考虑粒形转化特性的圆锥破碎机层压破碎行为研究.pdf

第5 3 卷第1 6 期 2 017 年8 月 机械工程学报 J O U R N A LO FM E C H A N I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．5 3 A u g ． N O ．1 6 20l7 D o I l O ．3 9 0 1 ／J M E ．2 0 1 7 ．1 6 ．1 7 3 考虑粒形转化特性的圆锥破碎机层压破碎 行为研究水 张子龙任廷志程加远金昕 燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心秦皇岛0 6 6 0 0 4 摘要为精确描述圆锥破碎机内散体物料层压破碎行为的本质，基于总体平衡理论和层压破碎理论，引入粒度相对系数描述 不同粒度散体物料破碎特性，考虑散体物料层压破碎过程中粒形转化行为，建立圆锥破碎机双粒形循环层压破碎模型，并通 过立方状及针片状散体物料层压破碎模拟试验对模型参数进行求解。以Z S 2 0 0 M F 型圆锥破碎机为例，对两种粒形散体物料 层压破碎过程中粒度分布特性与粒形转化行为进行模拟计算，得到两种粒形散体物料粒度分布，与实测值相比误差值最大为 4 ．8 ％，验证模型的有效性和可行性，证明增加破碎层数量和提高破碎层压缩比可以降低破碎产品的有效针片率，为改善圆锥 破碎机破碎产品质量及设计高能破碎腔形提供理论基础。 关键词圆锥破碎机；层压破碎；粒形转化；有效针片率 中图分类号T D 4 5 1 R e s e a r c ho nt h eI n t e r - p a r t i c l eB r e a k a g eo fC o n eC r u s h e rC o n s i d e r i n gt h e Ch a r a c t e r i s t i c so fP a r t i c l eS h a p eT r a n s f o r m a t i o n Z H A N G Z i l o n g R E NT i n g z h iC H E N GJ i a y u a nJ I NX i n N a t i o n a lE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e rf o rE q u i p m e n ta n dT e c h n o l o g yo fC o l dS t r i pR o l l i n g ， Y a n s h a nU n i v e r s i t y , Q i n h u a n g d a o0 6 6 0 0 4 A b s t r a c t I no r d e rt od e s c r i b et h ee s s e n c eo ft h ei n t e r - p a r t i c l eb r e a k i n gb e h a v i o ro ft h em a t e r i a l si nt h ec o n ec r u s h e ra c c u r a t e l y , a n i n t e r - p a r t i c l eb r e a k a g em o d e l i Se s t a b l i s h e db a s e do np o p u l a t i o nb a l a n c et h e o r ya n di n t e r - p a r t i c l eb r e a k a g et h e o r y ，i nt h i sm o d e la p a r t i c l er e l a t i v es i z ec o e f f i c i e n ti Si n t r o d u c e dt od e s c r i b et h ei n t e r - p a r t i c l eb r e a k a g ec h a r a c t e r i s t i c so fp a r t i c l e so fd i f f e r e n ts i z e 。