基于ADAMS的顎式破碎機的運動分析
2014-11-05 14:52:21張建秋
科技創新導報 2014年11期
張建秋
摘 要：對顎式破碎機進行結構和運動分析，建立簡單的虛擬樣機模型，通過ADAMS對模型中的連桿和搖桿在一個運動周期中角速度和角加速度之間的變化關系和變化范圍進行仿真分析。分析結果顯示了二者的變化過程、范圍和關系。該研究結果對破碎機的優化設計有一定的參考價值和較高的使用價值。
關鍵詞：ADAMS 顎式破碎機 虛擬模型 運動學仿真分析
中圖分類號：TH122 文獻標識碼：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
顎式破碎機是一種常用的破碎設備，因其具有構造簡單、制造容易、機體緊湊、工作可靠、維護和檢修容易等優點，被廣泛應用于煤炭、礦山、冶金、化工、選礦和建筑等部門[1]。開發出效率高、物料粒度更小更均勻、運動性能更合理的破碎機很有必要[2]。在此設備中破碎機之所以能夠高效穩定的工作主要是由它本身的結構決定的。其工作裝置的原理是曲柄搖桿機構，即將曲柄作為原動件，搖桿作為執行末端動顎。由于顎式破碎機工作環境比較惡劣，受力情況變化很大，理論力學分析和計算的過程非常復雜并且很難得到精確的分析結果，因此顎式破碎機的運動特性分析尤為重要。
1 鄂式破碎機工作原理
常見的顎式破碎機的結構組成如圖1所示。動顎上端直接與偏心輪軸相連，設備工作時動力系統的動力通過驅動輪2傳遞到動顎板3上，當動顎板向上運動時便接近定顎板擠壓物料，相反回程運動時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 破碎機運動模型建立與分析
破碎機的運動模型是動力學中常見的四桿機構（圖2），要求工作行程慢，對物料充分擠壓，回程要迅速，節省工作時間，提高工作效率。
由四桿機構構成的封閉圖形可以寫出復數矢量方程：
（1）
其中，，，
將式（1）對時間t求導，可得
，即 （2）
式（2）為的復數矢量表達式。將式（2）的實部和虛部分離，有
聯解上兩式可求得兩個未知角速度、，即
（3）
（4）
將式（2）對時間t求導，可得
（5）
式（5）為的復數矢量表達式。將（5）的實部和虛部分離，有
聯解上兩式即可求得兩個未知的角加速度、，即
建立運動模型可以更好的對破碎機位移、速度和加速度進行分析，進而研究破碎機的結構性能，研發更高效、加工精度更高、運動性更合理的破碎機[3]。
3 運用ADAMS仿真分析
在進行運動學分析時，只考慮與運動有關的因素，而與構件的具體形狀無關[4]。因此通過Solidworks建立破碎機各零件三維實體模型，然后結合通過自下而上和自上而下兩種虛擬裝配方法[5]，建立破碎機的結構模型，通過模擬仿真消除零件間的干涉。最后通過軟件間的數據接口將實體模型導入到ADAMS軟件中[6]。導入到ADAMS中的破碎機模型如圖3所示。
在模型施加約束后，對模型施加驅動力，對曲柄輸入60 r/min勻速的驅動角速度，然后對連桿、搖桿的角度、角速度和角加速度進行仿真分析。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，曲柄搖桿機構的曲柄做勻速回轉運動時，連桿和搖桿做周期性變速運動，以60 r/min驅動速度輸入時，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/秒范圍內變化。從數值上看，連桿和搖桿角速度變化范圍較大。從曲線上看，連桿和搖桿在一個周期內均出現兩次加速兩次減速運動。
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范圍內變化，二者角加速度變化范圍較大。
4 結語
我們以Solidworks為基礎建立破碎機簡單模型，使用ADAMS進行動力學仿真分析，得到在穩定的驅動力作用下動顎板的角度、角速度和角加速度的變化過程。仿真結果顯示，破碎機能夠按照給定軌跡作無干涉運動，破碎機進料口與出料口不會出現堵塞現象。通過對角加速度的仿真分析，在一定時間段出現加速度突變，仿真結果為進一步優化破碎機裝置提供了基礎。
參考文獻
[1] 郎寶賢，郎世平.破碎機[M].北京：冶金工業出版社，2008.
[2] 羅紅萍.雙腔顎式破碎機運動學特性研究[J].礦山機械，2006，34（1）：30-31.
[3] 王玉，富國亮，邊志堅.基于ADAMS的顎式破碎機工作裝置的運動分析[J].礦山機械，2010，31（6）：89-90.
[4] 張憲，李文昊.基于ADAMS的單、雙軸顎式破碎機性能研究[J].機電工程，2013，30（11）：1317-1322.
[5] 王軍鋒，孫康.基于SolidWorks的顎式破碎機的三維設計與建模[J].煤炭工程，2012（11）：126-127.
