弛张筛颗粒碰撞运动行为研究

作     者：翟酉湘 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：熊晓燕

授予年度：2019年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：碰撞解聚 离散元 液桥 弛张筛 

摘      要：筛分潮湿细粒煤炭散体物料时,颗粒粒度较小同时受到所含水分的黏附作用,导致潮湿细粒煤黏附在一起形成聚团,或是黏附在筛板上堵塞筛孔,降低了筛分效率。为了解决这些问题,经过多年时间的科学研究,弛张筛成为潮湿细粒煤干法筛分最有效的分级设备,由于弛张筛采用柔性筛板替代了传统筛分设备的刚性筛板,并通过筛板的弛张运动,使得筛面物料获得很大的抛射强度,但是也造成筛板易疲劳老化等问题。目前对于湿煤聚团在弛张筛面上的运动行为解聚机理等研究发展较为缓慢,为了在保证筛分效率的同时降低抛射加速度提高筛板使用寿命,研究湿颗粒聚团在筛面上的碰撞解聚行为具有重要的现实意义。本文首先根据液桥理论,通过液桥几何形貌计算了两异径颗粒间液桥体积、表面积与保证液桥稳定的液桥极限距离等关键参数,根据液桥体积计算了液桥在拉伸断裂过程中的静态与动态液桥力,进而得到了颗粒间液桥分离能量的力学计算方法。利用液桥表面积得到了颗粒间液桥分离能量的热力学计算方法。通过离散元软件建立了湿煤颗粒聚团模型,通过三维软件建立了弛张筛原理模型,选择适当的筛板运动参数,采用多体动力学软件建立了柔性筛板模型,通过离散元-多体动力学联合仿真模拟了湿颗粒聚团与柔性筛板的碰撞解聚过程。分析了湿颗粒聚团与筛板的碰撞解聚行为。并且分析了碰撞过程中,碰撞速度,碰撞角速度,与筛板接触角度等初始条件对聚团解聚程度的影响以及聚团粘结强度与解聚能量消耗的关系。最后分析了湿煤聚团的解聚透筛行为。仿真结果表明:（1）粘结的破坏区域首先发生在聚团与筛面的接触区,随后由下而上,由中心向四周扩散。在碰撞速度较小的情况下,由于聚团顶部小颗粒距离碰撞区较远,往往不能充分解聚,而形成二级聚团。（2）碰撞后聚团的解聚程度随着碰撞速度的增大而增大。聚团的解聚程度随着筛板倾斜角度的增大而减小。增大聚团的旋转速度有助于聚团的碰撞解聚。（3）湿煤聚团的透筛效率在碰撞瞬间达到最大,碰撞完成后,聚团颗粒的透筛主要依靠筛板的弛张运动。最后利用弛张筛原理样机试验台,采用高速摄像机拍摄了潮湿细粒煤颗粒聚团的碰撞解聚行为,实验结果与仿真中聚团的碰撞解聚模式表现出了很好的一致性。文中构建的潮湿细粒煤聚团离散元模型能够较好的反映湿煤聚团碰撞解聚时的真实情况。最后对通过液桥粘结的颗粒在筛板激励作用下的液桥分离能量进行实验分析。将实验测得的分离能量与理论计算结果进行对比。