PYB1200圆锥破碎机腔型的优化设计.doc

PYB1200圆锥破碎机腔型的优化设计PYB1200型圆锥破碎机是散体物料破碎的主要设备，广泛应用在冶金矿山工业中。然而，由于其腔型结构设计不合理导致工作效率低下，能耗高，不能适应现代工业生产的需要。巍立路桥采用多目标优化方法对圆锥破碎机腔型结构进行研究分析，得出了优化后的腔型曲线和产品粒度分布曲线。优化后的腔型更接近于理想的腔型曲线， 可以为圆锥破碎机的实际生产提供具体的参考数据 ，也可以为改善圆锥破碎机性能的进一步研究提供可鉴之处。PYB1200型圆锥破碎机是我国2O世纪 50年代自行设计生产的、广泛应用于国民经济中的不同部门、可以满足不同碎矿流程中碎和细碎作业需要的大型工业设备。由于PYB1200型圆锥破碎机设计年代久远，设计思路保守，工作效率低下，能耗高，不能适应现代工业生产的需要，因此需要对圆锥破碎机性能进行优化，以提高PYB1200型破碎机的工作效率，改善破碎产品的质量。l 圆锥破碎机的工作原理 圆锥破碎机 的基本 工作原理如图1所示。从图中可以看到 ，圆锥破碎机的动锥 、 定锥以及进动角 r n 共 同组成了圆锥破碎机的几何腔型。工作时动锥周期性地靠近或远离定锥 ， 当动锥靠近定锥时，处于2个锥体之间的物料在破碎腔中受到巨大的挤压力作用产生破碎 。而远离锥体表面的物料则由于自身重力的作用不断下落， 下落一段高度后， 动锥再次向定锥靠近， 物料受到压碎与冲击力作用而破碎 。一段时间后 ， 动锥将会再度离开 ， 物料再次下落一定距离 。经过几次循环后 ，物料破碎至要求粒度 ，经排矿口排出。 表1为PYB1200国家标准弹簧圆锥破碎机的工作参数与结构参数 。2 粒子流动性的数值分析 物料在破碎腔内的运动比较复杂 ， 分析物料的运动就是分析其粒子的运动。粒子在破碎过程中，下落与挤压都发生。而在动锥破碎壁远离定锥轧臼壁的过程 中， 粒子以3种运动方式通过破碎腔 ，即滑动 、自由落体与滑动并存和自由落体。 粒子的运动方式主要取决于破碎机动锥的旋摆速度n， 分别取77为300 rmin，400 rmin和550 rmin，用MATI AB程序求解，对粒子进行流动性分析，得到如图2所示 的粒子速度分布图。 从图中可以看出，当动锥旋摆速度较低时 ，粒子先作自由落体运动， 与动锥面碰撞后沿曲面滑动。当动锥转过角度后 ，开始随动锥面一起绕悬挂点向上摆动 。在从角度 兀到 2 丌的转动过程中，动锥竖直向上的速度 由零逐渐变大，后来又逐渐减少到零。当动锥旋摆速度较高时， 粒子将作自由落体运动，直到与动锥碰撞后一起绕悬挂点 0 向上摆动。在 粒子运动过程中，取粒子间的黏性系数t 一0 .01S 。 在图 3、 图 4和图 5中分别表示上述 3种速度的粒子通过优化前破碎腔型的过程图。从图中可以看出， 当动锥旋摆速度 ，z 较低时( 如图 3所示) ， 粒子在开始几个破碎区段中会有一定时间的滑动区域 ，同时破碎腔的破碎分层数只有10个。当动锥的旋摆速度 提高后( 如图 4所示) ， 粒子在开始就进入自由落体状态 ， 同时破碎腔的破碎分层数会增加到14个 。当动锥的速度 进一步提高后(如图5所示) ， 破碎腔的破碎分层数会增加 到20个 。这也就是说 ， 随着速度 的逐渐增加 ， 粒子被破碎 的次数也逐渐增加 ， 破碎后产 品的粒度尺寸也会 越来越小。但是从图2中可以看出， 随着n 的增加， 粒子自由落体的时间 t 会减小 ， 粒子 自由落体的最 大竖直速度会减小。粒子下 降的时问越短 ， 出料量就越小 ，导致生产率下降， 生产率提高与粒度要求形成矛盾体 ，因此 ，存在一个最佳的旋摆速度，z能较好地协调这个矛盾。 