CN114392816B - 机制砂整形机破碎腔体结构及其分步优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机制砂整形机破碎腔体结构及其分步优化设计方法，该腔体结构包括三段式腔体，所述三段式腔体的前侧面由从下至上依次连接的一区碰撞平面、二区摩擦平面和三区研磨平面组成，机制砂从一区碰撞平面入射，从三区研磨平面出射。该腔体结构有利于提高机制砂破碎效果。
Description
技术领域
本发明机制砂生产技术领域，具体涉及一种机制砂整形机破碎腔体结构及其分步优化设计方法。
背景技术
随着天然砂的日渐短缺，机制砂替代天然砂已成为混凝土行业可持续发展的必由之路。现有的立轴破碎机是集国内外的先进技术后优化设计、制造。对比于其他破碎机具有工作稳定可靠、维修方便、制砂率高等特点。但现有的立轴破碎机的优化和研究，其构件多集中在转子、倒料板、分料锥等部件，其功能集中在减震、降噪、润滑等方面；现有的破碎腔体研究多集中在材料上，很少对其破碎腔体具体结构进行研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机制砂整形机破碎腔体结构及其分步优化设计方法，该腔体结构有利于提高机制砂破碎效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种机制砂整形机破碎腔体结构，包括三段式腔体，所述三段式腔体的前侧面由从下至上依次连接的一区碰撞平面、二区摩擦平面和三区研磨平面组成，机制砂从一区碰撞平面入射，从三区研磨平面出射。
进一步地，所述三段式腔体为石墙结构。
进一步地，所述一区碰撞平面为首先接触区域，用于破碎砂粒并吸收大量能量，该区域采用石打石，以减少设备的磨损，提高整形效果；所述二区摩擦平面用于导流；所述三区研磨平面用于对破碎后的砂粒进一步研磨，改变其表面特征及出射的角度。
进一步地，所述三段式腔体设置于匚字型背部前侧，所述匚字型背部包括下侧墙、上侧墙以及与上、下侧墙垂直的背墙，所述一区碰撞平面的后侧面与下侧墙的夹角，即一区角度为30~50°，所述二区摩擦平面的前侧面与下侧墙的夹角，即二区角度为5~110°，所述三区研磨平面的后侧面与上侧墙的夹角，即三区角度为10~25°。
进一步地，当机制砂的冲击速度为50m/s时，各区角度的最优值为：
粒径为20mm时，一区角度为33°，二区角度为98°，三区角度为15°；
粒径为30mm时，一区角度为33°，二区角度为103°，三区角度为15°；
粒径为40mm时，一区角度为33°，二区角度为105°，三区角度为20°。
进一步地，当机制砂的冲击速度为60m/s时，各区角度的最优值为：
粒径为20mm时，一区角度为35°，二区角度为100°，三区角度为20°；
粒径为30mm时，一区角度为33°，二区角度为105°，三区角度为15°；
粒径为40mm时，一区角度为38°，二区角度为100°，三区角度为13°。
进一步地，当机制砂的冲击速度为70m/s时，各区角度的最优值为：
粒径为20mm时，一区角度为45°，二区角度为100°，三区角度为18°；
粒径为30mm时，一区角度为45°，二区角度为105°，三区角度为14°；
粒径为40mm时，一区角度为45°，二区角度为10°，三区角度为13°。
本发明还提供了所述机制砂整形机破碎腔体结构的分步优化设计方法，包括以下步骤：
1）采用EDEM软件，按设定尺寸参数建立三段式腔体模型，并根据实际工况，设置石墙、颗粒材料属性及相关仿真参数，采用粘结键作为衡量物料颗粒之间破碎程度的指标，以其断裂数衡量物料的破碎效率，进行仿真模拟；
2）改变三段式腔体模型的尺寸参数，按步骤1的方法继续进行仿真模拟，直至完成所有设定尺寸的仿真模拟；
3）从所有仿真结果中找出前几个最优仿真结果对应的尺寸参数，然后通过3D打印技术打印出与仿真模拟的石墙尺寸、强度相当的三段式石墙腔体，分别进行实体仿真试验；
4）结合软件仿真模拟和实体仿真试验的结果，得到三段式腔体最优的尺寸参数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种机制砂整形机破碎腔体结构及其分步优化设计方法，通过本发明方法设计的腔体结构，可以增大砂粒在破碎腔体内发生碰撞的频率和概率，提高机制砂整形机对于砂粒的破碎效果。此外，本发明能够减少砂粒对整形机机架的冲击损伤，有效延长设备的使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例的三段式腔体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种机制砂整形机破碎腔体结构，包括三段式腔体，所述三段式腔体的前侧面由从下至上依次连接的一区碰撞平面、二区摩擦平面和三区研磨平面组成，机制砂从一区碰撞平面入射，从三区研磨平面出射。
在本实施例中，所述三段式腔体为石墙结构。所述一区碰撞平面为首先接触区域，用于破碎砂粒并吸收大量能量，该区域采用石打石，以减少设备的磨损，提高整形效果；所述二区摩擦平面用于导流；所述三区研磨平面用于对破碎后的砂粒进一步研磨，改变其表面特征及出射的角度。通过对三区研磨平面的角度进行微调，改变最终物料落料的角度，以在破碎腔体中，使正在瀑落的物料和经过转盘加速后飞出的物料发生二次碰撞，增加石打石的概率。
