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高效超细破碎机设计与CAD系统的开发
发布时间：2013-10-11 08:50 来源：未知
“高效超细破碎机CAD系统”是针对成都科达高新技术有限公司的PGXJ -Ⅱ节能型产品，进行其运动和动力学分析，参数优化和结构优化，并基于AutoCAD和VB平台进行研制的计算机辅助设计软件系统。以实现破碎机设计的自动化和智能化，提高破碎机的设计质量和效率，从而开发出高质量的破碎机系列产品。
1、系统功能要求
在建立系统总体结构之前，必须先对待处理的产品进行调研。经过对超细破碎机及其传动机构的机构和特征进行分析，得出超细破碎机CAD系统主要要求如下。
(1)总体功能要求。完成从最初原始设计条件如电动机选择等一系列设计步骤，最终到破碎机的装配图和全部零件图的工程设计图纸和技术资料产生的全部过程。
(2)其他功能要求。超细破碎机各零部件结构完成参数化设计；完成对超细破碎机各运动零部件的强度校核，安全分析和寿命计算；人机交互环境友好，使用方便可靠。
(3)软件运行环境。超细破碎机CAD系统要求用户预装有WINDOWS95/98/2000，或WINDOWSNT4.0以上版本的操作系统，AutoCAD 2000版本绘图环境和Visual Basic for Application二次开发工具，系统能在此使用环境下正常运行。
2、结构设计
该系列机型为反击式与冲击式结合大大延长易损件寿命，其结构示意图如图1所示。(1)渐开线反击板设计。反击板的作用是承受被板锤击出的物料在其上冲击破碎，并将冲击破碎后的物料重新弹回锤击区，再次进行冲击破碎。其目的是确保整个冲击过程进行，最终获得所需的产品粒度。
反击板的结构形式很多，主要有折线型和弧线型两类。
渐开线形反击面的主要特点是：在反击板各点上物料都是以垂直的方向进行冲击，因此可获得最佳的破碎效果。本系统采用渐开线型结构提高了破碎效率。
(2)后侧护板和筛板的设计。后侧护板和筛板的设计为恒力调节机构，这样在锤头磨损后，可通过调节后侧护板和筛板有效控制了出料粒度，提高了锤头的利用率。
(3)分流系统的设计。该分流系统使大小物料自动分流，符合要求的物料从专用通道排出，这样大幅度增加了破碎机的产量，明显降低了能耗，延长了易损件的寿命。
(4)筛板的设计。筛面矢径变化从大到小，这样锤头与筛面的间隙就由大变小，即下部破碎腔容积由大变小。有利挤压、研磨和排料，减少了因排料不畅引起的无效功耗。
(5)破碎腔的设计。上部破碎腔比普通细碎机大，充分利用了物料所获得的功能。同时，物料互相碰撞破碎的几率增加，减少了锤头的磨损。
(6)转子的设计。缩短了转子主轴的无效长度，改善了主轴和轴承的受力状态，延长了轴承使用寿命；增加了转子的转动惯量使设备运转平稳，对减少装机容量有利。
(7)锤头的设计。该系统的锤头结构经优化设计，有可调节结构，完全避免从变截面处断裂的缺陷，其表面形状的改善也有利于减少磨损；材质选用了新型耐磨合金，延长了使用寿命，提高了锤头的利用率。
为降低制造成本，对转子进行了分类设计：转子直径∮≤1000mm时，转子为实心结构；转子直径∮≥1000mm时，转子为轮辐结构。
3 、CAD系统总体结构与开发环境
超细破碎机CAD系统设计软件采用VB编程语言开发完成�；嫱既砑弑干鲜鎏跫�，还利用AutoCAD 2000绘图环境和Visual Basic for Application及AutoCAD中的ActiveX技术完成。
