仿生凹土破碎齿的设计及仿真

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凹土棒黏土(Attapulgite Clay)(以下简称凹土)的破碎环节是凹土提纯工艺环节中必不可少的一步[1]。目前来讲,凹土破碎都是采用先烘干,然后破碎的方式。这种破碎方式会对凹土的物理键产生破坏,影响凹土质量,同时烘干过程会对环境造成破坏,对资源也会造成极大浪费。为解决此问题,提出直接对凹土潮矿(潮矿——刚挖出的凹土矿,未经烘晒等处理)进行破碎,但是采用目前的破碎机破碎凹土潮矿的效果并不理想,主要原因是凹土潮矿具有一定的粘性。这就需要对破碎机进行改进,提出利用仿生学原理将生物界抗粘性外表应用到破碎齿辊的表面。但是如果直接对现实中的破碎机进行再次研发与改进,则需要浪费大量的人力物力,同时试验周期也较长。离散元法是一种有效的研究破碎问题的方法[2],基于离散元理论以及离散元仿真软件EDEM对破碎过程进行模拟仿真,可以有效的节约研发成本和时间,对凹土潮矿破碎机的研发具有重要意义。本文首先通过查询文献,分别对仿生机械的研究现状、破碎理论的研究现状和离散元法的研究现状进行了简单总结,论述了利用离散元法理论和离散元软件EDEM对凹土潮矿进行破碎破碎仿真的可行性。其中主要涉及三个方面的研究:(1)凹土潮矿的仿真颗粒模型建立。本文对真实的凹土潮矿进行了一系列土壤学相关实验,得到了真实凹土潮矿的性质参数,根据相关参数对凹土潮矿的仿真颗粒模型进行定义。(2)将抗粘性生物体表应用到破碎齿辊的表面。本文对抗粘性的生物体表进行了显微观察,根据观察结果,利用逆向工程对其体表特征进行拟合建模,进而将得到的三维模型应用到破碎齿辊表面。(3)利用离散元法理论和离散元软件EDEM对仿真模型进行建模。根据得到的仿真颗粒模型和仿生破碎齿辊模型进行仿真模型的建立,主要介绍了颗粒替换过程,各种仿真参数的设置等。本文通过两次破碎仿真实验得出了最优的凹土仿生破碎齿,并结合了实际实验,验证了第二次仿真实验的正确性。最终得到的凹土仿生破碎齿可以有效的解决凹土潮矿的破碎问题,进而为解决凹土破碎过程中的环境污染问题、资源浪费等问题提供了参考。
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