惯性圆锥破碎机的动力学特性分析

添加人：admin 发布时间：2016/1/22 11:20:32 来源：中国破碎机网

　　惯性圆锥破碎机的动力学特性分析夏晓鸥蔡美峰2（1.北京矿冶研究总院，北京100044；2.北京科技大学土木与环工程学院，北京100083）析动锥的受力和系统的破碎力，研究减振器对系统工作状况的影响仿真结果表明：系统的破碎力平均值达6.66X105N，足以破碎合金等坚硬物料；选择造当的减振器能使系统具有更好的动力学特性，表4，参7.关键固：惯性锥破碎机；虚拟样机技术；破碎力；动力学特性惯性圆锥破碎机是俄罗斯圣彼得堡“米哈诺布尔”科技股份公司经过四十多年研究，在大量的理论和试验工作的基础上，不断地改进和芫善，于20世纪80年代发明的新型细碎设备。
　　惯性圆锥破碎机的结构和工作原理不同于其他圆锥破碎机，前者的电机和主机之间是由皮带传动柔性连接，工作力是由高速旋转的偏心质量产生，动锥相对机体的运动轨迹是随机的，而后者是齿轮传动刚性连接，工作力是由偏心轴套旋转而产生，动锥相对机体的轨迹是固定的。惯性圆锥破碎机能破碎其他圆锥破碎机不易处理的抗压强度很高的脆性物料，如硬质合金、铁合金、碳化硅、钢渣等它开路破碎得到的最大产品粒度约为国外先进的新型圆锥破碎机相近机型破碎产品最大粒度的60%，约为国内普通圆锥破碎机破碎产品最大粒度的40%.它的优异性能和技术指标是其他圆锥破碎机所不能比拟的，得到了专家学者的一致认可。在矿山破磨领域使用，能大大降低入磨粒度，实现多碎少磨“。
　　俄罗斯、曰本、美国和中国的学者对惯性圆锥破碎机的结构、工作原理和应用情况进行了研究。由于惯性圆锥破碎机的机体、激振器、动锥等自由度较多，它的动力学情况非常复杂，而且工作中必须挤满给料，设备的振动非常大，不易进行试验测试，因此国内外目前还没有关于它的动力学分析和测试的详细研究，这为进一步掌握和优化该设备带来了难度。
　　本文以ADAMS为平台，建立惯性圆锥破碎机的三维模型，在改变激振力、工作间隙、减振器刚度等参数情况下，对它的工作情况进行基于虚拟样机技术的研究，为惯性圆锥破碎机的优化和应用提供理论依据。
　　1惯性圆锥破碎机系统建模1.1几何建模惯性圆锥破碎机由动力部分、传动部分和工作部分组成。动锥的外表面和定锥的内表面皆安装有耐磨衬板，定锥衬板和动锥衬板之间形成空腔，即惯性圆锥破碎机的工作部分破碎腔。惯性圆锥破碎机的工作动力由激振器产生，激振器装在轴承套上，动锥主轴装在轴承套里。工作时电动机通过皮带轮、皮带、万向联轴节等使激振器高速旋转，由于激振器的偏心质量产生离心激振力。激振力通过装在轴承套里的动锥主轴传递给动锥，在激振力的作用下动锥绕动锥球面支承的球心作运动。动锥和定锥之间的间隙改变，基金项目：国家十五“攻关项目2004BA615A-08）在靠近偏心块的一方的间隙变小，冲击和挤压物料产生破碎力在远离偏心块的一方间隙变大，被破碎的小粒度物料落下，通过排放口排出当有较大的不可破碎物进入破碎腔，而动锥因被卡住暂停振动，激振器继续转动，不会破坏传动系统。它的机体安装在减振器上，减振器吸收、释放能量，加强系统的振动，增大系统的破碎力。
　　2.0软件，根据系统的几何模型参数，建立系统的三维模型系统的结构见。
　　田1性锥破碎机三维型12约束动锥放置在动锥支承的小半球面上，理论上有6个自由度实际工作中，动锥受到重力和物料破碎的反作用力，不会脱离球面，只有3个旋转自由度，因此可当作球面副连接。
　　半联轴节和传动轴、节轴是通过万向节连接，有2个旋转自由度和1个移动自由度。工作中，偏心质量产生巨大的激振力，故连接副只能在激振力方向上相对偏转，实际只有1个旋转自由度和1个移动自由度。为减少装配及仿真计算的工作量，把它们分解为圆柱副、移动副连接。
　　破碎力可用ADAMS力工具库提供的接触力来模拟这2个实体间的碰撞作用力与摩擦力。略去存在的虚约束，各构件之间的约束关系见表1. 13虚拟样机的建立专用接口模块将建立的三维装配模型导入ADAMS平台。
