Analyse og forskning i materialet af slagknuser-blæsejern baseret på diskret elementmetode

12/12/2024

Resumé:For at reducere slid og ælde ved stød knuserslag og forlænge dens levetid, ifølge Rabnowicz-ligningen blev materialeindholdet i slagknuserens blæsestang optimeret ved at tage belastningen på slagknuserens blæsestang som evalueringskriterium for dens slitage. Den fysiske måling af LT1213 slagknuser og kobbermalm udføres. UG-modellen af LT1213 slagknuser er etableret og importeret til EDEM-software. Partikelmodellen af kobbermalm analyseres. Det kvadratiske regression ortogonale roterende kombinationstestdesign er vedtaget. Belastningen af slagpladen er testet af diskrete elementsoftwaren EDEM. Regressionsligningen for hver testfaktor opnås af SPSS-software, og det tredimensionelle konturkort tegnes af matlab, og indflydelsesreglen for hver parameter på præstationsindekset bestemmes. Den optimale kombination af parametre opnås ved at optimere testfaktorerne. Når TiC-indholdet er 3.58%, TaC-indholdet er 2.77%, og Ni-indholdet er 0%, er belastningen på slagknuserens slagstænger 33 kN. Indflydelsestrenden af TaC- og TiC-indhold på slidet af blæsestangene i LT24 slagknuseren blev opnået gennem eksperimenter, og simuleringskonklusionen blev verificeret. Resultaterne giver et teoretisk grundlag for at optimere slagknuserens slagstænger, reducere dens slid og forlænge dens levetid.

Blæsestangen er en af de vigtigste arbejdsdele af slagknuseren, og dens arbejdsforhold er barske og komplekse, og den er tilbøjelig til slid, deformation og andre fejlformer. Vedtagelsen af tilsvarende metoder til at reducere slidmængden af slagpladen og forbedre slidstyrken er af stor betydning for at forlænge dens levetid og reducere produktionsomkostningerne. EDEM er en slags applikationssoftware med diskret elementmetode, som er meget velegnet til studiet af bevægelsesadfærd og mekanisk adfærd mellem diskontinuerlige partikelpopulationer og har mange potentielle anvendelser og forskning i forskellige tekniske miljøer.

I dette papir studeres processen med at knuse kobbermalm med LT1213 slagknuser ved hjælp af diskret elementmetode. På dette grundlag analyseres slidmængden af slagknuserens slagstang, og den kvadratiske ortogonale rotationskombinationstest udføres af diskret elementsoftware EDEM, med det formål at opnå den optimale sammensætningskombination af slagknuserens slagstang med bestemte beregningsmetoder.

Etablering af model

Diskret element teori model

I den diskrete elementmetode foreslået i denne undersøgelse er interaktionen mellem partikler hovedsageligt radial kraft og normalkraft, og normalkraften kan udtrykkes som:

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

I ovenstående formel $R^{*}$ er middelværdien af radius af alle partikler, $α$ er kontaktområdet for partikler og $E^{*}$ er middelværdien af elasticitetsmodulet for alle partikler, udtrykt som:

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

I formularen ovenfor, ${E_{1}}$ form er elasticitetsmodulet for en partikel, og $\nu_{1}$ form er Poissons forhold mellem en partikel. De ${E_{2}}$ og $\nu_{2}$ i samme udtryk.

Radial kraft kan udtrykkes som:

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

I ovenstående formel er η området for overlap mellem interagerende partikler og $G^{*}$ er modulet oversat fra partikler.

Derfor kan det analyseres, at i studiet af diskrete element-metoden, er kræfterne på partiklerne og genstande, der berøres af partiklerne, tæt forbundet med deres elasticitetsmodul, Poissons forhold, forskydningsmodul osv., og værdierne af disse parametre er uløseligt forbundet med typen af materiale.

Etablering af partikelmodel og geometrisk model

Rabnowicz ligning:

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

$K_{abr}$ er slidkoefficienten, ${V}$ er mængden af slibende slid (mm), ${S}$ er slidafstanden (mm); ${W}$ er belastningen(kN); ${H}$ er materialets hårdhed (MPa).

Derfor, i processen med driften af slagknuseren, generelt i tilfælde af ${S }$ og ${H}$ , Slid på slagknuserens arbejdsdele (såsom: knuserblæsestang, slagplade) er relateret til den belastning, den modtager.

