權(quán)利要求書： 1.一種球磨機(jī)破碎能量評估方法，包括如下步驟：S1、通過離散元素法建立顆粒運(yùn)動仿真模型首先設(shè)置材料參數(shù)以及材料間的滾動摩擦系數(shù)、滑動摩擦系數(shù)、恢復(fù)系數(shù)，構(gòu)建大、小鋼球顆粒的幾何模型，并導(dǎo)入滾筒幾何體模型；

在滾筒幾何體模型中生成一定數(shù)量的大、小兩種直徑的鋼球顆粒，鋼球生成位置服從均勻分布以模擬球磨機(jī)工作前混合均勻的鋼球，開始轉(zhuǎn)動球磨機(jī)滾筒；待滾筒中顆粒運(yùn)動趨于穩(wěn)定且開始呈現(xiàn)明顯的軸向聚集于分層現(xiàn)象時，進(jìn)入下一步；

S2、計算鋼球間一次碰撞中的破碎能量其中， 為用于破碎原子連接鍵的能量，反映破碎效率， 和 分別為碰撞前鋼球1和鋼球2的機(jī)械能， 和 分別為碰撞后鋼球1和鋼球2的機(jī)械能；

S3、計算軸向分區(qū)的區(qū)域總能量沿滾筒軸向?qū)L筒內(nèi)劃分為若干區(qū)域，在任一區(qū)域中假設(shè)顆粒均勻分布，分別統(tǒng)計每個區(qū)域內(nèi)碰撞次數(shù)和每次碰撞的能量損失，計算區(qū)域內(nèi)的總能量損失，即為該區(qū)域的區(qū)域總能量；

S4、繪制區(qū)域總能量圖，分析破碎效果根據(jù)區(qū)域總能量信息，繪制圖片，與滾筒中的顆粒分布信息比對，即反映滾筒中不同區(qū)域的破碎效果；

步驟S3中計算區(qū)域內(nèi)的總能量損失分為兩步：S3.1、沿軸向?qū)L筒內(nèi)沿軸向劃分為N個區(qū)域，N的值滿足以下公式： ，其中，D為滾筒內(nèi)最大鋼球的直徑，L為滾筒長度；

S3.2、統(tǒng)計每個區(qū)域內(nèi)的總破碎能量，對于區(qū)域i，t時刻處于碰撞狀態(tài)的數(shù)目為S，單次碰撞能量損失為e， ，其中Emin為該區(qū)域所有碰撞中能量損失最少的，Emax為該區(qū)域內(nèi)所有碰撞中能量損失最大的，為分布函數(shù)，則區(qū)域i的碰撞損失總能量為式中ej根據(jù)分布函數(shù)抽樣得到，Ei為該區(qū)域i的碰撞總能量，反映了該區(qū)域的粉磨效果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球磨機(jī)破碎能量評估方法，其特征在于，步驟S2中破碎效率η通過多次重復(fù)試驗取均值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球磨機(jī)破碎能量評估方法，其特征在于，所述材料參數(shù)包括密度、剪切模量和泊松比。

說明書： 一種球磨機(jī)破碎能量評估方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及球磨機(jī)破碎效率評估技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種球磨機(jī)破碎能量的評估方法。

背景技術(shù)[0002] 球磨機(jī)是工程中廣泛使用的一種物料破碎機(jī)械，主要應(yīng)用于礦石、水泥、化工和陶瓷等領(lǐng)域。

[0003] 在球磨機(jī)中，顆粒間相互碰撞是顆粒破碎的主要方式。球磨機(jī)的運(yùn)行是一個資金和能源密集型的過程，因此即使是對于球磨機(jī)效率很小的提升，也能節(jié)省大量的能源與資

金開支，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。

[0004] 目前，對于球磨機(jī)破碎的研究主要有傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和數(shù)值仿真兩類方法。傳統(tǒng)模型有PBM(populationbalancemodel，群體均衡模型)、Bond's(邦德法)等；仿真方法主要

