Résumé:Afin de réduire l'usure due aux impacts barres de broyage et prolonger sa durée de vie, selon l'équation de Rabnowicz, la teneur en matériau de la barre de soufflage du concasseur à percussion a été optimisée en prenant la charge sur la barre de soufflage du concasseur à percussion comme critère d'évaluation de son usure. La mesure physique du concasseur à percussion LT1213 et du minerai de cuivre est effectuée. Le modèle UG du concasseur à percussion LT1213 est établi et importé dans le logiciel EDEM. Le modèle de particules du minerai de cuivre est analysé. La conception du test de combinaison rotative orthogonale à régression quadratique est adoptée. La charge de la plaque d'impact est testée par le logiciel d'éléments discrets EDEM. L'équation de régression de chaque facteur de test est obtenue par le logiciel SPSS, et la carte de contour tridimensionnelle est dessinée par matlab, et la règle d'influence de chaque paramètre sur l'indice de performance est déterminée. La combinaison optimale de paramètres est obtenue en optimisant les facteurs de test. Lorsque la teneur en TiC est de 3.58 %, la teneur en TaC est de 2.77 % et la teneur en Ni est de 0 %, la charge sur les barres de fracturation du concasseur à percussion est de 33 kN. La tendance de l'influence de la teneur en TaC et TiC sur l'usure des barres de fracturation du concasseur à percussion LT24 a été obtenue par des expériences et la conclusion de la simulation a été vérifiée. Les résultats fournissent une base théorique pour optimiser les barres de fracturation du concasseur à percussion, réduire son usure et prolonger sa durée de vie.
La barre de frappe est l'une des pièces de travail clés du concasseur à percussion. Ses conditions de travail sont difficiles et complexes, et elle est sujette à l'usure, à la déformation et à d'autres formes de défaillance. L'adoption de méthodes correspondantes pour réduire la quantité d'usure de la plaque d'impact et améliorer la résistance à l'usure est d'une grande importance pour prolonger sa durée de vie et réduire les coûts de production. EDEM est une sorte de logiciel d'application de la méthode des éléments discrets, qui est très adapté à l'étude du comportement du mouvement et du comportement mécanique entre des populations de particules discontinues, et a de nombreuses applications et recherches prospectives dans différents environnements d'ingénierie.
Dans cet article, le processus de concassage du minerai de cuivre avec le concasseur à percussion LT1213 est étudié par la méthode des éléments discrets. Sur cette base, la quantité d'usure de la barre de soufflage du concasseur à percussion est analysée et le test de combinaison de rotation orthogonale quadratique est effectué par le logiciel d'éléments discrets EDEM, visant à obtenir la combinaison de composition optimale de la barre de soufflage du concasseur à percussion avec certaines méthodes de calcul.
Mise en place du modèle
Modèle de théorie des éléments discrets
Dans la méthode des éléments discrets proposée dans cette étude, l'interaction entre les particules est principalement la force radiale et la force normale, et la force normale peut être exprimée comme :
![\[ F_{\mathrm{n}}=\frac{4}{3} E^{*}\gauche(R^{*}\droite)^{1 / 2} \alpha^{3 / 2} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-b7a37fa6b90b720463c178a58e9ced5b_l3.png "Rendu par QuickLaTeX.com")
Dans la formule ci-dessus, 
est la moyenne du rayon de toutes les particules, 
est la portée de contact des particules et 
est la moyenne du module d'élasticité de toutes les particules, exprimée comme :
![\[ \frac{1}{E^{*}}=\frac{1-\nu_{1}^{2}}{E_{1}}+\frac{1-\nu_{2}^{2}}{E_{2}} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f72d91538679b7de9a74883661c57359_l3.png "Rendu par QuickLaTeX.com")
Dans le formulaire ci-dessus,
la forme est le module d'élasticité d'une particule, et 
forme est le coefficient de Poisson d'une particule. 
et 
dans la même expression.
