擠壓類破碎機(jī)工作機(jī)理和工作性能優(yōu)化研究.pdf

1、擠壓類破碎機(jī)是散體物料破碎的主要設(shè)備，廣泛應(yīng)用在冶金礦山工業(yè)、建材工業(yè)、筑路工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和硅酸鹽工業(yè)中。然而，國產(chǎn)擠壓類破碎機(jī)設(shè)計(jì)比較保守、機(jī)器笨重、效率比較低下、能耗高和破碎產(chǎn)品質(zhì)量與國外產(chǎn)品相比差距還比較大。 自從20世紀(jì)中后葉開始，國外研制開發(fā)出集層壓腔形、高擺頻和合理擺動(dòng)沖程于一身的現(xiàn)代高能擠壓類破碎機(jī)，這些破碎機(jī)集機(jī)、電、液技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)清腔、自動(dòng)過載保護(hù)等先進(jìn)功能，從而極大地提高了破碎機(jī)工作性

2、能，改善了破碎產(chǎn)品質(zhì)量，提高了破碎機(jī)廠家和用戶的經(jīng)濟(jì)效益。 然而國產(chǎn)擠壓類破碎機(jī)自從20世紀(jì)中葉仿制成功以來，未得到大的發(fā)展，其技術(shù)水平基本停留在國外先進(jìn)水平的第一代和第二代水平上。因此，為改善國產(chǎn)擠壓類破碎機(jī)工作性能，提高我國裝備制造業(yè)技術(shù)水平，本文基于先進(jìn)破碎理論-層壓破碎，采用現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，以圓錐破碎機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)擠壓類破碎機(jī)工作機(jī)理和工作性能進(jìn)行了深入研究，建立擠壓類破碎機(jī)生產(chǎn)率、破碎產(chǎn)品粒度和腔型的多目標(biāo)規(guī)劃模型

3、，為研制開發(fā)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型、高效、節(jié)能和環(huán)保的現(xiàn)代高能擠壓類破碎機(jī)奠定理論基礎(chǔ)。 圍繞如何實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，本文在上海市科委和某大型破碎機(jī)企業(yè)合作項(xiàng)目的支持下，將研究課題定位于擠壓類破碎機(jī)工作機(jī)理和工作性能優(yōu)化研究。全文從破碎機(jī)工作機(jī)理和工作性能的不同角度展開，在層壓破碎理論、擠壓類破碎機(jī)生產(chǎn)率模型、層壓曲線腔型模型、腔形設(shè)計(jì)方法、破碎產(chǎn)品粒度分布模型和多目標(biāo)規(guī)劃模型等方面實(shí)現(xiàn)了突破。 本文主要包括下述主要工作和

4、結(jié)論： (1)總結(jié)歸納了國內(nèi)外層壓破碎研究成果，探討了在擠壓類破碎機(jī)上實(shí)現(xiàn)層壓破碎的優(yōu)越性、基本前提和可行性，對(duì)擠壓類層壓破碎機(jī)關(guān)鍵使能技術(shù)進(jìn)行了概述。 (2)對(duì)破碎機(jī)和破碎腔內(nèi)散體物料的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了深入研究，探討了破碎機(jī)和散體物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)破碎機(jī)工作性能的影響，建立擠壓類破碎機(jī)破碎腔內(nèi)散體物料運(yùn)動(dòng)軌跡模型，提出擠壓類破碎機(jī)分層破碎特性，為破碎腔進(jìn)行分層研究和設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。 基于破碎機(jī)和散體物料運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特

5、性，建立擠壓類破碎機(jī)生產(chǎn)率模型。對(duì)影響破碎機(jī)生產(chǎn)率的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)進(jìn)行深入研究，建立生產(chǎn)率與各關(guān)鍵因素關(guān)系模型。以改進(jìn)型國產(chǎn)PYB900圓錐破碎機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)破碎機(jī)生產(chǎn)率進(jìn)行了研究，對(duì)影響破碎機(jī)工作性能的各關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)(包括偏心套轉(zhuǎn)速、動(dòng)錐大小、動(dòng)錐底角、進(jìn)動(dòng)角、排料口擺動(dòng)行程、閉邊排料口尺寸、平行區(qū)長度等)進(jìn)行了定性和定量分析，從而驗(yàn)證了生產(chǎn)率模型的可行性和可靠性。 (3)利用RMT-150B巖石力學(xué)試驗(yàn)系