在本实施例中，所述三段式腔体设置于匚字型背部前侧，所述匚字型背部包括下侧墙、上侧墙以及与上、下侧墙垂直的背墙。所述一区碰撞平面的后侧面与下侧墙的夹角，即一区角度为30~50°，所述二区摩擦平面的前侧面与下侧墙的夹角，即二区角度为5~110°，所述三区研磨平面的后侧面与上侧墙的夹角，即三区角度为10~25°。
在本实施例中，当机制砂的冲击速度为50m/s时，各区角度的最优值为：
粒径为20mm时，一区角度为33°，二区角度为98°，三区角度为15°；
粒径为30mm时，一区角度为33°，二区角度为103°，三区角度为15°；
粒径为40mm时，一区角度为33°，二区角度为105°，三区角度为20°。
当机制砂的冲击速度为60m/s时，各区角度的最优值为：
粒径为20mm时，一区角度为35°，二区角度为100°，三区角度为20°；
粒径为30mm时，一区角度为33°，二区角度为105°，三区角度为15°；
粒径为40mm时，一区角度为38°，二区角度为100°，三区角度为13°。
当机制砂的冲击速度为70m/s时，各区角度的最优值为：
粒径为20mm时，一区角度为45°，二区角度为100°，三区角度为18°；
粒径为30mm时，一区角度为45°，二区角度为105°，三区角度为14°；
粒径为40mm时，一区角度为45°，二区角度为10°，三区角度为13°。
本实施例还提供了上述机制砂整形机破碎腔体结构的分步优化设计方法，本方法创造性地提出了将破碎腔体结构分为三个区域，即设计了三段式腔体结构，然后结合离散元法仿真和试验验证，以得到最优的腔体结构。该方法具体包括以下步骤：
1）采用EDEM软件，按设定尺寸参数建立三段式腔体模型，并根据实际工况，设置石墙、颗粒材料属性及相关仿真参数，采用粘结键作为衡量物料颗粒之间破碎程度的指标，以其断裂数衡量物料的破碎效率，进行仿真模拟。
2）改变三段式腔体模型的尺寸参数，按步骤1的方法继续进行仿真模拟，直至完成所有设定尺寸的仿真模拟。
3）从所有仿真结果中找出前几个最优仿真结果对应的尺寸参数，然后通过3D打印技术打印出与仿真模拟的石墙尺寸、强度相当的三段式石墙腔体，分别进行实体仿真试验：将石墙腔体安装在现有的冲击式机制砂的机理试验机上，安装搭建好石墙腔体，然后使用标准的球形试样进行冲击仿真试验。
4）结合软件仿真模拟和实体仿真试验的结果，得到三段式腔体最优的尺寸参数。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种机制砂整形机破碎腔体结构，其特征在于，包括三段式腔体，所述三段式腔体的前侧面由从下至上依次连接的一区碰撞平面、二区摩擦平面和三区研磨平面组成，机制砂从一区碰撞平面入射，从三区研磨平面出射；
所述一区碰撞平面为首先接触区域，用于破碎砂粒并吸收大量能量，该区域采用石打石，以减少设备的磨损，提高整形效果；所述二区摩擦平面用于导流；所述三区研磨平面用于对破碎后的砂粒进一步研磨，改变其表面特征及出射的角度；
所述三段式腔体设置于匚字型背部前侧，所述匚字型背部包括下侧墙、上侧墙以及与上、下侧墙垂直的背墙，所述一区碰撞平面的后侧面与下侧墙的夹角，即一区角度为30～50°，所述二区摩擦平面的前侧面与下侧墙的夹角，即二区角度为5～110°，所述三区研磨平面的后侧面与上侧墙的夹角，即三区角度为10～25°；
当机制砂的冲击速度为50m/s时，各区角度的最优值为：
粒径为20mm时，一区角度为33°，二区角度为98°，三区角度为15°；
粒径为30mm时，一区角度为33°，二区角度为103°，三区角度为15°；
粒径为40mm时，一区角度为33°，二区角度为105°，三区角度为20°；
当机制砂的冲击速度为60m/s时，各区角度的最优值为：
粒径为20mm时，一区角度为35°，二区角度为100°，三区角度为20°；
粒径为30mm时，一区角度为33°，二区角度为105°，三区角度为15°；
粒径为40mm时，一区角度为38°，二区角度为100°，三区角度为13°；
当机制砂的冲击速度为70m/s时，各区角度的最优值为：
粒径为20mm时，一区角度为45°，二区角度为100°，三区角度为18°；
粒径为30mm时，一区角度为45°，二区角度为105°，三区角度为14°；
粒径为40mm时，一区角度为45°，二区角度为10°，三区角度为13°。
2.根据权利要求1所述的机制砂整形机破碎腔体结构，其特征在于，所述三段式腔体为石墙结构。
3.根据权利要求1-2任一项所述的机制砂整形机破碎腔体结构的分步优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用EDEM软件，按设定尺寸参数建立三段式腔体模型，并根据实际工况，设置石墙、颗粒材料属性及相关仿真参数，采用粘结键作为衡量物料颗粒之间破碎程度的指标，以其断裂数衡量物料的破碎效率，进行仿真模拟；
2)改变三段式腔体模型的尺寸参数，按步骤1的方法继续进行仿真模拟，直至完成所有设定尺寸的仿真模拟；
3)从所有仿真结果中找出前几个最优仿真结果对应的尺寸参数，然后通过3D打印技术打印出与仿真模拟的石墙尺寸、强度相当的三段式石墙腔体，分别进行实体仿真试验；
4)结合软件仿真模拟和实体仿真试验的结果，得到三段式腔体最优的尺寸参数。
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