[6] 李運初，王魁.基于ADAMS的含運動副間隙破碎機動力學方針分析[J].機械傳動，2011，35（10）：1-3.endprint
摘 要：對顎式破碎機進行結構和運動分析，建立簡單的虛擬樣機模型，通過ADAMS對模型中的連桿和搖桿在一個運動周期中角速度和角加速度之間的變化關系和變化范圍進行仿真分析。分析結果顯示了二者的變化過程、范圍和關系。該研究結果對破碎機的優化設計有一定的參考價值和較高的使用價值。
關鍵詞：ADAMS 顎式破碎機 虛擬模型 運動學仿真分析
中圖分類號：TH122 文獻標識碼：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
顎式破碎機是一種常用的破碎設備，因其具有構造簡單、制造容易、機體緊湊、工作可靠、維護和檢修容易等優點，被廣泛應用于煤炭、礦山、冶金、化工、選礦和建筑等部門[1]。開發出效率高、物料粒度更小更均勻、運動性能更合理的破碎機很有必要[2]。在此設備中破碎機之所以能夠高效穩定的工作主要是由它本身的結構決定的。其工作裝置的原理是曲柄搖桿機構，即將曲柄作為原動件，搖桿作為執行末端動顎。由于顎式破碎機工作環境比較惡劣，受力情況變化很大，理論力學分析和計算的過程非常復雜并且很難得到精確的分析結果，因此顎式破碎機的運動特性分析尤為重要。
1 鄂式破碎機工作原理
常見的顎式破碎機的結構組成如圖1所示。動顎上端直接與偏心輪軸相連，設備工作時動力系統的動力通過驅動輪2傳遞到動顎板3上，當動顎板向上運動時便接近定顎板擠壓物料，相反回程運動時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 破碎機運動模型建立與分析
破碎機的運動模型是動力學中常見的四桿機構（圖2），要求工作行程慢，對物料充分擠壓，回程要迅速，節省工作時間，提高工作效率。
由四桿機構構成的封閉圖形可以寫出復數矢量方程：
（1）
其中，，，
將式（1）對時間t求導，可得
，即 （2）
式（2）為的復數矢量表達式。將式（2）的實部和虛部分離，有
聯解上兩式可求得兩個未知角速度、，即
（3）
（4）
將式（2）對時間t求導，可得
（5）
式（5）為的復數矢量表達式。將（5）的實部和虛部分離，有
聯解上兩式即可求得兩個未知的角加速度、，即
建立運動模型可以更好的對破碎機位移、速度和加速度進行分析，進而研究破碎機的結構性能，研發更高效、加工精度更高、運動性更合理的破碎機[3]。
3 運用ADAMS仿真分析
在進行運動學分析時，只考慮與運動有關的因素，而與構件的具體形狀無關[4]。因此通過Solidworks建立破碎機各零件三維實體模型，然后結合通過自下而上和自上而下兩種虛擬裝配方法[5]，建立破碎機的結構模型，通過模擬仿真消除零件間的干涉。最后通過軟件間的數據接口將實體模型導入到ADAMS軟件中[6]。導入到ADAMS中的破碎機模型如圖3所示。
在模型施加約束后，對模型施加驅動力，對曲柄輸入60 r/min勻速的驅動角速度，然后對連桿、搖桿的角度、角速度和角加速度進行仿真分析。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，曲柄搖桿機構的曲柄做勻速回轉運動時，連桿和搖桿做周期性變速運動，以60 r/min驅動速度輸入時，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/秒范圍內變化。從數值上看，連桿和搖桿角速度變化范圍較大。從曲線上看，連桿和搖桿在一個周期內均出現兩次加速兩次減速運動。
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范圍內變化，二者角加速度變化范圍較大。
4 結語
我們以Solidworks為基礎建立破碎機簡單模型，使用ADAMS進行動力學仿真分析，得到在穩定的驅動力作用下動顎板的角度、角速度和角加速度的變化過程。仿真結果顯示，破碎機能夠按照給定軌跡作無干涉運動，破碎機進料口與出料口不會出現堵塞現象。通過對角加速度的仿真分析，在一定時間段出現加速度突變，仿真結果為進一步優化破碎機裝置提供了基礎。
參考文獻
[1] 郎寶賢，郎世平.破碎機[M].北京：冶金工業出版社，2008.
[2] 羅紅萍.雙腔顎式破碎機運動學特性研究[J].礦山機械，2006，34（1）：30-31.
[3] 王玉，富國亮，邊志堅.基于ADAMS的顎式破碎機工作裝置的運動分析[J].礦山機械，2010，31（6）：89-90.
[4] 張憲，李文昊.基于ADAMS的單、雙軸顎式破碎機性能研究[J].機電工程，2013，30（11）：1317-1322.
[5] 王軍鋒，孫康.基于SolidWorks的顎式破碎機的三維設計與建模[J].煤炭工程，2012（11）：126-127.
