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基于运动学和有限元分析的颚式破碎机结构改进的研究

周素琴  
【摘要】:在破碎类工程机械中,颚式破碎机占有重要的一席之地,特别是在粗碎方面被广泛应用在各个领域。复摆系列颚式破碎机主要由固定体、转动体、保险装置及调整装置4大部分组成,其中固定部分和转动部分是颚式破碎机的主体部分,在工作过程中承受较大载荷,同时又承担着通过调节装置控制转动体的垂直自由运动任务。就破碎机的研究方向而言,提高破碎效率、降低生产成本和提高产品的工作性能是目前研究的重点。 本文以PE600×900复摆颚式破碎机为研究对象,所做的主要工作包括如下几点: (1)分析颚式破碎机的破碎机理,以单颗粒挤压破碎机理为理论指导,设计了三种不同物料的单颗粒破碎机试验,并进行破碎力仿真研究,为后面对破碎机的运动学分析和结构改进提供破碎力数据; (2)建立破碎机的主要零部件的三维模型,并依据一定的装配原则进行零部件和整机装配,然后对装配好的模型进行干涉分析以确保其准确性,为后进行运动学和有限元分析提供机构模型: (3)研究分析破碎机的曲柄摇杆机构的数学模型,并进行理论推导,运用虚拟样机技术在ADAMS动力学软件中进行三种不同工况的仿真分析,结合理论推导对仿真结果进行定性分析,并对已设计的结构模型进行评价; (4)在三维建模和运动学研究的基础上,对颚式破碎机的关键零件偏心轴、动颚活动齿板座和机架进行有限元分析,获得这些零件的应力和应变云图及其有限元分析数值表。对仿真分析得到的结果进行研究,提出结构改进方案,并对修改后的关键零件进行有限元再分析,为后续破碎机的零部件结构设计和结构改进提供了理论支持和设计方法参考。 研究结果表明,破碎力在型腔内主要分布在中部偏下靠近排料口位置,为以后对颚式破碎机的型腔结构改进的研究提供了参考;通过对三种工况的物料进行运动学仿真分析,同时对比理论计算和实体样机测试结果,对仿真结果进行了进一步的分析,得出仿真分析和理论推导结果是一致的;以ANSYS有限元软件为平台对颚式破碎机的关键零部件进行了有限元分析,在不消弱强度的情况下对其进行结构改进,得到:(1)优化后的偏心轴的最大应力由原来的279.99Mpa减少到219.35Mpa,其重量从原来的757.90Kg增加到775.09Kg,增加幅度仅为2.26%;(2)优化后的动颚活动齿板座应力比较均匀,最大值由修改前的159.11Mpa增加到260.32Mpa,重量由原来的3113.70Kg降到2793.30Kg,减幅为10.29%;(3)对机架进行模态分析,得到其前6阶固有频率和振型,并对机架进行模态理论分析,得到其最小固有频率f=25.00Hz,远小于仿真得到的最小固有频率61.51Hz,因此在工作过程中不会造成机架的共振现象。


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