張建秋

摘 要：對顎式破碎機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和運(yùn)動分析，建立簡單的虛擬樣機(jī)模型，通過ADAMS對模型中的連桿和搖桿在一個(gè)運(yùn)動周期中角速度和角加速度之間的變化關(guān)系和變化范圍進(jìn)行仿真分析。分析結(jié)果顯示了二者的變化過程、范圍和關(guān)系。該研究結(jié)果對破碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值和較高的使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：ADAMS 顎式破碎機(jī) 虛擬模型 運(yùn)動學(xué)仿真分析

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0061-03

Kinematic Analysis of Jaw Crusher Working Device Based on ADAMS

ZHANG jian-qiu

China oil KunLun Gas Co.， Ltd. Jilin branch， Jilin City 132013， China

Abstract： The structure and motion analysis was carried out on the jaw crusher， build the virtual prototype model of simple， by ADAMS， the model of the connecting rod and a handle in one movement cycle angular velocity and angular acceleration and the change of the relationship between range for simulation analysis. Analysis and shows the change of the process， the scope and relationship. The results of optimization design of crusher have a certain reference value， have higher use value.

Key words： ADAMS； Jaw crusher Virtual model Kinematics simulation analysis

顎式破碎機(jī)是一種常用的破碎設(shè)備，因其具有構(gòu)造簡單、制造容易、機(jī)體緊湊、工作可靠、維護(hù)和檢修容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于煤炭、礦山、冶金、化工、選礦和建筑等部門[1]。開發(fā)出效率高、物料粒度更小更均勻、運(yùn)動性能更合理的破碎機(jī)很有必要[2]。在此設(shè)備中破碎機(jī)之所以能夠高效穩(wěn)定的工作主要是由它本身的結(jié)構(gòu)決定的。其工作裝置的原理是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，即將曲柄作為原動件，搖桿作為執(zhí)行末端動顎。由于顎式破碎機(jī)工作環(huán)境比較惡劣，受力情況變化很大，理論力學(xué)分析和計(jì)算的過程非常復(fù)雜并且很難得到精確的分析結(jié)果，因此顎式破碎機(jī)的運(yùn)動特性分析尤為重要。

1 鄂式破碎機(jī)工作原理

常見的顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。動顎上端直接與偏心輪軸相連，設(shè)備工作時(shí)動力系統(tǒng)的動力通過驅(qū)動輪2傳遞到動顎板3上，當(dāng)動顎板向上運(yùn)動時(shí)便接近定顎板擠壓物料，相反回程運(yùn)動時(shí)動顎板與定顎板角度變大，顆粒物可以輕松地從底部順利排出。

2 破碎機(jī)運(yùn)動模型建立與分析

破碎機(jī)的運(yùn)動模型是動力學(xué)中常見的四桿機(jī)構(gòu)（圖2），要求工作行程慢，對物料充分?jǐn)D壓，回程要迅速，節(jié)省工作時(shí)間，提高工作效率。

由四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成的封閉圖形可以寫出復(fù)數(shù)矢量方程：

（1）

其中，，，

將式（1）對時(shí)間t求導(dǎo)，可得

，即 （2）

式（2）為的復(fù)數(shù)矢量表達(dá)式。將式（2）的實(shí)部和虛部分離，有

聯(lián)解上兩式可求得兩個(gè)未知角速度、，即

（3）

（4）

將式（2）對時(shí)間t求導(dǎo)，可得

（5）

式（5）為的復(fù)數(shù)矢量表達(dá)式。將（5）的實(shí)部和虛部分離，有

聯(lián)解上兩式即可求得兩個(gè)未知的角加速度、，即

建立運(yùn)動模型可以更好的對破碎機(jī)位移、速度和加速度進(jìn)行分析，進(jìn)而研究破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)性能，研發(fā)更高效、加工精度更高、運(yùn)動性更合理的破碎機(jī)[3]。

3 運(yùn)用ADAMS仿真分析

在進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析時(shí)，只考慮與運(yùn)動有關(guān)的因素，而與構(gòu)件的具體形狀無關(guān)[4]。因此通過Solidworks建立破碎機(jī)各零件三維實(shí)體模型，然后結(jié)合通過自下而上和自上而下兩種虛擬裝配方法[5]，建立破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)模型，通過模擬仿真消除零件間的干涉。最后通過軟件間的數(shù)據(jù)接口將實(shí)體模型導(dǎo)入到ADAMS軟件中[6]。導(dǎo)入到ADAMS中的破碎機(jī)模型如圖3所示。

