锤式破碎机三维建模与仿真研究

锤式破碎机三维建模与仿真研究

赵四海1,李国平2,骆铁楠1

(1.中国矿业大学,北京100083; 2.张家口煤矿机械有限公司,河北张家口075025)

摘要:分析了锤式破碎机工作运行情况,提出了锤式破碎机冲击破煤的机理,采用Pro ΠE 软件建立了PC M400型锤式破碎机执行部分零件的三维模型,包括轴、锤体、锤头和附属零件,并进行了PC M400型锤式破碎机执行部分虚拟装配,在此基础上对PC M400型锤式破碎机执行部分的运行状态进行了动态仿真。

关键词:锤式破碎机;三维建模;Pro ΠE ;仿真中图分类号:T D451;TP391　文献标志码:A 文章编号:100320794(2008)0820034203

Study of 3D Modeling and Simulation for H ammer Crusher

ZH AO Si -h ai 1

,LI G uo -ping 2

,L U O Tie -nan

1

(1.China University of M ining and T echnology ,Beijing 100083,China ;2.Zhangjiakou C oal M ining Mechinery C o.,Ltd.,Zhangjiakou 075025,China )

Abstract :The im pact mine -cutting mechanism of hammer crusher has been presented.The 3D m odel of com 2ponents of the PC M400hammer crusher has been designed ,include the axle ,the hammer body ,the hammer cutter and attached com ponents ,then the virtual assembly of PC M400hammer crusher has been assembled.Based on this ,the dynamic simulation of running condition of PC M400hammer crusher has been done.K ey w ords :hammer crusher ;3D m odeling ;Pro ΠE s oftware ;simulation

　概述

锤式破碎机主要用于煤矿井下顺槽内,与转载机配套使用,对通过转载机的大块原煤进行破碎。通过对锤式破碎机的工作载荷进行静力学和动力学分析,研究其破碎机理,建立相应的数学模型,并进行动态仿真,从而找到其优化设计方法。为锤式破碎机的设计和工作状态分析提供依据,不仅具有重要的理论意义,也有重要的实际应用价值。

目前,随着C AD ΠC AM 技术的发展,三维实体造型、虚拟技术、工况仿真模拟已成为C AD 的重要发展方向,并在产品设计和制造方面引起了重大变革。对有复杂运动的锤式破碎机等机械产品,建立三维动态图形和三维虚拟环境模拟,可以很好地描述其数学模型的准确性、装配过程的合理性、作业过程的动态性、运动轨迹的正确性。本文将采用Pro ΠE (WI LDFIRE )软件,对锤式破碎机的三维造型和动态仿真进行研究。

1　建立三维模型

建立三维模型是指进行机构构件的具体设计,首先确定零件的形状、结构、尺寸和公差等,并在计算机上进行二维绘图和三维实体造型,然后通过装

配模块完成零件组装,形成整机。在Pro ΠE WI LD 2FIRE 软件中,零件装配是依靠所选择的面及特征来

约束零件的。装配是动态仿真的前提,装配关系的正确与否直接影响动态仿真的效果。装配前,先确定运动构件及构件间的运动副,最后由各机构构成

整机,并为仿真做准备。

以PC M400型锤式破碎机为例研究锤式破碎机的三维建模与仿真,重点研究PC M400型锤式破碎机的执行部分。PC M400型锤式破碎机执行部分的主要零部件包括:主轴、锤体、锤头。

(1)主轴

在PC M400锤式破碎机中,主轴的总体特征由以下特征组成:截面直径不同的圆柱体棒料,键槽、锥面、螺纹孔、圆角、倒角。由于主轴的总体特征关于主轴的中心横截面对称,所以只需创建出主轴中心横截面一侧的所有特征,再使用“镜像”命令即可创建出主轴的所有特征(见图1)。