a n d t h ep a r t i c l es h a p et r a n s f o r m a t i o ni sc o n s i d e r e di nt h ei n t e r - p a r t i c l eb r e a k a g e ．A ni n t e r - p a r t i c l eb r e a k a g ee x p e r i m e n tu s i n gc u b i ca n d f l a k i n e s sp a r t i c l ea sc r u s h i n gm a t e r i a l si sc o m p l e t e dt or e g r e s st h em o d e lp a r a m e t e r s ．T a k i n gZ S 2 0 0 M Fc o n ec r u s h e ra sa ne x a m p l e ， t h ec h a r a c t e r i s t i c so fp a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o na n dt h ep a r t i c l es h a p et r a n s f o r m a t i o nb e h a v i o ro fg r a n u l a rm a t e r i a l so f t w ok i n d so f s h a p ea r ei n v e s t i g a t e db ys i m u l a t i o n ．a n dt h ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o ni so b t a i n e d ．T h em a x i m u me r r o ri S4 ．8 ％c o m p a r ew i t ht h e m e a s u r e dv a l u e ．a n dt h u st h ee f f e c t i v e n e s sa n dp r a c t i c a b i l i t yo ft h em o d e la r ep r o v e d ．R e s u l t ss h o wt h a tt h ei n c r e a s eo ft h en u m b e r a n dt h ec o m p r e s s i o nr a t i oo ft h eb r e a kz o n e sc a nr e d u c et h ee f f e c t i v ef l a k i n e s si n d e xo ft h ep r o d u c t ．w h i c hp r o v i d e sat h e o r e t i c a l f o u n d a t i o nf o rp r o d u c tq u a l i t yi m p r o v e m e n ta n dc r u s h i n gc h a m b e rd e s i g no ft h ec o n ec r u s h e r ． K e yw o r d s c o n ec r u s h e r i n t e r - p a r t i c l eb r e a k a g e p a r t i c l es h a p et r a n s f o r m a t i o n ；e f f e c tf l a k i n e s si n d e x 0 前言 圆锥破碎机是散体物料破碎工艺中不可或缺 的关键设备，广泛应用于矿山、路桥、冶金、化工 及水利等工业部门【lJ 。圆锥破碎机破碎产品的粒度 分布和粒形质量综合决定了圆锥破碎机破碎性能， 体现了圆锥破碎机性能的优劣瞄J 。由于圆锥破碎机 不合理的设计和使用，使破碎产品粒度分布宽泛， 国家科技支撑计划资助项目 2 0 1 1 B A F l 5 8 0 1 。2 0 1 6 0 8 0 9 收到初稿 2 0 1 7 0 3 0 7 收到修改稿 针片状物料质量占比过大，导致圆锥破碎机破碎产 品合格率低，以致原料无法充分利用和能源过度消 耗。