在模型施加約束后，對模型施加驅(qū)動力，對曲柄輸入60 r/min勻速的驅(qū)動角速度，然后對連桿、搖桿的角度、角速度和角加速度進(jìn)行仿真分析。連桿、搖桿的角速度和角加速度模擬仿真曲線如圖4～7所示。

由圖4和圖5可得，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄做勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，連桿和搖桿做周期性變速運(yùn)動，以60 r/min驅(qū)動速度輸入時(shí)，連桿的角速度變化范圍在12.5～115度/秒，而搖桿的角速度在10～140度/秒范圍內(nèi)變化。從數(shù)值上看，連桿和搖桿角速度變化范圍較大。從曲線上看，連桿和搖桿在一個(gè)周期內(nèi)均出現(xiàn)兩次加速兩次減速運(yùn)動。

從圖6和圖7可以看出，連桿角加速度變化范圍為0～840度/秒2，搖桿的角加速度在0～1100度/秒2范圍內(nèi)變化，二者角加速度變化范圍較大。

4 結(jié)語

我們以Solidworks為基礎(chǔ)建立破碎機(jī)簡單模型，使用ADAMS進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，得到在穩(wěn)定的驅(qū)動力作用下動顎板的角度、角速度和角加速度的變化過程。仿真結(jié)果顯示，破碎機(jī)能夠按照給定軌跡作無干涉運(yùn)動，破碎機(jī)進(jìn)料口與出料口不會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。通過對角加速度的仿真分析，在一定時(shí)間段出現(xiàn)加速度突變，仿真結(jié)果為進(jìn)一步優(yōu)化破碎機(jī)裝置提供了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 郎寶賢，郎世平.破碎機(jī)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[2] 羅紅萍.雙腔顎式破碎機(jī)運(yùn)動學(xué)特性研究[J].礦山機(jī)械，2006，34（1）：30-31.

[3] 王玉，富國亮，邊志堅(jiān).基于ADAMS的顎式破碎機(jī)工作裝置的運(yùn)動分析[J].礦山機(jī)械，2010，31（6）：89-90.

[4] 張憲，李文昊.基于ADAMS的單、雙軸顎式破碎機(jī)性能研究[J].機(jī)電工程，2013，30（11）：1317-1322.

[5] 王軍鋒，孫康.基于SolidWorks的顎式破碎機(jī)的三維設(shè)計(jì)與建模[J].煤炭工程，2012（11）：126-127.

[6] 李運(yùn)初，王魁.基于ADAMS的含運(yùn)動副間隙破碎機(jī)動力學(xué)方針分析[J].機(jī)械傳動，2011，35（10）：1-3.endprint

摘 要：對顎式破碎機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和運(yùn)動分析，建立簡單的虛擬樣機(jī)模型，通過ADAMS對模型中的連桿和搖桿在一個(gè)運(yùn)動周期中角速度和角加速度之間的變化關(guān)系和變化范圍進(jìn)行仿真分析。分析結(jié)果顯示了二者的變化過程、范圍和關(guān)系。該研究結(jié)果對破碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值和較高的使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：ADAMS 顎式破碎機(jī) 虛擬模型 運(yùn)動學(xué)仿真分析

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0061-03

Kinematic Analysis of Jaw Crusher Working Device Based on ADAMS

ZHANG jian-qiu

China oil KunLun Gas Co.， Ltd. Jilin branch， Jilin City 132013， China

Abstract： The structure and motion analysis was carried out on the jaw crusher， build the virtual prototype model of simple， by ADAMS， the model of the connecting rod and a handle in one movement cycle angular velocity and angular acceleration and the change of the relationship between range for simulation analysis. Analysis and shows the change of the process， the scope and relationship. The results of optimization design of crusher have a certain reference value， have higher use value.

