1 粉碎 機(jī)的 三維設(shè)計(jì)與分析 H. , 北大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 沈陽(yáng) 航空工業(yè)學(xué)院 ， 機(jī)械工程系 譯者： 林元華 摘要 粉碎 機(jī) 的一個(gè)主要部分高壓磨 機(jī) ，這是一種高效礦石破碎設(shè)備。 在 一個(gè)研究 報(bào)告 中 提出了一種組裝 機(jī) ，這 使 分割 機(jī) 表面磨損 處 的翻修 更方便。該 組裝機(jī)的 結(jié)構(gòu)模型的成分設(shè)計(jì)與固體工程 應(yīng)力和位移 在兩個(gè)不同的工作狀態(tài) 可以 使 行了快速 的 有限元分析 ，并且可以更快更好的 清除 從而 延長(zhǎng) 組裝機(jī)的 工作壽命。 關(guān)鍵詞 ： 高壓磨 機(jī) ;三維設(shè)計(jì) ;組 裝 機(jī) ;有限元分析 設(shè)備， 基于靜態(tài)高壓 1 原則 ,這 種設(shè)備 適用于破碎比較 硬 的 礦石。 粉碎方法是根據(jù)物料的物理特性、料塊的大小和所要求的細(xì)化程度來(lái)選擇的。對(duì)于堅(jiān)硬物料，應(yīng)采用擠壓、彎曲和劈裂；對(duì)于脆性物料，應(yīng)采用沖擊和劈裂；料塊較大時(shí)，應(yīng)采用劈裂和彎曲；料塊較小或排料粒度要求很小時(shí)，則應(yīng)采用沖擊和研磨。粉碎方法如果選擇不當(dāng)，就會(huì)出現(xiàn)粉碎困難或過(guò)度粉碎現(xiàn)象，兩者都會(huì)增大粉碎過(guò)程中的能量消耗。實(shí)際上任何一種破碎機(jī)都不是以某一種形式進(jìn)行破碎的，一般都是兩種和兩種以上的形式 聯(lián)合進(jìn)行破碎。礦石的破碎方法主要根據(jù)礦石的物理力學(xué)性能、被破的塊度及所要求的破碎比來(lái)選擇的。錘式破碎機(jī)適用于破碎抗壓強(qiáng)度 150灰?guī)r、砂巖、頁(yè)巖、石膏、煤等原料。它可以將采場(chǎng)的大塊礦石一次破碎到入磨需要的粒度。物塊分堅(jiān)硬、中等堅(jiān)硬和軟 。 高壓磨機(jī) 是主要工 作部分根據(jù) 圖 1） 。 2 1. of 為了 粉碎 機(jī)的性能，我們付出了 很大的努力 ， 已 經(jīng) 改善 其 表面 抗磨蝕 的 能 力 2 。使用分割表面 的 滾子 ，這是 為了 方便的維護(hù)和更換，是另一個(gè)有效的 改善過(guò)程。 該 構(gòu)件是 新 運(yùn)用在 組裝 機(jī) 上 的 ，碳化鎢是 為了 改善 表面 的 抗磨損 性能的。再運(yùn)用已開(kāi)發(fā)的三維設(shè)計(jì)和有限元方法 進(jìn)行 軸 的 強(qiáng)度和階層分析 ，以確保 在 礦石很重的情況下 其 破碎 的 可靠性。 輥式破碎機(jī) 礦石在兩個(gè)平行且反向轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱形輥?zhàn)又惺艿綁核椋ü廨仯┗蚴軌核楹团炎饔茫X輥）而破碎。當(dāng)兩輥的轉(zhuǎn)速不等時(shí)，還有磨碎作用 。 2. 組裝機(jī) 的 三維虛擬 設(shè)計(jì) 與 裝配 組裝 機(jī) 由主井 , 粉碎棍的 表面部分 和機(jī)架組成。并且在 關(guān)鍵的 粉碎棍 一方 以移動(dòng)副方式與機(jī)架連接 ， 其他與機(jī)架連接的部分以 螺釘和碳化鎢鉚釘 等 連接。 徑向 的主要部分 和 中間的主井 以鍵 槽 和 螺釘連接 ，以保證 主井和 粉碎棍 表 面 部分 安全 和 緊密 的連接。