圆锥破碎机层压破碎行为的数学模型揭示了圆 锥破碎机内散体物料破碎行为的本质，并可对散体 物料层压破碎动态过程中的粒度和粒形信息进行模 拟计算，为圆锥破碎机腔形设计、工艺参数制定及 优化破碎产品质量提供理论指导，因而具有重要的 理论意义和实践价值。 国内外学者针对圆锥破碎机层压破碎行为的 数学模型展开了相关研究E V E R T S S O N 等L 3 - 5 1 建立 了压缩比与选择函数间的函数关系及当量粒度、压 万方数据 1 7 4机械工程学报 第5 3 卷第1 6 期 缩比与破碎函数间的函数关系，并基于总体平衡理 谢刨和矩阵计算模型【7 1 得出了散体物料层压破碎行 为的粒度分布模型。黄冬明等瞄J 将粒度分布系数引 入选择函数模型，描述了物料层压破碎过程中粒度 分布均匀性对选择函数的影响。E L O R A N T A 掣弘J 建立了以给料平均粒度、闭边排料口尺寸及破碎产 品粒度为参数的圆锥破碎机破碎产品针片率经验计 算公式。B E N G T S S O N 等1 1 2 - 1 3 ] 提出了将针片率经验 计算模型与选择破碎过程相结合用于圆锥破碎机破 碎产品粒度粒形预测的方法。马彦军等u 刮通过对散 体物料层压破碎模拟试验中针片率的研究，建立了 针片状散体物料选择函数与破碎函数的数学模型， 得出了圆锥破碎机破碎产品粒度与粒形的求解方 法。然而现有模型未考虑不同粒度散体物料破碎特 性的差异，使散体物料选择破碎特性单一，将粒度 与粒形选择破碎过程相互独立分析，忽略粒形转化 行为对破碎结果的影响，导致现有模型无法精确反 映物料破碎行为，必然影响圆锥破碎机破碎产品质 量预测的精确性。因此，有必要考虑散体物料本身 特性及层压破碎过程中粒形转化行为，建立更为精 确的圆锥破碎机层压破碎模型。 本文基于散体物料层压破碎理论，综合分析层 压破碎产品的粒度及粒形分布规律，考虑散体物料 粒度对层压破碎特性的影响及层压破碎过程中粒形 转化规律对破碎结果的影响，提出将粒度相对系数 引入选择函数来描述散体物料层压破碎过程中的尺 寸效应，创建粒形转化函数表述散体物料层压破碎 粒形转化行为，最终建立圆锥破碎机双粒形循环层 压破碎模型，并根据此模型提高圆锥破碎机产品质 量预测精度，从而为研发圆锥破碎机高能破碎腔型 和优化工作参数奠定理论基础。 1 圆锥破碎机双粒形循环层压破碎模型 结合散体物料运动特性与圆锥破碎机破碎腔 几何特征得出散体物料在破碎腔内的运动轨迹，如 图1 所示，并将破碎腔划分为不同的破碎层。当散 体物料通过任一破碎层时受挤压而发生一次破碎行 为，散体物料的一次破碎行为中包含两种破碎形式 粒度的减小和粒形的转化。圆锥破碎机破碎腔任一 破碎层中皆是两种粒形及不同粒度的混合散体物 料，当混合散体物料在破碎层中以一定的压缩比发 生层压破碎后，部分散体物料发生破碎产生粒度小 于当前粒度的子级散体物料，同时部分破碎的散体 物料发生粒形转化产生另一种粒形的散体物料，各 类散体物料破碎后混合为下一次破碎行为的给料。 通过研究散体物料层压破碎过程中粒形转化规律， 建立如图2 所示的圆锥破碎机双粒形循环层压破碎 模型，揭示了两种粒形的散体物料相互转化行为对 圆锥破碎机层压破碎过程的影响。 排料口 图1圆锥破碎机破碎腔分层特性 1 。， 卜Q c , 脓蕊”如I { 生巨- 卜_ 如。 k O r , f l 凡‘, , s ％r , , f 厶f , , l { _ 『[ 乎霉爷％ 图2圆锥破碎机双粒形循环层压破碎模型 如图2 所示，五。、矗、p 。。、p 伽为第n 次破碎行 为立方状与针片状散体物料给料与排料粒度分布， 。、鼢为立方状与针片状散体物料选择函数，曰。。、 B f ．为立方状与针片状散体物料破碎函数，Q c 。、Q f ． 为立方状与针片状散体物料粒形转化函数。通过矩 阵计算建立圆锥破碎机双粒形循环层压破碎模型的 数学表达式如式 1 所示 挺川厶1 2 瓦2 3 ⋯瓦l 々 0 五栊X c 脚⋯置磁 0 0 置脚⋯五臌 000 ⋯X c 憾 如1 1 O O O 瓦1 2 如2 2 O O ⋯瓦1 女 ⋯如2 女 ⋯如3 女 ⋯X 撇 式中，五舭为第n 次破碎行为立方状散体物料给料第 k 粒级质量占比；矗々为第n 次破碎行为针片状散体 D ● 2 3 七厶厶厶．．．厶 ● 2 3 七 以 以 以．．． 岛 ● 2 3 七厶厶矗；氏 3 3 1 J 眈 眈 ∞．．． 