[发明专利]一种基于统计力学规律的半自磨机衬板结构优化设计方法

权利要求书

1.一种基于统计力学规律的半自磨机衬板结构优化设计方法，其特征在于，按照以下步骤具体实施：

步骤一：利用统计力学方法，对半自磨机内部各层级载荷颗粒的运动轨迹和运动状态进行统计，得出载荷运动轨迹和运动状态的分布情况，结合不同形态下载荷颗粒的运动规律，对半自磨机内部载荷运动区域进行分类划分，建立起半自磨机载荷分布区域划分准则；

以半自磨机滚筒的横截面为准，在滚筒内部，将物料位于滚筒内部的各个区域区分为提升区、死区、泻落区和抛落区；

所述提升区为随着滚筒的转动其高度增加，重力势能增大，提升区内超过90%的物料与滚筒内壁之间无相对位移；

所述抛落区内物料脱离转动的筒体，呈抛物线下落，此过程中超过90%的物料与滚筒内壁之间不接触；

所述泻落区介于所述提升区与所述抛落区之间，此区间内超过90%的物料向下滑动，滑动过程中，物料颗粒之间、物料与滚筒内壁之间均发生摩擦，对矿石有一定的碾碎作用；

所述死区位于提升区与泻落区之间，该区域内超过90%的物料与滚筒内壁之间始终无相对运动；

步骤二：运用划分准则结合动力学分析，建立半自磨机有用功率数学模型，得到对半自磨机衬板结构的优化分析方案；

步骤三：不同形状衬板的有用功率模型建立：

通过选取矩形衬板、梯形衬板和波浪形衬板，对其提升条的横截面轮廓进行解析分析，并结合半自磨机有用功率模型，建立矩形衬板、梯形衬板和波浪形衬板的有用功率模型；

步骤四：不同形状衬板对有用功率的影响分析：

通过建立的矩形衬板、梯形衬板和波浪形衬板的有用功率模型，能够对这三种形状衬板下的有用功率展开对比分析，并根据分析结果在不同条件下选用不同的衬板形式，在转速率低于80%时，选用矩形衬板的半自磨机有用功率最大；当转速率超过80%时，选用波浪形衬板的半自磨机有用功率最大。

2.根据权利要求1所述的基于统计力学规律的半自磨机衬板结构优化设计方法，其特征在于：将所述提升区、泻落区和抛落区依次重新命名为完全提升区、泻落提升区和抛落提升区，半自磨机提升区的载荷颗粒展开动力学分析，得到如下细分的有用功率数学模型表达式：

完全提升区有用功率数学模型

；

l 为半自磨机筒体长度，mm；G 为单个钢球质量，kg；n为筒体理论转速，rpm；R₀ 为筒体内径，mm；D 为钢球直径，mm；P为钢球自由堆放的孔隙率，%；R₁ 为衬板顶端至筒心距离，mm；N 为半自磨机内提升条的数量，个；f(x)为衬板轴向截面的结构函数表达式；

抛落提升区有用功率数学模型

；

δ为球的堆密度，t/m³；θ为载荷偏转角即摩擦角，此为定值与物料摩擦系数相关；g为重力系数；R₁ 为衬板顶端至筒心距离,R₂ 为抛落提升区载荷颗粒最小运动半径；a为常数，a=900/n²；H 为半自磨机内提升条高度，(m)；N为半自磨机内提升条的数量，m；

泻落提升区及死区作为一个区域来建立有用功率数学模型

；

R₂ 为泻落提升区最大半径，单位m,该数值与式1.2中R₂的值相等； φ'为 R₂ 半径内载荷的填充率，%；Ω为载荷的横断面所对应的圆心角；

整合所述完全提升区、抛落提升区、泻落提升区及死区3个区域的数学模型建立起半自磨机有用功率数学模型

。

3.根据权利要求2所述的基于统计力学规律的半自磨机衬板结构优化设计方法，其特征在于：

矩形衬板的半自磨机有用功率模型P_r为

；

所述梯形衬板的半自磨机有用功率模型P_t为

；

波浪形衬板的半自磨机有用功率模型P_w为

。