粉碎棍 表面部分是 以凸輪 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 的 ，以防止應(yīng)力 在 交配邊緣 集中。 組件模型的創(chuàng)建 是 通過(guò) 應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件 進(jìn)行 工作 的 。那個(gè)模型 得建立 可直接用有限元分析其中設(shè)計(jì)的合理性 ，以 保證 滿(mǎn)足各個(gè)方面要求 。組裝模型 是 在 組裝模式 下 ，根據(jù) 配合等的關(guān)系 下進(jìn)行的 。最后，干預(yù)之間的部分 ， 檢查 和利用 軟件測(cè)試 其 有效性 和 結(jié)構(gòu) 的合理性 。 圖 2和 3為 虛擬裝配設(shè)計(jì)及三維虛擬模型組裝 流程圖 。 3 of 3. 3D 3. 主井的 有限元分析 構(gòu)件 主軸 的 負(fù)荷模型 見(jiàn) 圖 4 ， 4. of 這是通過(guò)三維 行的 。徑向 主要部分 在 于 主軸 的鍵 槽。這些細(xì)節(jié) 的 功能將使強(qiáng)度分析更加困難 ， 但 使用將 更容易 4 。 有限元 分析 軟件，它是基于有限元原則，可以在實(shí)體模型建立 的基礎(chǔ)上， 選 擇 主井 計(jì)算應(yīng)力和變形的 程度 ，以下是創(chuàng)建有限元模型 的過(guò)程 ： （ 1）附加 材料的 特性 主軸 的 材料是 35中彈性模量 06 擦系數(shù) 密度 .9 kg/應(yīng)力（不銹鋼）是 835 （ 2） 壓力的 載入 4 所承受的力量主要來(lái)自壓力，根據(jù)工作原理，其終值 2500千牛，裝卸區(qū)是在形式的弧角 608和 20毫米寬的表面軸 ，其 邊界條件是限制了假定軸承。 （ 3）模型的參數(shù)如下： 粒度的表示方法 ： (1) 平均直徑 d=(L+b+h)/3 式中 L 礦塊的長(zhǎng)度（ b 礦塊的寬度（ h 礦塊的厚度（ 或用長(zhǎng)、寬的平均值表示： d=(L+b)/2平均直徑一般是用來(lái)計(jì)算給礦和排礦單個(gè)礦塊的尺寸，以確定破碎比。 (2)等值直徑 值直徑是將細(xì)粒物料顆粒作為球體來(lái)計(jì)算的。 =中 m 礦粒品質(zhì)（ 礦物密度（ ） V 礦粒的體積 （ (3) 粒級(jí)平均直徑 過(guò)用篩分的方法來(lái)確定礦粒群的平均直徑。例如上層篩孔尺寸為 過(guò)上層而留在下層的其粒度既不能用 不能用 粒級(jí)的粒度范圍很窄，上下兩篩的篩孔尺寸之比不超過(guò) 用粒度平均直徑表示即 D=(2否則用 38026點(diǎn)， 24117的 構(gòu)件 和 114079程度的 自由（自由度） 。 應(yīng)力圖是通過(guò)圖 5所示 。最大應(yīng)力是 296 其理論方程 Ss/n（ 1） ,在 常情況下， 。 計(jì)算結(jié)果表明，應(yīng)力 能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。此外， 根據(jù)米塞斯理論 安全系數(shù) 限元 模型 有限元 模型 的 兩個(gè)不同的工作狀態(tài)顯示在圖 5中 : 5 5. of a 圖 磨。 圖 圖 圖 圖 以下是 創(chuàng)建 有限元模型表面 進(jìn)程 的 部分： （ 1） 材料附加的特性 。 材料的表面部分 42性模量 06 切模量 擦系數(shù)密度 .9 kg/力 極限 （不銹鋼）是 930兆帕。 （ 2） 配合及干涉的設(shè)計(jì) 。 