0 X Z X 万方数据 2 0 1 7 年8 月 张子龙等考虑粒形转化特性的圆锥破碎机层压破碎行为研究 1 7 5 物料给料第k 粒级质量占比；墨。胜为圆锥破碎机双 粒形循环层压破碎模型立方状散体物料算子；‰献 为圆锥破碎机双粒形循环层压破碎模型针片状散体 物料算子。 由图2 所示的破碎模型可得第咒次破碎行为排 料p 。。与p 勘的数学模型如式 2 、 3 所示 几 I S c 。 Z 。 I 一线 暖。＆六。 绋％黾 2 P 加 I 一黾 厶 J 一线 ％ 厶 Q c 。吃。s 。。五。 3 最终排料为两种粒形的混合散体物料，如式 4 所示 j k P c 。 p 伤 4 根据圆锥破碎机破碎腔内散体物料运动特性 对破碎腔划分不同破碎层，将粒形转化行为与层压 破碎模型结合，建立了圆锥破碎机双粒形循环层压 破碎模型，通过该模型可对圆锥破碎机内两种粒形 散体物料的层压破碎动态过程进行模拟计算，并对 圆锥破碎机破碎性能进行深入研究。 2 层压破碎试验及模型关键参数求解 为建立圆锥破碎机双粒形循环层压破碎模型， 并对圆锥破碎机破碎产品粒度分布及粒形分布特性 进行求解，必须对层压破碎模型的选择函数、破碎 函数及粒形转化函数中参数进行求解。通过分析散 体物料层压破碎模拟试验过程可知层压破碎结果与 破碎前散体物料的初始状态、层压破碎过程特征参 数及散体物料粒度特性有关，因此，层压破碎模型 中的选择函数、破碎函数及粒形转化函数与粒度分 布系数盯、压缩比s 及粒度相对系数口有关。粒度 分布系数盯表征散体物料在破碎初始状态时各粒度 分布的均匀性，压缩比s 表征破碎过程中压下量与 初始料层高度之间的比例关系，粒度相对系数口表 征散体物料中某一粒度在给料粒度范围中分布情 况，其中，粒度分布系数∥1 可表示为 r 七，， 埘 、2 ] 1 ／2／删 仃 l ∑AI 乏一∑P ，孑Il ／∑p ，乏 5 L i 1 ＼f - 1 ／- J ／扛1 式中，P i 为散体物料第i 粒级的质量占比；d i 为散 体物料第f 粒级的平均粒度。 压缩比, ￡D q s J 可表示为 占 s ／b 6 式中，b 为破碎层高度；S 为破碎层压缩量。 粒度相对系数口可表示为 ∥ l d i 一‰ ／ ‰一‰ m 7 式中，如。为破碎散体物料最大粒度；d I I l i 。为破碎 散体物料最小粒度；m 为拟合参数。 2 ．1 层压破碎试验过程 考虑散体物料层压破碎过程中粒形转化行为 对破碎结果的影响和粒度导致的物料破碎尺寸效 应，采用不同粒度的立方状与针片状散体物料分别 进行层压破碎模拟试验，研究层压破碎模型相关参 数对破碎结果的影响。选定粒度分布系数盯、压缩 比s 及粒度相对系数∥作为主要试验研究参数，根 据圆锥破碎机工作性能及破碎腔几何特征，在合理 范围内确定研究参数的试验值。试验设备及结果如 图3 a ～3 d 所示，将散体物料装入层压破碎试验试筒 中，放置于液压式压力机工作平台上，通过压力机 对试筒中的散体物料进行层压破碎，将破碎后的散 体物料用标准石子筛进行筛分，采用游标卡尺法进 行粒形分拣并用电子秤进行称量，可得到一系列的 破碎产品粒度分布与粒形分布特性试验数据。 阑鍪 a 液压式压力机 b 层压破碎试筒及压头 窜棚 c 标准石r 筛【d 层压破碎产品 图3 层压破碎试验设备及试验辅助设备 圆锥破碎机双粒形散体物料层压破碎试验的 具体步骤如下所述。 1 采用游标卡尺法 J T GE 4 2 2 0 0 5 选取粒度 为2 6 ．5 ～3 1 ．5m m 的立方状散体物料作为试验材料 装入试筒，装料高度为待破碎物料最大粒度的6 倍【J 川，并对试筒内物料进行平整，确保散体物料表 面高度差在1I i l l “ I ] 1 内，安装压头，将试筒放置于压 力机水平工作台上。 2 根据试验设计压缩比s 和试筒中装料高度b 确定压下量s ，通过压力机控制系统使压头匀速压 下，对试筒内散体物料进行层压破碎。 3 测量破碎后散体物料在试筒中的高度，采 万方数据 万方数据 2 0 1 7 年8 月张子龙等考虑粒形转化特性的圆锥破碎机层压破碎行为研究 1 7 7 J o ．0 5 9 f 1 2 一o ．2 0 5 ／7 0 ．4 9 8 9 Q f s ／b ，∥ | _ O ．0 0 8 s ／b 2 1 ．1 5 9 s ／b 0 ．