Altair Taiwan Blog

行業：

礦山機械

挑戰：

解決重破碎機的效率、磨損問題

Altair 解決方案：

採用EDEM 進行模擬模擬，分析破碎過程，洞悉破碎效果、鎚頭磨損等問題，指導重破碎機前期設計。

優點：

基於試驗校準模型，準確預測破碎效果

降低磨損，提升經濟效益

四川礦山機器（集團）有限責任公司（以下簡稱：川礦集團）是中國裝備製造業大型骨幹企業之一，企業綜合實力連續多年位居中國機械500 強以及中國專用設備製造業100 強企業、中國建材機械製造20 強企業，是中國重型機械工業協會常務理事及破碎粉磨設備專業委員會理事長單位、中國煤炭工業勞動保護科學技術學會副主任委員，被譽為中國西部冶金礦山設備和水泥建材設備領軍企業、中國空中索道的搖籃和製造基地。

目前，四川礦山機器已建立起完整的技術創新體系，每年投入大量研發經費進行礦井提昇機、迴轉窯、蒸汽煅燒爐、球磨機、系列破碎機等新產品、新技術、新結構的設計和研發，並已獲得57 項國家專利，有力地推動了企業技術創新，提升了企業研發能力。

重錘式破碎機是利用反擊破碎原理的設備，利用高速旋轉的鎚頭衝擊物料，並將其拋向反擊板實現再次破碎。錘式破碎機具有結構簡單、處理能力大、破碎比大等優點，缺點是鎚頭、反擊板等易損件磨損快。

重錘式破碎機主要上箱體、下箱體、鎚頭、轉子、帶輪、調節結構等部分組成，電動機帶動轉子在破碎腔內高速旋轉。物料自上部給料口給入機內，受高速運動的錘子的打擊、衝擊、剪切、研磨作用而粉碎。重錘式破碎機機的設計過程重，需要對鎚頭的磨損，物料的最大吞吐量（處理量），以及設備的破碎效果等問題進行分析研究，這些指標是重錘式破碎機機結構主要的設計依據。

Altair 針對散料物問題提供了專業的離散元工具EDEM，借助EDEM離散元軟件聯合Altair ^® MotionSolve ^®可以對重錘破碎機的作業過程進行仿真，通過仿真對其破碎效果、處理能力和設備磨損情況進行驗證分析。

借助於EDEM 和MotionSolve 聯合放著技術對重錘破碎機的作業過程進行分析，通過MotionSolve 提供重錘破碎機的運動條件，基於經典的Tavares 破碎模型結合EDEM 軟件API 接口實現Tavares 模型相關參數設置，評估鎚頭的磨損，物料的處理量、以及破碎的效果。

Tavares 模型以碰撞能來判斷物料破碎，碰撞能大於物料破碎能，物料發生破碎。軟件調取t10矩陣生成對應的小顆粒物料替換原大顆粒，在重疊量作用下小顆粒散開，實現破碎過程的模擬。通過實驗可以獲得較準確的參數，能對破碎後的顆粒進行粒徑統計，得到物料破碎後的級配曲線。

Tavares 破碎模型實現原理

在使用EDEM 離散元軟件對重錘破碎機作業過程進行模擬分析前，物料的破碎參數可以通過單顆粒物料跌落破碎、落錘破碎以及單軸壓縮等試驗來獲得，並通過EDEM Calibration 校準工具進行校準，具體通過壓縮破碎獲得物料破碎參數如下圖表所示。

Tavares 破碎模型參數標定

Tavares 破碎模型參數標定值

使用Altair ^® MotionView ^® 和Altair ^® MotionSolve ^®建立錘式破碎機的多體動力學模型，設置鎚頭與轉子的鉸接形式，添加反擊板調節機構處的調節彈簧，通過與EDEM 的聯合仿真實現破碎過程的仿真。

通過EDEM 的Analyst 工具中的BIN 和Sensor 來提取所需數據，對顆粒顆粒粒徑大小進行著色可以清晰的看出大顆粒破碎的過程，分別在入料口和出料口添加Inlet Bin 和Outlet Bin 用以監測入料和出料粒徑，並在出料口設置Mass_Outlet 傳感器檢測排料量。

對不同粒徑的顆粒進行著色處理

入料粒徑為150~210mm ,出料粒徑在5~60mm 範圍且主要集中在25mm 以下。通過對出料粒徑數據進行處理，得到物料的級配曲線。可以看出，25mm 粒徑以下物料質量佔比為33.8%。

累計過篩率和出料粒徑的關係

排料量隨時間的變化

設備給料量為600t/h，從提取的排料量曲線可以看出，10s 內大部分時間都小於入料量，這是因為物料在下落至鎚頭部位時被鎚頭撞擊反彈，導致部分物料堆積在上箱體部位，在積累到一定量時下落造成某些時刻排料量很大的現象。

通過輸出設備幾何的接觸累積能量、累積力等方式來判斷物料衝擊對設備造成的磨損。累積能量越大區域衝擊越嚴重，相應的磨損越嚴重。根據結果可知設備主要以法向衝擊磨損為主。

法向接觸累積能

切向接觸累積能

通過EDEM 耦合MotionSolve 可以非常方便地實現重錘破結構連接和運動模擬定義，基於Tavares 破碎模型很好地實現了顆粒破碎的模擬，採用EDEM 的Analyst 工具非常方便地統計了破碎後粒徑分佈，進而對出料粒徑分佈進行分析，以及重錘破破碎效果進行評價，為提高破碎機破碎效率提供數據支撐。

通過對分析破碎機處理量，評價設備處理量能否滿足要求，易損件磨損分析，堆磨損位置大的結構進行改進或加強。