La force radiale peut être exprimée comme :
![\[ F_{\mathrm{t}}=-8 G^{*} \sqrt{R^{*} \alpha} \eta \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-8d3f1d1fb0a2b614b7539220d4680622_l3.png "Rendu par QuickLaTeX.com")
Dans la formule ci-dessus, η est la zone de chevauchement entre les particules en interaction et 
est le module traduit à partir des particules.
Par conséquent, il peut être analysé que dans l'étude de la méthode des éléments discrets, les forces sur les particules et les objets contactés par les particules sont étroitement liées à leur module d'élasticité, au coefficient de Poisson, au module de cisaillement, etc., et les valeurs de ces paramètres sont inextricablement liées au type de matériau.
L'établissement du modèle particulaire et du modèle géométrique
Équation de Rabnowicz :
![\[ \frac{V}{S}=K_{\mathrm{abr}} \frac{L}{H} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-d7811118dac97fdf1acfd42fd421b542_l3.png "Rendu par QuickLaTeX.com")
est le coefficient d'usure, 
est la quantité d'usure abrasive (mm),
est la distance d'usure (mm) ; 
est la charge (kN); 
est la dureté du matériau (MPa).
Par conséquent, dans le processus de fonctionnement du concasseur à percussion, généralement dans le cas de 
et , l'usure des pièces de travail du concasseur à percussion (telles que : les barres de frappe du concasseur, la plaque d'impact) est liée à la charge qu'il reçoit.
Les matériaux internes de la plaque d'impact du concasseur à percussion LT1213 ont été analysés par un analyseur de spectre d'énergie (FIG. 1) et, en combinaison avec la littérature pertinente, il a été constaté que les principaux composants du matériau ayant un impact plus important sur l'usure des barres de frappe étaient TiC, TaC, Ni, etc. TaC, TiC et NI ont été sélectionnés pour effectuer des tests de simulation. Une conception combinée de rotation orthogonale de régression quadratique a été utilisée dans l'expérience.
Dans l'étude de la méthode des éléments discrets en génie minier, quel que soit le type de minerai broyé, les caractéristiques géométriques externes du minerai ont un impact important sur les résultats de calcul de la méthode des éléments discrets. Par conséquent, dans cette étude, la taille géométrique du minerai de cuivre (FIG. 2) est analysée, ses caractéristiques géométriques sont mesurées par scanner laser et la portée et la loi de sa distribution granulométrique sont analysées. Selon les résultats de l'analyse, le modèle d'éléments discrets correspondant du minerai de cuivre est établi dans EDEM pour des recherches de simulation ultérieures.
Dans le calcul de simulation d'éléments discrets, il n'est pas nécessaire d'établir un modèle externe complet, mais seules les parties en contact avec les particules doivent être modélisées. Par conséquent, le modèle UG du concasseur est relativement simplifié dans EDEM (Figure 3).
Conception et optimisation des paramètres auxiliaires basés sur EDEM
Simulation logicielle EDEM
L'angle de repos est mesuré selon l'expérience d'effondrement (FIG. 4) et combiné avec la littérature, les caractéristiques physiques entre le minerai de cuivre et le concasseur à percussion sont présentées dans le tableau 1.
| Tableau 1 Paramètres de simulation | ||||||
| Matériel Requis | masse volumique (kg·m³) | Coefficient de Poisson | Module de cisaillement /Pa | Coefficient de restitution | Coefficient de frottement statique | Coefficient de frottement cinétique |
| Minerai de cuivre | 2520 | 0.245 | 2.5×10⁸ | 0.4 | 0.45 | 0.02 |
| Acier | 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 |
En raison de l'effet de non-adhérence de la surface du minerai de cuivre et des recherches ci-dessus sur le modèle d'éléments discrets, on sait que Hertz-MindLin (antidérapant) intégré est choisi comme modèle de contact de simulation.
