立轴冲击式破碎机主抛料头载荷研究

转子是立轴冲击式破碎机(制砂机)的主要工作部件，而主抛料头是转子上磨损严重的零部件，通过分析立轴冲击式破碎机结构和工作原理的基础上，进行了转子的Sohd Works三维建模。通过将模型导入ADAMS中进行动力学仿真.模拟破碎机在运转中物料的抛出过程，得到了转子上主抛料头随转速的不同变化所受冲击力和平均冲击力。仿真分析表明，转速是影响立轴冲击破碎机破碎质量和效率的重要因素，但破碎效果不总是随着转的提高而提高。还会加剧主抛料头的磨损;1400-1500r/min以及1600-1750r/min是主抛料头得平稳运转的转速区间;此外，为了多方面兼顾破碎机的破碎质量、效率以及使用寿命，降低冲击力的值和频率是重要的。因此既需要考虑转子结构及相关参数的优化，还要分析进料粒度均匀性的影响。

立轴冲击式破碎机;主抛料头;ADAMS;栽荷

近几年来.国家对公路、铁路等基建的投入日加大。迫切需要大量的砂石。然而有限的天然砂资源已经不能满足持续发展的需要，因此机制砂市场越来越大。机制砂市场的不断增长带动了制砂设备的需求。特别是制砂用的立轴冲击式破碎机成为市场的热点。转子是立轴冲击式破碎机的主要工作部件，而主抛料头是转子中损坏严重的部件，其状况如何不仅决定着破碎机的生产质量和效率，而且直接影响破碎机的可靠性、使用寿命和成本的因素资料显示.在我国目前所应用的立轴冲击式破碎机中.强度本身已经不是影响其寿命的主要问题，关键的问题是主抛料头的磨损…，而主抛料头的磨损与抛料头所受的载荷有关.所以对抛料头的载荷研究是重要的。

1破碎机的工作原理

立轴冲击式破碎机主要由转子、破碎腔、传动机构和机架构成。其中转子是立轴冲击式破碎机的主要工作部件，如图1所示。物料由人料口进入破碎机。转子在电机的带动下高速转动(转速一般为1400—1800r/mi转子表面摩擦力和导向板等的作用随转子转动，同时受离心力的作用向外抛射.当离开转子时与主抛料头发生碰撞，矿石以几乎达到了转子边缘的线速度向外抛射，冲击于破碎腔壁和分料器四周自由落下的一部分物料上发生粉碎.被破碎的物料由下部排料口排出，和循环筛分系统形成闭路，经多次循环，达到所要求的产品粒度。

立轴冲击式破碎机转子结构示意图

立轴冲击式破碎机的主要破碎形式就是击碎。经过加速的石块，在抛料头的碰撞下，一部分与破腔发生碰撞破碎，一部分与石块发生破碎，主抛料在石块长时间的冲击下磨损非常严重.经过一段时间后就必须更换。不然不但会影响破碎效果还会影响到转子本体，转子本体的磨损会影响其动平衡，易造成主轴断裂等不良后果，而更换一次立轴冲击式破碎机的抛料头需要0.3—0.5万元.造成浪费。主抛料头的磨损主要是受到冲击以后所产生的冲击磨损(磨损后的抛料头如图2a所示)，每抛料头是有9个组成，从实际工况看。每次都是中

的3个磨损严重，为了不影响转子的动平衡.每次更换都是全部更换造成很大的浪费。这时候就需要研究主抛料头所受的载荷.以达到延长抛料头的寿命的目的，但是试验机不能很好地模拟立轴冲击式破碎机的真实工矿，现实试验又太费时费力，虚样机技术是很好解决这个问题的方法.而ADAM为实现虚拟样机提供了很好的平台。

2破碎机转子建模

立轴冲击式破碎机转子(以山特维克生产的RPl09)主要由转子本体、主抛料头、副抛料夹板、上耐磨板、下耐磨板、分料锥、定位块、挡等180多个零件构成。在转子本体的内侧有6块料板，这种结构使得转子在加速物料的同时形成死料区以减少自身磨损，配合一定范同的转速。使物的破碎过程发生在转子外部由物料自动形成的冲击墙上。在转子中，主抛料头的作用是导向。通过转子石块的加速。在转子内部形成涡流状，通过主抛料头的导向作用，石块改变方向沿着转子的切线方向向外抛射，这样就注定了主抛料头的主要失效形式为冲击磨损，因此需要对主抛料头的材料进行特殊处理，来增加主抛料头的耐磨性。显然，对应于破碎机的正常工作状态，建模时，应当按照物料在转子内部形成料层以后的实际形状进行简化。简化后的转子模型内部呈圆柱状。物料转子的接触由石子与金属的接触变为石子与石子的

接触，而且，石料被转子加速后更容易抛出，这样除主抛料头外其余的零部件都与转子合为一体，以此来模拟主抛料头的实际工作过程。以SolidWorks为丁具进行建模，并将SWorks文件另存为PARASOLID格式导中，导入的模型如图2b所示。

