轉(zhuǎn)子是立軸沖擊式破碎機(jī)(制砂機(jī))的主要工作部件，而主拋料頭是轉(zhuǎn)子上磨損嚴(yán)重的零部件，通過(guò)分析立軸沖擊式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了轉(zhuǎn)子的Sohd Works三維建模。通過(guò)將模型導(dǎo)入ADAMS中進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真.模擬破碎機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中物料的拋出過(guò)程，得到了轉(zhuǎn)子上主拋料頭隨轉(zhuǎn)速的不同變化所受沖擊力和平均沖擊力。仿真分析表明，轉(zhuǎn)速是影響立軸沖擊破碎機(jī)破碎質(zhì)量和效率的重要因素，但破碎效果不總是隨著轉(zhuǎn)的提高而提高。還會(huì)加劇主拋料頭的磨損;1400-1500r/min以及1600-1750r/min是主拋料頭得平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速區(qū)間;此外，為了多方面兼顧破碎機(jī)的破碎質(zhì)量、效率以及使用壽命，降低沖擊力的值和頻率是重要的。因此既需要考慮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化，還要分析進(jìn)料粒度均勻性的影響。

立軸沖擊式破碎機(jī);主拋料頭;ADAMS;栽荷

近幾年來(lái).國(guó)家對(duì)公路、鐵路等基建的投入日加大。迫切需要大量的砂石。然而有限的天然砂資源已經(jīng)不能滿足持續(xù)發(fā)展的需要，因此機(jī)制砂市場(chǎng)越來(lái)越大。機(jī)制砂市場(chǎng)的不斷增長(zhǎng)帶動(dòng)了制砂設(shè)備的需求。特別是制砂用的立軸沖擊式破碎機(jī)成為市場(chǎng)的熱點(diǎn)。轉(zhuǎn)子是立軸沖擊式破碎機(jī)的主要工作部件，而主拋料頭是轉(zhuǎn)子中損壞嚴(yán)重的部件，其狀況如何不僅決定著破碎機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，而且直接影響破碎機(jī)的可靠性、使用壽命和成本的因素資料顯示.在我國(guó)目前所應(yīng)用的立軸沖擊式破碎機(jī)中.強(qiáng)度本身已經(jīng)不是影響其壽命的主要問(wèn)題，關(guān)鍵的問(wèn)題是主拋料頭的磨損…，而主拋料頭的磨損與拋料頭所受的載荷有關(guān).所以對(duì)拋料頭的載荷研究是重要的。

1破碎機(jī)的工作原理

立軸沖擊式破碎機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、破碎腔、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)架構(gòu)成。其中轉(zhuǎn)子是立軸沖擊式破碎機(jī)的主要工作部件，如圖1所示。物料由人料口進(jìn)入破碎機(jī)。轉(zhuǎn)子在電機(jī)的帶動(dòng)下高速轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)速一般為1400—1800r/mi轉(zhuǎn)子表面摩擦力和導(dǎo)向板等的作用隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)受離心力的作用向外拋射.當(dāng)離開(kāi)轉(zhuǎn)子時(shí)與主拋料頭發(fā)生碰撞，礦石以幾乎達(dá)到了轉(zhuǎn)子邊緣的線速度向外拋射，沖擊于破碎腔壁和分料器四周自由落下的一部分物料上發(fā)生粉碎.被破碎的物料由下部排料口排出，和循環(huán)篩分系統(tǒng)形成閉路，經(jīng)多次循環(huán)，達(dá)到所要求的產(chǎn)品粒度。

立軸沖擊式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

立軸沖擊式破碎機(jī)的主要破碎形式就是擊碎。經(jīng)過(guò)加速的石塊，在拋料頭的碰撞下，一部分與破腔發(fā)生碰撞破碎，一部分與石塊發(fā)生破碎，主拋料在石塊長(zhǎng)時(shí)間的沖擊下磨損非常嚴(yán)重.經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后就必須更換。不然不但會(huì)影響破碎效果還會(huì)影響到轉(zhuǎn)子本體，轉(zhuǎn)子本體的磨損會(huì)影響其動(dòng)平衡，易造成主軸斷裂等不良后果，而更換一次立軸沖擊式破碎機(jī)的拋料頭需要0.3—0.5萬(wàn)元.造成浪費(fèi)。主拋料頭的磨損主要是受到?jīng)_擊以后所產(chǎn)生的沖擊磨損(磨損后的拋料頭如圖2a所示)，每拋料頭是有9個(gè)組成，從實(shí)際工況看。每次都是中

