顎式破碎機(jī)是一種廣泛應(yīng)用在礦山、冶金和建筑等行業(yè)的破碎設(shè)備。
某采礦企業(yè)進(jìn)口的某型號顎式破碎機(jī)，在不到一年的生產(chǎn)中機(jī)架出現(xiàn)多處開裂，經(jīng)過焊接修補(bǔ)后幾周時間便在原開裂部位附近又產(chǎn)生裂紋，且發(fā)展速度很快，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。為了使機(jī)架擁有更好的力學(xué)性能，延長使用壽命，減少因為經(jīng)常維修而帶來的一系列經(jīng)濟(jì)損失，本文基于ANSYS軟件對該破碎機(jī)機(jī)架進(jìn)行數(shù)值模擬，根據(jù)應(yīng)力、位移分布情況，分析機(jī)架的受力特點，探討其破壞機(jī)理。提出改善機(jī)架結(jié)構(gòu)的建議，為今后的破碎機(jī)機(jī)架設(shè)計和優(yōu)化提供參考。
1、數(shù)值計算模型
1.1幾何模型
根據(jù)該型號顎式破碎機(jī)幾何結(jié)構(gòu)具有對稱的特性，利用ANSYS軟件建模時，僅建立一半機(jī)架結(jié)構(gòu)，且由于主要分析機(jī)架受力特性，因此，忽略電機(jī)、襯板及控制部分細(xì)節(jié)。
1.2有限元計算模型
本文選用10節(jié)點四面體單元SOLID92，采用自由網(wǎng)格劃分得到網(wǎng)格模型，單元數(shù)為97 784，節(jié)點數(shù)為56 888。邊界約束結(jié)合實際生產(chǎn)，對稱面設(shè)定對稱條件，并約束機(jī)架與基礎(chǔ)連接的螺栓孔表面的全部白由度。為得到一個有效的載荷參數(shù)，使用萬能試驗機(jī)對礦石進(jìn)行壓縮破壞試驗，測得抗壓強(qiáng)度平均值為40MPa。再結(jié)合機(jī)架T：作時的有效破碎面積施加靜荷載。
2、有限元計算及結(jié)果分析
利用ANSYS有限元分析軟件對破碎機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，分析結(jié)果如圖1和圖2所示。
如圖1所示，綠色部分（包括黃色和紅色部分在內(nèi)）位移最大為0.979mm，由此向左下、右上方逐漸減小，成為兩個方向的分水嶺。再有右上角藍(lán)色區(qū)域位移為Omm可知，右上方區(qū)域是圍繞該藍(lán)色區(qū)域旋轉(zhuǎn)的。
應(yīng)變云圖也可以發(fā)現(xiàn)它們的旋轉(zhuǎn)趨勢，而且恰好在軸承座下方有1.6mm的應(yīng)變，也說明該處產(chǎn)生破壞也是符合情理的。
由圖2機(jī)架側(cè)板的應(yīng)力云圖也可以看出斷裂處有較大應(yīng)力正是由于位移引起的應(yīng)變導(dǎo)致了較大的應(yīng)力。
對應(yīng)于圖2裂紋處應(yīng)力為389Mpa，已經(jīng)超過了材料的屈服極限240Mpa。
3、機(jī)架破壞機(jī)理分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議
3.1機(jī)架破壞機(jī)理
考慮到實際生產(chǎn)過程中該設(shè)備一直處于滿負(fù)荷24h/天運轉(zhuǎn)。此外根據(jù)該型號破碎機(jī)的技術(shù)參數(shù)可知其設(shè)計破碎能力為強(qiáng)度在35MPa左右的礦石，而本文強(qiáng)度實驗得到實際破碎礦石的強(qiáng)度為40MPa，超過了設(shè)計能力。而橫梁和部分側(cè)板為鑄造構(gòu)件且與側(cè)板焊接連接，同時鑄造構(gòu)件存在的缺陷是機(jī)架破壞的隱患。再由以上模擬結(jié)果可以看出，機(jī)架在破碎礦石時處于較高應(yīng)力狀態(tài)。
機(jī)架破壞的機(jī)理：機(jī)架是在受到連續(xù)的沖擊載荷下，橫梁需要局部小角度轉(zhuǎn)動，但與之焊接的機(jī)架限制了它的轉(zhuǎn)動，在機(jī)架上產(chǎn)生很大的應(yīng)力，同時在鑄造構(gòu)件橫梁的缺陷部位萌生裂紋，產(chǎn)生裂紋源，在高交變應(yīng)力的作用下，機(jī)架因疲勞失效產(chǎn)生裂紋，裂紋沿著最大應(yīng)力方向發(fā)展且速度很快，最終導(dǎo)致機(jī)架破壞。
3.2機(jī)架結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議
根據(jù)以上分析，要延長該型號破碎機(jī)的使用壽命，需要放松橫梁的轉(zhuǎn)動自由度以消除在機(jī)架上產(chǎn)生的較大應(yīng)力，同時盡可能降低裂紋源產(chǎn)生的概率。因此建議在保證強(qiáng)度和剛度要求條件下，將橫梁南鑄造構(gòu)件改為焊接構(gòu)件，橫梁和機(jī)架的連接由鑄造改為螺栓連接。
4、結(jié)論
本文采用有限元分析軟件ANSYS對顎式破碎機(jī)機(jī)架進(jìn)行數(shù)
值模擬分析。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果給出的應(yīng)力和位移分布云圖，分析機(jī)架的受力特點，并結(jié)合實際工作環(huán)境，探討架破壞的機(jī)理。在此基礎(chǔ)上提出改善機(jī)架結(jié)構(gòu)的建議，本文研究結(jié)果將為破碎機(jī)機(jī)架設(shè)計提供了參考。