　　根据实际工作情况，用STEP函数定义系统的运速度从0rad/s增加到582rad/s，达到正常工作状态，保持角速度为58 2rad/s，运行7s后停机，停机过程为2s，系统从角速度为58 2rad/s到静止。施加载荷，按照表1定义运动副约束，再进行仿真预处理，设置仿真输出、仿真控制参数如仿真类型、时间周期方式、仿真时间等）和测量。芫成虚拟样机后，进行仿真分析，得到仿真结果并且修改系统的工作参数，反复仿真，得到各种情况下系统的性能和输出。
　　表1构件间的约关系约束构件约束类型序号地面底架柔性连接力底架传动座固定副传动座传动轴旋转副传动轴滑块移动副滑块接轴旋转副滑块半联轴节移动副半联轴节激振器固定副激振器副支撑铜环平面副副支撑铜环副支撑钢环球面副副支撑钢环动谁支撑固定副动谁支撑机体固定副动谁动谁支撑球面副机体支撑环固定副支撑环调整环定谁）固定副机体底架柔性连接力激振器动谁轴套力动谁定谁接触力2虚拟样机仿真结果分析就动锥的受力情况，仿真分析结果显示见，力的统计值见表2，动锥体对动锥支撑的作用力Z方向分力始终向下，统计发现最小绝对值为161116871N，而动锥部件的质量为1 103kg，即这个值接近动锥的重力，两个值的差异是由轴套和动锥轴存在+Z向摩擦力引起的这说明工作中动锥不会向上跳动，假定球面副连接的约束是正确的，动锥实际上只存在3个旋转自由度。通过分析工业应用中的动锥支撑的磨损情况，能判断出工作中动锥不会跳动，这也证明了仿真分析的正确性。因此，个别应用中出现的漏油现象不是因动锥跳动所致，而是因油密封圈磨损失去密封作用所致。
　　破碎力的仿真结果如，破碎力的统计值见表3，结果显示正常破碎阶段破碎力的平均值为666X105N，最大破碎力达8 106N，和理论分析结果相符在应用中，根据不同物料的物理性质，可依据此仿真结果调整激振器的偏心质量，以获得需要的破碎力。
　　适的减振器。
　　仿真结果显示传动轴的有效扭矩为1.52X 107N-m见，表4），而实际工作中传动轴的有效扭矩约107Nm，两者基本一致，因此电机选用合理。仿真中用接触力近似代替破碎力，实际破碎工作中动锥衬板、物料、定锥衬板之间的作用除了冲击力、挤压力外，还存在剪切力等，而且所有运动副间存在摩擦力矩，故实际所需的驱动扭矩比仿真结果扭矩要大。
　　在其他参数不变的情况下，改变减振器的剪切弹性系数，进行参数仿真分析发现，减振器的弹性系数越大，系统需要输入的扭矩越大。
　　表2作用力数值结果单位：N）项目最小值最大值平均值均方根值数值161表3破碎力数值结果单位：N）项目最小值最大值平均值均方根值数值橡胶减振器的拉压弹性模量E和剪切弹性模量G与橡胶的材质、处理工艺、工作温度和形状尺寸等有关，用弹性系数为K=3X106N/m、K2=1.6X107N/m分别进行仿真，结果表明当减振器的抗剪切弹性系数为K时，机体在X方向的位移幅值较大，但机体对减振器的Z方向的力较小，且破碎力较小；当为K2时，机体在X方向的位移幅值较小，但Z方向对减振器的力较大，表现为机体的跳动，而最大破碎力比前者大12%.工业应用中，根据不同的破碎要求，使用不同的减振器进行试验，设备的动力学特性不同，可由此选择合表4传动轴扭矩数值统计结果单位：N-m）Tab.4Numericalresultsofthe项目最小值最大值平均值均方根值数值3结论工作过程中动锥对动锥支撑的作用力始终向下，动锥不会出现跳动现象，故不会因动锥跳动而出现漏油现象。
　　工作阶段破碎力平均值达6 105N，最大值高达8.79X106N，这是该机能够应用于破碎铁合金、钢渣等抗压强度很大的脆性物料的原因。
　　减振器对系统的工作状态影响较大，当抗剪切弹性系数较小时，机体的振幅较大，传动轴输入的扭矩较小；当抗剪切弹性系数较大时，机体振幅较小且不平稳，传动轴输入的扭矩较大因此，选择适当的减振器能使系统的具有更好的动力学特性。
　　电机选择合理，实际工作传动轴扭矩要略大于分析计算值。