Analýza a výzkum materiálu foukacích tyčí nárazového drtiče na základě metody diskrétních prvků

12/12/2024

Souhrn:Aby se snížilo opotřebení při nárazu foukací tyče drtiče a prodloužit jeho životnost, podle Rabnowiczovy rovnice byl obsah materiálu ofukovací tyče nárazového drtiče optimalizován tím, že zatížení na ofukovací tyč nárazového drtiče bylo považováno za hodnotící kritérium jejího opotřebení. Provádí se fyzikální měření nárazového drtiče LT1213 a měděné rudy. UG model nárazového drtiče LT1213 je zaveden a importován do softwaru EDEM. Je analyzován částicový model měděné rudy. Je přijat návrh testu kvadratické regrese ortogonální rotační kombinace. Zatížení nárazové desky je testováno softwarem diskrétního prvku EDEM. Regresní rovnice každého testovacího faktoru je získána softwarem SPSS a trojrozměrná obrysová mapa je nakreslena pomocí matlabu a je určeno pravidlo vlivu každého parametru na výkonnostní index. Optimální kombinace parametrů se získá optimalizací testovacích faktorů. Když je obsah TiC 3.58 %, obsah TaC 2.77 % a obsah Ni 0 %, zatížení foukacích tyčí nárazového drtiče je 33 kN. Experimentálně byl získán trend vlivu obsahu TaC a TiC na opotřebení ofukovacích tyčí nárazového drtiče LT24 a byl ověřen závěr simulace. Výsledky poskytují teoretický základ pro optimalizaci ofukovacích tyčí nárazového drtiče, snížení jeho opotřebení a prodloužení jeho životnosti.

Foukací tyč je jednou z klíčových pracovních částí nárazového drtiče a její pracovní podmínky jsou drsné a složité a je náchylná k opotřebení, deformaci a jiným formám poruch. Přijetí odpovídajících metod pro snížení míry opotřebení nárazové desky a zlepšení odolnosti proti opotřebení má velký význam pro prodloužení její životnosti a snížení výrobních nákladů. EDEM je druh aplikačního softwaru metody diskrétních prvků, který je velmi vhodný pro studium pohybového chování a mechanického chování mezi nespojitými populacemi částic a má mnoho perspektivních aplikací a výzkumů v různých inženýrských prostředích.

V tomto článku je studován proces drcení měděné rudy nárazovým drtičem LT1213 metodou diskrétních prvků. Na tomto základě se analyzuje míra opotřebení foukací tyče nárazového drtiče a provádí se kombinační test kvadratické ortogonální rotace pomocí softwaru EDEM s diskrétním prvkem, jehož cílem je získat optimální kombinaci složení foukací tyče nárazového drtiče s určitými výpočetními metodami.

Založení modelu

Model teorie diskrétních prvků

V metodě diskrétních prvků navržené v této studii je interakce mezi částicemi hlavně radiální síla a normálová síla a normálová síla může být vyjádřena jako:

$\[ F_{\mathrm{n}}=\frac{4}{3} E^{*}\left(R^{*}\right)^{1 / 2} \alpha^{3 / 2} \ ]$

Ve výše uvedeném vzorci $R^{*}$ je průměrem poloměru všech částic, $α$ je rozsah kontaktu částic a $E^{*}$ je střední hodnota modulu pružnosti všech částic, vyjádřená jako:

$\frac{1}{E^{*}}=\frac{1-\nu_{1}^{2}}{E_{1}}+\frac{1-\nu_{2}^{2}}{E_{2}}$

Ve výše uvedeném formuláři ${E_{1}}$ forma je modul pružnosti jedné částice a $\nu_{1}$ forma je Poissonův poměr jedné částice. The ${E_{2}}$ a $\nu_{2}$ ve stejném výrazu.

Radiální sílu lze vyjádřit jako:

$F_{\mathrm{t}}=-8 G^{*} \sqrt{R^{*} \alpha} \eta$

Ve výše uvedeném vzorci je η oblast překrytí mezi interagujícími částicemi a $G^{*}$ je modul přeložený z částic.

