基于离散元方法的大型球磨机工作性能分析

【摘 要】本文主要对大型球磨机的工作性能进行分析，通过离散元方法，阐述这些工作性能的具体方面，然后详细论述了离散元方法在球磨机中的应用，主要内容有：物料运用分析、提升条的设计、有用功率。通过这些方面，相关人员能够更加合理的使用大型球磨机，优化球磨机的应用效果，降低工作成本，提高工作效率。

【关键词】离散元方法；大型球磨机；工作性能

科技的不断进步，促使球磨机不断大型化，球磨机在发展的同时，也受到了填充率等不同参数的影响，这种情况下，球磨机的粉碎效率会有所降低，循环负荷逐渐增加。所以相关人员在使用这种设备的过程中，应通过离散元方法，明确各项参数与球磨机之间的关系，确保这种设备在不同的工作情况下，具有优秀的工作性能，优化球磨机，使其在磨矿的效率、颗粒粉碎的效率等情况下，都展示出良好的效果。

1 离散元方法♋与大型球磨机

球磨机在工业、冶金、电力及建筑工业都具有比较好的应用效果，相关人员应理解球磨机的原理及工作需求，为其更好的工作创造良好的基础[1]。离散元方法为球磨机设计提供了新的思路和方法，相关人员由此更好的理解球磨机的内部运用，各项参数间的关系，对现有的操作条件进行优化，在降低成本和能量消耗的基础上，提高球磨机的生产效率。

离散元方法能够追踪球磨机内部的颗粒运动，将单个颗粒和周围的其他颗粒运动和情况模拟出来。通常情况下，应用的离散元方法是软颗粒方法，其颗粒之间能够重叠，表述为△x。颗粒到颗粒的接触力为法向接触力Fn，颗粒到壁面的接触力为切向接触力Ft。其中法向接触力的计算公式为：

Fn=-kn△x+Cnvn

通过这些原理能够计算出颗粒所受到的合力，然后根据牛顿第二定律确定颗粒质心的加速度，从而确定球磨机的速度和角速度。

2 离散元方法在大型球磨机中的应用分析

近些年来，离散元理论被不断完善，其在球磨机的使用中，也起到了更好的效果，从这种情况上来讲，离散元方法的计算能力的增强能够有效帮助球磨机进行优化[2]。使用离散元方法能够获取大量的数据和信息，在颗粒的介质运动中，离散元方法能够使相关人员更加直观的看出磨损的分布、能量的损耗等方面的问题，下面对球磨机各方面的工作性能进行分析。

2.1 物料运用分析

泄落运动和抛落运动是球磨机物料运动的两种形式。在应用球磨机的过程中，相关人员应明确物料运动的主要特征。通过离散元方法，能够追踪任意两个颗粒的运动轨迹，反过来分析离散元软件是否有效。相关人员可以从底脚角度和肩部角度出发，对物料运动形状和转速进行分析，从而阐述物料的运动及其填充率的变化。

物料运动也被当作检验离散元软件的有效指标[3]。相关人员应选择合适的研究对象，将实验数据与离散元方法的仿真结果进行对比，从而说明数据和软件的有效性。

一些人员通过二维圆形颗粒和非圆形颗粒进行分析，通过这些颗粒模型和三维模型等不同的离散型模型，模拟直径为600mm的球磨机，将得到物料流动形态和实验室拍摄的照片进行对比，然后展示出不同的模型在球磨机模拟中的不足与优势。根据结果分析，完整的三维模型得到结果与试验结果最为接近，二维模型得到的圆形颗粒得到的肩部、底脚和位置比实际小10%。在实际模拟中，颗粒的形状主要影响肩部位置，模型的维度主要影响球磨机的底脚位置。