3 4 1l l o ．5 9 4 f 1 2 1 ．1 8 7 f l o ．2 4 2 『 1 0 对式 9 、 1 0 所示的粒形转化函数进行数值计 算，可得如图4 所示的粒形转化函数图。随着粒度 相对系数与压缩比的增大，立方状散体物料粒形转 化函数值减小，而针片状散体物料粒形转化函数值 增大，这是由针片状散体物料几何特征决定的，较 大的尺寸比导致其在大压缩比层压破碎过程中极易 产生立方状散体物料，从而使立方状散体物料在破 碎产品中质量占比增大，导致针片状散体物料粒度 转化系数增大。 籁 圜 基 蜱 婆 婪 薪 旧 基 蜱 釜 袋 a 立方状散体物料粒形转化函数 b 针片状散体物科粒肜转化晒数 图4 粒形转化函数 2 ．3 立方状散体物料的破碎模型 散体物料在层压破碎过程中由于粒度大小导 致受力点数目不同及较大粒度物料包含的更多缺陷 等原因，需要考虑粒度相对系数对选择函数的影响。 立方状散体物料选择函数是破碎层压缩比、散体物 料粒度分布系数及粒度相对系数的函数，通过对试 验数据进行统计回归，建立如式 1 1 所示的立方状 散体物料选择函数 S s l b ，8 , p l - 2 ．8 1 3 s ／b 2 3 ．3 4 0 s ／b - O ．0 0 4 X [ 1 0 ．6 8 3 e x p - 4 ．4 4 1 ／3 - I 卜7 2 9 a 20 ．2 0 8 0 “ 0 。9 9 9 ] 1 1 立方状散体物料破碎函数的本质是参与破碎 的某一粒度散体物料在固定压缩比层压破碎后的破 碎产品粒度分布函数。对试验数据进行统计回归， 建立如式 1 2 ～ 1 3 所示的立方状散体物料破碎函数 B D l ，s ／b { 1 - [ 口， 口。 m ] } D I 唧”2 扣伯’ I 口3 口4 s ／b 1 4 1 2 a l 2 1 ．7 7 6a 2 一3 4 ．7 6 9a 3 一0 ．0 0 3a 4 0 ．3 3 5 B 瓦l o g 丽2 d i ／d r a i n 1 3 ‘l 0 9 2 氏。／‰。 7 d m 。 2 6 ．5d 1 1 1 i 。 0 ．0 0 8 式中，B 为破碎函数；a l 、a 2 、a 3 、a 4 为拟合系数； 靠。为散体物料最大粒度；‰i 。为散体物料最小粒 度；盔为第i 级散体物料粒度D i 为第i 级散体物料 当量粒度。 对式 1 1 所示立方状散体物料选择函数进行数 值计算，可得如图5 所示的立方状散体物料选择函 数分布图。随着粒度分布系数减小和压缩比与粒度 相对系数增加，立方状散体物料选择函数值增大， 其原因为粒度分布系数减小使散体物料粒度分布 均匀，粒度相对较小的散体物料质量占比较小，从 而散体物料破碎过程的保护作用降低，导致选择函 数值增大；粒度相对系数增大使物料内部包含的缺 陷数量及表面受力点增多，导致选择函数值增大； 压缩比增大使破碎腔内散体物料受到更大的挤压破 碎作用，导致选择函数值增大。 豁 嚼 鞋 则 7 { 7 寸／ 十／ 望 o1 篷主滋 } ，7 ，，7 ～1 ～～_ 刍盈嗣I _ I l f ；一 图5 立方状散体物料选择函数 图6 为立方状散体物料破碎函数曲线图。随着 散体物料粒度增大，破碎函数曲率不断增大，这是 由于立方状散体物料发生层压破碎时产生的粒度较 大的物料所占质量比较大导致。随着压缩比不断增 大，立方状散体物料破碎函数值增大。 2 ．4 针片状散体物料的破碎模型 考虑针片状散体物料破碎过程中粒度相对系 数对选择函数的影响，根据试验数据进行统计回归， 建立如式 1 4 ～ 1 6 所示的针片状散体物料选择函 数和破碎函数 万方数据 第5 3 卷第1 6 期 1 一 装 一 丑 求 舡 k 嬉 图6、、，力叫犬散体物料破f r 卒两数 S s ／b ，∥ E I - O ．5 5 7 e x p 一5 ．4 7 4 f 1 ] 卜1 4 3 s ／b 2 3 ．5 3 9 s ／b O ．0 0 4 【 1 4 e L , i ，s ／b t { 1 - E 口， a 4 J ／6 ] } D I ”喇6 ’ [ 口3 口。 s ／6 ] 口 1 5 a l 3 2 ．7 4 4a 2 一6 4 ．4 6 2 a 3 O ．0 1 5 a 4 0 ．2 4 8 D f 瓦l o g 蕊2 d i ／d m i n 1 6 ‘l 0 9 2 ‰。