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反击式破碎机仿真数值分析

发布日期:2011-10-13 08:29:50 作者:振平鑫龙机械

    反击式破碎机是利用高速旋转的板锤对物料进行冲击而实现破碎物料的。物料受到冲击后,获得较大的能量,从而以很高的速度飞出,撞向位于前方的反击板,形成二次冲击破碎。如果反击板的内表面形状设计合理,物料的飞行方向将与反击板表面呈近似垂直关系,从而大限度地利用物料动能,提高破碎效果。由于破碎机腔型取决于反击板的表面形状,故反击板优化又称为破碎机腔型优化。
    振平鑫龙机械利用有限元技术的发展为复杂物理过程的数值仿真研究提供了一种有力的手段,也使得反击式破碎机腔型的仿真研究成为可能。采用渐开线反击板是以这样的假设为前提的,即物料的运动轨迹总是沿着破碎机转子外缘切线方向。但实际上,由于物料形状各异,受冲击的部位千差万别,物料的运动轨迹也是复杂多变的。
    图为板锤一物料冲击碰撞系统的有限元模型。左侧的长方体表示转子和板锤,通称为板锤;右侧小的立方体表示物料。板锤的高度等于转子半径,其旋转中心为右下侧边缘。板锤上施加恒定旋转约束,旋转方向为顺时针方向。旋转角速度根据板锤外缘线速度(即冲击速度)和转子半径计算得出。物料从入料口到达冲击位置时,已经具有了一定的速度。为此,对物料赋予了一个向下的初速度。初速度数值根据入料口到板锤外缘的高度计算得出。本文中设物料向下的初始速度为2m/s。锤头与物料之间的接触定义为主从表面接触,锤头为主表面,物料为从表面。板锤与物料之间的摩擦系数设为0.3,以模拟摩擦力对冲击过程的影响。
    物料中心与板锤上表面平行。将此时板锤与岩块之间的相互位置关系定义为M。以M为基础,将物料向上或向下移动一定量,即可获得板锤与物料之间的其他位置关系。为了加以区分,分别将物料向上和向下移动后的位置关系用字母H和L表示。仿真试验时,将物料分别向上和向下移动三次,每次移动一个单位,从而获得6种位置关系,分别用Hi和Li表示,下标i二1,2,3表示移动的单位数量。加上M,则一共有7种位置关系。移动一个单位是指:以物料中心为基准,将上半部或下半部分为若干等分,每一等分称为一个单位。例如,物料向上移动一个单位为H1,向下移动三个单位为L3。
    为了适应不同的需求,反击式破碎机具有多种规格。那么破碎机参数的改变是否影响物料飞行轨迹,或者说是否影响反击板形状值得研究。为此,对冲击速度、转子半径、物料尺寸以及物料性质对物料飞行轨迹的影响进行了仿真研究。
    花岗岩和大理石的轨迹倾角变化趋势相同,即物料位置较高时轨迹倾角变化较慢,物料位置较低时轨迹倾角变化剧烈。同时,当冲击速度改变时,物料轨迹倾角的变化很小。因此,在进行反击板形状设计时,如果冲击速度变化不是很大,可以不必考虑冲击速度的影响。
    当物料位置高于M时,转子半径的改变对物料轨迹倾角的影响较小;而当物料位置低于M时,随转子半径的改变物料轨迹倾角变化逐渐增大,大误差达3度左右。因此,在进行反击板设计时,如果转子半径变化较大,则反击板下半部分的形状需根据具体情况进行适当的调整。
    根据反击板表面法线与物料轨迹平行的条件,振平鑫龙提出了反击板形状的优化设计方法。然后,通过数值仿真,对冲击速度、板锤半径、物料尺寸以及物料性质对反击板形状的影响进行了研究。结果表明,冲击速度及物料性质对反击板形状的影响不是很大;物料尺寸对反击板形状的影响较大;而转子半径对反击板下部形状影响较大,对上部形状的影响则不是太大。因此,进行反击式破碎机设计时,应考虑转子半径及物料尺寸的影响。
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