基于EDEM的圆锥破碎机腔型参数优化方法与流程

一种基于edem的圆锥破碎机腔型参数优化方法

技术领域

1.本发明属于圆锥破碎装备设计技术领域，具体涉及一种基于edem的圆锥破碎机腔型参数优化方法。

背景技术：

2.圆锥破碎机作为矿山物料破碎中的关键设备，主要用于矿石的中、细碎阶段，随着“以破代磨”的不断提倡，使得圆锥破碎机的应用更加广泛。圆锥破碎机动锥衬板和定锥锥衬板在服役过程中不断受到矿料的磨削与冲击，工作条件较为恶劣，是破矿环节最主要的消耗件。圆锥破碎机动锥衬板和定锥衬板构成了圆锥破碎机的主要工作空间即破碎腔，因此，有效控制破碎腔的腔型参数对于提高破碎质量，均匀矿石粒度，提高破碎机生产效率有重要意义。研究表明：通过edem离散元模拟软件，可对圆锥破碎机的工作状态进行模拟，进而反映圆锥破碎机动锥衬板和定锥衬板的服役状态，以此提高圆锥破碎机的破矿效率并减少衬板损耗。edem主要由creator、simulator和analyst组成。creator是前处理工具，完成几何模型的导入、颗粒模型的建立和材料参数的设置等；simulator是求解器，用于模拟颗粒体系的运动过程；analyst是后处理模块，根据所研究的问题导出对应结果并进行分析。通常在模拟过程中使用bpm(bond particle model)的方法构建颗粒破碎模型，通过这种方法可以准确地体现出待破碎的矿石特性(在破碎腔内的运动情况、受力情况及破碎情况)。在edem中，通过向矿石模型(大颗粒)中填充小颗粒，随后用这些小颗粒替换掉矿石模型，并在小颗粒间生成黏结键以保持矿石形状。颗粒替换的方法是编写颗粒替换的api文件并导入edem中，生成黏结键的方法是在edem中选择颗粒与颗粒之间的接触模型为hertz-mindlin with bonding模型并设置对应参数，hertz-mindlin with bonding模型常用于模拟物料的破碎及断裂问题。

3.由于圆锥破碎机工况复杂，目前投入使用的圆锥破碎机型号较多，在实际生产中往往通过在实际生产过程中积累经验对圆锥破碎机的腔型参数进行校准，缺乏直观有效的腔型参数的校准方法。文献1(吕宁，2020；硕士学位论文，华侨大学)报道，基于层压破碎理论和物料运动规律，对动锥和定锥曲线进行了优化，通过matlab仿真计算，绘制出优化后的腔型曲线。文献2(潘伟桥，2020；硕士学位论文，太原科技大学)报道，通过matlab数值模拟使得腔型曲线与圆锥破碎机结构参数和性能参数达到最优匹配。中国发明专利cn110020481a公开了一种多梯度结构增强型圆锥破碎机衬板及其设计方法，所述多梯度结构增强型圆锥破碎机衬板包括动锥衬板和定锥衬板，其朝向破碎腔的工作面上设有多组镶铸合金，所述设计方法根据粒级分布差异和衬板的磨损特征曲线为确定镶铸合金的分布密度、外露表面最大尺寸及具体形状提供了依据。

4.上述文献及专利所述方法的不足之处在于：1)基于matlab数值模拟对圆锥破碎机动锥衬板和定锥衬板的磨矿带曲线进行优化的方法，其过程较为繁琐，缺乏直观性；2)同类型发明专利多陈述某种确定的圆锥破碎机动锥衬板和定锥衬板的形状更改，而不是普遍适用的各种型号圆锥破碎机动锥衬板和定锥衬板的优化方法，这方面缺乏相关的研究结果。

技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于edem的圆锥破碎机腔型参数优化方法，所解决的关键技术问题是，能够针对不同圆锥破碎机型号，研究圆锥破碎机的破碎效率及衬板的服役情况，优化圆锥破碎机衬板的腔型形状，提高经济效益。

6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

7.本发明的一种基于edem的圆锥破碎机腔型参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.步骤1、圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型的建立，具体步骤如下：

