基于SolidWorks的非圆柱式对辊破碎机有限元分析

徐辉，邓小雷，杨文杰，张鹏，陈致衡

（衢州学院 机械工程学院，浙江 衢州 324000）

0 引言

对非圆柱式移动对辊破碎机零部件进行有限元力学性能分析是非圆柱式对辊破碎机设计工作中一项非常重要的工作。在传统的破碎机设计过程中，往往采用理论分析或者样机试验来分析确定破碎机零部件性能［1］。理论分析手工计算量过大，针对大型复杂的机械结构往往无能为力。而样机试验尽管计算精度较高，但需要专门的试验设备、人员以及造价昂贵的物理样机，不符合现代快速低成本的制造要求。

本文基于虚拟样机技术，采用SolidWorksSimulation 对对辊式破碎机的主要工作部件——对辊进行力学分析，校核其工作强度，使设计满足工作要求。

1 对辊破碎机力计算

设被碎物料的抗压强度为σb（MPa），物料与辊子接触面积为A（m2）。当辊子给物料的破碎力为F（N），只有F＞σbA 时物料才能被破碎［2］。接触面积A 与进料口宽度ie（i为破碎比，e为排料口宽度）、辊子半径R、啮角α 等有关。如图1 所示辊子与物料间的关系。

从图1 所示的几何关系知：

图1 辊子与物料几何关系

如图2 所示，取单位辊子长度上的微元截面分析，不难得出平衡方程：

图2 单位辊长上的微元截面

求得辊子对物料施以单位压力FB，也叫单位辊压力，故可求得破碎力F′（N）为：

由于布料不均匀和齿形不同等原因，实际辊压力为：

式中：K1为装填修正系数，与辊子的给料特征、破碎比、物料物理性质等因素有关，对中硬物料K1＝0.2～0.3，对黏性或潮湿物料K1＝0.4～0.6；K2为接触系数，K2＝0.1～0.2。

在破碎机破碎石料时因对辊部分所受的力最大而产生变形，使凸辊和凹辊之间产生相对弹性位移，从而影响到破碎机石料的粒度和生产效率。因此需要对破碎机的对辊部分刚度提出一定要求。所谓破碎机的对辊部分的刚度，就是指凹凸辊抵抗变形的能力。

2 对辊有限元静力学分析

本设计选择SolidWorks 的有限元分析模块Simulation 进行分析，具体步骤如表1 所示，分析结果云图如图3～图5 所示。

表1 对辊分析步骤

图3 对辊应力云图

图4 对辊位移云图

图5 对辊应变云图

图6 对辊安全系数云图

计算得出对辊应力、位移、应变的变形量各自呈现不同的变形量。由图4、图5 看出，在破碎力的作用下，对辊的变形总是以Z 正向变形为主，即对辊沿着破碎力的方向弯曲，这与实际受力变形情况一致。而且，材料的安全系数云图如6 所示，仅为1.7 左右可一步优化提高稳定性，节约成本。

3 结语

本文阐述了非圆柱式对辊破碎机破碎力的计算方法，通过建立非圆柱式对辊装配体的有限元模型，对模型进行有限元分析，得到对辊应力、变形等分布情况。结果表明该装置设计可满足工作要求。

［1］张卫，吴慧中.虚拟样机概念及体系结构研究［M］.北京：清华大学出版社，2002.

［2］郎宝闲.破碎机［M］.北京：冶金工业出版社，2008.

［3］威勒特勒P.辊筒非圆柱形对辊破碎机的破碎原理［J］.国外金属矿选矿，2002（6）：40-42.

［4］郎宝贤，郎世平.物料压碎实验与破碎机载荷研究［J］.矿山机械，1984（4）：39-42.