2.2 提升条ซ的设计

相关人员对给定转速和填充料进行分析，发现球磨机的物料运动情况和功率损耗，会受到提升条的类型和结构布置的影响。目前使用的球磨机的倾角比较好，其提升条的间距较宽，通过这种方式能够降低球与衬板之间的碰撞，从而增加衬板的使用寿命，降低了介质之间的磨损。这种方法能够提升球磨机的性能，更便于人们使用。还有一些学者为了研究衬板形状对球磨机的影响，通过Millsoft软件，对装有梯形衬板和条形衬板的球磨机进行模拟。分析提升条情况对球磨机转速的影响。结果显示，如果提升条数量减少，倾角增加，能够更好的获取物料的运动情况，从而得到粉磨效果和功率峰值。

2.3 有用功率

球磨机的工作功率研究是一个比较复杂的问题，相关人员需要了解其影响因素。采用离散元方法，对球磨机的物料运动进行模拟，需要考虑不同操作条件和设计参数的影响，根据这些内容更好的对球磨机功率进行预测[4]。因为球磨机，在使用过程中，物料具有较高的冲击力和不稳定性，所以球磨机的瞬时功率会发生一定程度的波动，所以应采取平均法进行平滑处理。

相关学者对球磨机物料运动进行专门研究，通过离散元方法用软¡件Millsoft模拟，获取直径到250mm-4800mm，之间的变化球磨机的功率。从一般情况来讲，球磨机的效率与功率具有一定比例，通过这种软件，能够证明该软件比较精确的预测球磨机的功率。球磨机的功率与磨矿功率和效率成一定比例，所以人们通常用球磨机功率当作磨矿性能的优化指标。很多研究人员通过离散元软件模拟得出不同直径的球磨机功℃率，并找出其通过转速和填充率变化的规律。从结果可知，球磨机的转速为85%时，功率能够达到最大，但是其功率最大并不表示其填充率最大，有一定不同。

矿料不同、物料大小不同，材料参数不同，离散元方法容易受到材料参数变化的影响。在实际应用中，相关人员通过离散元软件，对不同颗粒级分配情况进行比对分析，找出其静驱动功率的影响，颗粒直径的不同，对球磨机静驱动功率有一定影响[5]。当颗粒直径与提升条直径较接近时，颗粒的粒径对球磨机功率的影响比较小，如果球磨机中的颗粒直径较大，提升条高度较小，球磨机的功率会急速减小。

通过对摩擦系数和恢复系数的分析，球磨机功率会有所变化，恢复系统几乎不会对功率造成影响。在实际试验中，摩擦系数的变化在工作性能的体现中比较明显，对两种不同物料在球磨机的运动形态进行模拟，可以分析物料的密度和恢复系数，明确这些因素对球磨机功率的影响。在不同工况下，球磨机的运动情况会受到很多因素的影响，例如材料的刚度对仿真效果的影响，相关人员可以通过减小刚度增加仿真时间的步长，从而减少仿真时间，通过这种方式证明长度为球磨机实际长度的20%的部分模型代替整个磨机进行仿真的可行性。

3 结束语

通过离散元方法能够较好的将球磨机的工作原理反映出来，更好的提升其工作效果。所以离散元方法的应用，提高了球磨机的工作效率。相关人员应该在球磨机的优化和推广中，看到其工作中存在的不足，然后分析其原因，找出合理的解决方法。目前应用离散元方法只能对球磨机的磨矿性能进行定性或者半定量的预测，无法直接且精确的预测颗粒的破碎过程，所以相关人员应更好的加强这方面的研究。

参考文献：

[2]刘刚，张冠宇，李婧锡，田秋娟，于向军.基于离散元的球磨机工作参数优化[J].矿山机械，2014（7）.

[3]韩清林，田秋娟，田磊.离散元方法在球磨机中的应用现状[J].工程机械文摘，2011（01）.

[4]石福周，王选仓.基于离散元方法的沥青混合料抗裂性能分析[J].材料导报，2014（08）.

[5]蒋新萍，周泉，袁锋.中心传动球磨机排料口结构强度建模与分析[J].南京航空航天大学学报，2014（09）.