颚式破碎机机架结构优化分析
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( 2)机架侧板左边尖角处位移最大, 但是应力 却只有 200 M Pa。出现这种现象并不奇怪, 放松了 自由度, 它们可以在一定程度上, 既满足位移需求, 又减小了应变, 从而把高应力区应力值减小, 减小的 应力由其他低应力区承担, 充分利用了材料, 而又大 大降低了机架破坏的概率。
3 结语 本文对颚式破碎机有限元 数值进行了模 拟分
力集中最大值高达 1 800M Pa, 也是机架最容易产生 裂纹的地方。机架其他部位均在 200 M Pa 左右, 尚 未达到屈服状态。
对比优化前后应力云图可以清楚地感觉到解放
自由度的效果。优化后, 机架上不再有因为约束了 不必要的自由度而引起的较大应力, 取而代之的是 分布较为均匀的低应力。
不足之处是螺栓孔处产生了较大应力集中, 这 些在实际加工中是不可避免的, 但是随着加工工艺 的发展, 还是可以减少的。
版社, 2004.
图 8 优化后机 架侧板位移云图
作者简介: 徐红玉 ( 1972 - ) , 河南南 阳人, 硕士生导 师, 副教授, 主要研究方向为磁热电多物理场耦合 问题、计算力 学及其在 工程应 用研究.
收稿日期: 2008- 11- 07
24
行应力场、应变场、位移场计算, 应用对比方法分析 应力场分布情况, 得出优化对机架整体强度的提高 程度。
1 机架破坏原因 利用 ANSYS有限元分析软件对破碎机进行数
值模拟分析, 其有限元模型网格剖面如图 1所示, 分 析结果如图 2, 图 3所示。
由图 2, 图 3 可知机架破坏的主要原因是横梁 缺少转动自由度, 横梁需要局部小角度转动, 但机架 限制了它的转动, 在机架横梁轴承座处产生很大的
第 30卷第 3 期 2009年 3月
煤矿机械 Coa lM ine M ach inery
V o.l 30 N o. 3 M ar. 2009
颚式破碎机机架结构优化分析*
徐红玉 1, 吉丽巴哈尔 若孜 2, 肖琪聃 1 ( 1. 河 南科技大学, 河南 洛阳 471003; 2. 新疆机电职业技术学院, 乌鲁木齐 830011)
摘 要: 采用有限元分析软件对颚式破碎机破碎矿石时机架的力学性能进行数值模拟分析。 根据数值模拟结果, 分析机架的力学特征, 探讨机架破坏的主要原因, 在此基础上提出了机架结构 优化措施。同时, 对比优化前后机架应力场、位移场分布情况, 分析优化效果。结果表明: 优化结果 不仅改善了机架的力学性能, 而且为破碎机机架设计提供了参考。
form ance and the m a in ly reasons for the fa ilure o f the fram e are d iscussed. And the opt im ized fram e struc ture is presented. M eanwh ile, the stress and disp lacem ent distribution are obtained by ANSYS so ftw are.
