面向产品粒度分布控制的冲击式破碎机的破碎机理及其性能研究
批准号：
52065007
项目类别：
地区科学基金项目
资助金额：
35.0 万元
负责人：
赵丽梅
依托单位：
学科分类：
机械动力学
结题年份：
2024
批准年份：
2020
项目状态：
已结题
项目参与者：
赵丽梅
项目摘要
结项摘要
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中文摘要
本项目主要针对冲击式破碎机人工砂产品产砂率低、细度模数大、石粉含量高等破碎产品粒度分布问题，拟开展面向产品粒度分布控制的破碎机理研究，提出基于累积冲击能量的破碎产品粒度模型的建模方法，探究破碎产品粒度分布的影响因素及其影响规律，研究以产品粒度分布控制为目的的破碎机优化设计方法和破碎机性能。拟通过开展破碎腔内气固两相流场耦合仿真分析和破碎实验研究破碎机理，建立累积冲击能量下物料颗粒的破碎概率函数和破碎函数，构建基于累积冲击能量的破碎产品粒度模型，分析破碎产品粒度分布；在深入研究破碎粒度分布的结构影响因素及其影响规律的基础上，以控制破碎产品粒度分布为主要目的对国产PL840立轴冲击式破碎机关键结构参数进行多目标优化设计；最后，通过破碎实验开展破碎机的性能研究工作。其研究成果将提升企业冲击式破碎机产品的技术性能，为破碎机破碎产品质量控制的实验研究工作和高效国产破碎机的研发提供理论支持和技术指导。
英文摘要
This project mainly aims at the particle size problems of the VSI (vertical shaft impact) crusher product such as high powder content, low sand This project mainly aims at the particle size problems of the impact crusher product such as high powder content, low sand production rate, large fineness modulus. On the basis of the study of crushing mechanism, a modeling method of a VSI crusher crushing product size distribution model based on the cumulative impact energy is proposed to explore the influence factors and laws of size distribution. The optimization method of crusher structure is studied in order to control the product size distribution and the performance of the optimized crusher is studied. By gas-solid coupling two-phase flow field analysis and experiments, the breakage probability function for a particle of a certain size and the breakage function are built. Then, the product size distribution model based on the cumulative impact energy is established and the prediction of the product size distribution is realized. After the relationship between product size distribution and the key parameters are deeply studied, the key structural parameters of domestic PL840 crusher are optimized and the crusher is improved in order to improve the product size distribution. The working performance of the optimized crusher is studied by crushing experiment. The outcome improves the technical performance of impact crusher products of the enterprise, provides theoretical basis and technological guidance for the experimental research on the quality control of the crushing product and for the research and development of high efficiency domestic crusher.
本项目针对人工砂产砂率低、石粉含量高等冲击式破碎机破碎产品粒度问题，开展了面向破碎产品粒度分布控制的冲击式破碎机的破碎机理及性能研究，对促进研制开发出新型、高效的冲击式破碎机具有重要的意义。本项目以贵州某企业生产的PL8500立轴冲击式破碎机为参考，依次开展了冲击式破碎机的破碎机理、基于累积冲击能量的破碎产品粒度模型、冲击式破碎机的优化及破碎机的性能研究。围绕这些内容，本项目取得了如下成果：（1）在对转子进行重新设计的基础上，建立了破碎机的CFD-DEM耦合仿真模型，深入分析物料在破碎腔内的运动过程，计算分析了物料碰撞中的冲击能量耗散，揭示了破碎机中物料的运动特性和破碎过程中的能量转移机制。（2）针对物料颗粒在累积冲击下发生破碎的特点，设计了落重冲击试验装置和主动冲击破碎实验装置,通过开展单颗粒物料的落重冲击试验和增量法落重冲击试验，建立了物料颗粒的破碎概率和破碎指数数学模型，并开展了单颗粒物料在主动冲击条件下的冲击破碎特性实验研究，在总体平衡模型的基础上，提出了基于累积冲击能量的破碎产品粒度分布模型的建模方法。（3）通过破碎产品粒度分布模型开展仿真分析，通过正交实验和多元回归分析，揭示出转子结构参数对产砂率和单位比能耗的影响规律，在不降低破碎机的处理量的条件下，以破碎机产砂率和单位比能耗为主要目标，采用多目标遗传算法优化得出了转子主要结构参数的最佳组合。优化后产品中的成品砂含量比优化前的成品砂含量增多了1.499 %，石粉含量比优化前减少了5.895 %，物料单位能耗断裂键数也比优化前增大了3.084 %，（4）根据响应面和方差分析法，得出立轴冲击式破碎机的关键工作参数与单位比能耗和产砂率的耦合关系，研究了能耗、破碎产品粒度分布相关各项指标的影响因素及其影响规律并对破碎机关键工作参数进行了优化。本项目的研究成果能为研发高效节能的冲击式破碎机提供理论资料和技术支持。
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