图1　主轴特征图

(2)锤体

锤体是连接主轴和锤头的关键部件,它是把动

力从传动部分转移到执行部分的“枢纽”。在PC M400锤式破碎机中,锤体的总体特征由以下特征组成:锤体主体(除此之外不含其他任何特征)、阶梯

孔、中心孔、键槽、螺纹孔、圆角、倒角。由于锤体的

总体特征关于锤体的中心横截面对称,所以只需创建出锤体中心横截面一侧的所有特征,再使用“镜

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2008

像”命令即可创建出锤体的所有特征(见图2)

。

图2　锤体特征图

(3)锤头

锤头是转载机用锤式破碎机的执行机构,旋转

的锤头可对大块原煤进行打击破碎,

最终形成一定

块度的煤块。在PC M400破碎机中,锤头的总体特征由以下特征组成:锤头主体(除此之外不含其他任何特征)、堆焊材料、阶梯孔、锤头与锤体的连接部分、倒角、圆角(见图3)。至此就完成了PC M400型锤式破碎机执行部分主要零部件,根据二维工程图

进行三维建模的所有工作。

图3　锤头特征图

(4)附属零部件的创建过程

PC M400型锤式破碎机执行部分的主要附属零部件包括:紧固螺母、轴承座、轴承盖、迷宫压板。

(5)三维虚拟装配过程

虚拟装配就是利用零部件的链接关系建立装配。ProΠE的装配模式提供了并行的、自下而上的、自上而下的产品开发方法。在自下而上的设计模式中,先在零件模块中构造各个零件的三维模型或者调用原先做好的三维模型,然后在装配模块中建立零部件之间的链接关系,它是通过配对条件在零部件之间建立约束关系来确定零部件在产品中的位置。在虚拟装配中,零部件的几何体是被装配引用,而不是复制到装配中,不管如何编辑零部件和在何处编辑零部件,整个装配部件保持关联性,如果修改某些零部件,则引用它的装配件自动更新,反应零部件的最新变化。进行零件装配时最重要的步骤就是对零部件进行适当的约束。在ProΠE中建立装配关系是用贴合、平面和基准面对齐、坐标系各个轴相互对齐等约束命令将所有的零部件按要求装配在一起。ProΠE是基于特征的建模方式创建零件的三维模型的,

每创建一个特征都是以一个虚体特征为参考的,这些虚体特征在实体造型及装配方面十分有用,是起辅助作用的。在虚拟装配时,如果每个零部件都采用实际坐标系进行装配

,势必牵涉大量的计算,由于计算的误差,还将导致装配失败,因此,借助ProΠE提供的虚体特征,可以使装配过程大大简化。机制动态仿真是用计算机模拟机械运动,检查机械运动中各部件的运动关系以及可能存在的问题。在ProΠE中,可以通过对机构添加运动副、驱动器使其运动起来,以实现机构的运动仿真。

零件组装是通过装配模块完成。在ProΠE WI LDFIRE软件中,零件装配是依靠所选择的面及特征来约束零件的。装配是动态仿真的前提,装配关系的正确与否直接影响动态仿真的效果。装配前,先确定运动构件及构件间的运动副,最后由各机构构成整机,并为仿真做准备。

PC M400型锤式破碎机执行部分的最终装配模型如图4。

图4　PC M400型锤式破碎机执行部分的最终装配模型

PC M400型锤式破碎机完整的装配模型如图5。

图5　PC M400型锤式破碎机完整的装配模型

2　锤式破碎机动态仿真研究

机构的动态仿真分析需要建立机构的动态模型。在模型图中有连接构件,还有各种运动副。在装配模块中连接构件装配成整机,并定义相互运动的运动副。再设计机构的运动链图,将各个组成部件及其运动顺序表达出来。

锤式破碎机的动态仿真属于单驱动器的开环机构仿真,是ProΠE运动仿真中比较复杂的一类,仿真过程中需要创建一个动力源—交流异步电动机,并调节各组成部件的运动顺序,它将直接影响到整个机构的仿真逼真程度。

通过运动过程的模拟,可以直观地了解系统的动态特征,十分便利对各运动构件和运动副进行分析。它还可以反映机构驱动时,构件在运动中的速度变化情况。

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