Zusammenfassung:Um den Verschleiß von Schlag- Brecher Schlagleisten und seine Lebensdauer zu verlängern, wurde gemäß der Rabnowicz-Gleichung der Materialgehalt der Schlagleiste des Prallbrechers optimiert, indem die Belastung der Schlagleiste des Prallbrechers als Bewertungskriterium für seinen Verschleiß genommen wurde. Die physikalische Messung des Prallbrechers LT1213 und des Kupfererzes wird durchgeführt. Das UG-Modell des Prallbrechers LT1213 wird erstellt und in die EDEM-Software importiert. Das Partikelmodell des Kupfererzes wird analysiert. Das Testdesign mit quadratischer Regression und orthogonaler Rotationskombination wird übernommen. Die Belastung der Prallplatte wird mit der diskreten Elementesoftware EDEM getestet. Die Regressionsgleichung für jeden Testfaktor wird mit der SPSS-Software ermittelt, das dreidimensionale Konturbild wird mit Matlab gezeichnet und die Einflussregel jedes Parameters auf den Leistungsindex wird bestimmt. Die optimale Parameterkombination wird durch Optimierung der Testfaktoren ermittelt. Bei einem TiC-Gehalt von 3.58 %, einem TaC-Gehalt von 2.77 % und einem Ni-Gehalt von 0 % beträgt die Belastung der Schlagleisten des Prallbrechers 33 kN. Der Einflusstrend des TaC- und TiC-Gehalts auf den Verschleiß der Schlagleisten des Prallbrechers LT24 wurde durch Experimente ermittelt und die Schlussfolgerung aus der Simulation verifiziert. Die Ergebnisse liefern eine theoretische Grundlage für die Optimierung der Schlagleisten des Prallbrechers, um deren Verschleiß zu verringern und ihre Lebensdauer zu verlängern.
Die Schlagleiste ist eines der wichtigsten Arbeitsteile des Prallbrechers. Sie arbeitet unter rauen und komplexen Bedingungen und ist anfällig für Verschleiß, Verformungen und andere Fehlerformen. Der Einsatz entsprechender Methoden zur Reduzierung des Verschleißes der Prallplatte und zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit ist von großer Bedeutung für die Verlängerung ihrer Lebensdauer und die Senkung der Produktionskosten. EDEM ist eine Art Anwendungssoftware der diskreten Elementmethode, die sich sehr gut für die Untersuchung des Bewegungsverhaltens und des mechanischen Verhaltens zwischen diskontinuierlichen Partikelpopulationen eignet und in verschiedenen technischen Umgebungen viele potenzielle Anwendungen und Forschungen bietet.
In diesem Artikel wird der Prozess des Zerkleinerns von Kupfererz mit dem Prallbrecher LT1213 mithilfe der Methode diskreter Elemente untersucht. Auf dieser Grundlage wird der Verschleißgrad der Schlagleiste des Prallbrechers analysiert und der quadratische orthogonale Rotationskombinationstest mithilfe der diskreten Elementsoftware EDEM durchgeführt, um mithilfe bestimmter Berechnungsmethoden die optimale Zusammensetzungskombination der Schlagleiste des Prallbrechers zu ermitteln.
Modellerstellung
Modell der Diskrete-Elemente-Theorie
Bei der in dieser Studie vorgeschlagenen Methode diskreter Elemente erfolgt die Wechselwirkung zwischen Partikeln hauptsächlich durch Radialkraft und Normalkraft. Die Normalkraft kann wie folgt ausgedrückt werden:
![\[ F_{\mathrm{n}}=\frac{4}{3} E^{*}\left(R^{*}\right)^{1 / 2} \alpha^{3 / 2} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-b7a37fa6b90b720463c178a58e9ced5b_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
In der obigen Formel 
ist der Mittelwert der Radien aller Teilchen, 
ist die Reichweite des Kontakts von Partikeln und 
ist der Mittelwert des Elastizitätsmoduls aller Partikel, ausgedrückt als:
![\[ \frac{1}{E^{*}}=\frac{1-\nu_{1}^{2}}{E_{1}}+\frac{1-\nu_{2}^{2}}{E_{2}} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f72d91538679b7de9a74883661c57359_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
Geben Sie im obigen Formular
Form ist der Elastizitätsmodul eines Teilchens und 
Form ist die Poissonzahl eines Teilchens. Die 
, 
im gleichen Ausdruck.