De indvendige materialer i slagpladen på LT1213 slagknuseren blev analyseret med energispektrumanalysator (FIG. 1), og kombineret med relevant litteratur viste det sig, at de vigtigste materialekomponenter, der havde en større indvirkning på sliddet af blæsejernene, var TiC, TaC, Ni osv. TaC, TiC og NI blev udvalgt til at udføre simuleringstest. Quadratisk regression ortogonal rotationskombinationsdesign blev brugt i eksperimentet.

I undersøgelsen af den diskrete elementmetode i mineteknik, uanset hvilken slags malm, der knuses, har malmens ydre geometriske karakteristika en vigtig indflydelse på beregningsresultaterne af den diskrete elementmetode. Derfor analyseres i denne undersøgelse den geometriske størrelse af kobbermalm (FIG. 2), dens geometriske karakteristika måles med laserscanner, og omfanget og loven for dens størrelsesfordeling analyseres. Ifølge analyseresultaterne etableres den tilsvarende diskrete elementmodel af kobbermalm i EDEM til efterfølgende simuleringsforskning.

I simuleringsberegningen af diskrete elementer er det ikke nødvendigt at etablere en komplet ekstern model, men det er kun de dele, der er i kontakt med partikler, der skal modelleres. Derfor er UG-modellen af knuseren relativt forenklet i EDEM (Figur 3).

Fig. 3 Simuleringsmodel af lt1213 slagknuser

Design og optimering af hjælpeparametre baseret på EDEM

EDEM software simulering

Hvilevinklen måles i henhold til kollapseksperimentet (FIG. 4) og kombineret med litteraturen er de fysiske karakteristika mellem kobbermalm og slagknuser vist i tabel 1.

Tabel.1 Simuleringsparametre
Materialer	massefylde (kg·m³)	Poissons forhold	Forskydningsmodul /Pa	Restitutionskoefficient	Statisk friktionskoefficient	Kinetisk friktionskoefficient
Kobberåre	2520	0.245	2.5×10⁸	0.4	0.45	0.02
Stål	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

På grund af den ikke-adhæsionseffekt af kobbermalmoverfladen og ovenstående forskning på diskrete elementmodel, er det kendt, at Hertz-MindLin (ingen slip) indbygget er valgt som simuleringskontaktmodel.

Simuleringstestfaktorer og indekser

Baseret på analysen af Rabnowicz-ligningen ovenfor, tages belastningen (Z) på anslagspladen som evalueringsindeks. I henhold til den ovennævnte teoretiske analyse og de faktiske driftskrav for LT1213 slagknuser er variationsområdet for testfaktorer rimeligt kontrolleret, hver test gentages 7 gange, og gennemsnitsværdien tages som testresultat, faktorniveaukoden er vist i tabel 2, og testplanen og resultaterne er vist i tabel 3.

Kodning	Tabel 2. Faktor horisontal kodning
	TiC-indhold/%	Tac indhold/%	Ni indhold/%
	XXNUMX	XXNUMX	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

Tabel 3 Testskema og resultater
Series	TiC-indhold/%	TAC-indhold/%	Ni indhold/%	Sliddele belastning/%
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

Testresultater og analyse

Belastning af sliddele

Spss-dataanalysesoftware blev brugt til at udføre regressionsanalyse på belastningstestresultaterne af modangrebspladen i tabel 3, og regressionsligningstestdataene blev vist i tabel 4.

Tabel 4 Testtabel med regressionsligning for belastning af sliddele
Kilde	Summen af firkanter	Frihedsgrad	Gennemsnitlig firkant	F-værdi
regression	16575.89	10	1657.59	2334.63
Resterende fejl	9.233	13	0.71
Før rettelse	16585.13	23
Efter rettelse	143.77	22

Se tabel F.10,13 4.10(2334.63)=10,13, F=XNUMX>FXNUMX. ₁(XNUMX),Derfor er regressionsligningen meget signifikant, og den kvadratiske regressionsligningsmodel er som følger:

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

Brug Matlab til at tegne 3D-konturkort, som vist i figur 5.