9.s1.1、对圆锥破碎机的腔型参数动锥与定锥顶面高度差h和进动角γ0进行调整组合，利用cad绘图软件将动锥衬板和定锥衬板进行装配，对不同腔型参数组合下圆锥破碎机破碎腔的平行区长度l、紧边最小值a和宽边最小值b进行测量；

10.s1.2、根据实际生产中的破矿需求确定圆锥破碎机在不同动锥与定锥顶面高度差h和进动角γ0组合下的紧边最小值a和宽边最小值b，选取最符合破矿需求的腔型参数组合，利用solidworks三维建模软件建立圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型。

11.步骤2、基于edem的圆锥破碎机破碎过程模拟仿真的构建，具体步骤如下：

12.s2.1、设置材料属性参数及交互作用系数并添加颗粒

13.在edem软件中添加两种矿石材料和衬板材料，根据实际破矿中矿石及衬板的材料特性进行矿石材料和衬板材料的材料属性参数设定，并设置矿石和衬板之间的交互作用系数，其中矿石材料之间的交互作用系数相同，衬板材料对两种矿石材料的交互作用系数相同；在一种矿石材料下添加单个大球形颗粒，根据实际给矿矿石大小设置大球形颗粒的半径；在另一种矿石材料下添加单个小球形颗粒，根据矿石破碎后的粒度设置小球形颗粒的半径和接触半径；

14.s2.2、导入圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型并建立颗粒工厂

15.向edem中导入步骤1中的圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型，设置圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型的材料为衬板材料，并依据实际工况设置动锥衬板的转速，然后在破碎机上方设置环形的颗粒工厂，大球形颗粒将在颗粒工厂中随机生成并在重力的作用下进入破碎腔；

16.s2.3、编写颗粒替换api文件并导入，用小球形颗粒替换大球形颗粒，具体操作如下：

17.在particle_cluster_data.txt文本文档中写入替换后小球形颗粒的位置坐标，在particle_replacement_prefs.txt文本文档中写入被替换的大球形颗粒和用于替换的小球形颗粒的名称及开始替换的时间；particlereplacement.dll应用程序扩展文件可由edem直接读取，将这三个文件放置在仿真的同一根目录下，然后在edem的plugin factories中导入particlereplacement插件并在颗粒体积力中添加particlereplacement，该插件会调用particle_cluster_data.txt和particle_replacement_prefs.txt中的内容，在颗粒体积力的作用下，大球形颗粒被移除，小球形颗粒取代大球形颗粒的位置，从而完成颗粒替换；

18.s2.4、在替换后的小球形颗粒之间生成黏结键

19.在edem中将小球形颗粒之间的接触模型设为hertz-mindlin with bonding模型，

再根据小球形颗粒的半径和矿石材料的属性计算出单位面积法向和切向刚度系数、临界法向和切向应力，并设置黏结键生成的开始时间以及黏结半径，开始时间一般比颗粒替换时间晚10-3

s，黏结半径一般为小球形颗粒半径的1.5倍；

20.s2.5、设置仿真计算的参数并启动模拟。

21.依据破碎机实际转速设置edem的仿真总时间以确保动锥至少旋转一周，在一定范围内调整时间步长使黏结键能够生成并保持稳定，将网格大小设置为2～3倍的最小球形颗粒半径，之后启动模拟。

22.步骤3、edem模拟仿真的结果分析，并确定不同腔型参数下破碎机的破矿效率和衬板磨损速率的优劣，具体步骤如下：

23.s3.1、从edem中导出黏结键随时间的断裂情况，确定不同腔型参数下破碎机的破矿效率的优劣，具体操作如下：

24.进入analyst界面选择create graph，之后在line选项中选择bond，切换type为小球形颗粒，设置x轴为时间，设置y轴为number of intact bonds，之后点击create graph。导出不同装配条件下的黏结键数量随时间变化的曲线图，通过分析黏结键的破碎情况，确定不同腔型参数下破碎机的破矿效率。

