基于离散元方法的颚式破碎机内物料破碎行为研究

颚式破碎机是一种常见的矿山机械,是矿石初始破碎的常用设备,距今已有百余年的使用历史。针对颚式破碎机的研究方面有多种,受惠于多代工程师的努力,已从最初的笨重、效率低下、可靠性差的设备发展成为现有的各式外形新颖、效率高、稳定可靠的颚式破碎机。 虽然颚式破碎机有着悠久的历史,但是对于物料具体的破碎行为研究一直是一个难题,原因主要是工作环境极其恶劣、物料破碎后运动速度大等。随着数值计算方法以及计算机技术的发展,在计算机中实现物料破碎过程的模拟已经成为可能。模拟岩石的计算方法有多种,其中离散元方法能够很好的模拟岩石破裂的行为,因此采用离散元方法来研究物料破碎。把离散元方法与物料在颚式破碎机内的破碎结合起来是一个比较新但有重要现实意义的课题,通过研究物料在破碎腔内破碎的具体行为,可以指导颚式破碎机的设计与改进。本文的主要工作内容如下： (1)使用PFC3D软件建立物料模型,分别模拟石灰岩与大理岩这两种颚式破碎机的常用物料。为确保物料模型与真实岩石的力学性质相一致,进行了单轴压缩模拟试验,获得了两种物料模型的应力-应变、两侧应变-轴向应变曲线。通过应力-应变曲线得到物料模型的弹性模量、抗压强度,通过两侧应变-轴向应变曲线得到物料模型的泊松比。 (2)通过测绘现有的颚式破碎机建立Pro/E模型,在此基础上建立颚式破碎机破碎腔模型,破碎腔是物料破碎的场所,其中动颚与定颚对物料的挤压造成物料破碎。分别模拟颚式破碎机的简摆运动与复摆运动,对石灰岩与大理岩物料模型进行模拟破碎,最后得到了四组动颚做功数据。 (3)物料模型内部存在力链网络,在模拟破碎过程中,力链网络随之改变。以力链网络的变化为出发点对物料模型破碎的具体过程进行了研究。通过追踪物料模型颗粒的运动趋势,可以预测物料模型破碎后的行为。 本论文提出了使用离散元方法对颚式破碎机物料破碎进行研究的新思路。使用PFC3D软件建立了合适的物料模型,证明了离散元方法模拟岩石等物料宏观力学特性的可行性；并在PFC3D软件中进行了物料模型的模拟破碎,得到了动颚做功的详细数据,并对物料模型在破碎过程中的状态做了充分记录,通过绘制做功曲线,发现了破碎过程中动颚对物料做功曲线呈阶梯形递增；然后从物料模型内部力链网络的角度出发,研究了破碎过程中物料模型颗粒的运动规律。本文对颚式破碎机相关方面的研究有一定参考价值。