Die Radialkraft kann wie folgt ausgedrückt werden:
![\[ F_{\mathrm{t}}=-8 G^{*} \sqrt{R^{*} \alpha} \eta \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-8d3f1d1fb0a2b614b7539220d4680622_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
In der obigen Formel ist η der Überlappungsbereich zwischen wechselwirkenden Teilchen und 
ist der aus Partikeln abgeleitete Modul.
Daher kann analysiert werden, dass bei der Untersuchung der Methode diskreter Elemente die auf die Partikel und die von den Partikeln berührten Objekte wirkenden Kräfte eng mit deren Elastizitätsmodul, Poissonzahl, Schermodul usw. zusammenhängen und die Werte dieser Parameter untrennbar mit der Art des Materials verknüpft sind.
Die Etablierung des Teilchenmodells und des geometrischen Modells
Rabnowicz-Gleichung:
![\[ \frac{V}{S}=K_{\mathrm{abr}} \frac{W}{H} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-d7811118dac97fdf1acfd42fd421b542_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
ist der Verschleißkoeffizient, 
ist die Menge des abrasiven Verschleißes (mm),
ist der Verschleißabstand (mm); 
ist die Last (kN); 
ist die Materialhärte (MPa).
Daher im Prozess des Betriebs des Prallbrechers, in der Regel im Fall von 
, Der Verschleiß der Arbeitsteile des Prallbrechers (z. B. Brecherschlagleisten, Prallplatte) hängt von der Belastung ab, der sie ausgesetzt sind.
Die inneren Materialien der Prallplatte des Prallbrechers LT1213 wurden mit einem Energiespektrumanalysator (Abb. 1) analysiert. In Kombination mit der entsprechenden Literatur wurde festgestellt, dass die Hauptmaterialkomponenten, die den größten Einfluss auf den Verschleiß der Schlagleisten hatten, TiC, TaC, Ni usw. waren. TaC, TiC und NI wurden für die Durchführung von Simulationstests ausgewählt. Im Experiment wurde ein quadratisches Regressions-Orthogonal-Rotationskombinationsdesign verwendet.
Bei der Untersuchung der diskreten Elementmethode im Bergbau haben die äußeren geometrischen Eigenschaften des Erzes unabhängig von der Art des zerkleinerten Erzes einen wichtigen Einfluss auf die Berechnungsergebnisse der diskreten Elementmethode. Daher wird in dieser Untersuchung die geometrische Größe von Kupfererz (Abb. 2) analysiert, seine geometrischen Eigenschaften werden mit einem Laserscanner gemessen und der Umfang und das Gesetz seiner Größenverteilung werden analysiert. Basierend auf den Analyseergebnissen wird das entsprechende diskrete Elementmodell des Kupfererzes in EDEM für die anschließende Simulationsforschung erstellt.
Bei der Simulationsberechnung diskreter Elemente ist es nicht erforderlich, ein vollständiges externes Modell zu erstellen, sondern es müssen nur die mit Partikeln in Kontakt stehenden Teile modelliert werden. Daher ist das UG-Modell des Brechers in EDEM relativ vereinfacht (Abbildung 3).
Entwurf und Optimierung von Hilfsparametern auf Basis von EDEM
EDEM Software-Simulation
Der Ruhewinkel wird gemäß dem Kollapsexperiment (Abb. 4) gemessen und in Kombination mit der Literatur werden die physikalischen Eigenschaften zwischen Kupfererz und Prallbrecher in Tabelle 1 dargestellt.
| Tabelle 1 Simulationsparameter | ||||||
| Materialien | Dichte (kg·m³) | Poisson-Verhältnis | Schubmodul /Pa | Restitutionskoeffizient | Statischer Reibungskoeffizient | Kinetischer Reibungskoeffizient |
| Kupfererz | 2520 | 0.245 | 2.5×10⁸ | 0.4 | 0.45 | 0.02 |
| Stahl | 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 |
Aufgrund der nichthaftenden Wirkung der Kupfererzoberfläche und der oben genannten Forschung zum diskreten Elementmodell ist bekannt, dass Hertz-MindLin (kein Schlupf) eingebaut wird als Simulationskontaktmodell gewählt.
