锤式破碎机锤头有限元模型仿真.docx

2 0 1 1 年 9 月J o ur nal of Xi’a n Aero t ech nical CollegeSep t . 2 0 1 1锤式破碎机锤头有限元模型仿真李懿(西安航空技术高等专科学校 机械工程系 ,陕西 西安 710077)摘 要 :当锤头对矿石的打击力正好发生在锤头的碰撞中心 (或称打击中心) 时 ,就可以完全消除锤头销孔与销轴之间的碰撞反力 ,降低锤头磨损 ,提高破碎机效率 。利用锤头销孔所受碰撞反力的计算公式 ,建立锤头的有限元模型 ,通过对锤面上不同点打击力加载 ,得出了锤面上各点的所受应力 ,依据结果优化锤头结构尺寸 。关键词 :锤式破碎机 ; A N S YS ; 打击中心 ;有限元优化设计中图分类号 : T P391 . 92 文献标识码 : A 文章编号 :100829233 (2011) 0520038203为 m , 锤头绕销轴 O Z 的转动惯量为 J 0 , 质心位于 C点 , 并令 OC = b。设在锤头对称平面内 , 作用一冲击 力 P , 此冲击力的作用线与 OC 的延长线交于 K 点 , 且垂直于 OC 的连线 , 令 O K = h , 求锤头销孔处的 约束反力 N OX 和 N OY 。其中 N OY 即是由冲击力所引 起的碰撞反力。[ 3 24 ]理论力学方法求锤式破碎机锤头的打击中心对锤面反力锤式破碎机的锤头铰接悬挂在转子体上的销轴 上 , 当锤头打击矿石时 , 在锤头碰撞点上将作用着冲 击力 P。如果冲击力 P 未通过碰撞中心 , 则有碰撞反 力作用于锤头销孔 , 根据作用力与反作用力相等原 理 ,亦有一反作用力 N oy 作用于销轴[ 1 22 ] (见图 1) 。1∑FX = 0Qon + N OX = 0( 1)∑FY= 0= 0( 2)P -QOτ + N OY∑M O = 0Ph - M q = 0( 3), 代分别将 Qoτ = mbε、Qon入式 ( 1) ～ ( 3) 中 解方程组得 :N ox = - mbω2mbω2 和 M q= J εo=( 4)mbh( 5)N OY =PJ 0令 N OY = 0 , 整理后得J 0h 3( 6)=mb计算得以下结论 :( 1) h h 3 , 当冲击力 P 作用线位于碰撞中心 上方时 , 即 N OY 0 , 作用于锤头销孔的 N OY 力与图1 所示方向相同 ;( 2) h h 3 , 当冲击力 P 作用线位于碰撞中心图 1 锤头销孔约束反力计算图目前 , 破碎机锤头一般设计为具有对称平面的 刚体 , 可绕垂直于图面的销轴 O Z 转动 , 锤头的质量收稿日期 :2011205205作者简介 :李懿 (1978 - ) ,男 ,甘肃甘谷人 ,助教 ,硕士研究生 ,从事计算机仿真与数控研究 。39第 5 期李懿 :锤式破碎机锤头有限元模型仿真下方时 , 即 N OY 0 作用于锤头销孔的 N OY 力与图 1所示方向相反;交变应力主要来源。如其选择不当 , 还可增加能量的额外消耗。本节在上节理论基础上应于有限元的方法 优化锤头尺寸 ,以便需求最佳的碰撞中心位置[ 5 ] 。由于要保证锤头与矿料碰撞力恒定 , 就须保持 锤头质量一定又固定了锤头厚度 , 打击面积恒定。优 化过程中 , 锤头重心与旋转主轴的距离变化量不大 。近视认为其转动惯量 ( J 0 ) 不变[ 6 ] 。4 . 1模型锤头外形尺寸如图 1 所示; 当 锤头的长度 ( L ) 变化引起锤头重心 C 的位置变化 , 从而引起碰撞中 心的位置变化 h 3 , 从而导致销轴上打击反力变化 N oy 。那么 , 优化问题就是通过改变锤头的长度 ( L ) 需求最优的碰撞中心的位置 h 3 使得不同位置的打 击力产生在销轴上打击反力 N oy 与该位置的打击概 率乘积最小[ 7 28 ] 。为了便于分析比较 , 用某一型号锤式破碎机的 参数做具体计算。锤头如图 1 所示 , 锤头参数如下 m= 5 k g , R = 308 mm , r = 140 mm , d = 70 mm , D =26 mm , a = 85 mm 。( 3) h = h 3 , 当冲击力P 作用线正好位于碰撞中心上时 N OY= 0锤头打击力在锤面概率2在确定锤头碰撞中心位置时 , 还要考虑锤头工作部位打击概率这一重要因素。设锤头工作面高度 为 d , 那么矿石与锤头碰撞的位置在 d 内是随机变 化的 , 而实际上每次矿石与锤头的碰撞落在锤头外 棱的概率要大于其他部位。锤头工作时 , 锤头的顶部 在逐渐磨损 , 实际上锤头的外棱是动态变化的 , 在磨