／d 删。 7 d m ．x 3 1 ．5d m i 。 0 ．0 0 8 对式 1 4 ～ 1 6 所示针片状散体物料选择函数 和破碎函数进行数值计算，可得出如图7 、8 所示的 针片状散体物料选择函数和破碎函数分布图，当针 片状散体物料粒度相对系数和压缩比增大，其选择 函数值增大，即针片状散体物料被破碎的概率量增 加。当压缩比增大时，针片状散体物料破碎函数值 增大。 1 簌O 闼0 萋o 0 图7 针片状散体物料选择函数 3基于双粒形循环层压破碎模型的圆 锥破碎机破碎性能分析 3 , 1圆锥破碎机层压破碎数值模拟 以Z S 2 0 0 M F 型圆锥破碎机为例，其参数如表3 所示。 粒度／m m 图8 针片状散体物料破碎函数 表3Z S 2 0 0 M F 型圆锥破碎机工作及结构参数 采用圆锥破碎机双粒形循环层压破碎模型对 Z S 2 0 0 M F 型圆锥破碎机破碎性能进行仿真求解。根 据圆锥破碎机工作及结构参数对破碎腔进行分层， 结合破碎层特性与给料信息可对圆锥破碎机内层压 破碎过程中的选择函数、破碎函数及粒形转化函数 进行求解，进而得出破碎产品信息。根据表3 中各 项数据并结合圆锥破碎机双粒形循环层压破碎模型 式 2 ～ 4 ， 9 ～ 1 6 对破碎产品信息及破碎腔中 各破碎层散体物料信息进行求解，所得如图9 、lO a 、 l O b 所示。 1 0 0 9 0 8 0 7 0 妥6 0 求5 0 坚4 0 嫁3 0 2 0 1 0 O 粒径／m m 图9 破碎产品粒度分布 由图9 可知，总粒度分布模拟计算值与实测值 最大误差为4 ．7 ％，立方状粒度分布模拟计算值与实 测值最大误差值为4 ．8 ％，模拟计算排料粒度为 7 8 ．2 ％与标定值8 0 ％接近，因此采用圆锥破碎机双 粒形循环层压破碎模型对Z S 2 0 0 M F 型圆锥破碎机 破碎性能模拟计算值与实测值基本相符，证明了采 用圆锥破碎机双粒形循环层压破碎模型对圆锥破碎 机破碎性能进行模拟计算的有效性和可行性。 由图l O a 可知，立方状散体物料粒度分布曲线 随着破碎次数的增加，其处于较小粒度部分的曲率 不断增大，处于较大粒度部分的曲率不断减小，这 万方数据 2 0 1 7 年8 月张子龙等考虑粒形转化特性的圆锥破碎机层压破碎行为研究 1 7 9 是由于立方状散体物料在破碎腔内经过多次破碎 后，粒度较大散体物料逐渐破碎成为粒度较小散体 物料，使其质量占比不断减少。由图l O b 可知，散 体物料针片率随着破碎次数的增加，先上升后下降， 其原因为针片状散体物料在层压破碎过程中，随着 破碎进程经过二次破碎或数次破碎使其不断发生粒 形转化行为，导致针片率下降。 8 0 7 0 6 0 蚤5 0 鑫4 0 k3 0 摆2 0 I O O 4 0 3 5 3 0 耋2 5 裔2 0 乜1 5 蜷1 。 5 O o1 2 5O2 5O 512481 63 2 6 4 粒径／m m a 立方状散体物料粒度分布 粒径加m b 针片状散体物料粒度分布 图1 0 立方状肌针片状散体物料粒度分布 3 ．2 圆锥破碎机层压破碎性能分析 在散体物料多段破碎工艺流程中常设置闭路 破碎，通过振动筛对破碎机中大于目标粒度的破碎 产品筛分后再次进行破碎，圆锥破碎机通常作为一 种高效的细碎设备被设置于破碎工艺流程末段，其 闭边排料口尺寸一般设置为目标粒度，因此，若采 用以闭边排料口尺寸为标准粒度衡量破碎产品中针 片状散体物料的质量占比，可以更有效地反映圆锥 破碎机破碎性能，建立有效针片率如式 1 7 所示 P j “P P s 用∥2 音2 上p c c 。 p f c s 1 7 ‘ c J 式中，用务为有效针片率；雕”为以闭边排料口尺 寸为标准的针片状散体物料质量占比；R “为以闭 边排料口尺寸为标准的立方状散体物料质量占比 严为以闭边排料口尺寸为标准的散体物料质量 占比。 基于式 1 7 所示有效针片率模型，对圆锥破碎 机破碎产品粒度粒形信息中以闭边排料口尺寸为标 准粒度的破碎产品进行模拟计算可得到如图1 1 所 示的有效针片率曲线图。 摹 一 丑 套 舡 k 撰 l23456 7 8 91 01 11 2 1 31 41 5 破碎层序号 由图1 1 可知，随着散体物料层压破碎过程不断 进行，以闭边排料口为标准粒度的总散体物料、立 方状散体物料及针片状散体物料筛下比增加，这是 由于散体物料在圆锥破碎机内经过多次破碎后，粒 度不断减小，使散体物料较小粒度的破碎产品含量 提高。