基于SolidWorks的非圓柱式對輥破碎機有限元分析

徐輝，鄧小雷，楊文杰，張鵬，陳致衡

（衢州學院 機械工程學院，浙江 衢州 324000）

0 引言

對非圓柱式移動對輥破碎機零部件進行有限元力學性能分析是非圓柱式對輥破碎機設計工作中一項非常重要的工作。在傳統的破碎機設計過程中，往往采用理論分析或者樣機試驗來分析確定破碎機零部件性能［1］。理論分析手工計算量過大，針對大型復雜的機械結構往往無能為力。而樣機試驗盡管計算精度較高，但需要專門的試驗設備、人員以及造價昂貴的物理樣機，不符合現代快速低成本的制造要求。

本文基于虛擬樣機技術，采用SolidWorksSimulation 對對輥式破碎機的主要工作部件——對輥進行力學分析，校核其工作強度，使設計滿足工作要求。

1 對輥破碎機力計算

設被碎物料的抗壓強度為σb（MPa），物料與輥子接觸面積為A（m2）。當輥子給物料的破碎力為F（N），只有F＞σbA 時物料才能被破碎［2］。接觸面積A 與進料口寬度ie（i為破碎比，e為排料口寬度）、輥子半徑R、嚙角α 等有關。如圖1 所示輥子與物料間的關系。

從圖1 所示的幾何關系知：

圖1 輥子與物料幾何關系

如圖2 所示，取單位輥子長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

求得輥子對物料施以單位壓力FB，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，實際輥壓力為：

式中：K1為裝填修正系數，與輥子的給料特征、破碎比、物料物理性質等因素有關，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，K2＝0.1～0.2。

在破碎機破碎石料時因對輥部分所受的力最大而產生變形，使凸輥和凹輥之間產生相對彈性位移，從而影響到破碎機石料的粒度和生產效率。因此需要對破碎機的對輥部分剛度提出一定要求。所謂破碎機的對輥部分的剛度，就是指凹凸輥抵抗變形的能力。

2 對輥有限元靜力學分析

本設計選擇SolidWorks 的有限元分析模塊Simulation 進行分析，具體步驟如表1 所示，分析結果云圖如圖3～圖5 所示。

表1 對輥分析步驟

圖3 對輥應力云圖

圖4 對輥位移云圖

圖5 對輥應變云圖

圖6 對輥安全系數云圖

計算得出對輥應力、位移、應變的變形量各自呈現不同的變形量。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，這與實際受力變形情況一致。而且，材料的安全系數云圖如6 所示，僅為1.7 左右可一步優化提高穩定性，節約成本。

3 結語

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

［1］張衛，吳慧中.虛擬樣機概念及體系結構研究［M］.北京：清華大學出版社，2002.

［2］郎寶閑.破碎機［M］.北京：冶金工業出版社，2008.

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

［4］郎寶賢，郎世平.物料壓碎實驗與破碎機載荷研究［J］.礦山機械，1984（4）：39-42.