上海海洋大学开题报告

上海海洋大学开题报告

上海海洋大学研究生科研基金

项目申请书

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起止年限：xx.12.1-xx.6.30

课题名称：基于虚拟样机技术的颚式破碎机变型优化设计

一、立论依据

1、课题研究目的和意义

随着“十二五”规划的推进，农村房屋建设、农村轨道交通建设、水电风电发电等重点项目方向的确立，对建筑石材、砂土、砖块等材

料的需求越来越大，这些材料都是由破碎机破碎后的石料制作而成，破碎机的需求也随之增长。

破碎作业常按给料和排料粒度的大小分为粗碎、中碎和细碎。常用的破碎机械可以分为6类，锤式破碎机、辊式破碎机、圆锥破碎机、反击式破碎机、立轴冲击式破碎机和颚式破碎机等。

锤式破碎机、圆锥式破碎机用于中碎、细碎；辊式破碎机用于超细粉碎；反击式破碎机通常用来粗碎、中碎脆性物料。冲击式破碎机适用于中硬和极硬物料的破碎、整形；颚式破碎机用于粗破、中破，一般作为低级破碎设备[1-6]。

颚式破碎机是最古老的一种破碎机，由于其结构简单、工作可靠

和能破碎坚硬物料等优点而被广泛应用于选矿、建筑材料等工业部门。然而各种行业需要的物料硬度各不相同，给料和排料粒度大小也不相同，因此需要根据不同物料硬度、给料和排料粒度设计不同尺寸的各种型号的破碎机，满足不同客户的个性化需求。

颚式破碎机设计理论已经相当成熟，其设计思路为工程设计思路，即根据设计目标，参照国内外已有机型凭经验进行设计、确定各参数值，运用理论力学、材料力学公式计算其是否符合强度要求。这种设

计方法工作量大，计算易错，方法落后，周期长，当遇到客户的个性化需求时，这种设计方法很难快速实现颚式破碎机的快速变型设计（变型设计是在产品工作原理、基本功能定义不变的情况下，通过对现有产品局部结构形式和参数的变异来满足不同工作性能的需求）。

本课题就此问题开展研究，通过虚拟样机技术对颚式破碎机进行变型设计，建立颚式破碎机运动机构的虚拟样机，并对其进行仿真分析，分析其运动特性，利用优化设计思想对颚式破碎机运动机构尺寸进行优化。并且开发基于虚拟样机技术的颚式破碎机变型自动优化设计系统。从而简化设计过程、减少工作量、保证计算准确性，减短变型设计的开发周期、降低开发成本。

2、国内外研究现状分析

（1）国内外颚式破碎机的机型研究状况

颚式破碎机是由美国人E.W.布雷克（Blake）发明的。自第一台颚式破碎机问世以来，至今已有140余年的历史。在此过程中，其结

构得到不断的完善。

为了改善颚式破碎机性能和提高工作效率，国内外曾从结构上进

行改善，研制过各种异型颚式破碎机。

国内上海某学院曾研制过一种单轴倒悬挂的双动颚破碎机,其动

颚同步运转，使破碎机强制排料。这样，靠提高转数增加破碎机产量，同时由于物料与动颚没有相对运动，减少衬板磨损延长使用寿命。

早年，美国、英国、德国相继生产了Kue-Ken简摆颚式破碎机。

该机特点是，动颚悬挂高度很高并且前倾。连杆下行为工作行程、主轴承为半圆滑动颚轴承。山东招远黄金机械厂曾引进了这种破碎机，并在此基础上研制了Jc颚式破碎机。

国外制造过一种肘板向上放置的颚式破碎机。国内有几家设计院

和制造厂生产了这种破碎机。它的特点是靠增大传动角改善动颚运动特性，提高破碎机性能。

美国鹰破碎机公司制造一种倾斜式颚式破碎机。其传动角大约70°以上。它的最大特点是低矮，最适于井下或移动式破碎机上工作。北京矿冶研究总院与某厂合作生产了几个规格的这种破碎机，其中最大为900x1200颚式破碎机。

国内山西某煤矿引进德国WB8/26颚式破碎机。该机置于皮带机上方，借助曲柄连杆机构驱动动颚压碎煤块。实践证明使用效果较好。

以上各项异型破碎机的研制都取得了一定的效果，并对国内破碎机行业的发展起到了一定的推动和促进作用。但是，都没能得到大面积推广使用。国内绝大多数制造厂生产的和现场使用的都还是传统复

摆颚式破碎机。[7]

对于传统复摆颚式破碎机的性能改善就显得尤为重要。保证颚式破碎机最佳性能的根本因素是动颚具有最佳的运动特性。这个特性又是借助机构优化设计所得到的。因此，颚式破碎机机构优化设计是保证破碎机有最佳性能的根本方法。

（2）优化设计在颚式破碎机设计中的应用

颚式破碎机的破碎机构优化设计主要有以下两种：

1) 颚式破碎机破碎机构运动分析及优化

对颚式破碎机四连杆机构进行运动分析，以排料口处动颚特性值最小为优化目标，建立其优化设计数学模型。采用各种优化算法对其

进行优化设计，使破碎机构的性能得到显著改善 [9-12]。xx年黄冬明[13-15] 等运用Adams/View软件对已有型号的颚式破碎机的四连杆机构进行了优化计算。

2) 颚式破碎机的腔形设计

近年来，腔形设计已逐渐被重视，发表了一些论文，涉及到腔形设计原则、设计的图解法、分折法以及最优腔形设计等。某些设计思想与原理具有工程应用价值有的已在实践中尝试[16-17]。

由上可知，对颚式破碎机的结构、工作机理研究相当多，也已经十分成熟，但颚式破碎机的变型设计研究相对较少，优化设计在颚式破碎机破碎机构优化理论十分成熟，但基于虚拟样机技术的颚式破碎机优化设计的研究十分少，以上提及的优化设计都是对已有型号的颚式破碎机进行优化，并未见优化设计应用于颚式破碎机变型设计，故

本课题有其研究的意义。

二、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

1、课题：

骆肇荛基金

2、研究内容

（1）颚式破碎机性能研究

通过理论分析，研究颚式破碎机的性能，破碎机主要考虑的是处

理能力与能耗两大性能，两者可由破碎机特征值即排料口行程比体现，排料口水平行程越大，其处理能力越大，垂直行程越大，能耗越大，故两者的行程比可以体现其性能。但特征值最佳值是个模糊的经验值，故本课题将研究其值为何时最好，并将以最优值作为优化目标。

（2）颚式破碎机结构参数研究

通过仿真试验研究结构参数对性能的影响程度，即灵敏度分析。

选择影响大的参数作为优化变量。通过比较、拟合数据，确定影响程度小的参数的计算公式。通过仿真正交试验、蒙德拉法等试验安排法安排试验，确定优化参数的取值范围及优化初始值。

（3）优化算法的对比选择