应力, 当处在高交变应力的环境下, 最终机架因疲劳 失效, 这与实际情况符合, 如图 4所示。
图 2 机架侧板 位移云图 图 3 机架侧板的应力云图
图 1 机架有限元效果图 * 河南省科技攻关项 目 ( 0524290027)
图 4 机架侧板 裂纹焊缝
2 机架优化与有限元分析 2. 1 机架结构优化
关键词: 颚式破碎机; 机架; 优化分析; 有限元分析 中图分类号: TD451 文献标志码: A 文章编号: 1003- 0794( 2009) 03- 0023- 02
Optim al Analysis of Jaw Crusher Fram e XU H ong- yu1, GULIBAH AEY Ruozi2, X IAO Q i- dan1 ( 1. H enan Sc ience & T echno logy U n iversity, Luoy ang 471003, Ch ina; 2. X in jiang M echano - eletrica l V ocational and T echn ical Institute, U rum qi 830011, Ch ina)
[ 3] 郎宝贤. 鄂式破 碎机 机架 设计 [ J] . 冶金矿 山设 计与 建设, 1997
( 5 ) : 32- 35. [ 4]罗红萍. 双腔颚式破碎 机动力 学研究 及结构 优化 [ D]. 长 沙: 中
南大学, 2007. [ 5] 武思宇, 罗伟. AN SY S工程计算应用教程 [ K ] . 北京: 中国铁道出
由图 2和图 8可以看出优化后机架侧板位移普 遍高于优化前, 这也是放松了旋转约束的结果。值 得注意的有 2点:
( 1)位移最大值由轴承座处转移为图 8侧板左 边尖角处。优化后轴承座处的位移数值为 1. 6 mm,
而原机架该处位移为 1. 9 mm, 并且消除了原机架该 处的应力集中。对照图 3、图 7的应力云图可知, 虽 然优化后各部分位移有所增大, 但是应力却普遍地 减小, 优化后机架侧板的最大位移处也比原机架该 处的应力值小。可见, 放松自由度确的取得了很好 的效果。
连接的这种优化方法比较符合实际, 解决了原机架 易发生破坏的问题, 并为今后的破碎机机架设计和 优化提供参考依据。
参考文献:
[ 1]杨文, 邹莉娟, 黄冬明. 基 于虚拟样 机技术的 颚式破 碎机 仿真技 术 [ J] . 矿山机械, 2006( 4 ): 22- 23.
[ 2] 邵正宇, 杨金堂. 颚式破碎机机架可靠性模糊优化 设计 [ J] . 武汉 冶金科技大学学报, 1999, 22( 2 ): 167- 170.
图 5 切割 后机架外形
图 6 焊接横梁 (未打螺孔 )
2. 2 优化后机架有限元分析 利用 ANSYS有限元分析软件对优化后的机架
进行有限元分析, 可以得到机架侧板的位移云图和 应力云图, 模拟结果如图 7, 图 8所示。
图 7 优化机架侧板等效应力云图
由图 7可以看出, 机架侧板在螺栓孔处存在应
0 引言 为了使机架拥有更好的力学性能, 延长使用寿
命, 减少因为经常维修而带来的一系列经济损失, 现 以某采矿公司的进口颚式破碎机为例, 通过有限元 分析软件, 分析该颚式破碎机机架的破坏原因, 提出 优化措施, 并对优化后机架进行分析, 以说明优化带 来良好效果的原因。
本文基于 ANSYS软件进行数值模拟, 对颚式破 碎机机架建立有限元模型, ห้องสมุดไป่ตู้过对优化前后机架进
T he optim ized resu lts can be d iscussed. T he research resu lts not on ly optim ize m echan ics perform ance o f the fram e, but also prov ide a reference for fram e design. K ey w ords: jaw crusher; fram e; opt im al analysis; fin ite e lem en t ana lysis
Abstract: U sing ANSYS softw are, m echan ics perform ance of the fram e in crusher break ing m ateria ls is stud ied under the m ost crush ing force. According to the resu lts o f num erical sim ulat ion, m echan ics per
根据分析可知要消除在机架上产生的较大应力就 需要放松横梁的转动自由度。解决方法是将横梁由铸 造改为焊接, 横梁和机架的连接由铸造改为螺栓联接。
23
Vo .l 30No. 3
颚式破碎机机架结构优化分析 徐红玉, 等
第 30卷第 3期
具体步骤: 先将横梁从机架上割下来, 然后用钢 板将所挖机架部分用钢板补上, 再将所焊接横梁与 机架用螺栓联接起来, 为了减小吊装孔的应力集中, 在焊接横梁吊装孔两边分别加了一个加强肋, 以保 证焊接横梁牢固可靠, 由于机架限制横梁旋转趋势 会产生应力在优化后会转移到横梁上。因此在释放 约束后, 会少量地增加横梁的载荷, 需对优化后的机 架做进一步的数值模拟分析, 以验证优化效果。机 架切割后的外形如图 5, 图 6所示。
析, 根据模拟结果分析了原破碎机机架破坏的主要 原因: 横梁缺少转动自由度, 横梁需要局部小角度转
动, 但机架限制了它的转动, 在机架上产生很大的应 力, 在高交变应力的作用下, 机架因疲劳失效产生裂 纹。根据机架的破坏原因提出了优化方案, 对优化 后的破碎机机架通过数值模拟分析对它进行了优化
评估。从本文的优化效果分析可以看出, 将横梁由 铸造改为焊接、横梁和机架的连接由铸造改为螺栓
3 结语 本文对颚式破碎机有限元 数值进行了模 拟分
力集中最大值高达 1 800M Pa, 也是机架最容易产生 裂纹的地方。机架其他部位均在 200 M Pa 左右, 尚 未达到屈服状态。
对比优化前后应力云图可以清楚地感觉到解放
自由度的效果。优化后, 机架上不再有因为约束了 不必要的自由度而引起的较大应力, 取而代之的是 分布较为均匀的低应力。
不足之处是螺栓孔处产生了较大应力集中, 这 些在实际加工中是不可避免的, 但是随着加工工艺 的发展, 还是可以减少的。
版社, 2004.