基于DEM(discreteelementmethod，離散元方法)。但這些方法的共同點(diǎn)在于，他們需要一

個數(shù)值來描述球磨機(jī)中的破碎能量。

[0005] 對球磨機(jī)中破碎能量的研究一般基于滾筒內(nèi)顆粒是軸向均勻的假設(shè)，即認(rèn)為鋼球和物料在滾筒內(nèi)的分布是軸向均勻的，對鋼球沿軸向的移動忽略不計。然而，有研究表明，

滾筒內(nèi)顆粒物質(zhì)在運(yùn)動過程中會出現(xiàn)軸向分層現(xiàn)象，即滾筒內(nèi)同種顆粒會聚集在一起。顆

粒分層是顆粒物質(zhì)運(yùn)動的一個重要性質(zhì)，球磨機(jī)中的顆粒分層與滾筒的運(yùn)動形式、顆粒形

狀、顆粒大小等參數(shù)有一些聯(lián)系。另外，球磨機(jī)中的顆粒分層對于球磨機(jī)中不同區(qū)域的破碎

效果產(chǎn)生了不同影響，這給準(zhǔn)確評估球磨機(jī)中的破碎效果帶來了困難。因此，需要提出一種

適用于非均勻混合顆粒的指標(biāo)對粉磨效果進(jìn)行評估，反映顆粒分層對球磨機(jī)粉磨效果的影

響。

發(fā)明內(nèi)容[0006] 本發(fā)明的目的在于：在考慮球磨機(jī)中顆粒軸向分層的情況下，提供一種更準(zhǔn)確可靠的破碎能量評估方法，進(jìn)而準(zhǔn)確評估球磨機(jī)工作的破碎性能。

[0007] 實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：[0008] 一種球磨機(jī)破碎能量評估方法，包括如下步驟：[0009] S1、通過離散元素法建立顆粒運(yùn)動仿真模型[0010] 首先設(shè)置材料參數(shù)以及材料間的滾動摩擦系數(shù)、滑動摩擦系數(shù)、恢復(fù)系數(shù)構(gòu)建大、小鋼球顆粒的幾何模型，并導(dǎo)入滾筒幾何體模型；

[0011] 在滾筒幾何體模型中生成一定數(shù)量的大、小兩種直徑的鋼球顆粒，鋼球生成位置服從均勻分布以模擬球磨機(jī)工作前混合均勻的鋼球，開始轉(zhuǎn)動球磨機(jī)滾筒，待滾筒中顆粒

運(yùn)動趨于穩(wěn)定且開始呈現(xiàn)明顯的軸向聚集于分層現(xiàn)象時，進(jìn)入下一步；

[0012] S2、計算鋼球間一次碰撞中的破碎能量[0013] Eb＝η·[(E1+E2)?(E1'+E2')][0014] 其中，Eb為用于破碎原子連接鍵的能量，η反映破碎效率，E1和E2分別為碰撞前鋼球1和鋼球2的機(jī)械能，E1'和E2'分別為碰撞后鋼球1和鋼球2的機(jī)械能；

[0015] S3、計算軸向分區(qū)的區(qū)域總能量[0016] 沿滾筒軸向?qū)L筒內(nèi)劃分為若干區(qū)域，在任一區(qū)域中假設(shè)顆粒均勻分布，分別統(tǒng)計每個區(qū)域內(nèi)碰撞次數(shù)和每次碰撞的能量損失，計算區(qū)域內(nèi)的總能量損失，即為該區(qū)域的

區(qū)域總能量；

[0017] S4、繪制區(qū)域總能量圖，分析破碎效果[0018] 根據(jù)區(qū)域總能量信息，繪制圖片，與滾筒中的顆粒分布信息比對，即反映滾筒中不同區(qū)域的破碎效果。

[0019] 步驟S3中計算區(qū)域內(nèi)的總能量損失分為兩步：[0020] S3.1、沿軸向?qū)L筒內(nèi)沿軸向劃分為N個區(qū)域，N的值滿足以下公式： 其中，D為滾筒內(nèi)最大鋼球的直徑，L為滾筒長度；