6、統(tǒng)對(duì)石灰石散體物料層壓破碎過程進(jìn)行了試驗(yàn)研究，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸分析，得到擠壓類破碎機(jī)層壓破碎過程選擇函數(shù)模型和破碎函數(shù)模型，為對(duì)層壓破碎產(chǎn)品粒度計(jì)算分析提供理論依據(jù)。 基于層壓破碎原理、總體平衡模型和分層破碎特性，對(duì)擠壓類破碎機(jī)破碎腔內(nèi)散體物料破碎過程進(jìn)行了深入研究，結(jié)合散體物料破碎矩陣模型，建立擠壓類破碎機(jī)破碎腔內(nèi)散體物料層壓破碎過程操作模型，揭示了擠壓類破碎機(jī)層壓破碎過程的本質(zhì)原因，為對(duì)破碎產(chǎn)品粒度分布研究和優(yōu)化奠定基

7、礎(chǔ)。 以改進(jìn)型國產(chǎn)PYB900圓錐破碎機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)破碎機(jī)破碎產(chǎn)品粒度分布進(jìn)行了深入研究，建立破碎產(chǎn)品粒度與影響破碎機(jī)工作性能的各關(guān)鍵因素關(guān)系模型，對(duì)各關(guān)鍵因素進(jìn)行了定性和定量分析。 (4)基于分層破碎特性，結(jié)合擠壓類破碎腔工作特性，提出適用于擠壓類破碎機(jī)設(shè)計(jì)的固定質(zhì)量原理，并應(yīng)用于對(duì)擠壓類破碎機(jī)曲線腔形的研究，有效減少或消除了擠壓類破碎機(jī)破碎腔各破碎層的堵塞和待料。在擠壓類破碎機(jī)破碎腔研究中，引入工態(tài)嚙角概念，保證了

8、破碎腔的咬入特性，提高了破碎機(jī)工作性能。 基于層壓破碎原理、分層破碎特性、固定質(zhì)量原理和工態(tài)嚙角要求，建立擠壓類破碎機(jī)層壓曲線腔形模型，提出層壓曲線腔形設(shè)計(jì)新方法。 (5)為研制開發(fā)高效擠壓類層壓破碎機(jī)，基于擠壓類破碎機(jī)工作機(jī)理和工作性能研究，建立擠壓類破碎機(jī)生產(chǎn)率、破碎產(chǎn)品粒度和腔型的多目標(biāo)規(guī)劃模型。 結(jié)合圓錐破碎機(jī)多目標(biāo)規(guī)劃問題，對(duì)擠壓類破碎機(jī)多目標(biāo)規(guī)劃模型的求解方法進(jìn)行了深入研究，采用基于K-T方程的系列二

9、次規(guī)劃算法對(duì)多目標(biāo)規(guī)劃模型進(jìn)行求解。此外，還以日本神戶制鋼有限公司的AUTOFINE36圓錐破碎機(jī)為研究對(duì)象，利用多目標(biāo)規(guī)劃模型進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化研究，驗(yàn)證了模型的可行性和可靠性。 (6)基于擠壓類破碎機(jī)工作性能模型和多目標(biāo)規(guī)劃模型，研制開發(fā)破碎機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件原型系統(tǒng)，可以對(duì)破碎機(jī)工作性能參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化。以系列國產(chǎn)圓錐破碎機(jī)PYB900、PYB1200、PYB1750和PYB2200等為研究算例，對(duì)破碎機(jī)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化研究。此

10、外，還對(duì)國產(chǎn)PYB900圓錐破碎機(jī)的多設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了多目標(biāo)規(guī)劃研究，從而驗(yàn)證了擠壓類破碎機(jī)工作性能模型和多目標(biāo)規(guī)劃模型的可行性和可靠性。 基于多目標(biāo)規(guī)劃結(jié)果，對(duì)國產(chǎn)PYB900圓錐破碎機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，與破碎機(jī)生產(chǎn)廠家合作，制造相應(yīng)物理樣機(jī)一臺(tái)，通過物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了工作性能模型和多目標(biāo)規(guī)劃模型的可行性和可靠性。 基于擠壓類破碎機(jī)工作機(jī)理和工作性能研究，研制開發(fā)圓錐破碎機(jī)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，該系統(tǒng)成功應(yīng)用于上海某破碎機(jī)