图 8 优化后机 架侧板位移云图
作者简介: 徐红玉 ( 1972 - ) , 河南南 阳人, 硕士生导 师, 副教授, 主要研究方向为磁热电多物理场耦合 问题、计算力 学及其在 工程应 用研究.
收稿日期: 2008- 11- 07
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行应力场、应变场、位移场计算, 应用对比方法分析 应力场分布情况, 得出优化对机架整体强度的提高 程度。
1 机架破坏原因 利用 ANSYS有限元分析软件对破碎机进行数
值模拟分析, 其有限元模型网格剖面如图 1所示, 分 析结果如图 2, 图 3所示。
由图 2, 图 3 可知机架破坏的主要原因是横梁 缺少转动自由度, 横梁需要局部小角度转动, 但机架 限制了它的转动, 在机架横梁轴承座处产生很大的
第 30卷第 3 期 2009年 3月
煤矿机械 Coa lM ine M ach inery
V o.l 30 N o. 3 M ar. 2009
颚式破碎机机架结构优化分析*
徐红玉 1, 吉丽巴哈尔 若孜 2, 肖琪聃 1 ( 1. 河 南科技大学, 河南 洛阳 471003; 2. 新疆机电职业技术学院, 乌鲁木齐 830011)
摘 要: 采用有限元分析软件对颚式破碎机破碎矿石时机架的力学性能进行数值模拟分析。 根据数值模拟结果, 分析机架的力学特征, 探讨机架破坏的主要原因, 在此基础上提出了机架结构 优化措施。同时, 对比优化前后机架应力场、位移场分布情况, 分析优化效果。结果表明: 优化结果 不仅改善了机架的力学性能, 而且为破碎机机架设计提供了参考。
form ance and the m a in ly reasons for the fa ilure o f the fram e are d iscussed. And the opt im ized fram e struc ture is presented. M eanwh ile, the stress and disp lacem ent distribution are obtained by ANSYS so ftw are.
应力, 当处在高交变应力的环境下, 最终机架因疲劳 失效, 这与实际情况符合, 如图 4所示。
图 2 机架侧板 位移云图 图 3 机架侧板的应力云图
图 1 机架有限元效果图 * 河南省科技攻关项 目 ( 0524290027)
图 4 机架侧板 裂纹焊缝
2 机架优化与有限元分析 2. 1 机架结构优化
关键词: 颚式破碎机; 机架; 优化分析; 有限元分析 中图分类号: TD451 文献标志码: A 文章编号: 1003- 0794( 2009) 03- 0023- 02
Optim al Analysis of Jaw Crusher Fram e XU H ong- yu1, GULIBAH AEY Ruozi2, X IAO Q i- dan1 ( 1. H enan Sc ience & T echno logy U n iversity, Luoy ang 471003, Ch ina; 2. X in jiang M echano - eletrica l V ocational and T echn ical Institute, U rum qi 830011, Ch ina)
[ 3] 郎宝贤. 鄂式破 碎机 机架 设计 [ J] . 冶金矿 山设 计与 建设, 1997
( 5 ) : 32- 35. [ 4]罗红萍. 双腔颚式破碎 机动力 学研究 及结构 优化 [ D]. 长 沙: 中
南大学, 2007. [ 5] 武思宇, 罗伟. AN SY S工程计算应用教程 [ K ] . 北京: 中国铁道出
由图 2和图 8可以看出优化后机架侧板位移普 遍高于优化前, 这也是放松了旋转约束的结果。值 得注意的有 2点:
( 1)位移最大值由轴承座处转移为图 8侧板左 边尖角处。优化后轴承座处的位移数值为 1. 6 mm,
而原机架该处位移为 1. 9 mm, 并且消除了原机架该 处的应力集中。对照图 3、图 7的应力云图可知, 虽 然优化后各部分位移有所增大, 但是应力却普遍地 减小, 优化后机架侧板的最大位移处也比原机架该 处的应力值小。可见, 放松自由度确的取得了很好 的效果。
连接的这种优化方法比较符合实际, 解决了原机架 易发生破坏的问题, 并为今后的破碎机机架设计和 优化提供参考依据。
参考文献:
[ 1]杨文, 邹莉娟, 黄冬明. 基 于虚拟样 机技术的 颚式破 碎机 仿真技 术 [ J] . 矿山机械, 2006( 4 ): 22- 23.