25.s3.2、从edem中导出动锥和定锥衬板表面压力随时间变化的曲线图，分析衬板材料所需强度，确定不同腔型参数下衬板磨损速率的优劣，具体操作如下：

26.进入analyst界面选择create graph，之后在line选项中选择geometry，切换section分别为动锥衬板和定锥衬板，设置x轴为时间，设置y轴为pressure，component选择为maximum，之后点击create graph。导出不同装配条件下的动锥和定锥衬板表面的最大压力随时间变化的曲线，通过分析衬板表面所承受的压力大小变化情况，确定衬板材料的基本力学性能，并确定不同腔型参数下衬板磨损速率的优劣。

27.与现有技术相比，本发明的优点在于：

28.(1)本发明借助edem软件对圆锥破碎机的腔型参数进行优化，利用黏结键的断裂情况来反映破碎机的破矿效率，通过动锥定锥表面压力分布状态分析衬板材料所需强度，比较不同腔型参数下动锥定锥表面压力变化情况，进而反映衬板的磨损速率，从而获取最优的腔型参数，不断提升破矿效率，为圆锥破碎机腔型参数的优化提供了直观可靠的方法。

29.(2)本发明的圆锥破碎机衬板腔型参数优化方法针对所有破碎机型号，具有普适性。

30.(3)本发明所述圆锥破碎机优化方法具有直观性，操作简单。

附图说明

31.图1为本发明的结构流程框图。

32.图2为本发明动锥和定锥装配三维模型图：

33.(a)动锥和定锥顶面高度差为0mm，进动角为1

°

时，动锥和定锥装配模型；

34.(b)动锥和定锥顶面高度差为10mm，进动角为1.5

°

时，动锥和定锥装配模型；

35.(c)动锥和定锥顶面高度差为25mm，进动角为2

°

时，动锥和定锥装配模型。

36.图3为本发明颗粒替换api文件的编写与导入流程框图。

37.图4为本发明不同装配条件下黏结键数量随时间变化曲线图：

38.图5为本发明不同装配条件下衬板表面最大压力随时间变化曲线图：

39.(a)动锥和定锥顶面高度差为0mm，进动角为1

°

时，衬板表面最大压力随时间变化曲线图；

40.(b)动锥和定锥顶面高度差为10mm，进动角为1.5

°

时，衬板表面最大压力随时间变化曲线图；

41.(c)动锥和定锥顶面高度差为25mm，进动角为2

°

时，衬板表面最大压力随时间变化曲线图。

42.图6为本发明不同装配条件下动锥和定锥衬板表面最大压力随时间变化曲线图：

43.(a)不同装配条件下动锥衬板表面最大压力随时间变化曲线图；

44.(b)不同装配条件下定锥衬板表面最大压力随时间变化曲线图。

具体实施方式

45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明了，以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

46.实施例

47.如图1～图6所示，本发明的一种基于edem的圆锥破碎机腔型参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

48.步骤1、圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型的建立，具体步骤如下：

49.s1.1、对圆锥破碎机的腔型参数动锥与定锥顶面高度差h和进动角γ0进行调整组合，利用cad绘图软件将动锥衬板和定锥衬板进行装配，对不同腔型参数组合下圆锥破碎机破碎腔的平行区长度l、紧边最小值a和宽边最小值b进行测量；

50.根据实际动锥衬板和定锥衬板结构参数进行计算，可得到动锥和定锥顶面高度差h和进动角γ0的取值范围为：

51.0≤h≤30mm

[0052]1°

≤γ0≤2.2

°

[0053]

在cad中对圆锥破碎机的动锥衬板和定锥衬板进行装配，分别测量破碎腔的平行区长度l、紧边最小值a和宽边最小值b，具体数据见表1：

[0054]

表1：圆锥破碎机装配结果尺寸表

[0055][0056]

s1.2、根据实际生产中的破矿需求确定圆锥破碎机在不同动锥与定锥顶面高度差h和进动角γ0组合下的紧边最小值a和宽边最小值b，选取最符合破矿需求的腔型参数组合，利用solidworks三维建模软件建立圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型。

[0057]

