多物理场仿真与公理化集成的反击式破碎机节能优化方法

本发明涉及破碎装备，是一种多物理场仿真与公理化集成的反击式破碎机节能优化方法。

背景技术：

1、近年来，随着中国经济快速发展，房屋、高铁、高速公路等大型建设项目兴起，对砂石骨料的需求也急剧增加。由于天然砂石资源的过度开发，河流生态和河床结构造成严重破坏，国家对天然砂石的开采加以限制。因此，为了建筑发展，代替天然砂的人造砂被添加到混凝土中使用。人造砂的原材料非常丰富，可以包括基岩、建筑垃圾、石头废料、矿山尾矿等。目前，人造砂石生产使用的设备会用到破碎机。因此开展破碎研究，研发节能高效的破碎设备，对于节能降耗具有重要的理论意义和社会、经济意义。

2、对于反击式破碎机节能设计和运行优化中，破碎机腔内结构复杂导致其流场也较为复杂，整体上流体-颗粒耦合多相流，物料较大，且存在来回碰撞和回转。此外由于大颗粒碰撞，不满足下落条件，又将会继续被破碎，直到符合转子圆周半径和反击板最小间隙，才能掉落到料仓内。如何通过优化反击式破碎机结构和除尘结构，减小能耗及粉尘处理是反击式破碎机设计的一个难题。

3、公理化设计是一种以系统化的方法和过程来进行产品或系统设计的方法，目的是通过清晰的定义、分类和组织问题，从而实现高效、优化的设计方案。公理化设计强调将设计问题分解为独立的子问题，并为每个子问题定义基本的公理或假设，以便于解耦和独立处理。这种方法将设计问题的复杂性降低到可管理的水平，使得设计者可以更好地理解和控制设计过程中的每个环节。公理化设计还支持设计过程中的模块化和可重用性，因为每个子问题都可以独立地解决，并且可以通过组合不同的子问题来生成新的设计方案。这种方法被广泛应用于产品设计、系统设计和工程设计等领域，可以帮助设计者更好地理解和掌控设计问题，从而实现高效、优化的设计方案。

技术实现思路

1、为了降低反击式破碎机除尘能耗，发明了一种多物理场仿真与公理化集成的反击式破碎机节能优化方法，通过对传统反击式破碎机仿真分析，采用公理化设计，对反击式破碎机除尘功能和破碎功能进行解耦分析，设计出除尘节能的反击式破碎机方案，通过信息公理选用信息含量最少的方案；通过公理化设计可以系统地规划和设计破碎机的结构和参数，提高设计效率，通过仿真模拟可以快速评估设计方案的性能，减少试错成本，通过以上设计方法，可以有效地降低除尘能耗，减少粉尘污染，提高反击式破碎机的综合性能，从而有效降低破碎行业对环境的影响。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种多物理场仿真与公理化集成的反击式破碎机节能优化方法，具体步骤如下：

4、s1、使用solid works软件建立反击破碎机三维模型，所建模型充分展现破碎机的结构和工作原理。

5、s2、对传统反击式破碎机进行多物理场仿真，分析传统反击式破碎机内部速度场、压力场及进出口面积、出口压力、下排风量等数据；

6、s3、采用公理化设计，分析破碎机结构、除尘装置、除尘功能、破碎功能之间的耦合关系，并进行解耦设计，根据信息公理选择最优设计方案。

7、进一步地，步骤s1具体为：

8、s1.1、收集反击式破碎机的相关信息，比如：反击式破碎机的设计图纸、技术参数和相关资料，包括外部尺寸、内部结构、零部件等信息；

9、s1.2、根据收集的信息，选用solid works三维建模软件进行建模，在建模过程中将反击式破碎机进行简化，省略较小的零部件或细微的特征。对于一些复杂的几何形状，使用简化的几何形状来代替。将内部结构简化为整体或者用简单的代表性部件来表示。删除模型中不必要或不影响分析结果的部分，例如辅助零部件、内外部管道等。通过减少模型的面数，即减少多边形的数量，简化模型并提高计算效率；

10、s1.3、根据实际情况，选用参数化建模，通过快速调整和修改反击式破碎机零件或机构模型尺寸、形状和特征，提高设计的灵活性和效率。通过设置参数和约束，快速生成多个变体，保持在不同场景生成模型大小一致，高效进行设计优化和仿真分析；