Proto lze analyzovat, že při studiu metody diskrétních prvků síly na částicích a předmětech, které částice kontaktují, úzce souvisejí s jejich modulem pružnosti, Poissonovým poměrem, modulem ve smyku atd., a hodnotami těchto parametry jsou neoddělitelně spjaty s typem materiálu.

Stanovení částicového modelu a geometrického modelu

Rabnowiczova rovnice:

$\frac{V}{S}=K_{\mathrm{abr}} \frac{W}{H}$

$K_{abr}$ je koeficient opotřebení, ${PROTI}$ je množství abrazivního opotřebení (mm), ${S}$ je vzdálenost opotřebení (mm); ${W}$ je zatížení (kN); ${H}$ je tvrdost materiálu (MPa).

Proto v procesu provozu nárazového drtiče, obecně v případě ${S}$ a ${H}$ opotřebení pracovních částí nárazového drtiče (jako jsou: dmychadla drtiče, nárazová deska) souvisí se zatížením, které přijímá.

Vnitřní materiály nárazové desky nárazového drtiče LT1213 byly analyzovány analyzátorem energetického spektra (OBR. 1) a v kombinaci s příslušnou literaturou bylo zjištěno, že hlavními materiálovými složkami, které měly větší vliv na opotřebení ofukovacích tyčí, byly TiC, TaC, Ni atd. TaC, TiC a NI byly vybrány pro provádění simulačních testů. V experimentu byl použit návrh kombinace kvadratické regrese ortogonální rotace.

Při studiu metody diskrétních prvků v důlním inženýrství, bez ohledu na to, jaký druh rudy se drtí, mají vnější geometrické charakteristiky rudy důležitý vliv na výsledky výpočtu metody diskrétních prvků. Proto je v této studii analyzována geometrická velikost měděné rudy (obr. 2), její geometrické charakteristiky jsou měřeny laserovým skenerem a je analyzován rozsah a zákon její distribuce velikosti. Podle výsledků analýzy je v EDEM vytvořen odpovídající model diskrétních prvků měděné rudy pro následný simulační výzkum.

Při simulačním výpočtu diskrétních prvků není nutné zakládat kompletní externí model, ale je třeba modelovat pouze části, které jsou v kontaktu s částicemi. Proto je UG model drtiče v EDEM poměrně zjednodušený (obrázek 3).

3 Simulační model nárazového drtiče lt1213 Obr

Návrh a optimalizace pomocných parametrů na bázi EDEM

Simulace softwaru EDEM

Klidový úhel se měří podle experimentu zhroucení (obr. 4) a v kombinaci s literaturou jsou fyzikální charakteristiky mezi měděnou rudou a nárazovým drtičem uvedeny v tabulce 1.

Tabulka.1 Parametry simulace
Materiály	hustota (kg·m ³)	Poissonův poměr	Smykový modul /Pa	Restituční koeficient	Koeficient statického tření	Koeficient kinetického tření
Měděná ruda	2520	0.245	2.5×10⁸	0.4	0.45	0.02
Ocel	7800	0.3	7×10¹⁰	0.5	0.85	0.06
TiC	4930	0.3	7.9×10⁹	0.6	0.8	0.07
TaC	5650	0.33	8.3×10¹⁰	0.6	0.8	0.07
Ni	8902	0.27	2.2×10¹¹	0.65	0.9	0.09

Vzhledem k neadhezivnímu efektu povrchu měděné rudy a výše uvedenému výzkumu na modelu diskrétních prvků je známo, že Vestavěný Hertz-MindLin (bez prokluzu). je zvolen jako simulační kontaktní model.

Faktory a indexy simulačního testu

Na základě výše uvedené analýzy Rabnowiczovy rovnice se jako hodnotící index bere zatížení (Z) na nárazovou desku. Podle výše uvedené teoretické analýzy a skutečných provozních požadavků nárazového drtiče LT1213 je variační rozsah testovacích faktorů přiměřeně kontrolován, každý test se opakuje 7krát a průměrná hodnota se bere jako výsledek testu, kód úrovně faktoru je uveden v tabulce 2 a plán testování a výsledky jsou uvedeny v tabulce 3.

