[发明专利]使用落锤冲击测试矿石吸收能的方法

说明书

本发明涉及一种使用落锤冲击测试矿石吸收能的方法，包括：建立落锤冲击矿石的物理模型；落锤自由落体冲击试件，一部分冲击能转化为试件的吸收能，一部分能量传递至底座损耗于底座向下运动的动能，冲击后锤头反弹时一部分能量损耗于锤头反弹的动能；底座的动能和重力做功转化为弹簧的变形能，结合弹簧弹性系数，通过监测底座运动位移计算底座损耗的能量，通过监测锤头反弹的初始速度计算锤头损耗的能量，进而通过能量守恒原理得到矿石吸收能。本发明可以测试任意形状矿石破碎时的吸收能，适用的矿石尺寸范围广，使用本方法所建立的矿石破碎能量与粒度的理论关系更符合机械破碎的实际情况，有利于指导破碎工艺改进，提高能量利用率，降低破碎能耗。

技术领域

本发明涉及一种使用落锤冲击测试矿石吸收能的方法，属于矿业工程破碎领域，特别适用于矿石破碎能量特征研究。

背景技术

我国乃至世界范围内矿石粉碎能耗巨大，我国选厂碎磨矿作业所消耗的能量就达到全国总能耗的5％以上，全世界用于碎磨矿的电能消耗占总电能消耗的3％～4％。目前，矿石破碎能量利用率低，单位破碎能耗过高，造成大量的能源浪费、环境污染严重、矿山企业生产成本较高，影响社会经济效益。探索矿石破碎过程中的能量消耗的科学规律，把握破碎能量的变化特征，为改进破碎工艺流程与参数、设计高效节能的破碎装备提供理论依据，对提高矿石破碎能量效率、降低单位破碎能耗有重要的实际价值。

矿石机械破碎所消耗的能量远大于破碎本身需要的能量，破碎过程中矿石吸收能是驱动矿石破碎的有效能量，研究矿石的破碎能量特征首先需要测试矿石的吸收能。单颗粒岩石或矿石破碎试验是研究岩石或矿石破碎特征与能耗规律的有效方法，也是吸收能测试的主要手段。目前，涉及吸收能测试的单颗粒破碎试验方法中最常见的是霍普金森冲击压杆试验，但是这种方法不能用于不规则岩石试件吸收能的测试。Weichert和Herbst(1986)耦合落锤试验装置和霍普金森压杆的试验原理，设计了一种落球冲击快速加载试验装置(UFLC)，King R P与Bourgeois F(1993)、Tavares L M与King R P(1998)、Tavares LM(1999)先后从不同的角度提出了利用该装置测试矿石吸收能的方法，但是该装置由于承载杆大于等于5m，安装困难，对于形状不规则或者尺寸大于承载杆直径的试件，吸收能测试与计算结果的可靠性有待于商榷，该装置尚未广泛使用。落锤冲击试验具有操作灵活、能量调节范围大的优点，Napier(1996)、Reddish(2005)、(2009,2014)使用落锤冲击试验装置破碎矿石和岩石，将冲击能作为破碎能量，实际上冲击能不可能全部被试件吸收。其他用于单颗粒冲击破碎特征研究的装置还有摆锤冲击试验机、旋转冲击破碎机，用这两种试验机进行破碎试验时同样把冲击能作为矿石吸收能，且摆锤冲击试验机可调节的能量范围小，操作不灵活；旋转冲击破碎机对硬度较大的矿石破碎效果不理想。

在亟需提高破碎过程中能量利用效率、降低单位破碎能耗的技术背景下，面向矿石破碎能量变化特征的研究，以上测试矿石吸收能的装置和方法均有一定的局限性，需要研究一种新的具有普适性的测试矿石吸收能的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用落锤冲击测试矿石吸收能的方法，适用于任意尺寸和形状的矿石或岩石试件，能量调节范围大，操作方便，为探索矿石破碎能量特征、减小单位破碎能耗提供理论研究基础。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种使用落锤冲击测试矿石吸收能的方法，基于能量守恒的基本原理，通过建立物体冲击过程的物理模型，实现矿石试件吸收能的测试，按下述方法进行：

a.建立落锤冲击矿石的物理模型，所述物理模型由落锤、矿石试件、底座、高刚度弹簧和基座组成，弹簧安装在底座和基座之间；