Существующая проблема. Большинство мельниц работают в режиме, не позволяющем так или иначе влиять на технологический процесс, энергозатраты, подачу воды, а значит, изменять их производительность, что негативно влияет на предприятие, где этот объект расположен. Этому способствует наличие таких негативных факторов, как повреждение футеровки, наличие застойных зон, длительное время отклика, непостоянство крупности как исходного сырья, так и получаемого продукта.

Идея работы. Целью данной работы является моделирование процесса измельчения в шаровой барабанной мельнице. Конечной целью является разработка системы управления и оптимизация работы шаровой мельницы барабанного типа посредством технологий цифрового двойника для увеличения производительности объекта и минимизации энергозатрат.

Детали исследования. В представленной работе был использован метод дискретных элементов, с учетом процессов измельчения материала, для описания особенностей и режимов работы шаровых мельниц барабанного типа с использованием типичной руды. Применяемый метод дискретных элементов, моделирующий движение шаров и горных пород в обогатительном оборудовании, позволяет понять структуру потока и характер измельчения материала. Он также предоставляет информацию об энергии, рассеиваемой при каждом столкновении дискретных частиц. Явления рассеяния энергии определяют характер и интенсивность измельчения, при этом процесс измельчения можно охарактеризовать с помощью энергетических спектров столкновений.

В представленной статье исследуются количественные структурные изменения в шаровой мельнице барабанного типа при различной скорости вращения барабана. Моделирование показывает, что изменение скорости вращения мельницы существенно влияет на процесс измельчения. Для изучения процесса измельчения были проведены экспериментальные исследования с использованием лабораторной установки. На основе полученных данных была построена трехмерная динамическая модель мельницы, включающая в себя шары и исходный материал. Полученные результаты могут быть использованы для разработки цифрового двойника технологического оборудования для прогнозирования текущего состояния объекта и выдачи управляющих воздействий в систему автоматического управления.

Заключение. Анализ приведенных выше графиков наглядно показывает, что при увеличении частоты вращения мельницы интенсивность измельчения материала растет до тех пор, пока не произойдет достижение критической частоты вращения. При этом растет и затрачиваемая энергия на разрушение частиц. То есть это приведет к несущественному повышению скорости разрушения и при этом — к увеличению энергопотребления мельницы. Определить общую эффективность процесса измельчения можно как средневзвешенную величину (по всем классам крупности) рассеяния энергии с учетом номинальной удельной энергии, необходимой для разрушения частиц. Представленные энергетические спектры можно использовать как для оценки эффективности изменения параметров технологического процесса измельчения, так и для последующего выбора наиболее оптимального режима работы с учетом нагрузки мельницы исходным сырьем, шарами, скорости вращения и других параметров. Система управления мельницы может использовать информацию от цифрового двойника для диагностирования текущего состояния оборудования и выдачи оптимальных режимов работы. Помимо использования математической модели необходимо обеспечить сбор оперативной информации от установленных на оборудовании датчиков и приборов. Это могут быть частотные приводы, датчики веса, анализаторы шума и т.п.