Kódování	Tabulka 2. Horizontální kódování faktoru
	Obsah TiC/%	Obsah tac/%	Obsah Ni/%
	X1	X₂	X3
1.682	4.4	3.2	1.05
1	3.93	2.92	0.90
0	3.25	2.5	0.68
-1	2.57	2.08	0.46
-1.682	2.1	1.8	0.31

Tabulka 3 Testovací schéma a výsledky
Série	Obsah TiC/%	Obsah TaC/%	Obsah Ni/%	Zatížení opotřebitelných dílů/%
1	1	1	1	25.79
2	1	1	-1	24.8
3	1	-1	1	24.66
4	1	-1	-1	26.11
5	-1	1	1	29.03
6	-1	1	-1	27.22
7	-1	-1	1	31.60
8	-1	-1	-1	31.80
9	1.682	0	0	26.01
10	-1.682	0	0	30.84
11	0	1.682	0	26.17
12	0	-1.682	0	32.71
13	0	0	1.682	25.02
14	0	0	-1.682	24.99
15	0	0	0	25.28
16	0	0	0	25.13
17	0	0	0	24.67
18	0	0	0	26.39
19	0	0	0	25.32
20	0	0	0	26.08
21	0	0	0	24.79
22	0	0	0	24.71
23	0	0	0	25.80

Výsledky testů a analýzy

Zatížení opotřebitelných dílů

Software pro analýzu dat Spss byl použit k provedení regresní analýzy výsledků zátěžového testu protiútokové desky v tabulce 3 a data testu regresní rovnice byla uvedena v tabulce 4.

Tabulka 4 Zkušební tabulka regresní rovnice pro zatížení opotřebitelných dílů
Zdroj	Součet čtverců	Míra svobody	Střední čtverec	F-hodnota
regrese	16575.89	10	1657.59	2334.63
Zbytková chyba	9.233	13	0.71
Před opravou	16585.13	23
Po korekci	143.77	22

Viz tabulka F.10,13(4.10)=2334.63,F=10,13>FXNUMX. ₁(XNUMX), Proto je regresní rovnice vysoce významná a model kvadratické regresní rovnice je následující:

$\begin{array}{l}A=142.296-23.028 X_{1}-56.088 X_{2}- \\3.209 X_{3}+2.184 X_{1}{ }^{2}+7.969 X_{2 }{ }^{2}-3.902 X_{3}{ }^{2}+ \\2.854 X_{1} X_{2}-1.585 X_{1} X_{3}+5.624 X_{2} X_{3}\end{array}$

Pomocí Matlabu nakreslete 3D obrysovou mapu, jak je znázorněno na obrázku 5.

Obr.5 Diagram zatížení nárazem opotřebitelných dílů

Analýza na Obr. 5 ukazuje, že když je obsah TiC na nulové úrovni, s nárůstem obsahu TaC, zatížení nárazové desky vykazuje trend nejprve klesající a poté rostoucí. Když je obsah TaC na nulové úrovni, se zvýšením obsahu TiC vykazuje zatížení nárazové desky pomalý trend poklesu. Když je obsah TiC na nulové úrovni, změna Ni má malý vliv na zatížení nárazové desky. Když je obsah Ni na nulové úrovni, s nárůstem obsahu TiC vykazuje zatížení nárazové desky prudký pokles a poté mírný nárůst. Když je obsah TaC na nulové úrovni, zatížení rázové desky mírně klesá se zvyšováním obsahu Ni, ale má na něj malý vliv. Když je obsah Ni na nulové úrovni, s nárůstem TiC, zatížení nárazové desky vykazuje prudký pokles a poté pomalý vzestupný trend. Kromě toho je z regresní rovnice a trojrozměrné vrstevnicové mapy vidět, že tři faktory mají významný vliv na zatížení nárazovou deskou v rámci zkušebního rozsahu: obsah TaC, obsah TiC a obsah Ni.

