基于离散元的物料破碎机理研究

物料破碎是指物料在外力的作用下,其几何形状由大变小的过程。物料破碎在国民经济中占有重要的地位,由于物料破碎过程的复杂性,人们对物料破碎过程的研究尚不深入。离散元理论的发展为研究机械-散体颗粒系统的作用机理提供了理论基础,其方法与手段在探索物料破碎机理上得到了有效应用。本文基于离散元理论与方法及岩石破碎的基本机理,以完整仿真挤压破碎过程为目标,利用离散元软件EDEM建立破碎过程仿真模型,实现动态模拟物料从进入破碎腔到被破碎的整个过程。通过仿真,分别研究了行程、空隙率、啮角等因素对物料破碎的影响,每个因素又分别从破碎力、产品粒度、粘接键断裂的个数、颗粒的速度和受到的作用力四个方面进行分析,得出了以下结论： (1)建立的仿真模型切实可行。通过模型在EDEM的仿真结果与颗粒破碎力的理论计算、相关学者的破碎实验结果进行比较,得出结论：仿真计算得出的物料破碎最大破碎力与理论值和实验测定值相近,变化规律基本一致。 (2)物料的空隙率小,产生的破碎力大,有利于实现层压破碎。 (3)动颚行程有一个最佳区间。在这个最佳区间内,破碎力足够大,颗粒粘接键破碎个数较多,破碎机生产率也比较高,而行程过大或过小将导致破碎机破碎效果不理想,这对破碎机的设计具有指导作用。 (4)破碎机存在一个最佳啮角。选择这个最佳啮角时要兼顾动颚板受到的作用力和粘接键断裂个数,正确选取啮角能有效的提高破碎机的破碎力和生产率。 (5)物料在破碎过程中,颗粒之间相互挤压,从破碎腔的1/3处到排料口这段区域内,动颚受到的破碎力最大,当这个力足够大时,能够实现层压破碎。 (6)物料在被挤压破碎时,颗粒的速度和受到的作用力明显大于密实阶段和排料阶段。