王淑娟、张斌、姜有宏、梁新
甘肃金泥干法乙炔有限责任公司 737100
摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，科学技术发展十分迅速，为减少动颚板的磨损量，提高颚式破碎机的使用寿命与生产率，对江西德兴铜矿矿石的接触模型Ｈｅｒｔｚ－Ｍｉｎｄｌｉｎ（ｎｏ ｓｌｉｐ）ｂｕｉｌｔ－ｉｎ的接触力进行了分析；通过９球填充的组合颗粒模型建立了铜矿石离散元模型，采用三维软件ＵＧ建立了颚式破碎机的离散元模型；利用ＥＤＥＭ软件仿真正交试验得出影响动颚板磨损量的顺序为啮角、肘板摆角和冲程，并求解出参数圆整优化后的结果：啮角为４９°，肘板摆角为８°，冲程为５９ｍｍ，此时动颚板磨损量为１．１６ｍｍ；最后通过与试验结果对比，验证了离散元软件ＥＤＥＭ仿真分析动颚板磨损量的可行性。
关键词：颚式破碎机；离散元；动颚板磨损
引言
物料破碎指的是对不可用的大块物料施加作用力使其破裂为小块或者粉末物料，在此过程中普遍使用的设备叫做破碎机械，其在工程各领域内得到广泛使用。颗式破碎机常用于进行矿石的粗碎和中碎作业，在其问世的百余年间，相关研究人员的探究工作从未止步，主要包括理论上的丰富、设备上的创新、工艺上的改善等方面，但需要指出的是目前对破碎腔内物料破碎机理及其与颗板相互作用基本特性的认识还不够深入，并且在进行设备电机功率参数的选择时，主要以公式估算为主，存在着一定的不准确性。
1磨料磨损和疲劳磨损
磨料磨损，指外界硬颗粒或对磨表面硬凸起或粗糙峰在摩擦过程中引起表面材料脱落的现象，磨粒是摩擦表面互相摩擦产生或由介质带入摩擦表面。磨料磨损机理主要包括微观切削、挤压剥落和疲劳破坏。微观切削假说，是磨粒作用于材料表面，可分为法向力和切向力，法向力将磨粒压入材料，形成压坑，切向力推动磨粒向前运动，对表面进行剪切、犁皱和切削，产生致密槽状划痕，是磨粒磨损的主要机理。挤压剥落假说，是磨粒在载荷作用下压入摩擦表面而产生压痕，将塑性材料的表面挤压出层状或鳞片状剥落碎屑，塑性变形使材料表面出现应力集中，逐渐丧失塑性变为脆性状态，出现脆性断裂剥落。疲劳破坏假说，是摩擦表面在磨料产生的循环接触力作用下，使表面材料因疲劳而剥落，由于表层微观组织受周期载荷作用产生硬化的滑移塑变层和裂纹，裂纹扩展直至发生断裂，形成碎屑。以上三种磨料磨损机理假说，还有待于进一步的研究，但必须说明的是磨料磨损过程不是只单纯有一种机理，而是几种机理同时存在，且磨损时外部条件或内部组织时刻发生变化，磨损机理也相应地变化，往往从一种机理为主转变为另一种机理为主。
2基于ＥＤＥＭ的辅助参数设计和优化
2.1ＥＤＥＭ软件仿真
ＥＤＥＭ仿真时间为１０．６，１２．４，１３．２ｓ时，跟踪单一固定铜矿石颗粒，观察动颚板与定颚板对铜矿石的破碎过程（为方便观察，通过ＥＤＥＭ的前处理器将颚式破碎机内的其余部件以及其余铜矿石进行隐藏）。通过ＥＤＥＭ后处理器分别导出不同啮角时所追踪矿石颗粒的破碎键数目。当啮角分别为１６°、１８°、２０°时，所追踪矿石颗粒的破碎键数目随时间逐渐增多，但增加到一定程度后，其增加的速率逐渐减小，这是因为随着时间的增加，所追踪铜矿石已逐渐被破碎，并接近出料口。同时，从图３还可以看出，不同啮角也会对铜矿石颗粒的破碎键数目有影响，进而影响动颚板的磨损情况。
2.2均匀设计简介