根据实际生产过程可知，矿石破碎前的平均粒径为75mm，破碎的目标粒径为20mm，据此选取了三种装配尺寸来建立动锥和定锥装配模型。分别为：

[0058]

①

动锥和定锥顶面高度差为0mm，进动角为1

°

时，简化编号为0-1；

[0059]

②

动锥和定锥顶面高度差为10mm，进动角为1.5

°

时，简化编号为10-1.5；

[0060]

③

动锥和定锥顶面高度差为25mm，进动角为2

°

时，简化编号为25-2；

[0061]

使用solidworks建立以上三种圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型，并导出.stl模型文件。

[0062]

步骤2、基于edem的圆锥破碎机破碎过程模拟仿真的构建，具体步骤如下：

[0063]

s2.1、设置材料属性参数及交互作用系数并添加颗粒，具体操作如下：

[0064]

在edem软件中添加两种矿石材料和衬板材料，根据实际破矿中矿石及衬板的材料特性进行矿石材料和衬板材料的材料属性参数设定，并设置矿石和衬板之间的交互作用系数，其中矿石材料之间的交互作用系数相同，衬板材料对两种矿石材料的交互作用系数相同；具体数据见表2和表3。然后在矿石材料1下添加单个大球形颗粒，根据实际给矿矿石大小设置大球形颗粒的半径为37.5mm。在矿石材料2下添加单个小球形颗粒，根据矿石破碎后的粒度设置小球形颗粒的半径为5mm，并勾选edit contact radius，设置接触半径为8mm；

[0065]

表2：材料属性参数

[0066][0067]

表3：材料间的交互作用系数

[0068][0069]

s2.2、导入圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型并建立颗粒工厂，具体操作如下：

[0070]

在edem的geometries中导入步骤1中的.stl模型文件，并设置圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型的材料为衬板材料，并依据实际工况设置动锥衬板的转速为2rpm，然后在破碎机上方添加环形的颗粒工厂，将颗粒工厂的类型设置为静态，从0s开始生成，设置总生成的颗粒数为50，颗粒材料选择为矿石材料1。仿真开始时会有50个大球形颗粒在颗粒工厂中随机生成并在重力的作用下进入破碎腔。

[0071]

s2.3、编写颗粒替换api文件并导入，用小球形颗粒替换大球形颗粒，具体子步骤如下：

[0072]

s2.3.1、导入大球形颗粒，具体操作如下：

[0073]

新建一个edem文件，并向geometries模块中导入矿石模型即直径为75mm的大球形颗粒，将大球形颗粒的类型设置为virtual(虚拟)，通过translation将矿石模型即大球形颗粒的中心移动至与edem的原点重合；

[0074]

s2.3.2、填充小球形颗粒，具体操作如下：

[0075]

通过add geometry添加一个box，类型设置为physical(实体)，用于装填填充的直径为10mm的小球形颗粒。待小球形颗粒完全没过矿石模型并处以一个稳定状态，将大球形颗粒的类型改为physical，并确认对应的材料，box类型改为virtual；继续仿真至除了矿石模型内的小球形颗粒以外，其他小球形颗粒在重力作用下逐渐离开计算域；

[0076]

s2.3.3、导出小球形颗粒坐标，具体操作如下：

[0077]

进入edem中的analyst界面，使用快捷键ctrl+e进入export result data界面，取消勾选general中time steps的all，只导出某一时刻的坐标，在queries中选择想要导出的变量。以小球形颗粒的x坐标为例，在queries中新增一个q01，选择particle中的position，并将component选择为x，将颗粒类型选择为小球形颗粒，点击export进行导出。

[0078]

s2.3.4、编写api文件，具体操作如下：

[0079]

将导出的小球形颗粒坐标乘上10-3

以统一单位后复制到particle_cluster_data.txt文件中并保存，在particle_replacement_prefs.txt中，将被替换的颗粒编写为大球形颗粒的名称，用于替换的颗粒编写为小球形颗粒的名称，并设置开始替换的时间为

0.500s；

[0080]

s2.3.5、导入api文件，具体操作如下：

[0081]

