里使用的流动模型是由E vertsson（2000）引入的。1是离散化的流动模型。基于粒子动力学。 一个破碎带是由一 个粒子下落的距离决定的，直到它撞击靠近的地幔。破碎区域的数量等于破碎行动的数量，-个颗粒在破碎机将受到移动轴的地幔上或下找到的位置，产生所需的动力抽，破碎区域的数量可能会改变。反过来，计算得到的地幔压力分布可能会有轻微的变化，即轴向力/功率图是模型中CSS的不连续函数。因此，很难更精确地控制模拟的功率或推力从图13和图14可以看出，由于磨损补偿，容量和近侧设置随着时间的推移而减少。班轮生产厂家和工厂操作人员证实了产能下降的趋势。在研究之后，衬垫制造商也改变了设计。工厂操作员无法在CSS中验证下降。在一些植物中，CSS会随着时间的推移略有增加，而在其他植物中则会减少。CSS随时间的增加或减少取决于破碎腔底部的磨损率与上部磨损率的比较。在这些模拟中，破碎腔.上部的磨损率被低估了，如图8所示。地幔和凹面都不是完美的圆的。在不同的偏心位置校准破碎机时，通常会在破碎机启动时给出略微不同的CSS。饲料材料的变化也是一个可能的误差来源。从控制单元读出的CSS值不显示在tho仿真中获得的下降趋势。在这些测量期间，CSS的读数在10到16毫米之间变化。没有观察到任何趋势。破碎机时开始用新的衬垫CSS大约是16毫米根据核电站运营商第-次测量73h后进行op eration最后88 h后测量。穿有时形成一个“嘴唇”的低端粉碎室(见图16)。其原因是，如果CSS在操作过程中与衬垫的设计有很大的偏差，则不会使用地幔或凹部的下端。这种效果目前在破碎机模型中没有实现。这种嘴唇的形成可能会对嘴唇的承载能力产生更大的不利影响。磨损是根据披风计算的。假定在所述凹部上的磨损与在所述地幔上、在所述地幔法线与所述凹部的交点上的磨损相等。 9.结论 为了预测圆锥破碎机的几何形状，建立了圆锥破碎机的磨损模型。通过对模型的调整，验证了该模型的正确性，即下段破碎机磨损率与.上段破碎机磨损率的一致性较好，而上段破碎机磨损率的预测值较低。根据工厂经营者和破碎机制造商的预测，该工厂的ca能力的趋势是很好的预测，但它没有通过测量得到验证。容量下降是开始缓慢,然后加速。磨损对CsS的影响还没有很好的预测。究其原因，是箱体中上部分的测量和模拟与CSS校准的破碎机下部相比存在偏差。用于岩石破碎机的材料。锰钢。又称哈德菲尔德材料，因其具有良好的加工硬化能力而被使用。在这项研究中，被碾碎的材料是石英岩，一种众所周知的研磨性很强的材料。当破碎石英岩或其他强烈研磨性的岩石材料时，在采矿和集料工业中普遍的概念是没有实现很少的加工硬化;与其他假定发生显著加工硬化的岩石材料不同该模型能较好地预测磨损几何形状，但实际的磨损几何形状与模拟的磨损几何形状存在一-定的差异。 这种差异可能有几种解释。衬垫的加工硬化已被提及。其他可能的原因是压力和磨损之间的非线性相关性，流动模型的不准确性，或颗粒大小和磨损率之间的相关性这种磨损模型的未来改进将包括在腔室下端形成的“唇形到目前为止，衬垫加工硬化的影响一-直被忽视。目前(2003年春-夏)正在进行-项研究,对这种影响进行调查。 确认 以下人员帮助完成了这项工作:名誉教授Goran Gerbert,Magnus Evertsson博士，Jan Moller, Mats Persson at查尔默斯理工大学的Kristoffer Stasina 在NCC AB. Sodra Sandby。 参考文献 Archard J.L.193。接触和摩擦平面。应用物理学报24 (8)，981-988佳，P.W 1998。用离散元方法预测球磨机的装料运动、功率牵引偏析和磨损。Mineran Engineeing 11) 1061- 1080。Evertsson. .200圆锥破碎机性能，博士论文,机械与车辆设计系。查尔默斯理工大学。瑞典。 Evertsson,廖俊郎. .Lindqyist M。2002。圆锥破碎机的动力牵引。 在珀斯矿物工程会议上的介绍。 澳大利亚珀斯，澳大利亚，9月25日至27日。 Lindqvist, M. .Evertsson。冯正民等. .2003.颚式破碎机衬垫磨损。 矿物岩石力学与工程学报16(1), 1-12