基于离散单元法的高压辊磨机性能分析及辊面优化研究.pdf

摘要

基于离散单元法的高压辊磨机性能分析及辊面优化研究

高压辊磨机是一种重要的矿物粉磨设备，主要用于磨细和磨碎各种物料，如矿石、

水泥、煤等。高压辊磨机具有高效、节能、环保等优点，能够大幅提高粉体加工的效率

和质量，同时减少粉尘污染，符合环保要求。然而，高压辊磨机作业过程中存在一些缺

陷。辊面的磨损比较严重，辊面磨损分布不均匀，这会大大缩短辊子的使用寿命，影响

高压辊磨机的性能。因此，对高压辊磨机的性能分析和辊面结构优化是十分必要的。本

文结合“山西省煤基重点科技攻关项目”展开研究，基于离散单元法对高压辊磨机进行

性能分析及辊面优化研究。

研究内容如下：

一、对国内外高压辊磨机的研究与发展现状进行综述概括。根据高压辊磨机建模

方面的相关研究资料，介绍高压辊磨机的结构和工作原理。在此基础上，对高压辊磨机

的主要结构参数进行分析求解，并建立高压辊磨机的主要性能参数预测模型，同时对

存在的边缘效应进行分析。

二、基于物料的压缩-膨胀特性和辊子的运动特性，将高压辊磨机的工作区间划分

为三个区域：加速区、压缩区和膨胀区。基于此，对各个区域中物料的运动情况和辊子

受力分布情况进行理论分析与建模。为了更加准确地预测辊子压力分布情况，采取模

拟物料压缩-膨胀特性的活塞压力试验。通过该试验可以得到物料在压缩粉碎过程中的

力-位移曲线，根据物料在工作区间的相对密度实现辊子表面的压力分布预测。

三、根据高压辊磨机的结构尺寸和工作原理，结合高压辊磨机的最新研究进展，建

立高压辊磨机的离散元仿真模型，用于模拟高压辊磨机实际的运行状态和物料粉碎过

程。此外，对实际运行的高压辊磨机进行数据采集，通过将高压辊磨机的仿真结果与试

验结果进行对比，结果表明仿真模型具有一定的可行性。在此基础上，通过离散单元法

对高压辊磨机辊面结构的尺寸和排列布置方式进行优化研究，以辊钉尺寸、间距比和

间隔角度为研究对象，以生产率、功耗和排料粒度为优化目标进行多目标优化，优化后

的结果表明高压辊磨机的性能得到显著提升。

综上所述，本文建立了高压辊磨机的主要性能参数计算模型，并结合活塞压力试

验对高压辊磨机中物料的粉碎过程进行了分析。通过离散单元法对高压辊磨机工作过

程进行了仿真，并通过试验进行了验证。在此基础上，基于离散单元法探索了辊面结构

I

的尺寸和排列布置方式对高压辊磨机主要性能的影响，并对辊面结构进行了优化设计。

本文的研究工作对高压辊磨机的设计具有一定的参考价值。

关键词：高压辊磨机，离散单元法，辊面结构，动态仿真，优化设计

II

ABSTRACT

PerformanceAnalysisandSurfaceOptimizationofHigh-Pressure

GrindingRollsBasedonDiscreteElementMethod

High-pressuregrindingrollsisanimportantmineralpowdergrindingequipmentmainly

usedforgrindingandcrushingvariousmaterialssuchasores,cement,coal,etc.High-pressure

grindingrollshastheadvantagesofhighefficiency,energysaving,andenvironmental

protection.Itcangreatlyimprovetheefficiencyand