3 PYB1200圆锥破碎机腔型的优化设计结合PYB1200弹簧圆锥破碎机腔型结构的多目标优化问题，本文采用主要目标法来求建模，选取破碎机东锥旋摆速度n、进动角r0、动锥底角aB、平行区域长度z以及破碎区域 i的夹角作为设计变量 ，圆锥破碎机的生产能力作为主要目标函数， 每一个破碎区域通过能力的标准偏差和产品粒度的分布被转化成几个非线性约束 ， 建立多目标优化模型 ，如式( 1 ) 所示。式中，F ( X) 表示破碎区域通过能力的标准偏差 ；P表示粒度小于 CSS的筛下百分 比； 表示动锥与定锥之间最大的夹角 。圆锥破碎机优化函数的求解采用随机方 向搜索算法 ， 结果如表 2所示。第 2组到第 9组 的优化数据是为 了方便 比较改变某些参数时对腔型优化所产生的影响。这些变动的参数分别是动锥的旋摆速度Y l 、 平行区域长度 z 、动锥底角以及进动角 r 0 。 从第1组数据可以得出，当从40。增加到55，z 从100mm 减少到55mm时 ， 圆锥破碎机的生产能力Q从165 th增加到187 t h，提高了13 。根据第 1组优化数据的结果，绘制优化后腔型曲线和产品粒度分布分别如图6、图7和图8所示。在图6和图7中，优化前与优化后的腔型具有明显的不同，优化后的腔型更接近于理想的腔型曲线。在图 8中，l到1 0号曲线分别代 表经过每一破碎层后产品粒度的分布情况， 即通过 CSS( 3 0 mm) 尺寸的筛下百分 比。初始来料矿石( 待碎物料) 的大小分布情况如图 8中曲线所示 ， 满足均匀分布.对表 2中优化的数据分析如下。 1 )从第 2组和优化前的数据可 以得出： 当从3 0 0 rmi n增加到420 rmi n时 ， 破碎机的最大生产能力Q从165 th增加到167 th ， 筛下百分比P css从40% 增加到5 4.6%。因此,动锥的旋摆速度是影响破碎机性能的重要参数 。旋摆速度太小，物料将会以滑动的形式通过破碎腔,破碎机生产能力Q会大大下降 ；旋摆速度，z 太大， 物料几乎无法通过破碎腔型 ，就更谈不上改善破碎机的性能 。因此对于任何一组确定后的参数 ，破碎机旋摆速度 n会存在一个最佳值。 2 ) 从第2 组到第 4组的数据可以得出： 当aB从40增加到50时 ，破碎机的最大生产能力Q从167 th增加到169 th，筛下百分比Pcss 从54 .6 % 增加到68.1%因此 ， 动锥底角是提高圆锥破碎机性能的关键参数之一。底角增加 ， 破碎机的生产能力也会增加 ；底角减少 ，要达到该组参数的最大生产能力 ， 相应的旋摆速度n也要从337 rmin提高到420 rmi n 。 3 )从第5组和第6组的数据可以得出： 当 r 0 从1 .9 。减少到1.8 。时 ，破碎机的最大生产能力Q从176 th减少到172 th， 筛下百分 比 Pcss 从59.5 下降到54 .5 %。因此 ，进动角 r 0 大些有利于提高破碎机的生产能力与改善破碎产品的粒度分布 ， 但是 对于破碎机整 机性能 的要求高些 ； 进动角 r 0减小,破碎机整机性能改善 ， 但破碎机生产能力 Q与产品粒度会下降。为保证破碎机产品粒度分布 ， 动锥的旋摆速度n必须从377 rmi n提高到389 rr ai n 。 4 )从第 7组到第 9组的数据可以得出 ： 当z从90 mm减少到70 mm时 ，破碎机的最大生产能力Q 从171 th增加到178 th ，筛下百分比P c s s 从66. 4% 提高到68 .9 。因此 ，平行区域长度 z 不是控制产品粒度的唯一参数 ，平行区域长度z的减少有利于破碎机生产能力Q的提高。 4 结语 本文对 PYB1200圆锥破碎机的标准腔型进行优化 ，得出了以下结论 。 1 )随着动锥旋摆速度n的逐渐增加 ，粒子被破碎的次数也逐渐增加