Key words： ADAMS； Jaw crusher Virtual model Kinematics simulation analysis

顎式破碎機(jī)是一種常用的破碎設(shè)備，因其具有構(gòu)造簡單、制造容易、機(jī)體緊湊、工作可靠、維護(hù)和檢修容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于煤炭、礦山、冶金、化工、選礦和建筑等部門[1]。開發(fā)出效率高、物料粒度更小更均勻、運(yùn)動性能更合理的破碎機(jī)很有必要[2]。在此設(shè)備中破碎機(jī)之所以能夠高效穩(wěn)定的工作主要是由它本身的結(jié)構(gòu)決定的。其工作裝置的原理是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，即將曲柄作為原動件，搖桿作為執(zhí)行末端動顎。由于顎式破碎機(jī)工作環(huán)境比較惡劣，受力情況變化很大，理論力學(xué)分析和計(jì)算的過程非常復(fù)雜并且很難得到精確的分析結(jié)果，因此顎式破碎機(jī)的運(yùn)動特性分析尤為重要。

1 鄂式破碎機(jī)工作原理

常見的顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。動顎上端直接與偏心輪軸相連，設(shè)備工作時(shí)動力系統(tǒng)的動力通過驅(qū)動輪2傳遞到動顎板3上，當(dāng)動顎板向上運(yùn)動時(shí)便接近定顎板擠壓物料，相反回程運(yùn)動時(shí)動顎板與定顎板角度變大，顆粒物可以輕松地從底部順利排出。

2 破碎機(jī)運(yùn)動模型建立與分析

破碎機(jī)的運(yùn)動模型是動力學(xué)中常見的四桿機(jī)構(gòu)（圖2），要求工作行程慢，對物料充分?jǐn)D壓，回程要迅速，節(jié)省工作時(shí)間，提高工作效率。

由四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成的封閉圖形可以寫出復(fù)數(shù)矢量方程：

（1）

其中，，，

將式（1）對時(shí)間t求導(dǎo)，可得

，即 （2）

式（2）為的復(fù)數(shù)矢量表達(dá)式。將式（2）的實(shí)部和虛部分離，有

聯(lián)解上兩式可求得兩個(gè)未知角速度、，即

（3）

（4）

將式（2）對時(shí)間t求導(dǎo)，可得

（5）

式（5）為的復(fù)數(shù)矢量表達(dá)式。將（5）的實(shí)部和虛部分離，有

聯(lián)解上兩式即可求得兩個(gè)未知的角加速度、，即

建立運(yùn)動模型可以更好的對破碎機(jī)位移、速度和加速度進(jìn)行分析，進(jìn)而研究破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)性能，研發(fā)更高效、加工精度更高、運(yùn)動性更合理的破碎機(jī)[3]。

3 運(yùn)用ADAMS仿真分析

在進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析時(shí)，只考慮與運(yùn)動有關(guān)的因素，而與構(gòu)件的具體形狀無關(guān)[4]。因此通過Solidworks建立破碎機(jī)各零件三維實(shí)體模型，然后結(jié)合通過自下而上和自上而下兩種虛擬裝配方法[5]，建立破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)模型，通過模擬仿真消除零件間的干涉。最后通過軟件間的數(shù)據(jù)接口將實(shí)體模型導(dǎo)入到ADAMS軟件中[6]。導(dǎo)入到ADAMS中的破碎機(jī)模型如圖3所示。

在模型施加約束后，對模型施加驅(qū)動力，對曲柄輸入60 r/min勻速的驅(qū)動角速度，然后對連桿、搖桿的角度、角速度和角加速度進(jìn)行仿真分析。連桿、搖桿的角速度和角加速度模擬仿真曲線如圖4～7所示。

由圖4和圖5可得，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄做勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，連桿和搖桿做周期性變速運(yùn)動，以60 r/min驅(qū)動速度輸入時(shí)，連桿的角速度變化范圍在12.5～115度/秒，而搖桿的角速度在10～140度/秒范圍內(nèi)變化。從數(shù)值上看，連桿和搖桿角速度變化范圍較大。從曲線上看，連桿和搖桿在一個(gè)周期內(nèi)均出現(xiàn)兩次加速兩次減速運(yùn)動。

