МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ИЗМЕЛЬЧАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦАХ МЕТОДОМ ДИСКРЕТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ: МЕТОДОЛОГИЯ, ВЕРИФИКАЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИЗНОСА

Аннотация

Прогнозирование износа измельчающей среды и футеровки в шаровых мельницах требует детального знания того, как движется гранулированная загрузка и как она воздействует на корпус мельницы, — информация, которую невозможно получить непосредственно в условиях полноценной промышленной эксплуатации. В данной статье представлена методология моделирования методом дискретных элементов (DEM), разработанная в рамках докторского исследования по вопросам долговечности горно-шахтного оборудования и диагностики его состояния, для моделирования движения измельчающей среды и возникающих при этом контактных усилий во вращающейся шаровой мельнице. Модель рассматривает каждый измельчающий шар как дискретное тело, подчиняющееся второму закону Ньютона, и описывает взаимодействия между шарами, а также между шарами и футеровкой с использованием линейной контактной модели «пружина-демпфер» с кулоновским трением, интегрируя их во времени с помощью явной схемы «leapfrog»; реализация выполнена в программном обеспечении ROCKY DEM. Моделирование проведено для факторного набора рабочих условий, охватывающих скорость вращения, уровень заполнения и диаметр шаров, а полученные кинематические характеристики загрузки и контактные усилия были сопряжены с конечно-элементной моделью трансмиссии мельницы для оценки вибрации редуктора, вызываемой ударными нагрузками. Модель DEM была верифицирована путем сопоставления с полноразмерными экспериментами по внезапной остановке (flash-stop) на промышленной мельнице, при этом расчетные углы положения загрузки (плечо, подошва, точка отрыва и точка удара) совпали с измеренными значениями с погрешностью не более 4%. Результаты показывают, что уровень заполнения и скорость вращения в значительной степени определяют величину контактных усилий, высоту падения и переход от каскадного к катарактному режиму движения, а также что статистические данные об ударах, полученные на основе DEM, коррелируют с акустическими индикаторами износа футеровки. Полученные результаты свидетельствуют о том, что верифицированное DEM-моделирование обеспечивает надежную основу для прогнозирования износа, оптимизации рабочих режимов и диагностики состояния промышленных шаровых мельниц.