本系统分为设计计算和自动绘图两大部分，每个部分均自成体系，可以单独运行。两大组成部分在主控模块下划分若干个子�？�。�？榉直鹜瓿苫褂呕扑恪⒐ぷ鞑问扑�、运动学模拟、受力分析、皮带传动设计、零件强度计算和绘画等工作（图2）；通过主程序段的不同调用方法，各子�？榧瓤梢园此承蛑葱�，以相互之间设置的公用变量来完成数据间的交换和传递；也可以直接调用其中的任一�？橹葱�，其初始参数则人为地给定输入。采用结构化编程，对于程序调试，维护和使用都比较灵活方便。同时，各模块之间虽然相互独立，但又彼此联系，用户进入破碎机CAD系统后，按提示完成各项操作，各功能�？榧涫荽葜饕ü菸募�。
3.1设计�？�
(1)破碎机优化设计程序�？�。这个程序模块主要优化计算锤头的质量m，转子的角速度w，转子绕轴心的转动惯量，破碎机效率n等参数，可使破碎机有良好的运动特性和破碎效果，采用的优化方法为随机方向优化法。具23个不等式约束的优化设计，数学模型为
其中包括根据常规设计及一些经验数据确定的变量上下限约束、几何约束，力的要求、能量要求、锤头稳定性要求、转子轴和滚动轴承的强度要求等确定的约束条件。
(2)运动学动态模拟�？�。运动学动态模拟程序�？槭窃诮峁共问瓒ê�，确定破碎机转子和锤头的运动轨迹，速度和加速度，动态模拟显示，以分析和检查破碎机运动特性是否有干涉及是否满足设计要求。
(3)受力分析�？椤Ｊ芰Ψ治瞿？槭怯媒馕龇扑闫扑榛鞑考芰头治觯慷燃扑隳？樘峁┮谰�。
(4)零件强度计算模块。强度计算模块对主要零件进行强度校核计算，包括轴、机架、锤柄、锤头等。
3.2绘图�？�
我们采用Visual Basic for Application开发了参数化自动绘图�？�，共59个（8个部件�？椋缤�3）。
反击锤式破碎机在工业上应用极为广泛，而它的设计也为成熟的产品设计，属于变参数型设计。
基于特征设计技术EFeature Based Design Techn-ologyl是一种面向产品制造全过程的描述信息和信息关系的数字建模方法。参数与设计对象的控制尺寸有显式的对应关系，设计结果的修改受到尺寸驱动( Dimension driven)。生产中常用于对象的结构形状比较定型的产品。
参数设计过程中，从已有CAD图形文件中查找约束关系，将固定尺寸的图形自动转换成参数化图形。对于系列化、通用化和标准化的定型产品设计所采用的数学模型及产品的结构都是相对固定不变的，所不同的只是产品的结构尺寸有所差别，而结构尺寸的差别是由于相同数目及类型的己知条件在不同规格的产品设计中取不同值而造成的。这类产品可以将己知条件和随着产品规格而变化的基本参数用相应的变量代替，然后根据这些已知条件和基本参数由计算机自动查询图形数据库，由专门的绘图生成软件在屏幕上自动地设计出图形来。例如锤头的参数化设计过程为：①设计人机交互界面，界面上有可供用户选择或修改的参数，如锤头底长L，孔距L，锤顶弧R．，孔径D，，锤高H等16个参数，以及“确定”和“退出”两个命令按钮；②界面初始化，在ComboBox中输入已有设计参数，可供用户选择，并用Label指示所设参数的含义；③赋值，在“确定”按钮中的过程等16个参数赋值（如不继续运行，可由界面上“退出”按钮中断）；④定义全局变量和设计主程序过程。在�？榈墓讨猓ㄒ迦直淞�。在�？榈墓讨蟹直鹕杓仆夹位嬷�、尺寸标注、表面粗糙度标注、技术要求、图幅、标题栏等过程程序，以实现锤头参数化设计。
4、结论
破碎机CAD系统采用了参数化设计技术，大大提高了设计效率和质量。“高效超细破碎机CAD系统”主要是针对科达公司的破碎机产品而设计开发的。设计人员在使用该系统进行设计时，只需对一些选择项进行选择，然后对一些参数进行设置，就可生成所需的设计方案和零部件图。使设计者从繁琐的绘图工作中解脱出来，并提高了设计速度和质量。该系统采用了参数化设计技术，计算机专家系统技术，特征设计技术和参数化造型技术，具有先进性和实用性。该系统的开发和应用提高了科达公司在破碎机设计上的水平。有利于将来对该系统的进一步扩充和完善，可实现产品加工过程的计算机仿真和进一步的性能分析。
