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基于EDEM的圆锥破碎机破碎机理分析李东;樊冰露;赵倩;苏耀明;石博强【摘要】利用离散元分析软件EDEM仿真矿料在圆锥破碎机破碎腔内的破碎过程,分析了啮角和偏心机构转速对破碎效果的影响.结果表明:其他参数不变、转速为300r/min时,啮角越大,物料破碎受到的破碎力越小,而对粘接键断裂个数及破碎程度影响较小;啮角为23°,偏心机构转速为250r/min时,矿料在破碎腔内的速度最小,但其破碎、排出的速度最快;一定转速范围内,转速越小,产率越高,但破碎产品中有效粒级含量越低,破碎效果越差.结果可供破碎机优化设计与选型参考.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2017(033)008【总页数】3页(P190-192)【关键词】圆锥破碎机;离散元;仿真;破碎机理【作者】李东;樊冰露;赵倩;苏耀明;石博强【作者单位】鞍钢集团矿业有限公司装备制造分公司;北京科技大学机械工程学院;北京科技大学机械工程学院;鞍钢集团矿业有限公司装备制造分公司;北京科技大学机械工程学院【正文语种】中文在矿物加工和水泥行业中，碎磨作业成本占全部成本的40%以上，选矿厂碎磨设备投资占总投资的60%以上，水泥厂破碎机械的耗电量占全厂总耗电量的10%，破碎过程的电耗、钢耗及原材料消耗巨大[1]。
因此，研制新型高效节能破碎机械、提高破碎机械性能非常必要。
未来我国矿山机械的发展趋势是大型化、智能化和高效节能化，而破碎设备的发展是以破碎理论的研究和发展为前提的[2]。
离散元法是求解和分析复杂离散系统运动规律与力学特性的一种新型数值方法。
目前，世界上公认的破碎理论学说有面积学说、体积学说和裂缝学说。
这些学说在有限元理论方面无法解答，而离散元理论恰好可以描述矿石等非连续介质的力学行为，因此对于破碎机的研究更注重离散元理论的研究和仿真分析[3]。
本文以PYGB1513型圆锥破碎机的破碎腔为研究对象，运用离散元分析法，采用层压破碎理论，研究了啮角和偏心机构转速两个结构参数对破碎效果的影响，对提高国产圆锥破碎机的性能具有十分重要的理论价值和现实意义。
基于EDEM的固体粉末物料振动下料过程分析武永桥;管声启;柴彩彩【摘要】为了研究固体粉末物料的振动下料质量流量,采用EDEM对在不同振动频率下的下料过程进行仿真.并提取物料下料质量流量数据以及在振动条件下的下料口速度数据.实验结果表明,振动有益于物料下料过程,并且随着振动频率的增大物料下料质量流量增大,但物料的下料稳定性也变差,故过大的振动频率反而无益.%In order to study the mass flow rate of solid powder material,EDEM is used to simulate the process of the material on different vibration frequencies and to extract mass flow data and feeding speed data in vibration condition.The experimental results show that the vibration is beneficial to the material feeding process,and with increasing vibration frequency the material mass flow grows.But there appears low stability,and the high frequency is useless.【期刊名称】《西安工程大学学报》【年(卷),期】2017(031)002【总页数】6页(P278-282,288)【关键词】固体粉末;质量流量;料仓;EDEM软件【作者】武永桥;管声启;柴彩彩【作者单位】西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048;西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048;西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TH-39众多工农业生产领域,如水泥、煤炭、食品、冶金、环保等,经常会遇到粉体颗粒流动问题．