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机械制造研究 宋建蓉， 等 颚式破碎机运动特性研究 颚式破碎机运动特性研 究 宋建蓉 。 吴军 江阴职业技术学院机电系， 江苏 江阴 2 1 4 4 0 5 摘要 颚式破碎机是目前工程施工中应用最为普遍的碎石机械之一。对颚式破碎机的工作 原理及其工作机构的运动特性进行了分析， 并通过 MA T L A B软件进行数值计算， 为以后的可靠 性研究提供 了理论依据 。 关键词 颚式破碎机 ； 四杆机构 ； M A T L A B 中图分类 号． T H 1 3 2 ； U 4 1 5 ． 5 1 7 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 - 5 2 7 6 2 0 0 9 0 3 - 0 0 6 3 - 0 2 Re s e a r c h o n M o t i o n C h a r a c t e r i s t i c o f J a w Cr u s h e r S ONG J i a n - r o n g ，WU J u n J i a n g y i n V o c a t i o n s U n i v e r s it y， J i a n g y i n 2 1 4 4 0 5 ， C h i n a Ab s t r ac t J a w c r u s he r i s wi d e l y a p plied t o c r u s h s t o n e wh i c h c a n b e u s e d i n mi n i n g，me t a l lur g i c a l in du s t r y，c o n s t r u c t io n，r o a d an d r a i lwa y b u i ld i n g ，c h e mis t ry， e t c ． T h is p a p e r a n a l y z e s t h e wo r k in g p r i n c i p l e o f j a w c r u s h e r in t h e o ry a n d it s mo t io n c h a r a c t e r i s t ic a n d c a l c u l a t e s t h e v alu e b y MATL AB．Th i s wo r k i s b a s i c t o of it s r e l iab i li ty r es ea r c h． Ke y wo r d s j a w c r u s h e r ； f o u r b a r me c h a n is m； MA TL A B 0 前言 颚式破碎机是 目前工 程施工 中应用最 为普遍 的碎 石 机械之一， 具有破碎比大、 产品料度均匀 、 结构简单、 工作 可靠、 维修简便、 运营费用经济等特点， 普遍用于硬质、 中 硬质岩石的粗、 中破碎， 广泛运用于矿 山、 冶炼、 建材、 公 路、 铁路、 水利和化学工业等众多部门。 其工作方式为曲动挤压型， 其工作原理是 图 1 电 动机驱动皮带和皮带轮， 通过偏心轴 使动颚上下运动， 当动颚 厶上升时肘板与动颚间夹角变大， 从而推动动颚 板向固定颚板接近， 与其同时物料被压碎或劈碎， 达到破 碎的目的； 当动颚下行时， 肘板与动颚夹角变小， 动颚板在 拉杆， 弹簧的作用下 ， 离开固定颚板， 此时已破碎物料从破 碎腔下口排出。随着电动机连续转动而破碎机动颚作周 期运动压碎和排泄物料， 实现批量生产⋯。 由于颚式破碎机工作环境比较恶劣， 受力情况变化很 大， 对其进行理论分析和计算比较困难 ， 所以首先对其进 行运动特性分析显得比较重要。特别是 ， J 的速度和加速 度分析对整个机械的可靠性分析和强度计算尤其重要。 1 理论分析 颚式破碎机的本质就是一个平面铰链 四杆机构 。 建立模型 如图2所示的平面铰链四杆机构。我们用 拉格朗13方程来描述本机构的数学模型如下 。 d OT 一 O 01 0 0 1 1 出 a ～ 一 式中 T本系统的动能； 图 1 颚式破碎机工作原理 P 重力 势能 ； M． 系统的输入 力矩。 平面铰链四连杆机构系统的动能可表示为下式 r 3 [ 吃 】 2 图2 四杆机构运动特性 式中， 和 分别表示对应于杆件质心的 轴向速 度和Y轴向速度； 表示对应杆件的角速度。 作者简介 宋建蓉 1 9 6 5 一 ， 女 ， 江苏张家港 人， 江阴职业技术学 院高级讲师 ， 本科 ， 从事机械教学。 