破碎機箱體結構設計與動態特性研究
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摘 要 隨著社會經濟的發展，我國的工程建設越來越多，對破碎機的應用也越來越廣泛。本文以一種前后帶有雙開門的可逆式反擊式破碎機箱體為例，利用SolidWorks軟件建立三維模型，再利用ANSYS Workbench軟件對破碎機箱體進行有限元模態分析。通過分析了解了箱體固有頻率與振型等破碎機箱體動態特性，為破碎機箱體動態優化設計奠定了基礎。
關鍵詞 可逆式反擊式破碎機箱體;有限元分析;動態特性
引言
近些年來，許多地下礦物開采單位，出于降低礦石提升成本及降低運輸費用等方面的考慮，已經將礦石的破碎工序轉移至礦井下進行。但由于傳統破碎機最大件（機架、動顎體）基本都是整體焊接結構，外形較高，使得大型破碎機無法通過罐籠或斜坡道正常運輸到井下。這就大大提高了井下礦石破碎作業對大型拆分式外動顎式破碎機的需求，使得大型拆分外動顎式破碎機的推廣應用具有極大的市場潛力和產業化前景。
1 破碎機箱體的結構形式
破碎機箱體是破碎機的關鍵承載部件，不同種類的破碎機的破碎機箱體也不同。在破碎機箱體結構的設計上，應力求結構簡單。在結構設計中應滿足功能的要求，有恰當的剛度、強度和穩定性。破碎機箱體按結構分為整體箱體與組合箱體兩種形式。整體箱體由于制造、安裝和運輸困難，故不適于用于大型破碎機，而多為中小型破碎機采用。它比組合箱體剛性好，但制造比較復雜。組合箱體用于大型破碎機，它有兩種形式：一種是上箱體與下箱體結構形式，上下箱體間用螺栓連接。另一種是左右箱體形式，或左中右箱體形式，箱體之間用螺栓連接。較特殊的有英國某公司制造的破碎機箱體，是由四個部分拼接而成，側壁采用焊接結構。日本某公司制造的破碎機箱體，采用組合結構，側壁是由鋼板焊接而成，前后箱體則是鑄鋼件。原西德制造的舊式破碎機箱體為鑄造整體結構，而大型破碎機箱體則采用了組合結構，箱體外圍設有加強筋。國內制造的破碎機箱體，大多采用整體結構，大型破碎機箱體采用焊接結構[1]。
2 破碎機設計方案
傳動系統包括電機、液力偶合器、減速機、聯軸器，其中電機主要為設備輸出動力;液力偶合器能夠提高電機的啟動平穩性，減少沖擊和振動，同時也是破碎機卡堵時的一種機械保護裝置;減速器的主要作用為降低齒輥轉速、提高破碎扭矩;聯軸器主要用于破碎齒輥與減速機的連接。通過對破碎齒輥進行特殊的齒型設計與布置，使其旋轉起來類似于滾軸篩，能夠使小塊物料直接從2輥之間通過，僅對大塊物料進行破碎，從而達到節能降耗的目的。齒輥破碎物料的過程中，首先齒尖對物料產生刺破作用，隨著齒輥的旋轉，物料被輥齒咬合，在1個輥的相鄰2個齒及對面齒輥的1個齒形成1個嚙合空間，對物料產生剪切及彎曲破碎作用，隨著物料的進一步下落，大塊物料在2個齒輥中間又會受到一定的擠壓破碎作用，通過以上3步完成整個破碎過程[2]。
3 有限元的概述
近年來，有限元已經發展到流體力學、溫度場、磁場、滲流和聲場等問題的求解計算，最近又發展到求解一些交叉學科的問題。從網格劃分的功能來說，則包括四種劃分方式：延伸劃分、映像劃分、自由化分與自適應劃分。分析求解模塊是對已建立好的模型在一定的載荷與邊界條件下進行有限元計算。后處理模塊是對計算結果進行處理，可將計算結果用圖形、圖表或者曲線的方式顯示出來。在強調可視化的今天，有限元軟件在前置建模和后置數據處理模塊取得了較大的進展。另一方面，有限元分析系統的通用CAD軟件的集成，形成了一個新領域的CAE，給工程設計帶來巨大的變革。隨著科學技術的發展，線性理論已不能滿足設計的要求，比如建筑行業的高層建筑和大跨度旋索橋的出現，就要考慮結構的大位移和大應變等非線性問題;航天和動力工程的高溫部件存在熱變形和熱應力，也要考慮材料的非線性問題。僅靠線性計算理論已經不足以解決遇到的問題，只有采用非線性有限元算法才能解決。為了簡化有限元網格的劃分，在不影響仿真計算結果的條件下，忽略可逆式反擊式破碎機箱體的過度圓角以及螺栓孔、定位孔上的倒角、箱體加工定位的孔以及細小的凹凸槽。經過網格劃分的檢查，認為劃分是合理的。關于約束，考慮可逆式反擊式破碎機箱體在使用中是通過地腳螺栓組固定在地基上，所以采用固定約束類型。可逆式反擊式破碎機箱體是可逆式反擊式破碎機的重要結構，其動態特性的好壞對整個破碎機有著重要的影響?？赡媸椒磽羰狡扑闄C箱體可以通過模態分析來確定它的振動特性。箱體的激勵源主要來自于反擊板的懸掛和支撐。物料對門板的撞擊也產生激勵。
4 刮板轉載機和破碎機改進前、后主要技術性能比較
刮板轉載機和破碎機改進前、后主要技術性能對比。改進后的大采高工作面順槽轉載機、破碎機具有摩擦阻力小，推進速度快，全液壓控制等優勢，大大提高了整機設備的安全性能，縮短輔助推進工作量，降低了工人的勞動強度，有效地解決了順槽轉載機、破碎機由于重量重、底板軟等因素造成的推進困難問題，提高了生產效率;尤其是在大傾角順槽內可有效利用調高油缸和推移油缸的配合，使轉載機和導軌互為支點實現設備自身的邁步自移功能，具有其他推進方式不可比擬的優越性。
5 結束語
綜上所述，雙開門的箱體結構方式極大地方便了設備的耐磨件更換和設備維修和檢查，占地空間小，對于特定狹窄工況環境，其優點更為明顯。利用SolidWorks軟件對可逆式反擊式破碎機箱體進行三維建模設計，再用ANSYS Workbench軟件對可逆式反擊式破碎機箱體進行了模態分析，求解出了前6階的固有頻率與振型。主軸轉動頻率以及其2倍頻率均遠低于第一階模態頻率，不會發生激起共振現象。通過用有限元方法對破碎機箱體進行動態分析是一種可行的動態設計和驗證方法，為可逆式反擊式破碎機箱體在剛度、強度方面進行優化設計奠定了基礎。
參考文獻
[1] 呂廷，石秀東，張秋菊，等.基于ANSYS的破碎機機架模態分析[J].機械設計與制造，2008，（11）：99-101.
[2] 王景立，劉選偉.基于有限元法的深松機機架靜力學分析[J].中國農機化學報，2015，36（6）：4-6.
作者簡介
徐境澤（1990-），女，遼寧省沈陽市人;學歷：本科，助理工程師，現就職單位：沈陽翰熙機械設備有限公司，研究方向：重型設備，礦山設備破碎設備。
趙宇男（1990-），遼寧省沈陽市人;學歷：本科，助理工程師，現就職單位：北方重工（沈陽）制造有限公司，研究方向：礦山球磨機。
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