從圖6和圖7可以看出，連桿角加速度變化范圍為0～840度/秒2，搖桿的角加速度在0～1100度/秒2范圍內(nèi)變化，二者角加速度變化范圍較大。

4 結(jié)語

我們以Solidworks為基礎(chǔ)建立破碎機(jī)簡單模型，使用ADAMS進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，得到在穩(wěn)定的驅(qū)動力作用下動顎板的角度、角速度和角加速度的變化過程。仿真結(jié)果顯示，破碎機(jī)能夠按照給定軌跡作無干涉運(yùn)動，破碎機(jī)進(jìn)料口與出料口不會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。通過對角加速度的仿真分析，在一定時(shí)間段出現(xiàn)加速度突變，仿真結(jié)果為進(jìn)一步優(yōu)化破碎機(jī)裝置提供了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 郎寶賢，郎世平.破碎機(jī)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[2] 羅紅萍.雙腔顎式破碎機(jī)運(yùn)動學(xué)特性研究[J].礦山機(jī)械，2006，34（1）：30-31.

[3] 王玉，富國亮，邊志堅(jiān).基于ADAMS的顎式破碎機(jī)工作裝置的運(yùn)動分析[J].礦山機(jī)械，2010，31（6）：89-90.

[4] 張憲，李文昊.基于ADAMS的單、雙軸顎式破碎機(jī)性能研究[J].機(jī)電工程，2013，30（11）：1317-1322.

[5] 王軍鋒，孫康.基于SolidWorks的顎式破碎機(jī)的三維設(shè)計(jì)與建模[J].煤炭工程，2012（11）：126-127.

[6] 李運(yùn)初，王魁.基于ADAMS的含運(yùn)動副間隙破碎機(jī)動力學(xué)方針分析[J].機(jī)械傳動，2011，35（10）：1-3.endprint

摘 要：對顎式破碎機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和運(yùn)動分析，建立簡單的虛擬樣機(jī)模型，通過ADAMS對模型中的連桿和搖桿在一個(gè)運(yùn)動周期中角速度和角加速度之間的變化關(guān)系和變化范圍進(jìn)行仿真分析。分析結(jié)果顯示了二者的變化過程、范圍和關(guān)系。該研究結(jié)果對破碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值和較高的使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：ADAMS 顎式破碎機(jī) 虛擬模型 運(yùn)動學(xué)仿真分析

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0061-03

Kinematic Analysis of Jaw Crusher Working Device Based on ADAMS

ZHANG jian-qiu

China oil KunLun Gas Co.， Ltd. Jilin branch， Jilin City 132013， China

Abstract： The structure and motion analysis was carried out on the jaw crusher， build the virtual prototype model of simple， by ADAMS， the model of the connecting rod and a handle in one movement cycle angular velocity and angular acceleration and the change of the relationship between range for simulation analysis. Analysis and shows the change of the process， the scope and relationship. The results of optimization design of crusher have a certain reference value， have higher use value.

Key words： ADAMS； Jaw crusher Virtual model Kinematics simulation analysis

顎式破碎機(jī)是一種常用的破碎設(shè)備，因其具有構(gòu)造簡單、制造容易、機(jī)體緊湊、工作可靠、維護(hù)和檢修容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于煤炭、礦山、冶金、化工、選礦和建筑等部門[1]。開發(fā)出效率高、物料粒度更小更均勻、運(yùn)動性能更合理的破碎機(jī)很有必要[2]。在此設(shè)備中破碎機(jī)之所以能夠高效穩(wěn)定的工作主要是由它本身的結(jié)構(gòu)決定的。其工作裝置的原理是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，即將曲柄作為原動件，搖桿作為執(zhí)行末端動顎。由于顎式破碎機(jī)工作環(huán)境比較惡劣，受力情況變化很大，理論力學(xué)分析和計(jì)算的過程非常復(fù)雜并且很難得到精確的分析結(jié)果，因此顎式破碎機(jī)的運(yùn)動特性分析尤為重要。

1 鄂式破碎機(jī)工作原理

常見的顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。動顎上端直接與偏心輪軸相連，設(shè)備工作時(shí)動力系統(tǒng)的動力通過驅(qū)動輪2傳遞到動顎板3上，當(dāng)動顎板向上運(yùn)動時(shí)便接近定顎板擠壓物料，相反回程運(yùn)動時(shí)動顎板與定顎板角度變大，顆粒物可以輕松地從底部順利排出。

2 破碎機(jī)運(yùn)動模型建立與分析

破碎機(jī)的運(yùn)動模型是動力學(xué)中常見的四桿機(jī)構(gòu)（圖2），要求工作行程慢，對物料充分?jǐn)D壓，回程要迅速，節(jié)省工作時(shí)間，提高工作效率。