Fig.5 Belastningsc ontourdiagram af anslagssliddele

Analysen i fig. 5 viser, at når TiC-indholdet er på nulniveau, med stigningen af TaC-indholdet, viser slagpladebelastningen en tendens til først at falde og derefter stigende. Når TaC-indholdet er på nulniveau, med stigningen i TiC-indholdet, viser slagpladebelastningen en langsom faldende tendens. Når TiC-indholdet er på nulniveau, har ændringen af Ni ringe effekt på slagpladebelastningen. Når Ni-indholdet er på nulniveauet, med stigningen af TiC-indholdet, viser slagpladebelastningen et kraftigt fald og derefter en lille stigning. Når TaC-indholdet er på nulniveau, falder slagpladebelastningen lidt med stigningen af Ni-indholdet, men har ringe effekt på det. Når Ni-indholdet er på nulniveau, med stigningen af TiC, viser slagpladebelastningen et kraftigt fald og derefter en langsom stigningstrend. Derudover kan det ses af regressionsligningen og det tredimensionelle konturkort, at tre faktorer har væsentlig indflydelse på anslagspladens belastning inden for testområdet: TaC-indhold, TiC-indhold og Ni-indhold.

Optimering af slagknuserblæsebjælker

I henhold til den matematiske optimeringsmodel og regressionsligningen for hvert præstationsevalueringsindeks for slagknuseren bruges den ikke-lineære optimeringsfunktion fmincon i Matlab, og optimeringsprocessen udføres under betingelsen Fₘᵢₙ=Z, det vil sige minimum belastning. Den foreslåede begrænsningsfunktion er som følger:

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

De optimale behandlingsresultater er som følger: TiC-indhold er 3.58%, TaC-indhold er 2.77%, Ni-indhold er 0.33%. Under denne betingelse viser simuleringstesten, at slagknuserens sliddele er 24.76 kN.

Test verifikation

For at udføre testen rimeligt og på grund af kravene til nøjagtigheden af materialeforberedelsesinstrumentet, når Ni-indholdet er 0.3%, blev UMT-3 slidmåleinstrumentet brugt til at teste og analysere sliddet af knuserslaget stænger med forskelligt TaC-indhold (1.8 %, 2 %, 2.5 %, 3 %, 3.2 %) og forskelligt TiC-indhold (2.1 %, 2.6 %, 3.2 %, 3.8 %, 4.3 %), og testen blev gentaget 10 gange i hvert tilfælde. Slidmængden af knuserens blæsestang opnået ved testen er vist i figur 6.

Fig. 6 Slidtab af hammer med forskelligt indhold af Tac og Ni

Fra fig. 6, når TiC-indholdet er det samme, med stigningen af TaC-indholdet, falder sliddet på slagknuserens blæsestænger gradvist, og når TaC-indholdet når 2.5 %, når sliddet af slagknuserens blæsestænger lavest, og derefter med stigningen af TaC-indholdet, øges sliddet af slagknuserens blæsestænger gradvist. Når TaC-indholdet er det samme, er TiC-indholdet anderledes, undtagen i TaC-indholdet på 1.8 %, TiC-indholdet på 3.8 % slid er større end TiC-indholdet på 2.6 % slid, resten af testresultaterne afspejler, at sliddet af slagplade fra lille til stor svarende til TaC-indholdet er: 3.2%, 3.8%, 2.6%, 4.3%, 2.1%, hhv. Tendensen for virkningen af TaC- og TiC-indhold på slagpladens slid på slagknuseren er den samme som for simuleringsresultaterne.

Konklusion

Ved at bruge EDEM som virtuel knusningstest af ortogonal kobbermalm etableres regressionsligningen baseret på kraften af modpladen ved kvadratisk regressions ortogonal roterende kombinationstest. Ved at bruge Matlab til at tegne konturkortet af undersøgelsesindekset blev testfaktorernes indflydelsestrend på blæsestangens kraft opnået, og de vigtigste og sekundære faktorer, der påvirker blæsestangens kraft, blev bestemt som TaC-indhold, TiC-indhold og Ni-indhold.
Den optimale parameterkombination til at reducere slidkomponenten af slagpladen på LT1213 slagknuseren bestemmes. Når TiC-indholdet er 3.58%, TaC-indholdet er 2.77%, Ni-indholdet er 0.33%, sliddet på blæsestangen er mindst, og belastningen på slagknuserens blæsestang er 24.76 kN.
Indflydelsestrenden af TaC- og TiC-indhold på slagstangens slid på slagknuseren opnås gennem eksperimenter, som viser rigtigheden af at analysere slagpladen ved diskret elementmetode.

Forrige indlæg

Blæsebøjler i krom

Næste post

Cr26 Stål VS 35CrMo Stålslagknuserhammere