将particle_replacement.dll、particle_cluster_data.txt和particle_replacement_prefs.txt放在同一仿真目录下。其中particle_replacement.dll应用程序扩展文件可由离散元分析软件直接读取，在edem的plugin factories中导入particlereplacement插件并在颗粒体积力中添加particlereplacement，该插件会调用particle_cluster_data.txt和particle_replacement_prefs.txt中的内容，在颗粒体积力的作用下，大球形颗粒被移除，小球形颗粒取代大球形颗粒的位置，从而完成颗粒替换。

[0082]

s2.4、在替换后的小球形颗粒之间生成黏结键，具体操作如下：

[0083]

在edem的physics选项栏中将小球形颗粒之间的接触模型设为hertz-mindlin with bonding模型，指定在小球形颗粒之间生成黏结键，再根据小球形颗粒的半径和矿石材料的属性计算出单位面积法向和切向刚度系数、临界法向和切向应力，并设置黏结键生成的开始时间为0.501s，黏结半径为8mm，具体数据见表4：

[0084]

表4：hertz-mindlin with bonding模型参数

[0085][0086]

s2.5、设置仿真计算的参数并启动模拟，具体操作如下：

[0087]

在edem的simulator界面将仿真总时间设置为30s使动锥刚好旋转一周，调整时间步长为1.5％使黏结键能够生成并保持稳定，将网格大小设置为3rmin，之后启动模拟。

[0088]

步骤3、edem模拟仿真的结果分析，并确定不同腔型参数下破碎机的破矿效率和衬板磨损速率的优劣，具体步骤如下：

[0089]

s3.1、从edem中导出黏结键随时间的断裂情况，确定不同腔型参数下破碎机的破矿效率的优劣，具体操作如下：

[0090]

进入edem的analyst界面选择create graph，之后在line选项中选择bond，切换type为小球形颗粒，设置x轴时间范围为0～30s，设置y轴为number of intact bonds，之后点击create graph。导出不同装配条件下的黏结键数量随时间变化的曲线图，见图4。

[0091]

s3.2、从edem中导出动锥和定锥衬板表面压力随时间变化的曲线图，分析衬板材料所需强度，确定不同腔型参数下衬板磨损速率的优劣，具体操作如下：

[0092]

进入edem的analyst界面选择create graph，之后在line选项中选择geometry，切换section分别为动锥衬板和定锥衬板，设置x轴时间范围为0～30s，设置y轴为pressure，component选择为maximum，之后点击create graph。导出不同装配条件下的动锥和定锥衬

板表面的最大压力随时间变化的曲线，见图5。

[0093]

1)不同腔型参数下破碎机的破矿效率的分析和确定

[0094]

从图4中可以看出在经过30s后，25-2的情况下黏结键的数量最少，而在0-1的情况下黏结键数量略有下降，在10-1.5的情况下黏结键数量几乎没有改变，这表明破矿效率：25-2》0-1》10-1.5。

[0095]

结合颗粒在破碎机中的运动情况以及步骤1中的圆锥破碎机装配结果尺寸表对结果进行解释：

[0096]

①

0-1：颗粒在圆锥破碎机的运转过程中，由于宽边入口的距离较窄，使得颗粒无法在动锥的旋转过程中更进一步进入破碎腔，因此大量的颗粒堆积在破碎腔的上部，造成了“卡料”的现象，因此无法达到理想的破碎效果，但由于动定锥之间整体距离很近，因此颗粒表面的一些黏结键在碾压过程中发生了断裂。

[0097]

②

10-1.5：颗粒的整体受力状态与0-1时很像，但由于在此种情况下动定锥距离稍远，因此堆料位置相比0-1时略微靠下，而碾压效果则更弱，因此黏结键破碎数量相比0-1时进一步削弱。

[0098]

③

25-2：而在25-2的情况中，由于宽边距离足够大，则颗粒可以在动锥摆动的过程中进入破碎腔，在动定锥的挤压下完成破碎，即进行了层压破碎。但由于宽边的最小距离太大且动锥的旋转速度较慢，造成部分颗粒未经破碎便从宽边滚落，造成了破碎效果的下降。

[0099]