3设定模型的参数及约束条件

材料的设定：因为简化后的转子模型内部呈圆柱状。物料与转子的接触由石子与金属的接触变为石子与石子的接触.所以设定简化后转子本体的内侧材料为石灰石。由于在ADAMS没有默认的石石属性，所以将转子内侧的属性设定为：弹性模量的4.1e+010N/m2.密度为1500kg/m3模拟石灰石的属性，设定转子本体的外侧材料为钢弹性模量设为：2.07e+011N/m2.密度为：78m3，泊松比设为O.29;主抛料头的属性设置同转子体的外侧材料3。在ADAMS中转子的入料人物料，在实际下况中，需要破碎的物料一般为不则形状的白.灰石.入料粒度是小于55mm.故添加简化尺寸为边长20mm到50mm不等的立体，设定属性亦为石灰石属性。

主抛料头磨损后和ADAMS中转子

以及主抛料头的分析模型图旋转参数设定：在模型和大地之间加—个铰链.在铰链上设置—个旋转运动，旋转方向为逆时针，转分别设为1400r/min、1450rfminmin、1700r/min、1750r/min、17据此来模拟物料经过不同加速后在离心力和摩擦力的作用下.经过主抛料头的碰撞后被抛出的过程。石块对转子本体的冲击力在另外的文章中另有叙述。添加约束和接触：在转子本体的内侧(材料为石灰石)和外侧(材料为钢)以及主抛料头(材料为钢两两之间加上锁定，使它们在运动中成为一体。在每一个物料上添加和转子本体以及主抛料头的实体对实体接触，接触力设为碰撞，刚度设为1.oe+008N/mm，阻尼比设为1.0e+004，穿

1.0e一004mln，摩擦力的设置按照库仑摩1500r/rain、1600r/摩擦系数设为0.3，动摩擦系数设为0.1，其余0r/min和1800r/min，ADAMDS的默认设置4。。仿真：时问为1.5s，steps为5000的基本原则是，在保证石料全部被抛出的前提下.尽量节约时间并能提高仿真精度。

利用ADAMS软件并按照前述的模型参数级约束设定，可以得到转速为1400r/min、1500r/m1600r/min、1700r/min和1800r总体受冲击力情况，如图3所示。图3主抛料头在1400rpm、1500r，每一次碰撞在图中表现为一次峰值。可以看出，转子在1400r/min时，石块加速撞次数较多。在1.4454s时石料被全部抛出;160min和1700r/min时所受冲击力相对比较的平均冲击力(每次冲击力之和除以受冲击的次数)也相差不大.石料分别在1.33s和1.3ls被出;在1800r/rain时。碰撞次数少。这可能是转速的增大.石料未经过充分碰撞就被强大的离心匀。碰力抛出转子;虽然冲击力和平均冲击力是较大的.但是除次之外其余的冲击力都比前几个转稳，受速的小。从图3可以看出，在1800rpm时石料被全部抛出的时间只有1.25s，显然，石料未经过充部抛碰撞加速就被甩lq{转子.对其破碎机效果会有不利由于响。这说明，破碎效果不总是随着转速的提高而变好，而且冲击力和平均冲击力很大还会加速主抛料头磨损，长时间的冲击磨损会使主抛料头的寿命大大缩短，进而对转子本体的动平衡造成很大的影响。因此j合理地选择转速对于增加主抛料寿命和提高破碎效率非常季要。通过ADAMS对仿真的后处理。得到主抛料的冲击力和平均冲击力随主轴转速变化的数值的由图4看出.冲击力存转速1500—1600min以及1750_178∞/min时相对增1500r/min和1600—1750r/min时相对较平均冲击力在1400—1450r/min和1650—相对增幅较大。在1450—1650r/min时相对由于物料是立方体的，是平面还是尖面与主抛料头接触所产生的冲击力是不同的。在平均冲击力突然变化的转速区间.尖面与主抛料头的碰撞的几率很大，加剧了主抛料头的磨损。从而影响更换抛料头的频率，造成很大的浪费。南图可以看出，大冲击力比平均冲击力高两个数量级，即物料对主抛料头的瞬间冲击力很大。由此可以知道，1401500r/min以及1600—1750r/min衡，转子能获得平稳运转的转速区间;降低冲力的值和频率非常必要。这既与转子结构及相关参数的优化有关。还要分析进料粒度均匀性的影响和石块与主抛料头碰撞的主要区域。

转速是影响立轴冲击破碎机破碎质量、效率以/及寿命的重要因素.但破碎效果不总是随着转速的大。在1400_提高而提高。高转速还会加剧主抛料头的磨损，严重而平影响破碎机的使用寿命。仿真分析表明，1400—50r/min时1500r/min以及1600—1750r/min是主抛料头受稳。衡，转子能获得平稳运转的转速区间;此外，为了多方面兼顾破碎机的破碎质量、效率以及使用寿命，降低冲击力的值和频率是非常重要的，因此既需要考虑转子结构及相关参数的优化.还要分析进料粒度均匀性的影响。对于石块和主抛料头的主要碰撞区域的确定也是非常重要的.值得进一步研究。