有效针片率的变化趋势直接受散体物料粒形 转化函数的影响，表现为缓慢增加后加速下降，这 是由于在破碎初期，圆锥破碎机给料中立方状散体 物料含量较高，并且较小的压缩比导致各粒度中立 方状散体物料转化率函数值较大但针片状散体物料 转化函数值较小，使立方状散体物料转化成为针片 状散体物料较多，而针片状散体物料转化成为立方 状散体物料较少，导致有效针片率由3 7 ．4 ％缓慢升 高到3 8 ．4 ％；随着散体物料进一步破碎，各破碎层 压缩比增大，立方状散体物料转化函数值降低同时 针片状散体物料转化函数值升高，使转化成为针片 状散体物料的立方状散体物料降低，而转化成为立 方状散体物料的针片状散体物料增加，导致有效针 片率由3 8 ．4 ％快速下降到2 6 ．7 ％。由此可知，增加 圆锥破碎机破碎腔破碎层数并且采用较大压缩比可 以降低破碎产品的有效针片率，提高破碎产品的质 量。通过圆锥破碎机双粒型循环层压破碎模型对破 碎腔内各破碎层中两种粒型的散体物料粒度分布信 息进行研究，从而实现对散体物料由给料、破碎、 排料过程信息进行仿真模拟，为圆锥破碎机破碎性 能研究提供理论基础。 4结论 1 将粒度相对系数引入圆锥破碎机层压破碎 万方数据 1 8 0机械工程学报第5 3 卷第1 6 期 模型，并考虑了散体物料破碎过程中粒形转化行为， 建立了圆锥破碎机双粒形循环层压破碎模型，利用 圆锥破碎机给料信息、工作参数及结构参数，对散 体物料层压破碎过程进行模拟计算，为有效地求解 圆锥破碎机性能提供新型理论模型。 2 通过对两种粒形散体物料层压破碎模拟试 验过程进行深入研究，对试验数据进行分析回归， 求解了立方状与针片状散体物料的选择函数、破碎 函数及粒形转化函数模型中各项参数，得到了圆锥 破碎机双粒形循环层压破碎模型的数学模型，为破 碎产品信息仿真求解提供了理论基础。 3 以Z S 2 0 0 M F 型圆锥破碎机为例，通过圆锥 破碎机双粒形循环层压破碎模型对散体层压破碎过 程进行仿真计算，通过数值计算值与实测值进行比 较，证明模型的有效性和可行性，并证明了增加圆 锥破碎机破碎腔破碎层数且采用较大压缩比可以降 低破碎产品的有效针片率，提高破碎产品的质量， 为圆锥破碎机工作参数和结构参数的优化提供理论 指导。 参考文献 ⋯1郎宝贤．圆锥破碎机[ M ] ．北京机械工业出版社，1 9 9 8 ． L A N GB a o x i a n ．C o n ec r u s h e r [ M ] ．B e i j i n g C h i n a M a c h i n eP r e s s ，19 9 8 ． [ 2 】黄冬明．挤压类破碎机工作机理和工作性能优化研究 [ D ] ．上海上海交通大学，2 0 0 8 ． H U A N GD o n g m i n g ．R e s e a r c ho nw o r k i n gm e c h a n i s m a n dw o r k i n gp e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o no fc o m p r e s s i v e c r u s h e r [ D ] ．S h a n g h a i S h a n g h a iJ i a oT o n gU n i v e r s i t y ， 2 0 0 8 ． [ 3 ] E V E R T S S O NCM ，B E A R M A NRA ．I n v e s t i g a t i o no f i n t e r - p a r t i c l eb r e a k a g ea sa p p l i e dt oc o n ec r u s h i n g [ J ] ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，1 9 9 7 ，1 0 2 1 1 9 9 2 1 4 ． [ 4 ] E V E R T S S O NCM ．