[6] 李運初，王魁.基于ADAMS的含運動副間隙破碎機動力學方針分析[J].機械傳動，2011，35（10）：1-3.endprint
摘 要：對顎式破碎機進行結構和運動分析，建立簡單的虛擬樣機模型，通過ADAMS對模型中的連桿和搖桿在一個運動周期中角速度和角加速度之間的變化關系和變化范圍進行仿真分析。分析結果顯示了二者的變化過程、范圍和關系。該研究結果對破碎機的優化設計有一定的參考價值和較高的使用價值。
關鍵詞：ADAMS 顎式破碎機 虛擬模型 運動學仿真分析
中圖分類號：TH122 文獻標識碼：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
顎式破碎機是一種常用的破碎設備，因其具有構造簡單、制造容易、機體緊湊、工作可靠、維護和檢修容易等優點，被廣泛應用于煤炭、礦山、冶金、化工、選礦和建筑等部門[1]。開發出效率高、物料粒度更小更均勻、運動性能更合理的破碎機很有必要[2]。在此設備中破碎機之所以能夠高效穩定的工作主要是由它本身的結構決定的。其工作裝置的原理是曲柄搖桿機構，即將曲柄作為原動件，搖桿作為執行末端動顎。由于顎式破碎機工作環境比較惡劣，受力情況變化很大，理論力學分析和計算的過程非常復雜并且很難得到精確的分析結果，因此顎式破碎機的運動特性分析尤為重要。
1 鄂式破碎機工作原理
常見的顎式破碎機的結構組成如圖1所示。動顎上端直接與偏心輪軸相連，設備工作時動力系統的動力通過驅動輪2傳遞到動顎板3上，當動顎板向上運動時便接近定顎板擠壓物料，相反回程運動時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 破碎機運動模型建立與分析
破碎機的運動模型是動力學中常見的四桿機構（圖2），要求工作行程慢，對物料充分擠壓，回程要迅速，節省工作時間，提高工作效率。
由四桿機構構成的封閉圖形可以寫出復數矢量方程：
（1）
其中，，，
將式（1）對時間t求導，可得
，即 （2）
式（2）為的復數矢量表達式。將式（2）的實部和虛部分離，有
聯解上兩式可求得兩個未知角速度、，即
（3）
（4）
將式（2）對時間t求導，可得
（5）
式（5）為的復數矢量表達式。將（5）的實部和虛部分離，有
聯解上兩式即可求得兩個未知的角加速度、，即
建立運動模型可以更好的對破碎機位移、速度和加速度進行分析，進而研究破碎機的結構性能，研發更高效、加工精度更高、運動性更合理的破碎機[3]。
3 運用ADAMS仿真分析
在進行運動學分析時，只考慮與運動有關的因素，而與構件的具體形狀無關[4]。因此通過Solidworks建立破碎機各零件三維實體模型，然后結合通過自下而上和自上而下兩種虛擬裝配方法[5]，建立破碎機的結構模型，通過模擬仿真消除零件間的干涉。最后通過軟件間的數據接口將實體模型導入到ADAMS軟件中[6]。導入到ADAMS中的破碎機模型如圖3所示。
在模型施加約束后，對模型施加驅動力，對曲柄輸入60 r/min勻速的驅動角速度，然后對連桿、搖桿的角度、角速度和角加速度進行仿真分析。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，曲柄搖桿機構的曲柄做勻速回轉運動時，連桿和搖桿做周期性變速運動，以60 r/min驅動速度輸入時，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/秒范圍內變化。從數值上看，連桿和搖桿角速度變化范圍較大。從曲線上看，連桿和搖桿在一個周期內均出現兩次加速兩次減速運動。
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范圍內變化，二者角加速度變化范圍較大。
4 結語
我們以Solidworks為基礎建立破碎機簡單模型，使用ADAMS進行動力學仿真分析，得到在穩定的驅動力作用下動顎板的角度、角速度和角加速度的變化過程。仿真結果顯示，破碎機能夠按照給定軌跡作無干涉運動，破碎機進料口與出料口不會出現堵塞現象。通過對角加速度的仿真分析，在一定時間段出現加速度突變，仿真結果為進一步優化破碎機裝置提供了基礎。
參考文獻
[1] 郎寶賢，郎世平.破碎機[M].北京：冶金工業出版社，2008.
[2] 羅紅萍.雙腔顎式破碎機運動學特性研究[J].礦山機械，2006，34（1）：30-31.
[3] 王玉，富國亮，邊志堅.基于ADAMS的顎式破碎機工作裝置的運動分析[J].礦山機械，2010，31（6）：89-90.
[4] 張憲，李文昊.基于ADAMS的單、雙軸顎式破碎機性能研究[J].機電工程，2013，30（11）：1317-1322.
[5] 王軍鋒，孫康.基于SolidWorks的顎式破碎機的三維設計與建模[J].煤炭工程，2012（11）：126-127.
[6] 李運初，王魁.基于ADAMS的含運動副間隙破碎機動力學方針分析[J].機械傳動，2011，35（10）：1-3.endprint
