秸秆粉碎机新闻动态
富通新能源 > 动态 > 秸秆粉碎机新闻动态 > > 详细
锤式破碎机锤轴有限元分析
发布时间：2013-09-14 08:37 来源：未知
0前言
锤式破碎机是一种常用的矿石破碎机械，广泛用于煤炭和水泥厂的原料加工。当矿石进入破碎机后，将受到高速回转锤头的冲击而破碎。普通锤式破碎机的锤头是以铰接的方式固定在转盘上的，在破碎矿块时，锤头会向后偏倒，从而避免了转子主轴受到强力冲击。
转载机用锤式破碎机主要用于煤矿井下顺槽内，与转载机配套使用，对通过转载机的大块原煤进行破碎。转载机用锤式破碎机的锤头与转盘或锤体是通过螺纹刚性地联接在一起的，锤头的冲击将会直接传递到锤体、轴及轴承等。转载机用锤式破碎机是普通锤式破碎机的变形，主要变动是活动锤头改为固定锤头，采用冲击破煤的方式实现对煤的破碎。
冲击式破煤是一种效率较高的破煤方式，它在破煤机理上完全不同于采煤机的切削式破碎和铣削式破碎。这种破煤方式较好地利用了煤体本身的物理力学特性。此外，冲击作用可以在瞬间传递较多的能量，这类冲击机具的共同特点是能量集中，传出的作用力峰值是同重量的静加载机具的几倍到几十倍；再者，冲击力以脉冲形式输出，与煤体的跃进性破坏过程可以互相谐调，达到较高的能量利用率；而且，脆性的煤体在劈裂式的冲击力作用下，易于形成较为稳定的煤块，从而可大大地提高块煤率。
转载机用锤式破碎机是由两大部分组成：电机和减速机构构成破碎机的动力部分，锤头与锤体、轴以及轴承等构成破碎机的执行部分。电机和减速器构成的动力部分为破碎机提供力矩，对破碎机的空载起动、空载运行有较大的影响，而以锤头与锤体为主的执行部分则对破碎机正常工作时的负载特性有较大影响。
由于锤式破碎机的工作负载是不连续的，它会有冲击，因此以锤头与锤体为主的执行部分与动力部分不能采用刚性的机械联接方式，对于大功率的破碎机采用液力耦合器联接执行部分与动力部分。对于中小功率的破碎机采用皮带联接方式联接执行部分与动力部分。
转载机用锤式破碎机的执行机构是锤头，而锤头与锤体是通过螺纹刚性地联接在一起，因此，对转载机用锤式破碎机的受力分析主要包括锤头与锤体的受力分析、轴的受力分析以及轴承的受力分析等。将锤头与锤体、轴以及轴承，包括键作为一个整体进行研究，以下将此整体称为锤轴。锤轴实际上是一个定轴转动的刚体，是锤式破碎机的主要执行部分。
锤轴是锤式破碎机的关键部件，既要求高精度，又要求高刚度，既要进行精加工工序，又要进行一定的粗加工，因此，对锤轴的静、动态特性提出了更高的要求。主轴的中部装有锤头，直接参与冲击破碎，它的性能在锤式破碎机中是举足轻重的。因而锤轴结构的设计检验方法引起了工程师们的重视。
传统的公式法、能量法和当量直径法来设计和校核轴的刚度、扭转变形和弯曲变形时一般都能满足工程上的精度，但在实际中应用都受到一定的限制，原因在于这些方法计算都较为繁琐。弯曲变形一次只能计算某一截面，如果有多个截面都需要校核，则设计周期长、工作量非常大。这时利用有限元分析软件计算主轴的刚度、扭转变形和弯曲可以同时得出多个截面的多种变形，给再设计和修改提供可靠的依据。
1、建模
建立三维模型是指进行机构构件的具体设计，首先确定零件的形状、结构、尺寸和公差等，并在计算机上进行二维绘图和三维实体造型，然后通过装配�？橥瓿闪慵樽�，形成整机。在Pro/E WILD-FIRE软件中，零件装配是依靠所选择的面及特征来约束零件的。装配是动态仿真的前提，装配关系的正确与否直接影响动态仿真的效果。装配前，先确定运动构件及构件间的运动副，最后由各机构构成整机，并为仿真做准备。
本论文以PCM400型锤式破碎机为例研究锤式破碎机的三维建模与仿真，重点研究PCM400型锤式破碎机的执行部分。PCM400型锤式破碎机执行部分的主要零部件包括：主轴、锤体、锤头。PCM400型锤式破碎机执行部分的主要附属零部件包括：紧固螺母、轴承座、轴承盖、迷宫压板。先建立各个零件的三维模型，然后再进行虚拟装配。
本文选择有限元分析软件ABAQUS对锤式破碎机进行进一步地深入研究，在ABAQUS环境下，可以选择ABAQUS/Explicit�？�，因为它适用于模拟短暂、瞬时的动态事件，如冲击和爆炸问题。
1.1模型简化
简化在Pro/E环境下的锤式破碎机虚拟装配体的特征组成，并根据在ABAQUS环境下画出网格的条件，对重要的主体零部件特征进行必要的修改（不会影响分析的结果）。简化的图形如图1。
将简化后的模型导人到ABAQUS环境下，进入到ABAQUS组件�？榛肪持�，将所有的零件组装成一个装配体。在进行数据处理时要注意单位，由于导人模型的长度单位是mm，因此使用ABAQUS中的SI/mm量纲。
在“材质属性管理器”中创建材质，为计算方便，材质全部选用钢铁，主要参数为：密度：7.8E - 009t/mm3；弹性模量：206000 MPa;泊松比：0.3。
锤式破碎机的分析过程需要2个步骤：碎煤之前和碎煤时。碎煤之前的时间可任意设定，为减少计算机分析的时间，在此设定为0.01 s；碎煤时的时间就是Pro/E动态分析中的冲量时间，在此设定为0.000 4 s。
1.2设定连接条件和约束条件
(1)连接条件键的2个侧面为承载面，分别与轴上的键槽和锤体上的键槽为“面与面接触”连接，接触属性为“法向运动”和“切向运动”。
(2)约束条件锤头与锤体是使用螺栓刚性固定，因此它们使用的是“黏性”约束条件。
3、结语
本论文首先建立了PCM400型锤式破碎机三维模型，然后根据实际情况对该模型进行了简化，定义了约束、边界条件和其他参数，在ABAQUS软件下，进行了有限元仿真分析，对有限元仿真结果进行分析，可以得到以下结论：
(1)采用ABAQUS有限元分析计算，能够较真实地反映锤式破碎机的实际受力状态和运动情况，明确应力分布区域，且所得结果与实际较吻合。
(2)有限元仿真分析结果表明，PCM400型锤式破碎机执行部分各主要零件的安全系数均较大，一方面说明这些零件满足安全要求，另一方面说明PCM400型锤式破碎机执行部分各零件和运行参数还可以进一步优化。