Facteurs et indices de test de simulation
Sur la base de l'analyse de l'équation de Rabnowicz ci-dessus, la charge (Z) sur la plaque d'impact est considérée comme l'indice d'évaluation. Selon l'analyse théorique mentionnée ci-dessus et les exigences de fonctionnement réelles du concasseur à percussion LT1213, la plage de variation des facteurs de test est raisonnablement contrôlée, chaque test est répété 7 fois et la valeur moyenne est considérée comme le résultat du test, le code de niveau de facteur est indiqué dans le tableau 2, et le plan de test et les résultats sont indiqués dans le tableau 3.
| Codage | Tableau 2. Codage horizontal des facteurs | ||
| Teneur en TiC/% | Teneur en Tac/% | Teneur en 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 |
| Tableau 3 Schéma de test et résultats | ||||
| Série | Teneur en TiC/% | Teneur en TaC/% | Teneur en Ni/% | Charge des pièces d'usure/% |
| 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 |
Résultats de test et analyse
Charge des pièces d'usure
Le logiciel d’analyse de données Spss a été utilisé pour effectuer une analyse de régression sur les résultats du test de charge de la plaque de contre-attaque dans le tableau 3, et les données du test d’équation de régression ont été présentées dans le tableau 4.
| Tableau 4 Tableau de test de l'équation de régression pour la charge des pièces d'usure | ||||
| Matériau | Somme des carrés | Degré de liberté | Carré moyen | Valeur F |
| régression | 16575.89 | 10 | 1657.59 | 2334.63 |
| Erreur résiduelle | 9.233 | 13 | 0.71 | |
| Avant correction | 16585.13 | 23 | ||
| Après rectification | 143.77 | 22 | ||
Voir le tableau F.₀ ₀₁(10,13)=4.10,F=2334.63>F₀. ₁(10,13),Par conséquent, l'équation de régression est hautement significative et le modèle d'équation de régression quadratique est le suivant :
![\[ \begin{array}{l}A=142.296-23.028 X_{1}-56.088 X_{2}- \\3.209 X_{3}+2.184 X_{1}{ }^{2}+7.969 X_{2}{ }^{2}-3.902 X_{3}{ }^{2}+ \\2.854 X_{1} X_{2}-1.585 X_{1} X_{3}+5.624 X_{2} X_{3}\end{array} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-56eecf5ff305cb538bfcb98567963a47_l3.png "Rendu par QuickLaTeX.com")
Utilisez Matlab pour dessiner une carte de contour 3D, comme indiqué dans la figure 5.
L'analyse de la figure 5 montre que lorsque la teneur en TiC est à un niveau nul, avec l'augmentation de la teneur en TaC, la charge de la plaque d'impact montre une tendance à la baisse puis à l'augmentation. Lorsque la teneur en TaC est à un niveau nul, avec l'augmentation de la teneur en TiC, la charge de la plaque d'impact montre une tendance à la baisse lente. Lorsque la teneur en TiC est à un niveau nul, le changement de Ni a peu d'effet sur la charge de la plaque d'impact. Lorsque la teneur en Ni est à un niveau nul, avec l'augmentation de la teneur en TiC, la charge de la plaque d'impact montre une forte baisse puis une légère augmentation. Lorsque la teneur en TaC est à un niveau nul, la charge de la plaque d'impact diminue légèrement avec l'augmentation de la teneur en Ni, mais a peu d'effet sur celle-ci. Lorsque la teneur en Ni est à un niveau nul, avec l'augmentation de TiC, la charge de la plaque d'impact montre une forte baisse puis une tendance à la hausse lente. De plus, on peut voir à partir de l'équation de régression et de la carte de contour tridimensionnelle que trois facteurs ont des effets significatifs sur la charge de la plaque d'impact dans la plage d'essai : la teneur en TaC, la teneur en TiC et la teneur en Ni.
