成功案例丨Altair EDEM-MotionSolve 联合仿真在重锤破碎上的应用
通过 Altair® EDEM™ 对重锤破碎过程进行模拟，用于指导重锤破碎机的设计
主要看点
行业：
矿山机械
挑战：
解决重破碎机的效率、磨损问题
Altair 解决方案：
采用 EDEM 进行模拟仿真，分析破碎过程，洞悉破碎效果、锤头磨损等问题，指导重破碎机前期设计。
优点：
基于试验校准模型，准确预测破碎效果
降低磨损，提升经济效益
客户简介
四川矿山机器（集团）有限责任公司（以下简称：川矿集团）是中国装备制造业大型骨干企业之一，企业综合实力连续多年位居中国机械 500 强以及中国专用设备制造业 100 强企业、中国建材机械制造 20 强企业，是中国重型机械工业协会常务理事及破碎粉磨设备专业委员会理事长单位、中国煤炭工业劳动保护科学技术学会副主任委员，被誉为中国西部冶金矿山设备和水泥建材设备领军企业、中国空中索道的摇篮和制造基地。
目前，四川矿山机器已建立起完整的技术创新体系，每年投入大量研发经费进行矿井提升机、回转窑、蒸汽煅烧炉、球磨机、系列破碎机等新产品、新技术、新结构的设计和研发，并已获得 57 项国家专利，有力地推动了企业技术创新，提升了企业研发能力。
面临的挑战
重锤式破碎机是利用反击破碎原理的设备，利用高速旋转的锤头冲击物料，并将其抛向反击板实现再次破碎。锤式破碎机具有结构简单、处理能力大、破碎比大等优点，缺点是锤头、反击板等易损件磨损快。
重锤式破碎机主要上箱体、下箱体、锤头、转子、带轮、调节结构等部分组成，电动机带动转子在破碎腔内高速旋转。物料自上部给料口给入机内，受高速运动的锤子的打击、冲击、剪切、研磨作用而粉碎。重锤式破碎机机的设计过程重，需要对锤头的磨损，物料的最大吞吐量（处理量），以及设备的破碎效果等问题进行分析研究，这些指标是重锤式破碎机机结构主要的设计依据。
Altair 针对散料物问题提供了专业的离散元工具 EDEM，借助 EDEM离散元软件联合Altair® MotionSolve® 可以对重锤破碎机的作业过程进行仿真，通过仿真对其破碎效果、处理能力和设备磨损情况进行验证分析。
Altair 解决方案
借助于 EDEM 和 MotionSolve 联合放着技术对重锤破碎机的作业过程进行分析，通过 MotionSolve 提供重锤破碎机的运动条件，基于经典的 Tavares 破碎模型结合 EDEM 软件 API 接口实现 Tavares 模型相关参数设置，评估锤头的磨损，物料的处理量、以及破碎的效果。
Tavares 模型以碰撞能来判断物料破碎，碰撞能大于物料破碎能，物料发生破碎。软件调取t10矩阵生成对应的小颗粒物料替换原大颗粒，在重叠量作用下小颗粒散开，实现破碎过程的模拟。通过实验可以获得较准确的参数，能对破碎后的颗粒进行粒径统计，得到物料破碎后的级配曲线。
Tavares 破碎模型实现原理
在使用 EDEM 离散元软件对重锤破碎机作业过程进行模拟分析前，物料的破碎参数可以通过单颗粒物料跌落破碎、落锤破碎以及单轴压缩等试验来获得，并通过 EDEM Calibration 校准工具进行校准，具体通过压缩破碎获得物料破碎参数如下图表所示。
Tavares 破碎模型参数标定
Tavares 破碎模型参数标定值
使用 Altair® MotionView® 和 Altair® MotionSolve® 建立锤式破碎机的多体动力学模型，设置锤头与转子的铰接形式，添加反击板调节机构处的调节弹簧，通过与 EDEM 的联合仿真实现破碎过程的仿真。
通过 EDEM 的 Analyst 工具中的 BIN 和 Sensor 来提取所需数据，对颗粒颗粒粒径大小进行着色可以清晰的看出大颗粒破碎的过程，分别在入料口和出料口添加 Inlet Bin 和 Outlet Bin 用以监测入料和出料粒径，并在出料口设置 Mass_Outlet 传感器检测排料量。
对不同粒径的颗粒进行着色处理
入料粒径为 150~210mm ,出料粒径在 5~60mm 范围且主要集中在 25mm 以下。通过对出料粒径数据进行处理，得到物料的级配曲线。可以看出，25mm 粒径以下物料质量占比为 33.8%。
累计过筛率和出料粒径的关系
排料量随时间的变化
设备给料量为600t/h，从提取的排料量曲线可以看出，10s 内大部分时间都小于入料量，这是因为物料在下落至锤头部位时被锤头撞击反弹，导致部分物料堆积在上箱体部位，在积累到一定量时下落造成某些时刻排料量很大的现象。
通过输出设备几何的接触累积能量、累积力等方式来判断物料冲击对设备造成的磨损。累积能量越大区域冲击越严重，相应的磨损越严重。根据结果可知设备主要以法向冲击磨损为主。
法向接触累积能
切向接触累积能
结果
通过 EDEM 耦合 MotionSolve 可以非常方便地实现重锤破结构连接和运动仿真定义，基于 Tavares 破碎模型很好地实现了颗粒破碎的仿真，采用 EDEM 的 Analyst 工具非常方便地统计了破碎后粒径分布，进而对出料粒径分布进行分析，以及重锤破破碎效果进行评价，为提高破碎机破碎效率提供数据支撑。
通过对分析破碎机处理量，评价设备处理量能否满足要求，易损件磨损分析，堆磨损位置大的结构进行改进或加强。