Simulationstestfaktoren und Indizes
Basierend auf der Analyse der obigen Rabnowicz-Gleichung wird die Last (Z) auf der Prallplatte als Bewertungsindex verwendet. Gemäß der oben genannten theoretischen Analyse und den tatsächlichen Betriebsanforderungen des Prallbrechers LT1213 wird der Variationsbereich der Testfaktoren angemessen kontrolliert, jeder Test wird sieben Mal wiederholt und der Durchschnittswert wird als Testergebnis verwendet. Der Faktorstufencode ist in Tabelle 7 aufgeführt und der Testplan und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
| Codierung | Tabelle 2. Faktorhorizontale Kodierung | ||
| TiC-Gehalt/% | Tac-Gehalt/% | Ni-Gehalt/% | |
| 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 |
| Tabelle 3 Testschema und Ergebnisse | ||||
| Modellreihe | TiC-Gehalt/% | TaC-Gehalt/% | Ni-Gehalt/% | Verschleißteile Belastung/% |
| 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 |
Testergebnisse und Analyse
Belastung der Verschleißteile
Mithilfe der Datenanalysesoftware SPSS wurde eine Regressionsanalyse der Belastungstestergebnisse der Gegenangriffsplatte in Tabelle 3 durchgeführt, und die Testdaten der Regressionsgleichung sind in Tabelle 4 dargestellt.
| Tabelle 4 Testtabelle der Regressionsgleichung für die Belastung von Verschleißteilen | ||||
| Quelle | Quadratsumme | Freiheitsgrad | Mittleres Quadrat | F-Wert |
| Regression | 16575.89 | 10 | 1657.59 | 2334.63 |
| Restfehler | 9.233 | 13 | 0.71 | |
| Vor der Korrektur | 16585.13 | 23 | ||
| Nach der Korrektur | 143.77 | 22 | ||
Siehe Tabelle F.₀ ₀₁(10,13)=4.10,F=2334.63>F₀. ₁(10,13),Daher ist die Regressionsgleichung hochsignifikant und das Modell der quadratischen Regressionsgleichung lautet wie folgt:
![\[ \begin{array}{l}A=142.296-23.028 X_{1}-56.088 X_{2}- \\3.209 X_{3}+2.184 X_{1}{ }^{2}+7.969 X_{2}{ }^{2}-3.902 X_{3}{ }^{2}+ \\2.854 X_{1} X_{2}-1.585 X_{1} X_{3}+5.624 X_{2} X_{3}\end{array} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-56eecf5ff305cb538bfcb98567963a47_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
Verwenden Sie Matlab, um eine 3D-Konturkarte zu zeichnen, wie in Abbildung 5 dargestellt.
Die Analyse von FIG. 5 zeigt, dass bei einem TiC-Gehalt von Null die Schlagplattenlast mit steigendem TaC-Gehalt zunächst eine abnehmende und dann eine zunehmende Tendenz aufweist. Bei einem TaC-Gehalt von Null zeigt die Schlagplattenlast mit steigendem TiC-Gehalt einen langsamen Rückgang. Bei einem TiC-Gehalt von Null hat die Änderung von Ni nur geringe Auswirkungen auf die Schlagplattenlast. Bei einem Ni-Gehalt von Null zeigt die Schlagplattenlast mit steigendem TiC-Gehalt einen starken Rückgang und dann einen leichten Anstieg. Bei einem TaC-Gehalt von Null nimmt die Schlagplattenlast mit steigendem Ni-Gehalt leicht ab, hat aber nur geringe Auswirkungen darauf. Bei einem Ni-Gehalt von Null zeigt die Schlagplattenlast mit steigendem TiC-Gehalt einen starken Rückgang und dann einen langsamen Anstieg. Darüber hinaus ist aus der Regressionsgleichung und der dreidimensionalen Konturkarte ersichtlich, dass drei Faktoren innerhalb des Testbereichs erhebliche Auswirkungen auf die Schlagplattenlast haben: TaC-Gehalt, TiC-Gehalt und Ni-Gehalt.