[ 2] 邵正宇, 杨金堂. 颚式破碎机机架可靠性模糊优化 设计 [ J] . 武汉 冶金科技大学学报, 1999, 22( 2 ): 167- 170.
图 5 切割 后机架外形
图 6 焊接横梁 (未打螺孔 )
2. 2 优化后机架有限元分析 利用 ANSYS有限元分析软件对优化后的机架
进行有限元分析, 可以得到机架侧板的位移云图和 应力云图, 模拟结果如图 7, 图 8所示。
图 7 优化机架侧板等效应力云图
由图 7可以看出, 机架侧板在螺栓孔处存在应
0 引言 为了使机架拥有更好的力学性能, 延长使用寿
命, 减少因为经常维修而带来的一系列经济损失, 现 以某采矿公司的进口颚式破碎机为例, 通过有限元 分析软件, 分析该颚式破碎机机架的破坏原因, 提出 优化措施, 并对优化后机架进行分析, 以说明优化带 来良好效果的原因。
本文基于 ANSYS软件进行数值模拟, 对颚式破 碎机机架建立有限元模型, ห้องสมุดไป่ตู้过对优化前后机架进
T he optim ized resu lts can be d iscussed. T he research resu lts not on ly optim ize m echan ics perform ance o f the fram e, but also prov ide a reference for fram e design. K ey w ords: jaw crusher; fram e; opt im al analysis; fin ite e lem en t ana lysis
Abstract: U sing ANSYS softw are, m echan ics perform ance of the fram e in crusher break ing m ateria ls is stud ied under the m ost crush ing force. According to the resu lts o f num erical sim ulat ion, m echan ics per
根据分析可知要消除在机架上产生的较大应力就 需要放松横梁的转动自由度。解决方法是将横梁由铸 造改为焊接, 横梁和机架的连接由铸造改为螺栓联接。
23
Vo .l 30No. 3
颚式破碎机机架结构优化分析 徐红玉, 等
第 30卷第 3期
具体步骤: 先将横梁从机架上割下来, 然后用钢 板将所挖机架部分用钢板补上, 再将所焊接横梁与 机架用螺栓联接起来, 为了减小吊装孔的应力集中, 在焊接横梁吊装孔两边分别加了一个加强肋, 以保 证焊接横梁牢固可靠, 由于机架限制横梁旋转趋势 会产生应力在优化后会转移到横梁上。因此在释放 约束后, 会少量地增加横梁的载荷, 需对优化后的机 架做进一步的数值模拟分析, 以验证优化效果。机 架切割后的外形如图 5, 图 6所示。
析, 根据模拟结果分析了原破碎机机架破坏的主要 原因: 横梁缺少转动自由度, 横梁需要局部小角度转
动, 但机架限制了它的转动, 在机架上产生很大的应 力, 在高交变应力的作用下, 机架因疲劳失效产生裂 纹。根据机架的破坏原因提出了优化方案, 对优化 后的破碎机机架通过数值模拟分析对它进行了优化
评估。从本文的优化效果分析可以看出, 将横梁由 铸造改为焊接、横梁和机架的连接由铸造改为螺栓