的3個(gè)磨損嚴(yán)重，為了不影響轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡.每次更換都是全部更換造成很大的浪費(fèi)。這時(shí)候就需要研究主拋料頭所受的載荷.以達(dá)到延長(zhǎng)拋料頭的壽命的目的，但是試驗(yàn)機(jī)不能很好地模擬立軸沖擊式破碎機(jī)的真實(shí)工礦，現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)又太費(fèi)時(shí)費(fèi)力，虛樣機(jī)技術(shù)是很好解決這個(gè)問(wèn)題的方法.而ADAM為實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)提供了很好的平臺(tái)。

2破碎機(jī)轉(zhuǎn)子建模

立軸沖擊式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子(以山特維克生產(chǎn)的RPl09)主要由轉(zhuǎn)子本體、主拋料頭、副拋料夾板、上耐磨板、下耐磨板、分料錐、定位塊、擋等180多個(gè)零件構(gòu)成。在轉(zhuǎn)子本體的內(nèi)側(cè)有6塊料板，這種結(jié)構(gòu)使得轉(zhuǎn)子在加速物料的同時(shí)形成死料區(qū)以減少自身磨損，配合一定范同的轉(zhuǎn)速。使物的破碎過(guò)程發(fā)生在轉(zhuǎn)子外部由物料自動(dòng)形成的沖擊墻上。在轉(zhuǎn)子中，主拋料頭的作用是導(dǎo)向。通過(guò)轉(zhuǎn)子石塊的加速。在轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成渦流狀，通過(guò)主拋料頭的導(dǎo)向作用，石塊改變方向沿著轉(zhuǎn)子的切線方向向外拋射，這樣就注定了主拋料頭的主要失效形式為沖擊磨損，因此需要對(duì)主拋料頭的材料進(jìn)行特殊處理，來(lái)增加主拋料頭的耐磨性。顯然，對(duì)應(yīng)于破碎機(jī)的正常工作狀態(tài)，建模時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照物料在轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成料層以后的實(shí)際形狀進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化后的轉(zhuǎn)子模型內(nèi)部呈圓柱狀。物料轉(zhuǎn)子的接觸由石子與金屬的接觸變?yōu)槭优c石子的

接觸，而且，石料被轉(zhuǎn)子加速后更容易拋出，這樣除主拋料頭外其余的零部件都與轉(zhuǎn)子合為一體，以此來(lái)模擬主拋料頭的實(shí)際工作過(guò)程。以SolidWorks為丁具進(jìn)行建模，并將SWorks文件另存為PARASOLID格式導(dǎo)中，導(dǎo)入的模型如圖2b所示。

3設(shè)定模型的參數(shù)及約束條件

材料的設(shè)定：因?yàn)楹?jiǎn)化后的轉(zhuǎn)子模型內(nèi)部呈圓柱狀。物料與轉(zhuǎn)子的接觸由石子與金屬的接觸變?yōu)槭优c石子的接觸.所以設(shè)定簡(jiǎn)化后轉(zhuǎn)子本體的內(nèi)側(cè)材料為石灰石。由于在ADAMS沒(méi)有默認(rèn)的石石屬性，所以將轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的屬性設(shè)定為：彈性模量的4.1e+010N/m2.密度為1500kg/m3模擬石灰石的屬性，設(shè)定轉(zhuǎn)子本體的外側(cè)材料為鋼彈性模量設(shè)為：2.07e+011N/m2.密度為：78m3，泊松比設(shè)為O.29;主拋料頭的屬性設(shè)置同轉(zhuǎn)子體的外側(cè)材料3。在ADAMS中轉(zhuǎn)子的入料人物料，在實(shí)際下況中，需要破碎的物料一般為不則形狀的白.灰石.入料粒度是小于55mm.故添加簡(jiǎn)化尺寸為邊長(zhǎng)20mm到50mm不等的立體，設(shè)定屬性亦為石灰石屬性。

主拋料頭磨損后和ADAMS中轉(zhuǎn)子

以及主拋料頭的分析模型圖旋轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)定：在模型和大地之間加—個(gè)鉸鏈.在鉸鏈上設(shè)置—個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，轉(zhuǎn)分別設(shè)為1400r/min、1450rfminmin、1700r/min、1750r/min、17據(jù)此來(lái)模擬物料經(jīng)過(guò)不同加速后在離心力和摩擦力的作用下.經(jīng)過(guò)主拋料頭的碰撞后被拋出的過(guò)程。石塊對(duì)轉(zhuǎn)子本體的沖擊力在另外的文章中另有敘述。添加約束和接觸：在轉(zhuǎn)子本體的內(nèi)側(cè)(材料為石灰石)和外側(cè)(材料為鋼)以及主拋料頭(材料為鋼兩兩之間加上鎖定，使它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中成為一體。在每一個(gè)物料上添加和轉(zhuǎn)子本體以及主拋料頭的實(shí)體對(duì)實(shí)體接觸，接觸力設(shè)為碰撞，剛度設(shè)為1.oe+008N/mm，阻尼比設(shè)為1.0e+004，穿