Optimierung der Schlagleisten von Prallbrechern
Gemäß dem mathematischen Optimierungsmodell und der Regressionsgleichung jedes Leistungsbewertungsindex des Prallbrechers wird die nichtlineare Optimierungsfunktion fmincon in Matlab verwendet und der Optimierungsprozess wird unter der Bedingung Fₘᵢₙ=Z, d. h. der Mindestlast, durchgeführt. Die vorgeschlagene Einschränkungsfunktion lautet wie folgt:
![\[ \begin{array}{l}F_{\min }=Z \\\text { st }\left\{\begin{array}{l}2.1 \% \leqslant X_{1} \leqslant 4.4 \% \\1.8 \% \leqslant X_{2} \leqslant 3.2 \% \\0.31 \% \leqslant X_{3} \leqslant 1.05 \%\end{array}\right.\end{array} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-1a240422a5ec7745f930149cd1ce98c4_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
Die optimalen Behandlungsergebnisse sind wie folgt: TiC-Gehalt 3.58 %, TaC-Gehalt 2.77 %, Ni-Gehalt 0.33 %. Unter dieser Bedingung zeigt der Simulationstest, dass die Belastung der Verschleißteile des Prallbrechers 24.76 kN beträgt.
Testverifizierung
Um den Test sinnvoll durchführen zu können und aufgrund der Anforderungen an die Genauigkeit des Materialaufbereitungsgeräts, wurde bei einem Ni-Gehalt von 0.3 % das Verschleißmessgerät UMT-3 verwendet, um den Verschleiß der Brecher-Schlagleisten mit unterschiedlichem TaC-Gehalt (1.8 %, 2 %, 2.5 %, 3 %, 3.2 %) und unterschiedlichem TiC-Gehalt (2.1 %, 2.6 %, 3.2 %, 3.8 %, 4.3 %) zu testen und zu analysieren, und der Test wurde jeweils 10 Mal wiederholt. Der durch den Test ermittelte Verschleißgrad der Brecher-Schlagleiste ist in Abbildung 6 dargestellt.
Aus Abb. 6 geht hervor, dass bei gleichem TiC-Gehalt der Verschleiß der Schlagleisten des Prallbrechers mit steigendem TaC-Gehalt allmählich abnimmt, bei einem TaC-Gehalt von 2.5 % am geringsten ist und dann mit steigendem TaC-Gehalt allmählich zunimmt. Bei gleichem TaC-Gehalt unterscheidet sich der TiC-Gehalt, außer dass bei einem TaC-Gehalt von 1.8 % und 3.8 % der Verschleiß größer ist als bei einem TiC-Gehalt von 2.6 %. Die restlichen Testergebnisse zeigen, dass der Verschleiß der Prallplatte von klein nach groß entsprechend dem TaC-Gehalt 3.2 %, 3.8 %, 2.6 %, 4.3 %, 2.1 % beträgt. Die Tendenz der Auswirkung des TaC- und TiC-Gehalts auf den Prallplattenverschleiß des Prallbrechers entspricht den Simulationsergebnissen.
Fazit
- Durch Verwendung von EDEM als virtueller Zerkleinerungstest für orthogonales Kupfererz wird die Regressionsgleichung basierend auf der Kraft der Gegenplatte durch einen quadratischen Regressionstest mit orthogonaler Rotationskombination erstellt. Unter Verwendung von Matlab zum Zeichnen der Konturkarte des Untersuchungsindex wurde der Einflusstrend der Testfaktoren auf die Kraft der Schlagleiste ermittelt und die Haupt- und Nebenfaktoren, die die Kraft der Schlagleiste beeinflussen, als TaC-Gehalt, TiC-Gehalt und Ni-Gehalt bestimmt.
- Die optimale Parameterkombination zur Reduzierung des Verschleißanteils der Prallplatte des Prallbrechers LT1213 wird ermittelt. Bei einem TiC-Gehalt von 3.58 %, einem TaC-Gehalt von 2.77 % und einem Ni-Gehalt von 0.33 % ist der Schlagleistenverschleiß am geringsten und die Belastung der Schlagleiste des Prallbrechers beträgt 24.76 kN.
- Der Einflusstrend des TaC- und TiC-Gehalts auf den Schlagleistenverschleiß eines Prallbrechers wird durch Experimente ermittelt, was die Richtigkeit der Analyse der Prallplatte mit der Methode diskreter Elemente zeigt.
