关键词:
复摆颚式破碎机
特征值优化
静力学分析
有限元强度分析
轻量化设计
摘要:
复摆颚式破碎机作为采矿行业的常规设备,主要用于对矿石的初级破碎,而动颚良好的运动特性又是破碎机性能优劣的决定性因素,运动特性的改善可通过优化机构尺寸参数来实现,因此产品性能优劣的关键是对机构尺寸参数进行优化设计。目前国内对复摆颚式破碎机的设计多采用传统的经验方法,而这类方法具有局限性和盲目性,通常情况下设计出的破碎机强度和刚度均难以保证,并且导致材料的浪费。本文以PEF500X750复摆颚式破碎机为研究对象,建立破碎机动颚数学模型,基于MATLAB软件对破碎机机构尺寸参数进行优化,优化结果显示,动颚排料口处行程特征值由2.1446减小至1.4440,优化前后相比降低33%,优化效果显著,破碎机运动特性明显得到改善,齿板磨损现象也得到改善。基于SPSS Modeler数据挖掘软件分析影响排料口处特征值的机构参数,发现机架后支承点横坐标对特征值影响最大,特征值先增大后减小,影响因子高达0.30。构建复摆颚式破碎机的破碎腔数学模型,通过分析破碎腔内物料运动方式,在主轴转速为240r/min时,基于MATLAB软件将破碎腔分为15层,并计算各破碎层的压缩比。对破碎机简化模型进行静力学分析,分析机构间受力关系。计算破碎机所受最大破碎力,以压缩比为依据将破碎力施加在动颚上并进行函数拟合。为破碎机有限元分析奠定基础。以Solid Works软件绘制机架三维模型,导入ANSYS有限元分析软件中的静态分析模块,进行材料设置、网格划分、施加约束和载荷,输出机架位移云图和应力云图,为后续机架轻量化设计提供依据。使用ANSYS Workbench软件对机架进行拓扑优化,为机架参数优化提供初步方案。对机架进行参数优化,在满足机架强度和刚度的条件下,以机架几何结构质量最小为目标,对机架进行参数优化。优化前后机架重量由原始6320.3kg减少至5676.9kg,降低10.18%,轻量化效果显著;机架最大变形由原方案的0.29327mm增大至0.30461mm,但仍符合机架设计刚度要求;机架最大应力由原方案的118.14MPa减小至115.47MPa,安全系数增大,更加符合机架设计强度要求,为后续复摆颚式破碎机合理经济的结构优化设计提供参考依据。