目前对于粉体颗粒流动有连续介质流动模型和离散介质流动模型2种,而且对于粉体颗粒的流动分析只是局限于理论推导和实际经验,并没有直观地体现出具体问题的原因．这些问题一直是粉体颗粒领域的研究热点．EDEM[2]是一款专门为固体物料仿真设计的软件,可以有效、准确地模拟各种固体物料的运动情况．采用EDEM软件对固体粉末物料下料过程进行仿真模拟[3],探究在振动条件下物料的流动变化以及其变化规律．苏联的Takhtamishev、Kim与法国的Suqita等研究者指出,料仓内流动大致可以分为动力型和非动力型(也称为整体流动与管状流动)2种流动形式．后来,美国的Jenike等将料仓内的流动类型区分为整体流、漏斗流、管状流和扩散流4种[4]．这些理论奠定了料仓流型的研究基础,并最终发展成2类典型的流动形态:中心流模式和整体流[5]模式,如图1所示．中心流也称为漏斗流,整体流也称为全仓流．中心流模式在物料的出口处会形成下料死区,随着物料的流动这种下料死区会向上增加,在中心部分形成锥形的下料通道．这种下料模式不稳定,当下料死区崩塌时,下料流量的测量就会不准确．而且下料死区容易结块,导致物料变质．整体流符合物料先进先出的流动规律．这种流动方式的物料流动贴着料仓壁,流动速度稳定,出料流量均匀,是工业最常见的流动形式．对物料下料的影响因素众多,但是总结主要的因素是料仓开口的大小、粉体物料的大小、形状、密度、孔隙率等．所以综合考虑影响物料下料流动形式的因素才是解决问题的关键．最常见的工业用下料仓为锥形仓[6],如图2所示,这种形状的料仓的下料口的大小与料仓的半顶角有关．文献[7]通过实验总结,拟合出粉体料仓下料公式(1)．给出了粉体料在自然重力的影响下,其下料的质量流率与料仓的开口直径和粉体料的密度的关系．其中：W为下料质量流率;C1为经验常数;D0为出料口直径,mm;dp为颗粒直径，mm;k为常数，与物料的形状有关,对于球形物料一般取1.6．其中:θ为锥形料仓的半顶角;φs一般为常数,取45°．如果tanθtanφs<1,则F(θφs)=tanθtanφs,否则取1.2.1 模型建立通过SolidWorks建立料仓的三维模型如图3所示,并将所建三维模型导入EDEM 中,在EDEM中,对于材料属性的参数标定有3个因素[8]:泊松比、密度、剪切模量．料仓材料为钢,半顶角30°,泊松比0.3,密度7 800kg/m2,剪切模量为7×1010Pa,出口尺寸为30mm．物料的模型直接在EDEM中生成,将物料的模型简化成陶瓷球形,根据文献[9]的研究中所确定的要使物料下料顺畅,物料的直径φ与出料口直径D0之间需满足D0>4φ,物料的直径选择为5mm,物料的模型如图4所示．物料的泊松比、密度、剪切模量分别取为:0.5，2 500 kg/m3,1×1018Pa．物料与物料、物料与料仓之间的相互作用如表1所示.2.2 仿真设定下料颗粒数为30 000颗,给料仓施加3种振动频率[10]分别为0 Hz,50 Hz,100 Hz,研究物料在这3种振动频率下的质量流率,Rayleigh时间步长为4.1×10-5 s,最小的网格尺寸为φ=5 mm．在3种振动频率下的物料下料过程如图5所示．在0 Hz，50 Hz，100 Hz振动频率下料仓完成振动下料所用的时间分别是16 s,18 s,20.5 s,仿真结束,绘制下料质量流率图,如图6～8．根据3种振动频率下的仿真曲线图可以看出,在0 Hz振动频率下下料质量流率[11]在同一个水平方向,50 Hz和100 Hz振动频率下下料质量流率随着时间呈现下降趋势．通过设置每0.01 s采集数据一次．为了观察在不同振动频率情况下下料质量流率以及质量流率的稳定性,将3种振动频率下的质量流率数据导出,分别求出3组数据的平均值以及方差值[12],如表2所示.根据式(1)和(2)可知料盒衬里的半顶角为30°,则tanθtanφs<1,故．所以式(1)化简为将料盒与仿真物料的特性代入可以算出W=0.19 g/s,这与在0 Hz振动频率下的物料下料质量流量接近,也证实了研究的正确性．在50 Hz和100 Hz振动频率下物料的质量流量与经验常量C1有关．由表2可以看出,随着振动频率的增加，下料质量流率的平均值也随之增加,说明在料仓添加振动之后物料的下料量增加,然而下料的稳定性变差,使得获取定量物料变得困难,更不方便于流量的检测．