Ma c h i n e B u i l d i n g Au t o m a t i o n ， J u n 2 0 0 9 ， 3 8 3 6 3～ ， 6 3 机械制造研究 宋建蓉， 等 颚式破碎机运动特性研究 由于平面铰链 四杆机构是一个单 自由度机构， 所 以 ， 和 0 可以用 0 的函数表示， 经推导我们可得到如 下形式的表达式 rvi ,Xi 0I I ． 2 y i O 。 i 1 ， 2 ， 3 3 1 ． ． t O 0l 经运动学分析， 可得到如下表达式 { ㈩ { { 】 c￡J㈣ { 】cJ，㈤ O 1 ’1 I ㈣ ∞ L 丽 式 中 ， Y 表示 曲柄质心在 固结于 曲柄 的直角坐标 系 中 的直角坐标 ； ， Y 表示连杆质心在固结于连杆的直角坐 标系中的坐标 ； ， y 表示摆杆质心 在 固结 于摆杆 的直角 坐标系中的坐标 。 如此可以将式 2 写成一种较易理解与分析的形式。 将式 3 代入式 2 可得 ∑E m y ．， ] A 0 。 1 0 其 中， a o 。 ∑[ ％ Y J o g ] ， 称 为 等 效转 动 惯量。 通过分析可知重力势能可以表示为 P g { m1 r l s i n 0 I m 2 L l s i n 0 l F 2 s i n 0 2 m 3 r 3 s i n 0 3 } g 1 1 式 1 1 中各参数可以在图2中找到， g在这是表示引 力常数。 将式 1 0 和式 1 1 代入式 1 可 以得 到此平面铰链 四杆机构的数学模型 A 0 1 ， nG 1 2 d w3 。 其中 [ c 。s 一 ． 一 ccJsin 一 。 一 sin 一 。 ￡J2 一 1 ] ； c l t ， 2 m 2 r ； ； 。 2 J 3m3 r 32 ； 。 3 2 m2 2 L l ； d w 2 L 1 D l D 2 一d 0 1 _ 二 ； 6 4 D 3 D d l一￡3 s i n O z 一 0 3 。 其 中 Dl 3 1 s i n 0 2 0 3 c o s 0 3 0 i D 2 s i n 0 3 0 1 C O S 一0 3 3 一 2 ； D 3 2 1 s i n 0 2 0 3 C O S 0 2 0 1 ； D 4 s i n 一0 1 C O S 0 2 0 3 3 一 2 。 G 0 1 [ ml r l C O S 0 1 m2 L 1 c o s 0 l m 2 r 2 c o s 2 m3 r 3 C O S 0 3 f．O 3 ] g 1 3 2 数值计算 对于当前系统， 应用 MA T L A B软件对其进行数值计 算 L l e o s 0 1L 2 c o s 0 2一L 3 c o s 0 3 一L o0、 L l s i n 0 1 L z s i n 0 2 一 L 3 s i n 0 3 0 l dwz s i n 0 0 3 } d 1 ￡ 2 一 I d o 3 L I D ] D 4 l d OlL3 s i n 0 2 0 3 J 上述方程 中， 给定 0 。 ， 则可求 出满足此方程的 0 ， 。 s i n 0 2 L 3 s i n 0 3 一 L 1 s i n 0 1 ／ 1 5 将式 1 4 中的c o s O z 代以 ／ 1 一 s in 。 0 ， 得出 ， 0 l ， 0 3 L l c o s 0 l L z X √ 1 _ cos L o 。 16 在 0 给定时， 求能使f 0 ， 的 0 3 值， 然后， 就可由 式 1 5 求得。 为了求能使／ 0的0 ， 的值， 可调用 M A T L A B中的f z e r o函数。为此， 要把 0 3 单独定义为一个 M A T L A B函 数 t h a t a 3 ． I I 1 ， 在主程 序中要调用它。为了把长度参数 传给 子程序 ， 在主程序和子程 序 中都加 了全局变量语 句 g l o b a 1 ， 但全局变量容易造成程序的混乱， 使用时要小心。 | 4 I ] 程序如下 1 主程序 l o b a l L D L1 1 2 1 3 t h l I I 2 0； L 18； I 2 2 5； L 32 0； w lin p u t ‘ w l ’ ； t h e t a l l i n s p a e e 0 ， 2 p i ， 1 8 1 ； t h e t a 3 i n p u t ‘ t h e t a 3’ ； d t 2 p i ／1 8 0 ／ wl t h lt h e t a l 1 ； t h e t a 3 1 f z e r o ‘ a ’ ， t h e t a 3 ； f o ri 2 1 8 1 t h lt h e t a l i ； t h e t a 3 i f z e r o ‘ a ’ ， t h e t a 3 i 一1 ； e n d s u b p l