包括反擊式破碎機在内的粗破、細破設備在高速公路、高鐵、冶金、礦山、建材、市政建設等行業内已經(jīng)得到了廣泛的應用。我們最常見到的高速公路、市政道(dào)路、房地産建設等用到的各規格的公分石、瓜米石等都(dōu)是由破碎機破碎而成(chéng)的。昆明反擊破廠家滇重礦機生産的反擊式破碎機則是一種(zhǒng)目前得到普遍應用的破碎設備，它有機地集打擊、反擊、離心沖擊、剪切、研磨等破碎機能(néng)于一體，破碎比大、産品顆粒性好(hǎo)，能(néng)效和内部大破碎腔得到充分、高效利用，可破碎各類300Mpa的硬物料而不僅僅是隻能(néng)破碎中軟物料，目前在各類二段破碎工藝中已經(jīng)全面(miàn)取代了圓錐破碎機。
但時根據雲南昆明滇重礦機的碎石機項目組市場調查和技術統計，在雲南反擊式破碎機市場上，由于部分廠家技術實力、生産工藝等問題，造成(chéng)一些反擊破用戶的設備在實際生産中一些關鍵部件屢屢出現各類問題，常見的包括轉子、闆錘部件上出現裂紋、甚至發(fā)生斷裂，破碎機破碎效率低等問題。基于這(zhè)種(zhǒng)情況，昆明反擊破技術工程師特别將(jiāng)我們在反擊式破碎機設備研發(fā)過(guò)程中，三維建模及碰撞系統的動力學(xué)有限元分析選擇公布，希望可以對(duì)同類的反擊式破碎機廠家有所啓示，同時也讓碎石機用戶對(duì)影響破碎效果的各個影響因素有個明白的認知，在選擇産品時可以做到有的放矢。
1、昆明反擊破專家組建立的3D模型及仿真分析的參數設置
衆所周知，反擊式破碎機關鍵的破碎系統的包括轉子、闆錘、反擊闆組成(chéng)，作業過(guò)程可以看作是闆錘與石塊、石塊與反擊闆、石塊與石塊這(zhè)三個碰撞作用過(guò)程不斷交替往複進(jìn)行的過(guò)程。雲南反擊式破碎機技術工程師建立的3D模型入下圖所示。
需要說明的是，爲了幫助看到這(zhè)篇文章的碎石機用戶更加方便簡潔地了解，昆明反擊破技術工程師在不影響整體結構、性能(néng)的前提下對(duì)3D模型做了适當的簡化處理，主要包括涉及到的部件上的倒角、螺栓孔等。同時在做有限元模型時，由于轉子、闆錘、反擊闆的形狀較爲複雜，爲了提高網格質量和後(hòu)期計算的準确率，我們先對(duì)各轉子、闆錘、反擊闆以及進(jìn)入破碎腔内的大塊物料的幾何實體做分區處理，將(jiāng)複雜的幾何實體劃分成(chéng)許多六面(miàn)單元的小區域，之後(hòu)再進(jìn)行網格劃分。
昆明反擊破工程師在有限元分析模型中的轉子體設置爲16Mn合金鋼，闆錘則采用40Cr合金鋼，反擊闆采用16Mn強化合金鋼，材料屬性都(dōu)采用Plastic Kinematic材料模型，破碎的物料澤采用花崗岩作爲材料參數，其屬性采用彈脆性材料模型。單元屬性設爲常應變。
反擊式破碎機轉子、闆錘、石塊、反擊闆之間各碰撞對(duì)之間的界面(miàn)采用接觸算法，沖擊力輸出參數設置爲1，設定接觸對(duì)之間沖擊力文件輸出參數爲1。轉子-闆錘之間的靜動摩擦系數設置爲0.15，其餘動摩擦系數均設置爲0.6。
我們設置約束條件爲：石塊不施加任何位置約束，也就是說石塊在整個破碎過(guò)程中都(dōu)是自由的，對(duì)轉子中心施加X、Y、Z三個方向(xiàng)的平移約束和兩(liǎng)個方向(xiàng)的轉動約束，對(duì)反擊闆的各個固定部位也分别施加X、Y、Z三個方向(xiàng)的平移和轉動約束；由于闆錘被牢牢固定在轉子上，對(duì)闆錘澤則僅施加Z向(xiàng)的平移約束即可。
2影響反擊式破碎機破碎效果的因素分析
2.1反擊破轉子的旋轉速度
根據昆明反擊破技術專家組在産品研發(fā)之初的研究報告，在破碎不同粒徑、不同材質的物料時應選取合适的轉子旋轉速度，可在保證破碎效果的同時，防止物料過(guò)粉碎，同時也可較高程度上優化反擊破碎機的整機能(néng)耗。我們設定在其它條件不變的情況下，來對(duì)比轉子的旋轉速度分别爲1000r/min、700r/min和400r/min時破碎力的不同表現。
圖3是700r/min轉速時闆錘物料動态接觸力的曲線圖，可以從中看出，石塊與闆錘首次碰撞粉碎在30-40ms區間，石塊飛出與反擊闆碰撞返回再次與闆錘碰撞發(fā)生在40-47ms區間，第二次的動态接觸力小于第一次這(zhè)是因爲石塊的反彈過(guò)程要消耗一部分能(néng)量。在之後(hòu)的47-60ms區間，石塊在闆錘和反擊闆聯合作用下發(fā)生剪切破碎。圖4反映了石塊與反擊闆之間的動态接觸力。
