數(shù)字化分析錘式破碎機

1建立破碎機的幾何模型和動力學仿真模型

1.1 建立破碎機幾何模型Pro/Engineerwildfire是美參數(shù)科技公司推出的三維建模軟件，它具有基于特征、參數(shù)、相關、單一數(shù)據(jù)庫等特點.產(chǎn)品的整個設計過程可以完在三維模型上完成，形象直觀，它具有單一數(shù)據(jù)庫，一處發(fā)生參數(shù)改動，都反映到整個設計過程的相關環(huán)節(jié).單一數(shù)據(jù)庫技術和相關功能，為并行工程的實施提供一個良好的開發(fā)平臺。

1.2 建立破碎機動力學仿真模型

在Pro/ E中把建立的錘式破碎機的幾何模型導出為parasolid (*x-t) 格式的文件，此文件能被ADAMS軟件讀取.在ADAMS中選擇“ importa file” 讀入此文件，為建立錘式破碎機動力學仿真模型做準備。

在ADAMS中對導入的裝配模型施加約束和驅(qū)動具體如下：

1)在錘體和錘頭部分創(chuàng)建固定約束;

2)在鍵和主軸間創(chuàng)建固定約束;

3)在鍵和錘體間創(chuàng)建固定約束;

4)在錘頭和殼體之間創(chuàng)建固定約束;

5)在主軸一端處創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副;

6)創(chuàng)建驅(qū)動電機，在旋轉(zhuǎn)副上添加旋轉(zhuǎn)速度;

7)在錘頭和煤塊之間創(chuàng)建碰撞副;

8)設置煤塊的密度為 1.80g/cm3，礦物的尺寸選擇為大通過尺寸 1 110 mm×400 mm×618 mm，仿真惡劣工作環(huán)境.

1.3 實現(xiàn)動態(tài)仿真用動力學可視化仿真的方法不用創(chuàng)建機械系統(tǒng)的數(shù)學模型和列出描述系統(tǒng)特性的微分方程， 應用動力學可視化仿真軟件就可進行上述求解， 不僅可以對線性系統(tǒng)進行求解也可以對非線性系統(tǒng)進行求解。

2建立 ANSYS&ADAMS 聯(lián)合仿真分析平臺

2.1 建立可重用有限元模型

運用ANSYS&APDL，實現(xiàn)了參數(shù)化建模和自動控制求解，從而人工操作的復雜性和困難程度，以便構建數(shù)字化的可重用的分析模型.通過改變樣機結(jié)構參數(shù)，從而改變樣機結(jié)構特征，為實現(xiàn)面向不同需求的產(chǎn)品設計提供參考.而關鍵參數(shù)即為結(jié)構在設計過程中需要著重考慮零部件的尺寸，主要是主軸軸徑大小以及與其存在尺寸耦合部分的結(jié)構尺寸。在建模過程中，為了方便后續(xù) ANSYS 分析，需要對模型進行適當?shù)暮喕�，另一方面由于破碎機為對稱結(jié)構，所以建模時采用對稱方式建立模型，并在分析過程中設置對稱約束，只對一半的裝配模型進行分析，在分析完畢后擴展模型得到整體結(jié)構的計算結(jié)果，這樣不僅可以得到想要的結(jié)果，還可以大大節(jié)省資源，縮短計算機時。

2.2 建立聯(lián)合仿真分析平臺

結(jié)構分析利用ANSYS和ADAMS構建的聯(lián)合分析平臺來實現(xiàn).因為錘頭破碎物料時受力狀況其復雜，無法通過傳統(tǒng)的方法來得到錘頭上各個時刻的受力， 所以利用ADAMS仿真來得到錘頭受力狀況，再加載到ANSYS中進行有限元分析.隨著對機械產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，動力學分析的精度要求也不斷提高.所以在動力學分析中，不僅要考慮剛體運動，還要考慮柔性體的運動情況.在機構動力學分析理論上趨向于多剛體動力學與多柔體動力學相結(jié)合進行分析。與之相對應，在實現(xiàn)動力學可視化分析上，趨向于應用機械剛體動力學分析軟件與有限元分析軟件相結(jié)合的模式進行分析.在軟件應用上，包括 CAD軟件、多體動力學分析軟件ADAMS、有限元分析軟件ANSYS.柔性體將會對整個機械系統(tǒng)的運動產(chǎn)生重要影響,同樣整個系統(tǒng)的運動情況也反過來決定了每個構件的受力狀況和運動狀態(tài),從而決定了構件內(nèi)部的應力應變分布.因此對運動系統(tǒng)中的柔性體進行應力應變分析則需要用到ANSYS與ADAMS兩個軟件。

