颚式破碎机动颚体的有限元分析.pdf

第28卷第3期
有色矿治
Vol. 28. No3
2012年6月
NON-FERROUS MNNING AND METALLURGY
June 2012
文章编号:1007-967X(2012)03-0062-03
颚式破碎机动颚体的有限元分析
杨晨,于冠英
中国有色(沈阳)治金机被有限公司,辽宁沈阳110141]
摘要:通过CAD软件对颚式破碎机的动颚体进行三维几何建模,并利用有限元软件 ANSYS对动
颚体进行有限元分析,揭示复杂结构形状下的应力分布规律,从而为结构设计或改进提供
合理依据。利用有限元对铸件分析比常规计算法更加直观、准确可靠。
关词:破碎机;动颚体;强度分析;有限元; ANSYS
中分类号:TD451
文献标识码;B
1引言
式破碎机其工作部分由固定颚板和活动颚板
组成,当活动颚板周期性地接近固定颚板时,借压碎
作用破碎物料。目前美国、德国等少数发达国家的
产品处于国际领先水平,我国各厂家制造的颚式破
碎机技术水平相差悬殊,有少数厂家的产品基本接
近世界先进水平,而大多数厂家的产品与相比差距
较大。
动颚是破碎机重要件之一,也是结构较复杂的
图1简摆式颚式破碎机
零件。保证颚式破碎机最佳性能的根本因素是动颚
1ー一机架部;2一动颚部;3~一偏心轴部
体最佳的运动特性。目前经长期运转实践,发现动
连杆部;5一一肘板部;6一拉杄弹簧部
颚是在其下部肘板偏上处常产生裂纹,所以需要通3颚式破碎机的设计参数
过理论计算判断危险截面是否与实际情况相符。用
有限元法相对于其他的理论计算对其最大危险截面
面3.1给矿口宽度的选择
的位置和应力分布的提取更加直观、便捷和精确,因
给矿口宽度是破碎机规格选择的重要数据,决
此对动颚的结构进行有限元分析是十分必要的
定了破碎机最大给矿块度的大小,也是破碎机的操
作工人和采矿工人应该了解的数据,以免生产中由
2顎式破碎机结构介绍
于块度太大的物料进入破碎机,而影响正常生产。
颚式破碎机的机型有两种,即简摆颚式破碎机颚式破碎机的最大给矿块度是由破碎机啮住物料的
和复摆颚式被碎机。本文以简摆颚式破碎机为例,条件决定的。一般颚式破碎机的最大给矿块度(D)
见图1。其工作原理是:电动机带动皮带轮,通过偏是破碎机给矿口宽度(B)的75%~85%,即D=
心轴3使连杆4上下运动。当连杆上升时,肘板部(0.75~0.85)B,或者B=(1.25~1…15)D,通常,复
5两肘板夹角变大,从而推动动颚板2向固定颚板摆颚式破碎机可取给矿口宽度的85%,简摆颚式破
接近,与此同时物料被压碎;当连杆下行时肘板部5碎机则取给矿口宽度的75%。由所给参数得破碎
两肘板夹角变小,动颚板在拉杆弹簧6的作用下离机的给矿口宽度为B=1500mm
开固定颚板,此时被压碎的物料从破碎腔排出。随3.2破碎腔高度的确定
着电动机连续转动而被碎机动颚做周期性的压碎物
在啮角一定的情况下,破碎腔的高度由所要求
料。这种破碎机由于动颚是绕悬挂点做简单摆动,和破碎比而定,通常,破碎腔的高度,H=(
故称简摆颚式破碎机。
2.5)B,取H=2500mm。
收稿日期:2012-02-27
作者简介:杨晨(1984-)男,本科,助理工程师,现从事矿山设备设计及研发工作。
第3期
杨晨等:颚式破碎机动颚体的有限元分析
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3工作参数的选择与计算
3.3.1啮角
4动颚体的有限元分析
啮角是指钳住物料时可动颚板和固定颚板之间4.1几何模型的建立
的夹角。在碎矿过程中,啮角应该保证破碎腔内的
在有限元分析过程中,建模是非常关键的步骤,
物料不至于跳出来,也不向上滑动,这就要求物料和按照实际结果进行建模,因为一些无关紧要的部分
颚板工作面之间产生足够的摩擦力,以阻止矿块破会影响网格刘分的质量和计算的速度,所以在建模
碎时被挤出去。
过程中,去掉了对计算结果影响很小的细微结构。
颚式破碎机的啮角一般在17°~24°之间。啮角通过PoE软件对动颚部进行几何建模,见图2。
的下限值在破碎硬物料时采用,上限值则在破碎软
物料时采用。正确地选择啮角对于提高破碎机的破
碎效率具有很大意义。减小啮角,可使破碎机的生
产率增加,但会引起破碎比减少;增大啮角,虽可增
加破碎比,但同时又会减少生产率。因此,选择啮
角时,应该全面考虑。在此取啮角=22°。
3.3.2最大破碎力的计算
破碎机的破碎力是判定其关键零件强度和刚度
的原始数据。破碎力的大小与很多因素有关,因而
图2动颚模型
确定破碎力的方法也有很多,概括起来有理论计算4.2有限元模型的建立
法、功耗计算法、实验分析法。
通过接口,可以把在ProE建好的动颚三维模型
目前,国内多是采用实验分析法来确定颚式破直接导人 ANSYS。实体单元 Solid187由10个节点
碎机的破碎力。根据对简摆颚式破碎机的固定颚和定义,每个节点x、y、z方向3个自由度,具有塑性,
动颚的实际受力测定,在破碎机动颚上所产生的破
超弹性,应力强化,蠕变,大变形,大应变能力。因此
碎力与矿块纵断面面积成正比。
选用 Solidi87实体单元可以满足动颚体的计算要
因此,作用在动颚上的最大破碎力可以按下式求。见图3,最终网格模型节点数290147,单元数
为156682。
计算:
Pmax=ABH
式中q一衬板单位面积上的平均压力,其值
可参考表1选取,或取q=0.3kg/mm2;B,Hー一破
碎腔的宽度和高度。
取B=1500mm,H=2500mm,经计算得Pmax
=11250kN最大破碎力都是垂直作用于固定颚和
如
动颚上,其作用点的位置,根据试验测定,简摆颚式
图3动颚有限元模型网格划分
平面算起)的2%处。当破碎单一大块物料时,作4.3边界条件
用点则向上移
根据动颚体的动作过程及上级装配结构,动颚
表1树板单位面积上的平均压力
与轴承联接圆柱面及肘板与机架连接底座面固定,
肘板与底座黏接。在破碎板高度的处的位置施加合
物料种类抗压强度ob
抗压强度q(kg/mm2)
青石
2500
0.3
力
花岗岩
2200
结构分析
石灰石
4.4.1颚式破碎机动颈部刚度校核
当计算破碎机零件强度时,考虑冲击载荷的影
本实例是按最大破碎力在静載荷条件下进行
响,应将Pmax增大50%,故破碎机的计算破碎力的,動颚板上的破碎力由如上计算可得知Pmax
为
16875kN。计算可得如图4、5所示,从计算结果来
Pjs=1. 5pmax=16.875 KN
看,动颚整体变形不大且比较均匀,基本没有弯曲变