由四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成的封閉圖形可以寫出復(fù)數(shù)矢量方程：

（1）

其中，，，

將式（1）對時(shí)間t求導(dǎo)，可得

，即 （2）

式（2）為的復(fù)數(shù)矢量表達(dá)式。將式（2）的實(shí)部和虛部分離，有

聯(lián)解上兩式可求得兩個(gè)未知角速度、，即

（3）

（4）

將式（2）對時(shí)間t求導(dǎo)，可得

（5）

式（5）為的復(fù)數(shù)矢量表達(dá)式。將（5）的實(shí)部和虛部分離，有

聯(lián)解上兩式即可求得兩個(gè)未知的角加速度、，即

建立運(yùn)動模型可以更好的對破碎機(jī)位移、速度和加速度進(jìn)行分析，進(jìn)而研究破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)性能，研發(fā)更高效、加工精度更高、運(yùn)動性更合理的破碎機(jī)[3]。

3 運(yùn)用ADAMS仿真分析

在進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析時(shí)，只考慮與運(yùn)動有關(guān)的因素，而與構(gòu)件的具體形狀無關(guān)[4]。因此通過Solidworks建立破碎機(jī)各零件三維實(shí)體模型，然后結(jié)合通過自下而上和自上而下兩種虛擬裝配方法[5]，建立破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)模型，通過模擬仿真消除零件間的干涉。最后通過軟件間的數(shù)據(jù)接口將實(shí)體模型導(dǎo)入到ADAMS軟件中[6]。導(dǎo)入到ADAMS中的破碎機(jī)模型如圖3所示。

在模型施加約束后，對模型施加驅(qū)動力，對曲柄輸入60 r/min勻速的驅(qū)動角速度，然后對連桿、搖桿的角度、角速度和角加速度進(jìn)行仿真分析。連桿、搖桿的角速度和角加速度模擬仿真曲線如圖4～7所示。

由圖4和圖5可得，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄做勻速回轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，連桿和搖桿做周期性變速運(yùn)動，以60 r/min驅(qū)動速度輸入時(shí)，連桿的角速度變化范圍在12.5～115度/秒，而搖桿的角速度在10～140度/秒范圍內(nèi)變化。從數(shù)值上看，連桿和搖桿角速度變化范圍較大。從曲線上看，連桿和搖桿在一個(gè)周期內(nèi)均出現(xiàn)兩次加速兩次減速運(yùn)動。

從圖6和圖7可以看出，連桿角加速度變化范圍為0～840度/秒2，搖桿的角加速度在0～1100度/秒2范圍內(nèi)變化，二者角加速度變化范圍較大。

4 結(jié)語

我們以Solidworks為基礎(chǔ)建立破碎機(jī)簡單模型，使用ADAMS進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，得到在穩(wěn)定的驅(qū)動力作用下動顎板的角度、角速度和角加速度的變化過程。仿真結(jié)果顯示，破碎機(jī)能夠按照給定軌跡作無干涉運(yùn)動，破碎機(jī)進(jìn)料口與出料口不會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。通過對角加速度的仿真分析，在一定時(shí)間段出現(xiàn)加速度突變，仿真結(jié)果為進(jìn)一步優(yōu)化破碎機(jī)裝置提供了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 郎寶賢，郎世平.破碎機(jī)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

[2] 羅紅萍.雙腔顎式破碎機(jī)運(yùn)動學(xué)特性研究[J].礦山機(jī)械，2006，34（1）：30-31.

[3] 王玉，富國亮，邊志堅(jiān).基于ADAMS的顎式破碎機(jī)工作裝置的運(yùn)動分析[J].礦山機(jī)械，2010，31（6）：89-90.

[4] 張憲，李文昊.基于ADAMS的單、雙軸顎式破碎機(jī)性能研究[J].機(jī)電工程，2013，30（11）：1317-1322.

[5] 王軍鋒，孫康.基于SolidWorks的顎式破碎機(jī)的三維設(shè)計(jì)與建模[J].煤炭工程，2012（11）：126-127.

[6] 李運(yùn)初，王魁.基于ADAMS的含運(yùn)動副間隙破碎機(jī)動力學(xué)方針分析[J].機(jī)械傳動，2011，35（10）：1-3.endprint