摘要：梯形衬板是球磨机最常使用的衬板类型，此次研究主要是探讨分析衬板的设计参数对球磨机磨矿效果的影响，结合球磨机器具，使用三维离散元软件对衬板高度，倾角以及数量等进行研究，分析其对球磨机性能造成的影响。按照研究结果能够看出，以上参数会对球磨机冲击能量造成影响。
关键词：衬板；设计参数；球磨机；磨矿效果
衬板在球磨机当中作用主要表现在提升器械使用寿命，保护筒体，影响物料破碎形式和运动轨迹。球磨机最常应用的是梯形衬板，利用衬板高度，倾角以及数量等能够对球磨机的磨矿效果起到改善作用。但是在分析衬板对球磨机造成影响时大多都是应用实体模型的试验方法，该种方法的分析效果不佳。离散元方法能够全面展现出球磨机物料运行轨迹，能够有效优化设计球磨机方法，并且应用二维离散元软件能够给予磨机转速率和形状对功率造成的影响程度，对比试验结果和实际结果，能够体现出该种研究方法的实效性。
此次研究主要是分析 4.5m×6.4m的球磨机，利用离散元软件能够全面分析衬板设计参数对球磨机冲击能量分布以及功率的影响程度，例如排数，倾角以及高度等。在离散元软件当中实施仿真模拟时，为了全面减少仿真处理时间，可以应用球磨机轴向长度替代整体，在仿真处理期间使用的球磨机轴向长度为40cm，密度为7800kg/m³，摩擦系数为0.2，恢复系数为0.7.衬板的底部厚度为10cm，底边长度为2.13cm，球磨机的转速率和填充率分别为60%和20%。
1、离散元方法
该种方法主要是分为两个计算阶段，其一，借助于接触模型求解作用在颗粒上的力，这样能够计算出颗粒所受力。其二，结合中心差分法和牛顿第二定律可以明确介质在不平衡作用力下的位移情况。
离散元软件能够将介质作为刚体，不纳入其变形因素，并且允许接触处的刚性介质重叠，接触力与重叠量之间存在显著作用。并且介质直径大于重叠量，球与壁以及球与球之间的接触力能够分解为切向力和法向力，并且使用无滑动接触模型对介质进行仿真模拟处理，因此法向接触力为 ，
分别表示法向刚度，重叠量，阻尼系数，相对速度；切向力为 ，
分别为摩擦系数，切向刚度，位移，阻尼系数和相对速度。
2、衬板倾角影响
在球磨机功率的各个影响因素当中衬板倾角属于关键因素，在不同的转速情况下，球磨机功率与衬板倾角的关系如下图所示：
图1 衬板倾角与球磨机功率之间的影响关系
当球磨机的转速在60%左右时将会得到较小的功率变化情况，当倾角在10-25°之间时，球磨机功率变化不大，在加大倾角期间会逐渐降低球磨机功率；当转速达到80%作用时，衬板角度为25°时会增加功耗。随着不断增加的衬板倾角，会逐渐降低功耗。
从上述研究可以看出，随着不断增加的转速，会相应增加衬板倾角，出现球磨机功率峰值。按照此研究结果能够看出，高转速的磨机在选择衬板时需要减小倾角，低转速球磨机，衬板倾角不会对功率造成较大影响。在磨矿期间，由于存在磨损现象，将逐渐增加衬板倾角。
冲击次数和能量能够对球磨机的介质磨矿性能造成影响，所以在判断物料破碎性能时可以将冲击能量作为重要指标。为了深入研究衬板倾角变化影响冲击能量的程度，此次研究利用对数坐标系绘制冲击能量分布图。如下图所示。球磨机的大部分碰撞情况的能量都比较低，并且没有出现较多次高能量冲击情况。
图2 不同倾角衬板冲击能量分布图
从上图能够看出，随着不断增加的梯形衬板倾角，会逐渐增加低能量冲击次数，然而会相应降低高能量冲击次数。球磨机冲击能量一般在达到临界数值时才能够破碎物料，这样就导致衬板倾角增加会逐渐减少物料破碎能量。所以在生产加工期间若物料具有较大直径，硬度比较高时则需要使用较小倾角的衬板，这样能够产生较高的能量。
作用在物料上的合力会影响介质破碎概率，所以在分析衬板倾角变化影响磨矿效果程度时可以路由磨机单个介质所受合力进行观察。
3、衬板高度影响因素