[0021] S3.2、統(tǒng)計每個區(qū)域內(nèi)的總破碎能量，對于區(qū)域i，t時刻處于碰撞狀態(tài)的數(shù)目為S，單次碰撞能量損失為e，e～Θ(Emin,Emax)，其中Emin為該區(qū)域所有碰撞中能量損失最少的，

Emax為該區(qū)域內(nèi)所有碰撞中能量損失最大的，Θ為分布函數(shù)，則區(qū)域i的碰撞損失總能量為

[0022][0023] 式中ej根據(jù)分布函數(shù)抽樣得到，Ei為該區(qū)域i的碰撞總能量，反映了該區(qū)域的粉磨效果。

[0024] 所述材料參數(shù)包括密度、剪切模量和泊松比。[0025] 本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，使其具有的有益效果在于：[0026] 假設(shè)礦料的破碎效果與碰撞過程中的能量損失成正相關(guān)，并將滾筒內(nèi)劃分為若干區(qū)域，因此能準(zhǔn)確反映出區(qū)域之間的差異，能全面反映球磨機(jī)整體工作性能。消除了傳統(tǒng)方

法下忽略顆粒軸向分布不一致而導(dǎo)致的弊端，且在仿真環(huán)境下計算簡單，計算的結(jié)果也比

較準(zhǔn)確。

附圖說明[0027] 圖1為本發(fā)明球磨機(jī)破碎能量評估方法的流程圖；[0028] 圖2是顆粒軸向分層分布情況；[0029] 圖3是顆粒對礦粒的破碎示意圖；[0030] 圖4是滾筒區(qū)域分割圖(滾筒前視圖)；[0031] 圖5是大顆粒?大顆粒碰撞能量損失碰撞能量損失圖；[0032] 圖6為大顆粒?小顆粒碰撞能量損失圖；[0033] 圖7為小顆粒?小顆粒能量損失圖；[0034] 圖8為小顆粒?幾何體能量損失圖。具體實施方式[0035] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

[0036] 步驟一：通過離散元素法建立顆粒運(yùn)動仿真模型。[0037] 首先設(shè)置材料參數(shù)(密度、剪切模量和泊松比)以及材料間的滾動摩擦系數(shù)、滑動摩擦系數(shù)、恢復(fù)系數(shù)。構(gòu)建大小鋼球顆粒的幾何模型，并導(dǎo)入滾筒幾何體模型。

[0038] 在滾筒幾何體模型中生成一定數(shù)量的大、小兩種直徑的鋼球顆粒，鋼球生成位置服從均勻分布以模擬球磨機(jī)工作前混合均勻的鋼球。開始轉(zhuǎn)動球磨機(jī)滾筒，待滾筒中顆粒

運(yùn)動趨于穩(wěn)定且開始呈現(xiàn)明顯的軸向聚集于分層現(xiàn)象時，此時的大小球分布如圖2所示。可

見大顆粒仍基本均勻分布，小顆粒在分布上呈現(xiàn)出在兩端和中間聚集的情況。

[0039] 步驟二：計算鋼球間一次碰撞的破碎能量。[0040] 球磨機(jī)對礦料進(jìn)行破碎是利用滾筒內(nèi)磨介與磨料之間的碰撞、擠壓、研磨的過程。當(dāng)磨料質(zhì)量較大時，磨料間的碰撞、磨料與滾筒的碰撞可能引起礦粒的破碎。隨著粉碎過程

的進(jìn)行，磨料體積會不斷變小。當(dāng)磨料質(zhì)量小時，磨料間的相互碰撞則不能引起顆粒的破

碎。此時礦料的破碎主要依靠鋼球的撞擊作用。如圖2所示。

[0041] 鋼球1碰撞前的機(jī)械能E1，鋼球2碰撞前的機(jī)械能E2，碰撞后，鋼球1和鋼球2的機(jī)械能為E1'和E2'，則碰撞過程中損失的機(jī)械能為

[0042] ΔE＝(E1+E2)?(E1'+E2')[0043] 碰撞過程中損失的能量ΔE中，一部分以噪聲、振動等形式耗散，還有一部分用于打破礦粒間的原子間連接鍵，實現(xiàn)對礦料的破碎。記η為碰撞的破碎效率，則