由此可以推测，如果加大下料仓的振动频率,下料的速率波动更加严重，甚至会造成下料口的堵塞,造成下料暂时断流．因此在下料过程中不能认为添加振动条件就有利于下料,要应该根据工业应用的具体实际情况而定[13]．在相同的条件下,3种不同的振动频率的下料质量流率最大值也在增大,在0 Hz振动频率下最大，下料流率出现在多个时间点,质量流率最大值为0.275 g/s,而且整个过程比较规律．在50 Hz和100 Hz振动频率下,最大质量流率分别出现在1 s和2.1 s的值为0.35 g/s和0.38 g/s．提取在不同振动频率下物料的速度,如图9～11所示．由图9～11可以看出随着频率的增大,物料所获得速度越大,则在振动条件下料仓相对于不振动的料仓中的颗粒物料所获得的能量大[14],减少了物料滞留于料仓的机会,有益于物料下料．然而在后期由于物料减少,竖直方向的压力减少,振动会使得物料在水平方向反复碰撞,在出口处造成下料障碍,所以图7～8在后期下料流量减少,下料时间增加．(1) EDEM可以很好地从仿真角度解释工业料仓下料过程中存在的下料不畅、堵塞的问题．(2) 物料的质量流量不同是因为在不同的振动频中振动条件下料盒中物料获得了不同的动能,随着振动频率的增大,物料的动能也增大,单位时间内的下料量也增大．(3) 实际工程中振动料仓普遍存在,在遇到下料不畅或者堵塞问题时,经常采用加大振动的方法,但振动频率越大,物料的波动性就增大,有时这种做法不但不能解决问题,反而会使得堵塞部分在振动下更加固结．这也印证了文献[15]在《粉体料仓下料不畅的原因及解决方法》一文中的观点．WU Yongqiao,GUAN Shengqi,CHAI Caicai.Analysis of vibration feeding process of solid powder material based on EDEM[J].Journal of Xi′an Polytechnic University,2017，31(2)：278-281.【相关文献】[1] 丁永前.固体颗粒料质量流量检测方法的研究[D].南京:南京农业大学,2009:5-18.DING Yongqian.Study on the methods for measuring mass flow rate of solid granular materials[D].Nanjing:Nanjing Agricultural University,2009:5-18.[2] 孟杰,孟文俊.影响EDEM仿真结果的因素分析[J].机械工程与自动化,2014(6):49-51.MENG Jie,MENG Wenjun.Analysis of influencing factor on results of EDEMsimulation[J].Mechanical Engineering & Automation,2014(6):49-51.[3] 童聪,李双跃,綦海军,等.选粉机颗粒运动的非稳态仿真与出口产量模拟[J].中国粉体技术,2013,19(1):22-26.TONG Cong,LI Shuangyue,QI Haijun,et al.Unsteady simulation of particle motion and export production in classifier[J].China Powder Science and Technology,2013,19(1):22-26.[4] CHEN C B.Flow pattern analysis and flowability improvement of silos[J].Cement Technology,2006(2):38-40.[5] 陈长冰.基于整体流型的粉体料仓设计分析[J].化工设备与管道,2006,43(3):34-38.CHEN Changbing.Design and analysis of silos with mass flow[J].Process Equipment & Piping,2006,43(3):34-38.[6] 刘杰,徐祥,阳绍军,等.锥形料仓中粉体的重力卸料特性[J].中国粉体技术,2014,20(3):1-6.LIU Jie,XU Xiang,YANG Shaojun,et al.Characteristics of gravity 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0 前言EDEM在散体物料的相关仿真中有着非常广泛的应用。
