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颚式破碎机的仿真优化分析
王玉1,高铁红2,李夏1,郑越超1,丁凯军1
1.河北机电职业技术学院;2.河北工业大学
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摘要:在动力学仿真软件 ADAMS环境下对颚式破碎机的几何模型进行了适当的简化,建立
A了其工作装置一曲柄摇杆机构虚拟模型,并以颚式破碎机最小传动角极大为优化目标,对连杆长
肉度和摇杆长度进行了仿真优化分析。提出了一种基于 ADAMS进行颚式破碎机优化设计的思路,该研
A究思路对颚式破碎机的优化设计具有一定的参考价值,为设计提供了有效的依据,有较强的实用性。
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关键词:式破碎机; ADAMS;虚拟模型;仿真优化分析;测量功能;迭代优化
颚式破碎机是广泛应用于各种矿山矿物以及
水泥、建材等物料的生产加工中的重要设备之一。
传统的颚式破碎机设计中,运动学分析是通过图解
法及手工计算完成的,不但精度低,且费时费力,特
别是难以进行方案比较和优化设计。虚拟样机技术
就是在建造物理样机之前,利用计算机技术建立机
械系统的数字化模型,进行仿真分析,以图形方式
显示该系统在真实工程条件下的各种特性,并进行
优化设计的技术。本文基于 ADAMS仿真分析技术,
对颚式破碎机工作装置按照最小传动角的优化目
标,进行仿真优化,提出了一种对颚式破碎机工作
装置进行优化设计的方法
颚式破碎机的工作原理
如图1所示,颚式破碎机由机架1、偏心轮2(即
机架2.偏心轮3.动颚板4.肘板5.定颚板
曲轴,又称曲柄)、动颚板3(即连杆)肘板4(即摇
杆)组成。工作时,电动机通过驱动偏心轮2带动动
图1颚式破碎机结构图
颚板3作平面运动,当动颚板3上升时,肘板4与动该机构属于常用的低副机构,由图2知:
颚板3之间的夹角γ变大,推动动颚板与定颚板5
F=Fcos c
接近,两颚板对物料挤压,破碎物料。当动颚板3下
P=Psin a
(2
行时,y角变小,动颚板3与定顎板5之间的开口增
式中R沿C点运动方向,是推动摇杆运动的力
大,被碎后的料块由底部排出。
为有效分力;P垂直于C点运动方向,会增大运动副
最小传动角ym优化问题的提出
之间的摩擦力,是阻碍摇杆运动的力,为有害分力門
当カF一定时,压力角Q越小,机构的有效分
颚式破碎机工作装置是典型的曲柄摇杆机构,力F越大,有害分力F越小,机构的传力性能越好;
作者简介:王玉(1969-),女,河北衡水人,副教授,硕士,研究方向:机械仿真优化设计。
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反之,压力角α越大,机构的传力性能越差。由于在
机构的运动过程中,压力角a时刻变化,所以机构
曲轴AB
运动过程中压力角的最大值am越小,机构的传力
性能越好。由于压力角不易测量,所以曲柄摇杄
?
机构通常以测量压力角a的余角,即传动角γ来代
机架AD
替测量,所以较好传力特性可定义为最大压力角
a获得极小值,并可转化为最小传动角ym获得极
连杆BC
大值。由于ym随曲柄摇杆机构各杆长度的变化而
肘板CD
不同,所以设计时需采用优化设计的方法,求出最
小传动角极大时的最优解。
根据余弦定理
BC+CD+BD2
y=arcc
2BCX CD
图3颚式破碎机仿真建模
4颚式破碎机优化分析
4.1机构优化设计模型的建立
设机架AD长度为4,曲柄AB长度为2,连杆
BC长度为l,摇杆CD长度为4,已知4-600mm,
l2=50mm,待求尺寸为l3和l4s
取设计变量x=[x1,x2
1.机架2.曲柄3.连杆4.摇杆
目标函数为∫x)=yn'max
图2曲柄据杆机构示意图
约束条件为s.t.-350x1<-250
由于BC,CD长度为定值,随着曲柄2的转动,
150B,D两点之间的距离BD时刻变化,所以当BD取
A点、D点固定,且AB已知,求连杆长度l(即
得最小值时,y角取得最大值即图2中双点划线所BCの)和揺杆长度4(即CD)的问题,可转換为求C点
示位置(B点移至B处),AB与机架AD共线时y取位置的问题,C点位置可以用其X轴、Y轴坐标,即
得最小值。
设计变量x,2来确定。通过铰接点参数化,在
ADAMS中通过C点的坐标值变量DV1,DV2来计算
3颚式破碎机的仿真建模
目标函数,并通过C点坐标值的的变化进行迭代,
本文以已知条件为机架长度AD=-600m、曲柄求得目标函数值极大,从而达到优化目的。
长度AB=50mm的颚式破碎机机构运动简图为例
目标函数的实现是通过 ADAMS的测量功能来
分析连杆BC长度和摇杆CD长度的优化设计方法。实现,优化变量在其取值范围内离散取值,通过测
基于虚拟样机技术,利用 ADAMS直接建模,或量机构在运动过程中的最小传动角,当目标函数达
利用三维设计软件UC、P?o/E、 Solidworks等建模后到极大时,仿真优化设计结束
导入,建立如图3所示颚式破碎机的虚拟机构模型,4.2模型参数化
右上部杆件为破碎机曲轴AB,竖直杆件是破碎机
设置测量角度γ:打开 Build菜单,选择Mea
机架AD,较长斜杆为破碎机连杆BC,最下方杆件Snre→ Angle→New,在对话框中的 Measure Name栏,
为破碎机肘板(摇杆)CD。各杆之间通过转动副相连设置测量角度为MEA_ ANGLE_1。在 First Marker I中
接,其中定颚板、肘板转轴D、曲柄转动中心A与大用右键菜单,选择 Marker Pick,左键点取B点,在
地聞接4。
Middle Marker中用右键菜单,选择 Marker Pick,左键