1.0e一004mln，摩擦力的設(shè)置按照庫(kù)侖摩1500r/rain、1600r/摩擦系數(shù)設(shè)為0.3，動(dòng)摩擦系數(shù)設(shè)為0.1，其余0r/min和1800r/min，ADAMDS的默認(rèn)設(shè)置4。。仿真：時(shí)問(wèn)為1.5s，steps為5000的基本原則是，在保證石料全部被拋出的前提下.盡量節(jié)約時(shí)間并能提高仿真精度。

利用ADAMS軟件并按照前述的模型參數(shù)級(jí)約束設(shè)定，可以得到轉(zhuǎn)速為1400r/min、1500r/m1600r/min、1700r/min和1800r總體受沖擊力情況，如圖3所示。圖3主拋料頭在1400rpm、1500r，每一次碰撞在圖中表現(xiàn)為一次峰值?？梢钥闯觯D(zhuǎn)子在1400r/min時(shí)，石塊加速撞次數(shù)較多。在1.4454s時(shí)石料被全部拋出;160min和1700r/min時(shí)所受沖擊力相對(duì)比較的平均沖擊力(每次沖擊力之和除以受沖擊的次數(shù))也相差不大.石料分別在1.33s和1.3ls被出;在1800r/rain時(shí)。碰撞次數(shù)少。這可能是轉(zhuǎn)速的增大.石料未經(jīng)過(guò)充分碰撞就被強(qiáng)大的離心勻。碰力拋出轉(zhuǎn)子;雖然沖擊力和平均沖擊力是較大的.但是除次之外其余的沖擊力都比前幾個(gè)轉(zhuǎn)穩(wěn)，受速的小。從圖3可以看出，在1800rpm時(shí)石料被全部拋出的時(shí)間只有1.25s，顯然，石料未經(jīng)過(guò)充部拋碰撞加速就被甩lq{轉(zhuǎn)子.對(duì)其破碎機(jī)效果會(huì)有不利由于響。這說(shuō)明，破碎效果不總是隨著轉(zhuǎn)速的提高而變好，而且沖擊力和平均沖擊力很大還會(huì)加速主拋料頭磨損，長(zhǎng)時(shí)間的沖擊磨損會(huì)使主拋料頭的壽命大大縮短，進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)子本體的動(dòng)平衡造成很大的影響。因此j合理地選擇轉(zhuǎn)速對(duì)于增加主拋料壽命和提高破碎效率非常季要。通過(guò)ADAMS對(duì)仿真的后處理。得到主拋料的沖擊力和平均沖擊力隨主軸轉(zhuǎn)速變化的數(shù)值的由圖4看出.沖擊力存轉(zhuǎn)速1500—1600min以及1750_178∞/min時(shí)相對(duì)增1500r/min和1600—1750r/min時(shí)相對(duì)較平均沖擊力在1400—1450r/min和1650—相對(duì)增幅較大。在1450—1650r/min時(shí)相對(duì)由于物料是立方體的，是平面還是尖面與主拋料頭接觸所產(chǎn)生的沖擊力是不同的。在平均沖擊力突然變化的轉(zhuǎn)速區(qū)間.尖面與主拋料頭的碰撞的幾率很大，加劇了主拋料頭的磨損。從而影響更換拋料頭的頻率，造成很大的浪費(fèi)。南圖可以看出，大沖擊力比平均沖擊力高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，即物料對(duì)主拋料頭的瞬間沖擊力很大。由此可以知道，1401500r/min以及1600—1750r/min衡，轉(zhuǎn)子能獲得平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速區(qū)間;降低沖力的值和頻率非常必要。這既與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化有關(guān)。還要分析進(jìn)料粒度均勻性的影響和石塊與主拋料頭碰撞的主要區(qū)域。

轉(zhuǎn)速是影響立軸沖擊破碎機(jī)破碎質(zhì)量、效率以/及壽命的重要因素.但破碎效果不總是隨著轉(zhuǎn)速的大。在1400_提高而提高。高轉(zhuǎn)速還會(huì)加劇主拋料頭的磨損，嚴(yán)重而平影響破碎機(jī)的使用壽命。仿真分析表明，1400—50r/min時(shí)1500r/min以及1600—1750r/min是主拋料頭受穩(wěn)。衡，轉(zhuǎn)子能獲得平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速區(qū)間;此外，為了多方面兼顧破碎機(jī)的破碎質(zhì)量、效率以及使用壽命，降低沖擊力的值和頻率是非常重要的，因此既需要考慮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化.還要分析進(jìn)料粒度均勻性的影響。對(duì)于石塊和主拋料頭的主要碰撞區(qū)域的確定也是非常重要的.值得進(jìn)一步研究。