破碎機的工作過程是電機通過變速箱將力和運動傳遞給主軸，而后通過鍵把運動傳遞給錘體部分，采用螺栓組件將錘體和錘頭剛性連接在一起，這樣，就將電機的運動和力傳遞到執(zhí)行部件—錘頭上，這就是整個工作過程。基于ADAMS和 ANSYS兩個研究平臺的分析特征，在此將破碎機主軸，錘體及錘頭、鍵、螺栓組件等作為一個整體來研究，可稱之為破碎機主體部分。

其主要受如下類型的力：

1)摩擦載荷.作用在錘式破碎機主體上的摩擦載荷主要由軸與密封裝置之間的摩擦、軸承的滾動產(chǎn)生的滾動摩擦及其它輔助裝置的摩擦引起的。

2)慣性載荷.當破碎機具有角加速度時所產(chǎn)生的載荷。

3)阻尼載荷.阻尼載荷是與外界環(huán)境相關的一種載荷，其大小與運動物體的速度成正比，該載荷較小，一般分析時可不計。

4)工作載荷.錘式破碎機正常工作時，錘頭與煤巖沖擊碰撞，將產(chǎn)生的作用力.在碰撞時，雖然錘式破碎機的錘頭與煤巖的速度發(fā)生有限的變化，但由于碰撞時間短，加速度很大，將出現(xiàn)的碰撞力，其值遠大于前三者，占到 90 %以上，在分析中只考慮工作載荷即可。

2.3 創(chuàng)建錘頭柔性體

1)建立模型，對模型劃分網(wǎng)格。

2)建立外部節(jié)點.外部節(jié)點在ANSYS程序中即指柔性體與剛性體聯(lián)結(jié)位置處的節(jié)點，用于在ADAMS所進行的運動學分析中，連接柔性體與剛性體.當在 ANSYS中建立模型需要運用到ADAMS仿真中時，在結(jié)構體中如何選取外部節(jié)點是一個很重要的問題，一般來說，一個關節(jié)位置只使用一個節(jié)點作為外部節(jié)點，如果柔性體的連接部位為空心，則需要在連接處創(chuàng)建節(jié)點作為外部節(jié)點，外部節(jié)點與其周圍的柔性體節(jié)點一般使用剛性區(qū)域來定義。

3)統(tǒng)一單位。

4)輸出ADAMS (*MNF) 文件.*MNF文件是從ansys中生成adams軟件所使用的柔性體模態(tài)中性文件，該文件中包含了柔性體的質(zhì)量，質(zhì)心，轉(zhuǎn)動慣量，頻率，振型以及對載荷的參與因子等信息.在破碎機中，由于錘頭的斜面是碰撞的主要位置，故須選擇斜面上的所有節(jié)點進行耦合與外部節(jié)點進行連接， 以有限元分析過程中模擬碰撞力的準確性.另外還要創(chuàng)建一個節(jié)點作為錘頭與錘體的連接點。

2.4 有限元分析結(jié)果

通過以上得出的關鍵零部件的應力值與許用應力值進行比較， 發(fā)現(xiàn)其值遠遠小于各個零件材料的屈服限，可以滿足使用要求。

3.結(jié)論

數(shù)字樣機技術是以CAX/DFX技術為基礎，以機械系統(tǒng)運動學、動力學和控制理論為，融合虛擬現(xiàn)實、仿真技術、三維計算機圖形技術，為產(chǎn)品的研發(fā)提供新的數(shù)字化設計方法。在數(shù)字化設計的大背景下，以錘式破碎機為研究對象，對其進行數(shù)字樣機的建模與分析，具有重要的研究意義。