球磨机的筒体建模分析

根据球磨机筒体内装料的性质特点，我们采用PFC3D离散元程序作为球磨机工作数值模拟的计算工具，在模型研究过程中筒体的运行时间一般较短，因此在这过程中忽略了物料颗粒的破碎过程和装料的轴向移动，球磨机筒内装料的运动除受重力和自身的相互作用外，还受到筒体内壁与提升条的作用。

在模拟程序中通过设定单元的密度和重力加速度以及壁面的运动特性，能够较好地 筒内介质的数值模拟，最终得到介质作用在筒体内壁与提升条的力，以及介质作用在内壁和提升条上相对于旋转中心的力矩大小，从而得出球磨机的在工作是所需的有用功率。

在这里需要指出的是，我们所指的有用功率，代表的是球磨机中带动筒体以及筒内介质工作所消耗的功率，不包括球磨机电机损耗功率以及传动损耗的功率，这个有用功率包括了磨机介质运动的动能、势能，以及介质与矿料的摩擦功、介质与筒体衬板、提升条衬板之间的摩擦功，介质与介质之间的摩擦功等等，故这个有用功也不是所谓的单纯用于介质进行磨矿的功率。

球磨机离散元模型中，筒体为一圆柱体，两端有端盖封闭。在离散元模拟中端盖用一平面墙体表示，筒体用圆柱墙体表示。在PFC3D中，定义墙体的命令为WALL，墙体的摩擦系数和法向及切向刚度也可利用这条命令定义，并且墙体设置过程中为了相互区别，需设置ID号，以便于后面的功率求解。由于为了更好的模拟球磨机工作状况，故采用球磨机真实尺寸(尺寸比例1：1)建模，由于受限于计算机硬件条件，同时可以更好的观察球磨机的截面内的介质运动情况，模型长度取实际磨机长度的二十分之一，即150mm。所建模型长度虽只是磨机长度的二十分之一，但己有磨机实验研究表明模型长度取其一段并不影响球磨机的介质运动状态。

由于实际球磨机存在衬板，用以保护筒体与提升介质。据调研情况，该球磨机的衬板情况为1圈8块衬板，每块衬板有1.5个波峰，波峰与波谷高度差为50mm。故在模型中加入提升条以模仿衬板，提升条尺寸为高50mm，宽60mm。在PFC3D中，可以通过墙体命令WALL来定义准确坐标以生成提升条，但需要事先在AUTOCAD中绘制球磨机端面模型，然后取出墙体相应的端点坐标。