Optimisation des battoirs des concasseurs à percussion
Selon le modèle mathématique d'optimisation et l'équation de régression de chaque indice d'évaluation des performances du concasseur à percussion, la fonction d'optimisation non linéaire fmincon dans Matlab est utilisée et le processus d'optimisation est effectué sous la condition Fₘᵢₙ=Z, c'est-à-dire la charge minimale. La fonction de contrainte proposée est la suivante :
![\[ \begin{array}{l}F_{\min }=Z \\\text { st }\gauche\{\begin{array}{l}2.1 \% \leqslant X_{1} \leqslant 4.4 \% \\1.8 \% \leqslant X_{2} \leqslant 3.2 \% \\0.31 \% \leqslant X_{3} \leqslant 1.05 \%\end{array}\droite.\end{array} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-1a240422a5ec7745f930149cd1ce98c4_l3.png "Rendu par QuickLaTeX.com")
Les résultats de traitement optimaux sont les suivants : teneur en TiC de 3.58 %, teneur en TaC de 2.77 %, teneur en Ni de 0.33 %. Dans ces conditions, le test de simulation montre que la charge des pièces d'usure du concasseur à percussion est de 24.76 kN.
Vérification des tests
Afin de réaliser le test de manière raisonnable et en raison des exigences de précision de l'instrument de préparation du matériau, lorsque la teneur en Ni est de 0.3 %, l'instrument de mesure d'usure UMT-3 a été utilisé pour tester et analyser l'usure des barres de fracturation du concasseur avec différentes teneurs en TaC (1.8 %, 2 %, 2.5 %, 3 %, 3.2 %) et différentes teneurs en TiC (2.1 %, 2.6 %, 3.2 %, 3.8 %, 4.3 %), et le test a été répété 10 fois dans chaque cas. Le degré d'usure de la barre de fracturation du concasseur obtenu par le test est indiqué dans la figure 6.
D'après la figure 6, lorsque la teneur en TiC est la même, avec l'augmentation de la teneur en TaC, l'usure des barres de soufflage du concasseur à percussion diminue progressivement, et lorsque la teneur en TaC atteint 2.5 %, l'usure des barres de soufflage du concasseur à percussion atteint le niveau le plus bas, puis avec l'augmentation de la teneur en TaC, l'usure des barres de soufflage du concasseur à percussion augmente progressivement. Lorsque la teneur en TaC est la même, la teneur en TiC est différente, sauf que dans une teneur en TaC de 1.8 %, la teneur en TiC de 3.8 % d'usure est supérieure à la teneur en TiC de 2.6 %, le reste des résultats de test reflète que l'usure de la plaque d'impact de petite à grande correspondant à la teneur en TaC est de : 3.2 %, 3.8 %, 2.6 %, 4.3 %, 2.1 %, respectivement. La tendance de l'effet de la teneur en TaC et en TiC sur l'usure de la plaque d'impact du concasseur à percussion est la même que celle des résultats de simulation.
Conclusion
- En utilisant EDEM comme test de concassage virtuel du minerai de cuivre orthogonal, l'équation de régression basée sur la force de la contre-plaque est établie par un test de combinaison de rotation orthogonale de régression quadratique. En utilisant Matlab pour dessiner la carte de contour de l'indice d'investigation, la tendance d'influence des facteurs de test sur la force de la barre de soufflage a été obtenue, et les facteurs principaux et secondaires affectant la force de la barre de soufflage ont été déterminés comme la teneur en TaC, la teneur en TiC et la teneur en Ni.
- La combinaison optimale de paramètres pour réduire la composante d'usure de la plaque d'impact du concasseur à percussion LT1213 est déterminée. Lorsque la teneur en TiC est de 3.58 %, la teneur en TaC est de 2.77 %, la teneur en Ni est de 0.33 %, l'usure de la barre de frappe est la plus faible et la charge sur la barre de frappe du concasseur à percussion est de 24.76 kN.
- La tendance d'influence de la teneur en TaC et TiC sur l'usure de la barre de soufflage du concasseur à percussion est obtenue grâce à des expériences, ce qui montre l'exactitude de l'analyse de la plaque d'impact par la méthode des éléments discrets.