[0044] Eb＝η·ΔE[0045] 式中，Eb為用于破碎原子連接鍵的能量。實際每一次碰撞過程中，η的值都是不同的，但是對于特定的鋼球配比，總可以給出一個η的均值，從總體上反映破碎效率。

[0046] 因此假設(shè)，礦料的破碎效果與碰撞過程中的能量損失成正相關(guān)，即碰撞過程中損失的能量越多，則用于破碎的能量也越多，破碎效率也就更高。

[0047] 步驟三：計算軸向分區(qū)的區(qū)域總能量。[0048] 沿軸向?qū)L筒內(nèi)劃分為若干區(qū)域，如圖4所示，在任一區(qū)域中假設(shè)顆粒均勻分布。[0049] 區(qū)域的劃分?jǐn)?shù)量根據(jù)滾筒內(nèi)鋼球的大小來定。滾筒內(nèi)最大鋼球的直徑為D，滾筒長L，劃分的總區(qū)域數(shù)目為N，

[0050] 接下來，分別統(tǒng)計每個區(qū)域內(nèi)碰撞次數(shù)和每次碰撞的能量損失，計算區(qū)域內(nèi)的總能量損失，即為該區(qū)域的區(qū)域總能量。對于區(qū)域i(i＝1,2,3…N)，t時刻處于碰撞狀態(tài)的數(shù)

目為S，單次碰撞能量損失為e，e～Θ(Emin,Emax)，其中Emin為該區(qū)域所有碰撞中能量損失最

少的，Emax為該區(qū)域內(nèi)所有碰撞中能量損失最大的，Θ為分布函數(shù)，分布函數(shù)與該區(qū)域內(nèi)鋼

球總數(shù)、轉(zhuǎn)速等有關(guān)。則區(qū)域i的碰撞損失總能量為

[0051][0052] 式中ej根據(jù)分布函數(shù)抽樣得到。Ei為該區(qū)域i的碰撞總能量，反映了該區(qū)域的粉磨效果。

[0053] 步驟四：繪制區(qū)域總能量圖，分析破碎效果。[0054] 對每種碰撞的能量損失進(jìn)行抽樣，得到能量損失樣本空間S。[0055] 如表1所示，樣本空間S有四個子空間，分別為大顆粒?大顆粒碰撞能量損失樣本空間、大顆粒?小顆粒碰撞能量損失樣本空間、小顆粒?小顆粒能量損失樣本和小顆粒?幾何體

能量損失樣本空間。

[0056] 表1碰撞能量損失樣本空間[0057][0058] 根據(jù)上述算法，計算各區(qū)域的各種碰撞的區(qū)域總能量，結(jié)果如圖5～圖8所示。[0059] 可以看出，小顆粒參與的碰撞能量損失，由于小顆粒數(shù)目沿滾筒軸向分布不均勻，區(qū)域總能量沿軸向也是不均勻的：碰撞在中部和兩端區(qū)域的區(qū)域總能量要大于在其他區(qū)

域；且有小顆粒參與的三種碰撞能量的分布圖形與小顆粒分布圖形相似。而大顆粒?大顆粒

碰撞的能量損失在軸向分布幾乎不變，呈均勻分布。

[0060] 由此可見，不同種類碰撞能量沿軸向分布不均勻，且區(qū)域總能量分布與顆粒數(shù)目分布近似正相關(guān)。

[0061] 區(qū)域總能量是將滾筒劃分為若干區(qū)域，獨(dú)立計算每一個區(qū)域內(nèi)破碎能量的方法，此方法能準(zhǔn)確反映球磨機(jī)各個區(qū)域內(nèi)的工作效果，對整體工作效果的反映更加全面。

[0062] 算例計算結(jié)果表明當(dāng)顆粒分布不均勻時，球磨機(jī)各區(qū)域的破碎效果是不均勻的。因此，采用區(qū)域總能量來評估球磨機(jī)工作效果是有必要的。

[0063] 以上結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對本發(fā)明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成本發(fā)明的限定，本發(fā)

明將以所附權(quán)利要求限定的范圍作為本發(fā)明的保護(hù)范圍。