11、s1.4、对单个零件进行草图绘制，然后对草图进行拉伸、旋转、扫描、拉伸切除等操作，完成对单个零件模型的建立；

12、s1.5、调整单个零件细节，确定各个零件的位置，然后进行模型装配，完成反击式破碎机装配；

13、s1.6、对反击式破碎机模型进行检查和修复，检查是否有几何错误，尺寸、比例和对称性是否正确，修复面重叠、孔洞、非连续边等；修复模型错误，完成反击式破碎机模型创建。

14、进一步地，步骤s2具体为：

15、s2.1、利用solid works软件对三维模型进行流体域提取，得到模型的流体区域；

16、s2.2、利用icem网格划分软件对反击式破碎机流体区域模型进行网格划分，导出.msh网格文件；

17、s2.3、将.msh网格文件导入fluent软件中，定义物理参数，设置破碎模型，等待计算；

18、s2.4、在fluent软件中，当前时间步内，通过迭代，计算流场分布，流体与颗粒之间的动量、能量交换，以及每个网络中包含的颗粒信息，将计算获得的流场信息传递给edem软件；

19、s2.5、在edem软件中，利用fluent软件的流场信息，计算当前时间步内流体对颗粒的作用力以及颗粒的速度和位置信息，并将这些信息传递给fluent软件，作为下一时间步fluent计算的依据；

20、s2.6、重复s4.4-s4.5的fluent-edem耦合仿真过程，直至颗粒场、流体场都趋近于稳定状态，获得反击式破碎机内部流场情况和相关数据。

21、所述的反击式破碎机内部流场包括速度场，压力场，相关数据包括进出口面积、出口风压、下排风量。

22、进一步地，步骤s3具体为：

23、s3.1、利用独立公理对反击式破碎机进行解耦设计，考虑破碎结构、除尘结构、破碎功能、除尘功能之间的耦合关系，得到满足功能独立性的新的破碎机设计方案；

24、s3.1.1、根据破碎机的整体功能需求，对破碎装置和除尘装置进行分解，得到各个基本破碎部件和辅助部件的功能需求；

25、s3.1.2、对各个基本破碎部件和辅助部件的功能需求进行进一步分析，找出其内部的功能模块，以及模块之间的依赖关系；

26、s3.1.3、采用独立公理，将各个模块之间的耦合关系转换为独立关系，即使得各个模块之间相互独立，可以单独进行设计和优化；

27、所述独立公理核心为核心是功能需求frs和设计参数dps之间的关联关系，用定义设计目标和设计解的特征矢量来表示：

28、{fr}m×1＝[a]m×n{dp}n×1

29、其中公式a可表示fr和dp之间的关联关系，具有以下形式：

30、

31、设计矩阵a中的元素aij由下式给出：

32、

33、s3.1.4、根据独立性条件，设计各个模块的具体结构和参数，保证各个模块之间相互独立，但又能协同工作，实现整体破碎机的功能需求；

34、s3.1.5对反击式破碎机的各个模块进行组合，得到满足独立性条件和整体功能需求的新的破碎机设计方案。

35、s3.2根据公理化设计中信息公理进行方案优选，利用s2中cfd仿真，分析不同方案反击式破碎机内部流场信息及其对功能需求的影响，计算不同方案信息能量。

36、所述计算不同方案信息能量为：

37、一个给定的fri的信息含量ii，以比特为单位，由满足该fri的概率proi决定，如下式所示：

38、

39、对于具有多个frs的设计而言，系统的整体信息量是根据这些frs之间的关系来计算的。当frs满足独立公理，即在统计上相互独立时，系统信息量isys可以用下式表示：

40、

41、当frs在统计上相互影响时，系统信息量isys需要用以下公式表示：

42、

43、其中proi|{j}是满足fri的条件概率。

44、本技术方案能产生的有益效果：

45、公理化设计方法能够系统地规划和设计破碎机的结构和参数，提高设计效率。而仿真模拟可以在计算机上模拟流场和物理现象，快速评估设计方案的性能，减少试错成本。通过该方法，可以在虚拟环境中进行测试和验证，降低实际试验的需求，加快设计迭代的速度。通过预测性能和优化设计，可以快速改进破碎机的结构和可靠性。