o t 1 ， 3 ， 1 ， p l o t t h e t a l ， t h e t a 3 ， x l a b e l ‘ t h e ta l ’ ， y l a b e l ‘ t h e t ’ ， d w 3d 珊 t h e t a 3 ／ d t ； a 3d i ff w 3 ／ d t ； s u b p l o t 1 ， 3 ， 2 ， p l o t t h e t a l 2 l e n g t h t h e t a 1 ， w 3 ， x l a b e l ‘ t h e t a l ’ ， y l a b e l ‘ w 3 ’ ， d s u b p l o t 1 ， 3 ， 3 ， p l o t t h e t 1 3 l e n g t h th e t a 1 ， o 3 ， x l a b e l ‘ t h e t a l ’ ， y l a b e l ‘ a 3 ’ ， d 2 子程序 a ． m 下转第7 4页 h t t p Z Z H D ． c h i n a j o u m a 1 ． n e t ． c a E - m a i l Z Z H D c h a i n a j o u m a 1 ． n e t ． e n 机械制造与自 动化 机械制造研究 季有昌， 等 复杂结构 P r o ／ E模型导入 A N S Y S时问题的研究 示不出来， 出现此类问题一般没法解决， 只能从 P r o ／ E模 现警告和无法解决的问题， 所以也有缺陷。 型中找 问题 。 4 结论 3 几种连接方法的比较 由实际应用中可以看出这 4种连接方法各有优缺点。 a 从 P r o ／ E中导 出 A N S Y S的分析 文件 的方 法 比较 适用于小而结构简单的零件， 对于大且复杂零件和装配图 由于P r o ／ E中M E C HA N I C A模块网格功能的有限， 对后续 计算结果有很大影响， 必然使得结果不可靠， 故此方法不 适合复杂件。 b 将模型转换为 i g e s 格式后导入 A N S Y S的方法， 由 实例看出该方法在模型转换过程中会丢失图形信息， 修补 缺损信息会花费设计者大量的工作， 尤其对于复杂件， 有 些问题在装配体内部， 根本无法解决。 C 利用专用接口， 将 A N S Y S集成到 P r o ／ E中的方法 ， 这种方法是利用专门接口将这两种软件结合在一起， 达到 了无缝连接。在模型传递过程中基本没有丢失元素的现 象， 即使有该类现象， 回到 P r o ／ E环境中， 找到出现问题的 地方， 发挥 P r o ／ E软件强大的建模功能， 修改模型， 然后再 导人 A N S Y S中 ， 直至成功 ， 比在 A N S Y S中改动模型消耗时 间少。虽说有对计算机资源要求高的问题， 但是在现在计 算机技术高度发展的今天， 相信这不会成为制约的因素。 目前这是 P r o ／ E复杂模型导人 A N S Y S最好 的方法。 d 在 A N S Y S中直接导入 P r o ／ E模型的方法， 该法与 利用专用接口将 A N S Y S集成到 P m ／ E的方法基本相同， 虽有节省计算机资源的优点 ， 但是有时在模型读人时会 出 通过对从 P r o ／ E中导 出 A N S Y S的分析文件等 4种 P r o ／ E模型导人 A N S Y S中方法的研究以及对实际问题客 车构架的导入试验 ， 找 到各种方法 的优缺点并进 行对 比。 目前 ， 最优 的复 杂结构 P r o ／ E模 型导入 A N S Y S的方法 是 利用专用接 口将 P m ／ E建立好的模型直接导入到 A N S Y S 中。该研究不仅为以后设计分析大大节约了时间， 缩短了 设计周期， 而且对现代化的设计具有指导意义。 参考文献 [ 1 ]邓凡平． A N S Y S 1 0 ． 0 有限元分析自 学手册[ M] ． 北京 人民邮 电出版社， 2 0 0 7 2 _ 3 ． [ 2]张继春 ， 徐斌 ， 林波． P r o ／ E N G I N E E R Wi l d fi r e结构分析 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 傅中裕， 杨晓京． A N S Y S与 P r o ／ E N G I N E E R之间模型数据转 换的研究[ J ] ． 机电工程技术 ， 2 0 0 5， 3 4 2 5 1 ． [ 4]任晓莉 ， 李力 ， 等． 基于 C A D软件 的 A N S Y S实体建模 ． 机械与 电子 ， 2 0 0 4， 1 0 7 8 - 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