均匀设计是由中国科学院应用数学所方开泰教授和王元教授提出的一种试验设计方法，属于伪蒙特卡罗方法的范畴，其突出特点是做到充分的“均匀分散”。可以用最少的试验取得关于系统的尽可能多的信息均匀设计试验方案设计理论的发明是我国为了研制自己的巡航导弹，针对七机部提出的“考虑5个因素，每个因素的水平数要大于10，试验次数不超过50次”的要求，由我国著名数学家王元和方开泰教授经过100多个日夜的共同努力下创建的均匀设计方法，并利用该方法仅安排了31次试验，就成功解决了巡航导弹中控制系统参数设计方面的问题，使得“海鹰一号”巡航导弹首发命中率达到100%。
2.3擦伤式磨损
擦伤式磨损，即低应力磨损，是指硬颗粒和材料相对滑动，产生磨损，但两者之间的作用力较小，硬颗粒不会发生破碎，只是在摩擦副表面进行轻微的滑动，使摩擦副产生微量材料流失的磨损。擦伤式磨损的结果是硬颗粒受到有限强度的应力作用，不发生破碎，摩擦副表面只产生微小的划伤，材料以磨屑形式存在少量的金属流失。摩擦副宏观表面平滑，观察不到明显的磨损现象，而微观可见表面有细密的划痕、磨沟或微坑。动颗板和定颗板表面出现较为集中的细小划痕，同时存在许多不规则的微小斑坑和沟槽，可知颗板与矿石存在低应力接触。颗式破碎机中矿石被挤压破碎，粒度减小，当动颗板相对定颗板作“远离”运动时，矿石在重力作用下，由破碎腔上部区域向排料口自由滑落。矿石沿颗板表面向下滑落产生滑动摩擦，导致颗板受到滑动磨损，存在擦伤式磨损。因此，擦伤式磨损是颗式破碎机颗板受到矿石作用产生的一种重要磨损方式。
2.4破碎衬板的形状尺寸
颗式破碎机在进行破碎作业时，破碎衬板是直接与坚硬物料接触的部分，在破碎过程中其会受到强力作用，因而它属于破碎机众多配件中的易损件。由于破碎过程中衬板的各部分受力状态呈现不均匀性，因而其各部分的磨损情况也是不一致的，通常中下部磨损最快。在实际作业中，为了使破碎衬板得到最大程度的使用，减小作业成本，通常会将衬板调头使用，但这种做法仅限于轻微磨损或中度磨损时使用，当衬板磨损到一定程度，仍必须及时更换以保证产品质量和生产效率。为了减少衬板的消耗数量和更换次数，降低企业生产成本，可从以下方面入手提高破碎机的工作性能:l)选用综合性能更优良的材料。目前常用的材料主要有白口铸铁和高锰钢，但前者脆性较大，在作业时容易被折断，相比之下，锰钢(尤其是含锰12%以上)的韧性更好，并且具有加工硬化的特性，使得其在磨损的同时又能得到不断强化，从而大大延长了使用寿命;2)降低衬板表面粗糙度。相关研究证明，当衬板可承受的接触应力较高时，对其表面粗糙度的要求是较低的，故适当降低衬板的表面粗糙度可有效地提高疲劳磨损性能;3)确定合理的衬板结构。目前破碎衬板的结构主要有两种，一种为衬板截面为平滑状，另一种为带齿状，在实际的破碎作业中，后者的使用更为普遍，且其齿形主要有三角形、矩形、梯形，其中梯形齿的耐磨性最好。
结语
（１）通过９球填充的组合颗粒模型，建立铜矿石离散元模型，采用三维软件ＵＧ建立了颚式破碎机的离散元模型。得出不同的啮角下，矿石颗粒破碎键数目随时间逐渐增加，其增加的速率逐渐减小；且不同的啮角也会对矿石颗粒破碎键数目有影响。（２）通过基于离散元法的正交试验得出：影响动颚板磨损量的顺序是：啮角、肘板摆角和冲程，并求解出参数圆整优化后的结果：啮角为４９°，肘板摆角为８°，冲程为５９ｍｍ，此时动颚板磨损量为１．１６ｍｍ。（３）通过与试验结果对比，得出随着啮角角度的增大，动颚板的磨损量均先递增后递减，两者变化规律一致，验证了离散元软件ＥＤＥＭ仿真分析颚式破碎机动颚板磨损量的可行性。
参考文献
［１］王甜甜，卢才武，李发本．基于ＳＶＭ－ＤＳ融合的破碎机故障智能诊断技术研究［Ｊ］．矿业研究与开发，２０１８，３８（５）：６９－７３．
［２］郭小飞，代淑娟，朱巨建，等．高压辊磨超细粉碎对钒钛磁铁矿分选的影响［Ｊ］．中南大学学报（自然科学版），２０１９，５０（５）：１０１３－１０２０．