O u t p u tp r e d i c t i o no fc o n ec r u s h e r s [ J ] ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，1 9 9 8 ，1 1 3 1 2 1 5 - 2 3 1 ． [ 5 ] E V E R T S S O NCM ．C o n ec r u s h e rp e r f o r m a n c e [ D ] ． G o t e b o r g C h a l m e r sU n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ，2 0 0 0 ． [ 6 】李启衡．粉碎理论概要[ M 】．北京冶金工业出版社， 1 9 9 3 ． L I Q i h e n g ． C o m m i n u i t i o n t h e o r y [ M ] ．B e i j i n g M e t a l l u r g i c a lI n d u s t r yP r e s s ，1 9 9 3 ． [ 7 ] L Y N C HAJ ．M i n e r a lc r u s h i n ga n dg r i n d i n gc i r c u i t s [ M ] ． A m s t e r d a m E l s e v i e rS c i e n t i f i cP u b l i s h i n gC o m p a n y ， 2 0 0 0 ． [ 8 】黄冬明，范秀敏，武殿梁，等．挤压类破碎机破碎产品 粒度分析[ J 】．机械工程学报，2 0 0 8 ，4 4 5 2 0 1 - 2 0 7 ． H U A N GD o n g m i n g ，F A NX i u m i n ，W UD i a n l i a n g ，e t a 1 ． C r u s h i n gp r o d u c t s i z e - r e d u c t i o n a n a l y s i s o f c o m p r e s s i n gc r u s h e r [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，2 0 0 8 ，4 4 5 2 0 1 2 0 7 ． [ 9 ] E L O R A N T A J ．I n f l u e n c eo fc r u s h i n gp r o c e s sv a r i a b l e so n t h ep r o d u c tq u a l i t yo fc r u s h e dr o c k [ D ] ．T a m p e r e T a m p e r e U n i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ，1 9 9 5 ． [ 1 0 ] R A M O SM ，S M I T HMR ，K O J O V I CT ．A g g r e g a t e s h a p e - p r e d i c t i o na n dc o n t r o ld u r i n gc r u s h i n g [ J ] ．Q u a r r y M a n a g e m e n t ，1 9 9 4 ，2 1 1 1 2 3 3 0 ． [ 11 】B E N G T S S O NM ，E V E R T S S O NCM ．A ne m p i r i c a l m o d e lf o r p r e d i c t i n g f l a k i n e s si nc o n e c r u s h i n g [ J ] ． I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo f M i n e r a lP r o c e s s i n g ，2 0 0 6 ，7 9 1 4 9 ．6 0 ． 【1 2 ] B E N G T S S O NM ，L E EE ，E V E R T S S O NCM ．I n f l u e n c e o ft h r o wa n dc o m p r e s s i o nr a t i oo n