Optimalizace ofukovacích tyčí nárazového drtiče

Podle optimalizačního matematického modelu a regresní rovnice každého indexu hodnocení výkonu nárazového drtiče se používá nelineární optimalizační funkce fmincon v Matlabu a proces optimalizace se provádí za podmínky Fₘᵢₙ=Z, tj. zatížení. Navrhovaná omezující funkce je následující:

$\begin{array}{l}F_{\min }=Z \\\text { st }\left\{\begin{array}{l}2.1 \% \leqslant X_{1} \leqslant 4.4 \% \\1.8 \% \leqslant X_{2} \leqslant 3.2 \% \\0.31 \% \leqslant X_{3} \leqslant 1.05 \%\end{array}\right.\end{array}$

Optimální výsledky úpravy jsou následující: obsah TiC je 3.58 %, obsah TaC je 2.77 %, obsah Ni je 0.33 %. Za těchto podmínek simulační test ukazuje, že zatížení opotřebitelných dílů nárazového drtiče je 24.76 kN.

Testovací ověření

Aby byl test proveden rozumně a vzhledem k požadavkům na přesnost přístroje na přípravu materiálu, když je obsah Ni 0.3 %, byl k testování a analýze opotřebení úderu drtiče použit přístroj na měření opotřebení UMT-3. tyčinky s různým obsahem TaC (1.8 %, 2 %, 2.5 %, 3 %, 3.2 %) a různým obsahem TiC (2.1 %, 2.6 %, 3.2 %, 3.8 %, 4.3 %) a test se v každém případě opakoval 10krát. Míra opotřebení vyfukovací tyče drtiče získaná zkouškou je znázorněna na obrázku 6.

Obr. 6 Ztráta opotřebení kladiva s různým obsahem Tac a Ni

Z obr. 6, kdy je obsah TiC stejný, s nárůstem obsahu TaC se opotřebení ofukovacích tyčí nárazového drtiče postupně snižuje a při obsahu TaC 2.5 % dosahuje opotřebení ofukovacích tyčí nárazových drtičů nejnižší a pak s nárůstem obsahu TaC se opotřebení foukacích tyčí nárazového drtiče postupně zvyšuje. Když je obsah TaC stejný, obsah TiC je jiný, kromě obsahu TaC 1.8 %, obsah TiC 3.8 % opotřebení je větší než obsah TiC 2.6 % opotřebení, zbytek výsledků testu odráží, že opotřebení nárazové desky od malých po velké odpovídající obsahu TaC jsou: 3.2 %, 3.8 %, 2.6 %, 4.3 %, 2.1 %, v tomto pořadí. Trend vlivu obsahu TaC a TiC na opotřebení nárazové desky nárazového drtiče je stejný jako u výsledků simulace.

Závěr

Použitím EDEM jako virtuálního testu drcení ortogonální měděné rudy je regresní rovnice založená na síle protidesky stanovena kvadratickým regresním ortogonálním rotačním kombinovaným testem. Pomocí Matlabu pro nakreslení vrstevnicové mapy indexu vyšetřování byl získán trend vlivu testovacích faktorů na sílu ofukovací tyče a hlavní a vedlejší faktory ovlivňující sílu ofukovací tyče byly stanoveny jako obsah TaC, obsah TiC a obsah Ni.
Je stanovena optimální kombinace parametrů pro snížení opotřebení součásti nárazové desky nárazového drtiče LT1213. Když je obsah TiC 3.58 %, obsah TaC je 2.77 %, obsah Ni je 0.33 %, opotřebení foukací lišty je nejmenší a zatížení foukací lišty nárazového drtiče je 24.76 kN.
Trend vlivu obsahu TaC a TiC na opotřebení ofukovací tyče nárazového drtiče je získán pomocí experimentů, které ukazují správnost analýzy dopadové desky metodou diskrétních prvků.

Předchozí příspěvek

Chromové vyfukovací tyče

Následující příspěvek

Ocel Cr26 VS 35CrMo ocel Rázová drtící kladiva