基于均匀化的动颚体结构强度优化设计

碎石生产线/ 颚式破碎机/万方数据
严凡涛等：基于均匀化的动颚体结构强度优化设计・８５・容易求出ｒ。

和咒。

圈１动颚体
Ｆｉｇ．１Ｍｏｖｉｎｇｊａｗ
图２动颚体的受力图
Ｆｉｇ。

２Ｆｏｒｃｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｒａｗｏｆｍｏｖｉｎｇｊａｗ
２动颚体的有限元分析
在了解到动颚体的受力情况后，开始对动颚体进行有限元分析，为简化模型，舍去对分析影响不大的零件如轴管，考虑到模型的结构和受力对称分布，拟取一半进行分析，以减少计算量。

对于动颚体，其弹性模量可取２００ＧＰａ，泊松比为０．２８，选择单元为Ｓｏｌｉｄ９２，建立好有限元模型后，根据动颚体的受力图施加载荷和约束，获得的动颚体的应力分布云图如图３所示。

从动颚体的应力云图中可以了解到，动颚体所受到的最大应力为１５０．４３ＭＰａ，位置在齿板座的下端横梁。

观察动颚体上的其它部分，发觉应力分布较不均匀，小应力区域较多，拟对动颚体进行结构强度均匀化设计，使材料能够尽可能地利用。

３动颚体的均匀化设计
一个理想的结构，其每一部分的应力应该接近
图３动颚体应力云图
Ｆｉｇ．３Ｐｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｏｖｉｎｇｊａｗ
于相同的安全水平，这个概念进一步推导得到基于应力均匀分布的优化准则，使得优化后的结构应力变得更均匀。

对于动颚体模型，由于受装配条件的限制，边板改动余地很小，同时动颚齿板座结构较为复杂，重量最重，修改余地很大，故对动颚体的均匀化设计主要集中在动颚齿板座均匀化设计上。

动颚齿板座结构最好是应在相同载荷条件下，使得结构上每一点的受力状况相近。

这样就可以在固定载荷条件下，以齿板座上面应力的均匀度最小作为评价标准来建立优化模型，进行优化设计。

对于动颚齿板座，在长期的交变载荷作用下，往往容易在齿板座某一处发生疲劳破坏。

因此，可以根据齿板座的疲劳极限与齿板座上面的应力通过某种换算关系获得的值即均匀度来定义目标函数。

３．１确定目标函数
在齿板座结构中，为了使齿板座上面的应力分布更为合理，有更好的应力分布状况，以齿板座上面应力的均匀度矗作为优化目标，如果这些计算点的均匀度最小，则说明结构上的应力分布最为均匀。

具体的目标函数如下：
厂—■■———————————一
ｍｉｎ五＝√一．蛋（盯，一矿！１）２府！。

（ｉ＝ｌ，２，
Ｙ
…
……ｎ）（１）式中：矿。

为第ｉ个面上最大的应力值；盯０一。

为齿板座的疲劳应力。

对于齿板座，根据经验，其疲劳应力一般为屈服应力的０．４～０．５倍，对于齿板座的材
料ＺＧ２７０—５００，可取矿０一。

＝１３０ＭＰａ。

万方数据
万方数据
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（１）由于齿板座的承载板板厚由６０ｍｍ变为
３５ｒａｍ，同时连接肘板处的筋板受力较小，拟将该处
的筋板厚度也改为３５ｍｍ。

（２）由于最下端的横向筋板中部出现应力集
中，决定在该处加一块盖板，板厚为３０ｒａｍ，以使该
处的应力均匀化，同时该处的筋板厚度不变，仍为
６０ｍｍ。

（３）为了更有利于加工，将纵向筋板的厚度由
６０ｍｍ改为３０ｍｍ。

（４）纵向筋板距齿板边的距离由３９０ｒａｍ变为
４０５ｍｍｏ
对经过修改后的模型进行有限元再分析，获得的应力云图如图６所示。

从云图上可以了解到此时的最大应力为１２５．４４ＭＰａ，比修改前有较大的减少。

结构强度有所增强。

此时各处的最大应力分别为：
ＩＴ。

．，Ｉ＝１０１．２３ＭＰａ，矿。

１２＝１１６．１４ＭＰａ，盯。

１３＝
１２５．４７ＭＰａ，ｔｌｒ。

一＝１１０．３５ＭＰａ，按照公式１获得的应力均匀度为０．２９３ＭＰａ。

图６修改后的动颚齿板座应力云图
Ｆｉｇ．６Ｐｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍｏｖｉｎｇｊａｗ
ａｆｔｅｒｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
对动颚齿板座模型进行修改后，模型的前后对照图如图７所示。

表２为优化前后动颚体的有限元分析在质量、最大应力和应力均匀度比较。

图７优化前后模型尺寸变化的对比图
Ｆｉｆ７Ｃｏｎｔｒａｓｔｄｒａｗｉｎｇｏｆｍｏｄｅｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｖａｒｉａｔｉｏｎ
ｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
表２动颚体优化前后一些物理特性的变化情况
Ｔａｂｌｅ２Ｔｈｅ
ｖａｒｉｅｔｙ
ｏｆｐｈｙｓｉｃｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆ
ｍｏｖｉｎｇｊａｗｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
４结论
本文运用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对动颚体进行了结构强度均匀化优化设计，经过分析和评估，然后再对优化后的模型进行适当的修改。

修改后的模型，其应力分布更为均匀，且其结构强度和抗疲劳能力有所增强，达到了齿板座结构强度均匀化优化的目的。

参考文献：
（１］饶绮麟，陈伟，张振权．ＰＥＷＡ９０１２０外动颚低矮破碎机的研制［Ｊ］．采矿技术，２００２，２（４）：２２—２４．
［２］饶绮麟．新型破碎设备——外动颚匀摆颚式破碎机［Ｊ］．有色金属。

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（３）廖汉元，蒋有彩．腭式破碎机［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９８．
（４］郎宝贤，郎世平．颚式破碎机设计与检修［Ｍ］．北京：
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