因此从上述分析可以看出，宽边最小值不能过大，过大容易造成“漏料”的现象，也不能太小，否则容易造成“堆料”的现象。故后续进行腔型优化时，应使宽边最小值处于一个合适的范围内，使矿石能够更进一步进入破碎腔且不会过早被排出。

[0100]

2)衬板材料所需强度和不同腔型参数下衬板磨损速率的分析和确定

[0101]

由图5的曲线可以看到动锥定锥衬板表面所承受压力大小的变化情况，动锥定锥表面所承受的压力大小反映了动锥定锥衬板材料的基本力学性能及磨损情况，数据表明无论在哪种情况下动锥衬板表面所受的压力都远远高于定锥。故动锥的磨损大于定锥的磨损，这与圆锥破碎机实际运转情况相符，总是动锥先损坏。为进一步分析不同装配条件下动锥和定锥衬板表面的压力变化情况，将动锥和定锥进行分别分析，其中虚线表示三种情况下的压力平均值，见图6。从平均值来看动锥衬板表面压力的大小情况为：10-1.5》0-1》25-2，定锥衬板表面压力的大小情况为：10-1.5》25-2》0-1。动锥磨损速率的快慢情况为：10-1.5》0-1》25-2。

[0102]

综合上述三组模拟仿真的结果分析，可以得出该圆锥破碎机在动锥和定锥顶面距离为25mm，进动角为2

°

时的破矿效率最好，且动锥衬板的磨损最慢，若物料一直不能被破碎而停留在破碎腔中，不仅会加快衬板的损耗，还严重影响到破碎机的效率。其中动锥表面压力均值均在300mpa以上，而定锥表面压力均值最大仅达到100mpa，这其中动锥与定锥表面压力的区别可能是由于“堆料”造成的，为防止衬板发生变形失效，衬板材料的屈服强度应在300mpa以上。技术特征：

1.一种基于edem的圆锥破碎机腔型参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型的建立；步骤2、基于edem的圆锥破碎机破碎过程模拟仿真的构建；步骤3、edem模拟仿真的结果分析，并确定不同腔型参数下破碎机的破矿效率和衬板磨损速率的优劣；2.根据权利要求1所述的一种基于edem的圆锥破碎机腔型优化方法，其特征在于，在步骤1中，所述的圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型的建立，具体步骤如下：s1.1、对圆锥破碎机的腔型参数动锥和定锥顶面高度差h和进动角γ0进行调整组合，利用cad绘图软件将动锥衬板与定锥衬板进行装配，对不同腔型参数组合下圆锥破碎机破碎腔的平行区长度l、紧边最小值a和宽边最小值b进行测量；s1.2、根据实际生产中的破矿需求确定圆锥破碎机在不同动锥和定锥顶面高度差h和进动角γ0组合下的紧边最小值a和宽边最小值b，选取最符合破矿需求的腔型参数组合，利用solidworks三维建模软件建立圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型。3.根据权利要求1所述的一种基于edem的圆锥破碎机腔型优化方法，其特征在于，在步骤2中，所述的基于edem的圆锥破碎机破碎过程模拟仿真的构建，具体步骤如下：s2.1、设置材料属性参数及交互作用系数并添加颗粒在edem软件中添加两种矿石材料和衬板材料，根据实际破矿中矿石及衬板的材料特性进行矿石材料和衬板材料的材料属性参数设定，并设置矿石和衬板之间的交互作用系数，其中矿石材料之间的交互作用系数相同，衬板材料对两种矿石材料的交互作用系数相同；在一种矿石材料下添加单个大球形颗粒，根据实际给矿矿石大小设置大球形颗粒的半径；在另一种矿石材料下添加单个小球形颗粒，根据矿石破碎后的粒度设置小球形颗粒的半径和接触半径；s2.2、导入圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型并建立颗粒工厂向edem中导入步骤1中的圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型，设置圆锥破碎机动锥和定锥衬板装配模型的材料为衬板材料，并依据实际工况设置动锥衬板的转速，然后在破碎机上方设置环形的颗粒工厂，大球形颗粒将在颗粒工厂中随机生成并在重力的作用下进入破碎腔；s2.3、编写颗粒替换api文件并导入，用小球形颗粒替换大球形颗粒，具体操作如下：在particle_cluster_data.txt文本文档中写入替换后小球形颗粒的位置坐标，在particle_replacement_prefs.txt文本文档中写入被替换的大球形颗粒和用于替换的小球形颗粒的名称及开始替换的时间；particlereplacement.dll应用程序扩展文件可由edem直接读取，将这三个文件放置在仿真的同一根目录下，然后在edem的plugin factories中导入particlereplacement插件并在颗粒体积力中添加particlereplacement，该插件会调用particle_cluster_data.txt和particle_replacement_prefs.txt中的内容，在颗粒体积力的作用下，大球形颗粒被移除，小球形颗粒取代大球形颗粒的位置，从而完成颗粒替换；s2.4、在替换后的小球形颗粒之间生成黏结键在edem中将小球形颗粒之间的接触模型设为hertz-mindlin with bonding模型，再根据小球形颗粒的半径和矿石材料的属性计算出单位面积法向和切向刚度系数、临界法向和

