圆锥破碎机是散体物料破碎的主要设备之一,其广泛应用于采矿、冶金、建筑等行业。其工作环境恶劣,主要零部件经常在高速重载的条件下工作,其造成的结果表现为能耗钢耗巨大。以节能降耗为目的的圆锥破碎机的优化设计为重点研究方向。目前采用的优化设计方法,均以传统结构圆锥破碎机为基础。不能从根本上避免能耗磨损大、腔型粒度劣化的问题。为解决上述问题,设计了六自由度破碎机。其结构和动锥驱动方式与传统圆锥破碎机不同。由六自由度并联机器人代替传统结构圆锥破碎机中主轴和偏心套驱动动锥,可以实时调节动锥运动方式。故六自由度破碎机可根据腔型与粒度参数实时调节动锥运动方式以实现最优破碎。本文研究散体物料尺寸参数、腔型尺寸参数与破碎机工作参数对散体物料破碎行为、总能耗及有效破碎能耗、衬板磨损量、产量的影响。以此为基础得到六自由度破碎机优化控制方法。在特定的物料与腔型下通过调节动锥的进动角、悬挂点位置以及摆动频率实现最优化破碎。该方法具有普适性,可推广至其他破碎设备的优化设计与控制中。主要研究内容包括以下几方面:(1)破碎产物分布研究。研究破碎腔中散体物料的破碎演化过程,提出了单颗粒破碎产物三参数Beta分布。考虑散体物料粒径期望、粒度分布系数、原始压缩厚度、实际压缩比、紧边长度对散体物料单颗粒压缩比的影响,利用离散元仿真,建立单颗粒压缩比函数。基于上述模型,得到一定物料参数与破碎机参数下的破碎产物分布模型。(2)破碎机能耗与衬板磨损研究。利用离散元法,在不同仿真条件下研究了物料参数与破碎机尺寸参数对应力的影响。建立应力函数。建立动锥运动模型,以此为基础得到动锥上每点应力与速度模型,将上述模型结合得到破碎机能耗与动锥衬板磨损模型。实验验证方面,以PYGB1821型圆锥破碎机破碎腔尺寸、工作条件、实际作业中的给料分布数据为基础,结合破碎产物模型和能耗模型与衬板磨损模型,得到特定条件下衬板全寿命周期的理论破碎产物粒度分布、能耗和磨损量。(3)六自由度破碎机优化控制研究。以破碎产物12mm以下颗粒质量分数、总能耗、磨损量、能耗效率、产量作为六自由度破碎机性能指标,以进动角、悬挂点位置、动锥摆动频率作为不同工作条件的变量,腔型为PYGB1821型圆锥破碎机未磨损时腔形,在不同工作条件下对六自由度破碎机性能指标进行了研究。进一步以性能指标函数为基础,通过模糊多属性决策问题的权重确定方法确定各高度磨损量权重,建立当量磨损量模型。上述性能指标确定后,建立六自由度破碎机优化控制模型。优化模型以上述性能指标为基础优化目标函数。以进动角、悬挂点位置、动锥摆动频率为优化变量。优化函数利用灰狼优化算法求解。得到针对特定腔型与物料特性的优化控制方案。以上述研究成果为基础,得到针对衬板全寿命周期中不同腔型的优化控制方案。与原有方案相比破碎机性能可得到明显改善。(4)方法推广研究。将上述优化计算方法推广至其他破碎设备的研究中。以高压辊磨机为例。研究中,建立页岩单颗粒破碎产物函数。以高压辊辊缝、辊径、转速作为工作条件,建立单颗粒压缩比分布函数与应力函数。并以应力函数为基础建立能耗与磨损函数。以某型号高压辊磨机实验数据对上述模型进行了验证。最后以粒度、功率、产量为优化目标。以高压辊辊缝、辊径、转速为优化变量对特性给料粒度分布下的高压辊磨机工作条件进行了优化。优化方案中同等产量下能耗有所改善。