链斗式连续卸船机广泛应用于码头卸货。
周呈玥等[1]使用Recudyn和EDEM对3 600 t/h链斗式连续卸船机的传动过程进行了仿真，对卸料过程中物料颗粒与料斗之间的相互作用下链传动系统的啮合冲击进行了分析；郭开玺等[2]用EDEM软件仿真了斗式提升机在不同的提升速度下内部物料的装载情况、物料的颗粒流动轨迹以及料斗所受的压力情况，对于斗式提升机的速度以及料斗形状的优化提供了参考。
带式输送机中经常使用犁式卸料器，其具有制造成本低、结构简单、操作方便的优点。
刘永生[3]使用EDEM对链斗式卸船机的中心溜筒内的料流进行了分析，对链斗式连续卸船机的工作原理进行了叙述，通过分析不同的工况，得出多级折返式的中心溜筒可大幅降低物料因过高落差导致的巨大冲击，从而提高溜筒的使用寿命，并且能对可能存在的超载堵料进行预判，为设计提供指导。
有很多学者使用EDEM对带式输送机上物料的运输状态进行了广泛研究。
陈龙等[4]采用EDEM对带式输送机的启动过程和稳定状态中的颗粒受力以及能耗等进行了研究。
带式输送机具有广泛的应用场景，施军[5]使用EDEM对用于道路养护的带式输送机上的物料群离开输送带后的运动轨迹进行了仿真，得出了输送带在平抛和斜抛状态下，球形物料和方形物料的运动轨迹，求出物料在水平方向上的抛射距离；邱剑等[6]使用EDEM研究了砂石骨料在大倾角情况下的输送，通过对基于EDEM的散体物料运输过程中物料粒径放大倍数对料流的影响研究张晓文 温国正 张建辉 王长江 任进勇南通润邦重机有限公司 南通 226000摘 要：文中采用离散单元法，使用EDEM软件研究了竖直埋刮板卸船机物料运输过程中物料颗粒半径放大倍数对物料质量流量、料流速度和颗粒总数的影响。
经过对比发现，颗粒半径的放大对于物料的质量流量、料流速度的影响基本可以忽略，因此对于主要关注点在质量流量和速度等物理量的仿真可以通过放大颗粒半径减少计算量。
基于EDEM的球磨机的破碎仿真【背景介绍】球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。
它广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料52555、耐火材料、化肥、黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，对各种矿石和其它可磨性物料进行干式或湿式粉磨。
球磨机的破碎原理，是利用钢球抛落时的冲量，撞击物料，从而使得物料发生破碎。
本文介绍一个例子，说明如何用EDEM来进行球磨机的破碎仿真。
其仿真过程如下：（1）首先，利用颗粒工厂生成两种粒子。
比较大的粒子代表矿石，而小粒子是钢球。
（2）接着，矿石被很多更小的微粒所取代，这些微粒之间存在着结合力。
这种结合力，当外力足够大时会被解离，从而发生破碎。
（3）球磨机的滚筒开始旋转，钢球和矿石都带到了上方，在某个高度处滑落。
（4）由于钢球撞击矿石，巨大的冲力使得矿石粉碎。
【问题描述】本问题已经预先准备了相关的文件如下其中grinding_mill.stp:是球磨机滚筒的三维模型。
ParticleReplacement.dll:是一个使用EDEM API编制的动态链接库，其内容是把一个大的矿石用许多小的矿石颗粒取代。
它需要读取两个文件来完成任务。
其中：（1）Particle_Replacement_prefs.txt：是一个内容简单的文本文件，里面只有四行数据，说明要把哪个颗粒用另外的颗粒来取代，以及另外两个参数。
（2）Particle_Cluster_Data.txt：是一个数据文件。
里面包含着每个微小颗粒的圆心的X,Y,Z坐标。
ParticleReplacement.dll会利用上述二个文本文件，在EDEM的颗粒工厂产生颗粒时，把大矿石用小颗粒来取代。
【求解过程】0.准备（1）拷贝文件将下列已经做好的文件拷贝到工作目录下（本文是d:\working）进入edem，设置文件目录主要保证颗粒体力和颗粒工厂的目录是工作目录。
然后保存文件。
1. 建模（1）设置全局参数（1.1）设置单位保证角速度单位是转每分，而长度单位是毫米。