切向应力，并设置黏结键生成的开始时间以及黏结半径，开始时间一般比颗粒替换时间晚10-3

s，黏结半径一般为小球形颗粒半径的1.5倍；s2.5、设置仿真计算的参数并启动模拟。依据破碎机实际转速设置edem的仿真总时间以确保动锥至少旋转一周，在一定范围内调整时间步长使黏结键能够生成并保持稳定，将网格大小设置为2～3倍的最小球形颗粒半径，之后启动模拟。4.根据权利要求1所述的一种基于edem的圆锥破碎机腔型参数优化方法，其特征在于，在步骤3中，所述的edem模拟仿真的结果分析，并确定不同腔型参数下破碎机的破矿效率和衬板磨损速率的优劣，具体步骤如下：s3.1、从edem中导出黏结键随时间的断裂情况，确定不同腔型参数下破碎机的破矿效率的优劣，具体操作如下：进入analyst界面选择create graph，之后在line选项中选择bond，切换type为小球形颗粒，设置x轴为时间，设置y轴为number of intact bonds，之后点击create graph。导出不同装配条件下的黏结键数量随时间变化的曲线图，通过分析黏结键的破碎情况，确定不同腔型参数下破碎机的破矿效率。s3.2、从edem中导出动锥和定锥衬板表面压力随时间变化的曲线图，分析衬板材料所需强度，确定不同腔型参数下衬板磨损速率的优劣，具体操作如下：进入analyst界面选择create graph，之后在line选项中选择geometry，切换section分别为动锥衬板和定锥衬板，设置x轴为时间，设置y轴为pressure，component选择为maximum，之后点击create graph。导出不同装配条件下的动锥和定锥衬板表面的最大压力随时间变化的曲线，通过分析衬板表面所承受的压力大小变化情况，确定衬板材料的基本力学性能，并确定不同腔型参数下衬板磨损速率的优劣。

技术总结

本发明公开了一种基于EDEM的圆锥破碎机腔型参数优化方法，具体步骤包括圆锥破碎机动锥衬板和定锥衬板装配模型的建立、基于EDEM的圆锥破碎机破碎过程模拟仿真的构建和EDEM模拟仿真的结果分析并确定不同腔型参数下破碎机的破矿效率和衬板磨损速率的优劣，以达到优化圆锥破碎机腔型参数的目的。本发明借助EDEM软件对圆锥破碎机的腔型参数进行优化，利用黏结键的断裂情况来反映破碎机的破矿效率，通过动锥和定锥表面压力分布状态分析衬板材料所需强度，比较不同腔型参数下动锥与定锥衬板表面压力变化情况，进而反映衬板的磨损速率，从而获取最优的腔型参数，不断提升破矿效率，为圆锥破碎机腔型参数的优化提供了直观可靠的方法。方法。方法。

技术研发人员：闫洪涛 张科明 王永金 杨光 齐海龙 韩睿智

受保护的技术使用者：鞍钢集团矿业有限公司

技术研发日：2022.12.20

技术公布日：2023/3/7