綜合圖3、圖4，我們可以看到破碎時作用力曲線相對(duì)作用時間間隔短，而剪切破碎時作用力作用時間長(cháng)。圖3中70~110ms時間段内的作用力曲線是石塊與二級反擊闆發(fā)生沖擊和剪切破碎作用時的作用力曲線，120~150ms之間的作用力曲線是物料與三級反擊闆發(fā)生碰撞時的作用力曲線。由于發(fā)生破碎後(hòu)，石塊的粒度、質量較未破碎時要小，所以兩(liǎng)圖中作用力的峰值呈逐級下降趨勢。
我們再來參照圖5-圖8中不同轉速下闆錘與物料、物料與反擊闆接觸碰撞受力曲線圖，對(duì)比分析可以得出：轉子轉速越高，闆錘與物料接觸碰撞時的沖擊力就越大。400r/min時在時間段60ms附近的沖擊力峰值大約爲500000N，而700r/min時在時間段30~40ms之間的沖擊力峰值大約爲720000N，1000r/min時在時間段20~30ms之間的沖擊力峰值大小大約爲1000000N，随着轉速增加物料與反擊闆碰撞時的沖擊力越大，物料沖擊破碎效果就越好(hǎo)，物料損傷程度越高，因此在随後(hòu)發(fā)生剪切破碎時闆錘與物料、物料與反擊闆之間的相互作用力就越小，可以從圖中相應時間區域内發(fā)生剪切破碎時的作用力對(duì)比看出。
2.2碎石機轉子的轉動慣量
昆明反擊破廠家雲南滇重礦機的各型号反擊式破碎機都(dōu)有各自最佳的入料粒度範圍，這(zhè)個參數的設置與各個型号轉子的轉動慣量大小有關，在轉子轉速特定的條件下，不同轉動慣量的轉子所能(néng)提供的破碎力不一樣，這(zhè)就直接決定了碎石機的破碎效率。我們設定在其它條件不變（700r/min）的情況下，轉子3種(zhǒng)不同大小的轉動慣量2.44624e7 kg·mm2、4.66679e7 kg·mm2和7.80593e7 kg·mm2所産生破碎力的大小分别進(jìn)行計算，并據此分析轉動慣量對(duì)破碎力的影響。
因爲轉速均恒定爲700r/min，通過(guò)對(duì)比不同轉動慣量時闆錘與物料動态接觸受力（圖3、圖9、圖10）以及物料與反擊闆接觸受力（圖4、圖11、圖12）我們可以分析得知：轉速一定時，轉子的轉動慣量越大，闆錘對(duì)物料以及物料與反擊闆發(fā)生沖擊破碎力越大。圖3中物料發(fā)生沖擊破碎的30〜40ms時間段的沖擊力峰值大約爲720000N，圖9中在50~60ms時間段的沖擊力峰值隻有500000N，圖10中在20~30ms時間段的沖擊力峰值大約爲880000N，随後(hòu)物料發(fā)生剪切破碎時，反擊闆受到物料的反作用力越小，物料越容易發(fā)生剪切破碎。
2.3反擊式破碎機的反擊闆角度
根據昆明反擊破專家的産品優化報告，垂直于碰撞接觸界面(miàn)的分力才是真正有效的破碎力，才能(néng)夠對(duì)石塊産生破碎效果，其他方向(xiàng)的分力則隻能(néng)讓石塊産生運動變向(xiàng)。這(zhè)個過(guò)程中最理想的情況是石塊每次與反擊闆發(fā)生碰撞時能(néng)夠垂直于反擊闆。但這(zhè)是假定的理想狀态，在實際情況中不可能(néng)100%的石塊都(dōu)做到，所以要盡量優化反擊闆的角度，以使得整台碎石機達到最優化的沖擊與剪切破碎效果。調大角度、初始角度、調小角度的一級反擊闆有限元模型見圖13。
我們對(duì)調小（圖14）、調大（圖15）角度之後(hòu)石塊與一級反擊闆之間的碰撞接觸力曲線圖對(duì)比分析可以看出：在40ms時石塊發(fā)生沖擊破碎時以及在50ms附近剪切破碎時的受力情況，減小一級反擊闆的角度對(duì)物料剪切破碎效果較好(hǎo)但不利于石塊發(fā)生沖擊破碎，增大一級反擊闆角度能(néng)夠增加沖擊碰撞的次數，增強沖擊破碎的效果，但不利于剪切破碎。
對(duì)二級反擊闆和三級反擊闆調整角度，分别進(jìn)行仿真計算分析，可得到與上述結論相同的結果。
3.雲南反擊式破碎機項目組的分析綜述
通過(guò)昆明反擊破廠家技術工程師對(duì)反擊式破碎機核心破碎系統中轉子、闆錘、反擊闆和石塊之間的動力學(xué)有限元分析，我們可清晰地了解到轉速、轉子轉動慣量、反擊闆角度對(duì)碎石機破碎效果的影響：轉子轉速越高，轉動慣量越大，闆錘與石塊碰撞、石塊與反擊闆碰撞沖擊力就越大，沖擊破碎效果越好(hǎo)，剪切破碎時闆錘與石塊、石塊與反擊闆之間的相互作用力就越小；減小反擊闆角度對(duì)石塊剪切破碎有利，但不利于物料發(fā)生沖擊破碎，增大反擊闆角度能(néng)增加沖擊碰撞的次數，提升沖擊破碎的效果，但不利于物料發(fā)生剪切破碎。這(zhè)些參數在昆明反擊破廠家雲南滇重礦機的碎石機設計中都(dōu)充分地得到考慮，最終的出最優化的設計方案。希望這(zhè)篇文章可以爲其他雲南反擊式破碎機生産廠家提供理論依據，生産出品質更好(hǎo)反擊式碎石機。
