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复摆颚式破碎机参数化建模及优化分析

发布时间:2015-03-25

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随着矿产资源的大量开采利用,矿产资源日趋贫化,对作为初碎设备的颚式破碎机提出了更高的要求。各矿山机械企业只有通过采用特殊技术,更新技术装备,才能开发出生产率高、物料粒度均匀、运动性能合理的产品来提高市场竞争力。

国内有少数破碎机厂家的产品基本接近世界水平,但大多数厂家的产品与世界水平相比差距很大。在开发设计中是否采用机构优化模块对破碎机进行优化设计,得到动颚运动特性是关键因素。传统颚式破碎机的开发主要使用经验法和类比法,开发周期长、成本高。随着虚拟样机技术的初步应用,通过仿真分析已能直观得到动颚的运动特性,实现了在物理样机生产之前即可检测破碎机性能的优劣。然而颚式破碎机动颚行程、传动角和肘板摆角等参数不是孤立的,彼此相关又互相矛盾,靠常规设计很难得到好的方案。我们基于颚式破碎机新产品的运动机构进行优化,在保证破碎机具有较好性能条件下获得预期的生产率,为产品开发方案论证提供依据。

颚式破碎机

1、复摆颚式破碎机的工作原理

复摆颚式破碎机工作时,物料进入由颚板1、2组成的楔形破碎腔内,破碎腔的楔形空间可以保证大块料分布在上面,较小的块料在下面。电动机通过驱动偏心轴5带动动颚6作平面运动,动颚6周期性地接近固定颚板2,当固定在动颚6上的活动颚板1接近时,料块受到挤压、弯折和劈裂的作用而被破碎;当动颚6离开时,料块在重力的作用下向下移动,占据新的位置;当料块的尺寸小于破碎腔较狭窄部分时即离开破碎腔,然后重复循环。

2、运动机构优化问题的提出

众所周知,颚式破碎机的生产能力是破碎机重要性能指标之一。破碎机运动机构是曲柄摇杆机构,生产能力是单位时间所处理的物料量,通过动颚摆动一次排出的棱柱体截面积可以推出破碎机生产率。

由上面分析可知,当结构参数中给、排料口尺寸与啮角确定后,破碎机生产能力与动颚水平行程的关系。实际情况是破碎机的水平行程小于排料口宽度b,由此可见,破碎机的生产率随着水平行程的增加而提高。

动颚水平行程较小时,会降低生产率,但又不能太大,否则,在排料口处的物料会由于产生过压实现象而使破碎力急剧增大,导致过载而使机件损坏。传动角对整个机构的传动性能有影响,传动角越大,传动性能越好,但过大又会导致功耗的增加;若传动角过小,传动性能低,易使肘板磨损,故传动角一般宜在45°~55°之间。为了保证肘板在肘板垫上滚动,则肘板摆动角不能超过接触处两倍的摩擦角,考虑各种因素的影响,通常取4°~6°。

颚式破碎机

3、参数化建模及优化分析

强大的参数化建模功能通过参数化建模,可以将参数值设置为变量,在分析过程中,只需改变样机模型中的有关数值,程序就可以自动更新整个样机模型;而且还可以根据预先设置的可变参数,自动进行一系列的仿真分析,观察在不同参数值下样机的变化。

(1)确定设计变量

复摆颚式破碎机的运动机构是典型的曲柄摇杆机构,其动颚运动轨迹就是连杆轨迹,各构件的参数变化使动颚水平行程、传动角和肘板摆动角等结构参数也会相应地发生改变,对整个破碎机的工作性能都会产生影响,均可作为设计变量。本次分析基于颚式破碎机采用单一变量,以曲柄长度作为设计变量,连杆的长度1281.5mm,肘板长度530mm。

(2)确定目标值

以机构运动特性为出发点,以破碎机预期生产能力为目标值,确定曲柄的长度。取目标值为40~100m³/h。

(3)参数化建模

①创建设计变量

以颚式破碎机运动机构为例进行优化,设曲柄长度为变量,初始值为12.5,取值范围设定为8~20mm;设肘板与机架夹角为随动变量,初始值为104.9°,根据肘板摆动角约束条件为4°~6°,则该角取值范围应为108.9°~110.9°。

②建模

首先根据机构中各点坐标值创建模型的端点,利用ADAMS几何建模工具集直接建模,建立颚式破碎机的虚拟机构模型,如图所示。AB为破碎机的偏心轴(曲柄)、BC为破碎机动颚(连杆),CD为破碎机的肘板(摇杆)、AD为破碎机的机架。各杆件之间通过转动副相连接,其中肘板转轴D、曲柄转动中心A与大地固接,曲柄转动中心A加旋转驱动。

③显示分析结果

在设计研究过程中,通过对变量AB在约束范围8~20mm内分9次进行离散取值,根据设计变量值的不同,进行一系列仿真分析,并输出各次仿真分析的结果。

颚式破碎机

利用ADAMS参数化建模,对设置的变量进行仿真迭代,通过分析参数变化,提取满足水平行程、传动角经验值及生产能力预期目标的变量值,从而获得运动机构的优化设计方案。针对不同机型、不同的设计变量和约束条件,只需要更改各杆件端点的坐标值及变量范围,就可以对各种型号的颚式破碎机运动机构进行仿真优化设计,大大缩短了产品开发周期,改善了产品工作性能,提高了市场竞争力。

更新时间:2019-05-14

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