在该类影响因素分析期间需要进行模拟分析，可以选择直径为50mm，150mm以及200mm的高度衬板进行分析，其他参数结果不变。图3为仿真结果。
图3 衬板高度对球磨机功率的影响
从上图可以看出，改变衬板高度能够相应改变球磨机的有效直径，进一步影响球磨机的功率。在计算球磨机功率时可以按照下式进行：
其中，m——物料质量；g——重力加速度；x——物料重心与筒体中心线的距离，
——旋转角速度。
此时球磨机的转速率为60%，此时物料未出现离心运动。随着不断增加的衬板高度，不会改变物料质量。将加强衬板对物料的提升作用，随着提升高度的不断增加，会相应增加物料重心与筒体中心线的距离。所以，随着衬板高速的增加会逐渐增加球磨机功率，进一步增加物料能量水平和冲击频率。
按照研究结果能够看出，如果衬板的高度在50mm时，最多冲击次数的能量为8×10-8J，从0.1J的冲击能量算起，针对冲击次数相同的情况来说，衬板高速为50mm的球磨机所具备的冲击能量水平将在200mm冲击能量水平之下。并且随着衬板高度的不断增加，也会相应增加冲击能量。造成该种现象的原因主要是随着不断增加的衬板高度，会相应增加物料抛落和泄落高度，相应增加冲击能量。
4、衬板排数的影响因素
下图为不同衬板数量的球磨机净功率。从图中能够看出，在开始阶段，随着衬板数量的增加，球磨功率也会出现增加趋势。但是衬板排数增加到20时，球磨机功率保持在稳定值，不会出现持续增加趋势。但是在生产加工期间，球磨机的提升数量会显著多于功率稳定时的数量。从以上分析能够看出，在生产期间会不考虑排数对球磨机功率影响的计算方法具有合理性。
图4 衬板提升条数量对球磨机功率的影响
此次研究还分析了衬板排数影响冲击能量的程度，通过研究能够看出，当衬板数为4时，在较低冲击能量的碰撞次数最多，此时衬板数量比较少，高能量冲击次数少。在介质下落时出现的冲击作用能够产生磨矿效果，当碰撞数量为额定值时会应用于破碎物料上，因此减少冲击次数能够降低介质的破碎概率。从以上分析能够看出，球磨机衬板排数越多，越能够提升破碎性能。
5、结束语
综上所述，此次研究主要是通过球磨机的冲击能量和净功率等进行分析，对衬板设计参数影响球磨机磨矿效果的程度进行模拟分析，得出以下研究结论：球磨机衬板排数越多，越能够提升破碎性能；高转速的磨机在选择衬板时需要减小倾角，低转速球磨机，衬板倾角不会对功率造成较大影响；随着倾角持续减小，会增加球磨机当中单个介质所受到合力的幅值，相应增加物料的破碎效率。
参考文献：
[1]范光明.浅析矿山球磨机的安装与调试方法[J/OL].世界有色金属，2018，25（03）：46+48
[2]田开洋，徐成华，刘嘉琪，等.4种外源添加剂对球磨机械化学法降解土壤中2，4-二氯苯酚的影响[J].天津农业科学，2018，24（04）：45-48.
[3]邓小龙，李茂林，李红飞，等.基于总体平衡模型的给料粒度分布对球磨机磨矿速率的影响研究[J].矿业研究与开发，2018，38（02）：95-100.
[4]邹孝胜，刘俊，曹月仙，等.基于振动信号测试分析的球磨机预防性维修研究[J].矿山机械，2018，46（02）：72-74.
[5]叶娜.PLC和触摸屏在球磨机齿轮润滑系统中的应用[J].机械工程与自动化，2018，10（01）：185-186+189.
[6]赵晓东.生料球磨机粉磨工艺的二次技术改造[J].中国水泥，2018，22（02）：100-101.
论文作者:陈志超
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/8/17
标签：球磨机论文; 衬板论文; 倾角论文; 功率论文; 物料论文; 能量论文; 介质论文; 《基层建设》2018年第21期论文;