基于DEM-FEM耦合的_2600筒辊磨结构优化及粉磨特性研究.pdf

摘要

上世纪九十年代初，以辊压机、立磨、筒辊磨为代表的料层挤压类磨机得到快速的发

展。筒辊磨凭借其大压力角、中压操作、高转速及循环粉磨等特点，相比同类磨机具有广

泛的应用前景，但是其昂贵的造价阻碍了它在水泥、冶炼等行业内的推广。国内筒辊磨的

研究不足体现在理论研究滞后、工业经验不足、现代设计方法应用欠缺等方面。为此，本

文从以下几个方面展开了研究：

（1）在查阅国内外相关文献的基础上，综述了筒辊磨的工作原理、主要结构、技术特

点以及研究现状。将Ø2600型筒辊磨作为研究对象，利用三维建模软件Inventor对Ø2600

筒辊磨进行建模，同时建立了筒辊磨粉磨通道的数学模型，对关键结构、工艺参数进行推

导计算。

（2）本文基于EDEM软件进行了单轴压缩仿真试验，标定了石灰石材料的多颗粒粘

结模型的粘结参数，并基于该参数建立了石灰石多颗粒粘结破碎模型，为筒辊磨粉磨特性

仿真研究提供了破碎模型。接着简化了筒辊磨离散元仿真模型，基于理论研究对筒体转速、

最小料层厚度及喂料量进行单因素仿真试验设计，分析各变量对颗粒破碎率和单位能耗的

影响规律，仿真结果反映了设备的粉磨参数特性，为磨机招标、生产调试提供了技术支持，

同时为本文的后续研究打下基础。

（3）建立了基于EDEM-ANSYSWorkbench力学耦合的筒辊磨仿真模型，基于工艺参

数的粉磨特性分析，选取最佳粉磨效果的工况参数，对筒辊磨的整个粉磨（挤压）通道进

行粉磨物料的离散元模拟，从EDEM软件中导出粉磨通道受力最大时刻的网格-压强数据，

将其作为边界条件加载到ANSYS静态结构中，经分析得到筒体、压辊的应变、应力云图，

校核其强度和刚度。

（4）针对关键零部件有限元分析中的辊套应力集中现象，设计辊套“U”形应力槽以

降低其应力值，并对应力槽的结构参数进行多目标响应面优化，优化变量包括应力槽的定

位半径、宽度以及深度，将辊套的最大总变形、最大总应力、平均应力以及总质量作为优

化目标。通过中心组合设计(CCD)方法、Kriging法和多目标遗传算法(MOGA)生成样本点、

响应面以及优化候选点集，最终的优化结果极大地降低了辊套端面边缘的应力，提高了辊

套的可靠性。

关键词：筒辊磨，离散单元法，有限元法，响应面优化

Abstract

Sincethe1990s,materiallayerextrusiongrindingmachinesrepresentedbyrollerpresses,

verticalmills,andhoromillshaveexperiencedrapiddevelopment.Horomillhasawide

applicationprospectcomparedwithsimilargrindingmachinesduetoitscharacteristicsoflarge

pressureAngle,mediumpressureoperation,highspeedandcirculatinggrinding,butitshighcost

hindersitspopularizationincement,smeltingandotherindustries.However,itsexpensivecost

hindersitspromotioninindustriessuchascementandsmelting.Thelackofresearchondomestic

horomillsisreflectedinlaggingtheoreticalresearch,insufficientindustrialexperience,andalack

ofapplicationofmoderndesignmethods.Therefore,thisarticleconductsresearchfromthe

followingaspects：

(1)Onthebasisofdomesticandforeignrelate