徐輝，鄧小雷，楊文杰，張鵬，陳致衡

（衢州學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，浙江 衢州 324000）

0 引言

對非圓柱式移動對輥破碎機(jī)零部件進(jìn)行有限元力學(xué)性能分析是非圓柱式對輥破碎機(jī)設(shè)計工作中一項(xiàng)非常重要的工作。在傳統(tǒng)的破碎機(jī)設(shè)計過程中，往往采用理論分析或者樣機(jī)試驗(yàn)來分析確定破碎機(jī)零部件性能［1］。理論分析手工計算量過大，針對大型復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)往往無能為力。而樣機(jī)試驗(yàn)盡管計算精度較高，但需要專門的試驗(yàn)設(shè)備、人員以及造價昂貴的物理樣機(jī)，不符合現(xiàn)代快速低成本的制造要求。

本文基于虛擬樣機(jī)技術(shù)，采用SolidWorksSimulation 對對輥式破碎機(jī)的主要工作部件——對輥進(jìn)行力學(xué)分析，校核其工作強(qiáng)度，使設(shè)計滿足工作要求。

1 對輥破碎機(jī)力計算

設(shè)被碎物料的抗壓強(qiáng)度為σb（MPa），物料與輥?zhàn)咏佑|面積為A（m2）。當(dāng)輥?zhàn)咏o物料的破碎力為F（N），只有F＞σbA 時物料才能被破碎［2］。接觸面積A 與進(jìn)料口寬度ie（i為破碎比，e為排料口寬度）、輥?zhàn)影霃絉、嚙角α 等有關(guān)。如圖1 所示輥?zhàn)优c物料間的關(guān)系。

從圖1 所示的幾何關(guān)系知：

圖1 輥?zhàn)优c物料幾何關(guān)系

如圖2 所示，取單位輥?zhàn)娱L度上的微元截面分析，不難得出平衡方程：

圖2 單位輥長上的微元截面

求得輥?zhàn)訉ξ锪鲜┮詥挝粔毫B，也叫單位輥壓力，故可求得破碎力F′（N）為：

由于布料不均勻和齒形不同等原因，實(shí)際輥壓力為：

式中：K1為裝填修正系數(shù)，與輥?zhàn)拥慕o料特征、破碎比、物料物理性質(zhì)等因素有關(guān)，對中硬物料K1＝0.2～0.3，對黏性或潮濕物料K1＝0.4～0.6；K2為接觸系數(shù)，K2＝0.1～0.2。

在破碎機(jī)破碎石料時因?qū)伈糠炙艿牧ψ畲蠖a(chǎn)生變形，使凸輥和凹輥之間產(chǎn)生相對彈性位移，從而影響到破碎機(jī)石料的粒度和生產(chǎn)效率。因此需要對破碎機(jī)的對輥部分剛度提出一定要求。所謂破碎機(jī)的對輥部分的剛度，就是指凹凸輥抵抗變形的能力。

2 對輥有限元靜力學(xué)分析

本設(shè)計選擇SolidWorks 的有限元分析模塊Simulation 進(jìn)行分析，具體步驟如表1 所示，分析結(jié)果云圖如圖3～圖5 所示。

表1 對輥分析步驟

圖3 對輥應(yīng)力云圖

圖4 對輥位移云圖

圖5 對輥應(yīng)變云圖

圖6 對輥安全系數(shù)云圖

計算得出對輥應(yīng)力、位移、應(yīng)變的變形量各自呈現(xiàn)不同的變形量。由圖4、圖5 看出，在破碎力的作用下，對輥的變形總是以Z 正向變形為主，即對輥沿著破碎力的方向彎曲，這與實(shí)際受力變形情況一致。而且，材料的安全系數(shù)云圖如6 所示，僅為1.7 左右可一步優(yōu)化提高穩(wěn)定性，節(jié)約成本。

3 結(jié)語

本文闡述了非圓柱式對輥破碎機(jī)破碎力的計算方法，通過建立非圓柱式對輥裝配體的有限元模型，對模型進(jìn)行有限元分析，得到對輥應(yīng)力、變形等分布情況。結(jié)果表明該裝置設(shè)計可滿足工作要求。

［1］張衛(wèi)，吳慧中.虛擬樣機(jī)概念及體系結(jié)構(gòu)研究［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2002.

［2］郎寶閑.破碎機(jī)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.

［3］威勒特勒P.輥筒非圓柱形對輥破碎機(jī)的破碎原理［J］.國外金屬礦選礦，2002（6）：40-42.

［4］郎寶賢，郎世平.物料壓碎實(shí)驗(yàn)與破碎機(jī)載荷研究［J］.礦山機(jī)械，1984（4）：39-42.