首先 假定 設(shè)計(jì) 是理想的，合理的狀態(tài)， 見(jiàn) 圖 5 （ a） ， 2500,10:56 ，裝卸區(qū)是 200毫米寬和 13毫米弧長(zhǎng)表面的部分，并固定內(nèi)部表面 使其 成為約束條件。圖 5 （ b） 所示 ,在其中只有兩端部分底部的接觸軸 處 ，因?yàn)椴徽_的制造過(guò)程 ,對(duì)于這種 情況下 兩端 的 承受是平等的。 （ 3）模型嚙合的兩個(gè)參數(shù) 6 相同的固體模型，它們是： 15367點(diǎn)和 46101自由度。 （ 1）計(jì)算結(jié)果顯示在圖 6中 。 6. of a 在圖 6（ a）中， 表面上的部分 的 最高節(jié)點(diǎn) 是 860兆帕的壓力 。 第一次的工作狀態(tài)和最大節(jié)點(diǎn) 位移為 第二次工作 的最高點(diǎn) 的 強(qiáng) 度 是 5495兆帕和的最大節(jié)點(diǎn)位移 此，第一次工作 是合理的，而與此相反， 在第二個(gè) 部分 超過(guò)了限制范圍。 （ 2）根據(jù)計(jì)算，該部 分只 承 受 首次 工作部分的 工作負(fù)荷 ， 而在第二 次工作部分 不僅部分 承 受工作壓力，而且也 承 受 配合 部分的同步 壓力 。 因?yàn)樗淖冃?， 更大的是壓力和變形階層 使 側(cè)接線(xiàn) 有了 更大 的壓力 部分。因此，彈性變形和延長(zhǎng)材料應(yīng) 力 的部分設(shè)計(jì) 配合部分 應(yīng)適當(dāng)。 可以利用 限元方法 優(yōu)化 方法來(lái) 計(jì)算 以消 誤差 （ 3）足夠的強(qiáng)度和較高的表面硬度 7 塑性變形 將 該機(jī)構(gòu) 的 碳化物鉚釘壓入的 機(jī)構(gòu)的 部分 加上了額外的力 。 舉一 個(gè)例子， 選擇 45鋼（不銹鋼 00 在力很大 的情況下 審查其 在 第一次的工作狀態(tài)下的 變形。計(jì)算結(jié)果顯示在圖 7 。 據(jù)馮米塞斯理 論 ,其最大的 壓力 為 749兆帕和安全系數(shù) 為 這是以后 使用材料 的安全限制。熱處理材料 42 280硬度已超過(guò) 45鋼 的 3倍的強(qiáng)度。因此可以選擇表面部分 ， 為了提高抗磨損能力 。 析 （ 1）提出了一種 組合 機(jī) ，見(jiàn) 圖 6， 計(jì)算 工作表面一個(gè)部分的 應(yīng)力 ， 類(lèi)型 危險(xiǎn)區(qū)的幾個(gè)部分 見(jiàn) 圖 7。7. of 已經(jīng)制定了與三維 件 的 固體工程。這種 結(jié)構(gòu) 的 分割可以使工作 壽命 更長(zhǎng)，使 用 滾壓 棍 機(jī)來(lái)取磨 損表面 代很容易。應(yīng)力和變形的兩個(gè) 組裝機(jī) 的 主要部分：主井和表面部分，進(jìn)行了 有限元 分析。 （ 2） 有限元分析的結(jié)果表明 材料 42 280硬度可用于生產(chǎn)的主要 構(gòu)件 和 主要 表面 上 。 （ 3）底部表面部分 的 聯(lián)系 均勻主軸表面應(yīng)力 集中 部分 可使 變形發(fā)生，這將使 粉碎 機(jī) 工作狀態(tài)不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致斷裂。 參考資料 1 K. J. 22 (1988) 400 412. 2 2 (1999) 21 23. 3 J. 9 (1996) 23 25. 4 H. J. 36 (4) (2000) 83 85 ( 5 H. 4 (2000) 18 20 ( 8 6 (2001) 42 43 ( 7 H. of 2001, 303 305.