基于ADAMS的颚式破碎机的运动分析
2014-11-05 14:52张建秋
科技创新导报 2014年11期
张建秋
摘 要：对颚式破碎机进行结构和运动分析，建立简单的虚拟样机模型，通过ADAMS对模型中的连杆和摇杆在一个运动周期中角速度和角加速度之间的变化关系和变化范围进行仿真分析。分析结果显示了二者的变化过程、范围和关系。该研究结果对破碎机的优化设计有一定的参考价值和较高的使用价值。
关键词：ADAMS 颚式破碎机 虚拟模型 运动学仿真分析
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0061-03
Kinematic Analysis of Jaw Crusher Working Device Based on ADAMS
ZHANG jian-qiu
China oil KunLun Gas Co.， Ltd. Jilin branch， Jilin City 132013， China
Abstract： The structure and motion analysis was carried out on the jaw crusher， build the virtual prototype model of simple， by ADAMS， the model of the connecting rod and a handle in one movement cycle angular velocity and angular acceleration and the change of the relationship between range for simulation analysis. Analysis and shows the change of the process， the scope and relationship. The results of optimization design of crusher have a certain reference value， have higher use value.
Key words： ADAMS； Jaw crusher Virtual model Kinematics simulation analysis
颚式破碎机是一种常用的破碎设备，因其具有构造简单、制造容易、机体紧凑、工作可靠、维护和检修容易等优点，被广泛应用于煤炭、矿山、冶金、化工、选矿和建筑等部门[1]。开发出效率高、物料粒度更小更均匀、运动性能更合理的破碎机很有必要[2]。在此设备中破碎机之所以能够高效稳定的工作主要是由它本身的结构决定的。其工作装置的原理是曲柄摇杆机构，即将曲柄作为原动件，摇杆作为执行末端动颚。由于颚式破碎机工作环境比较恶劣，受力情况变化很大，理论力学分析和计算的过程非常复杂并且很难得到精确的分析结果，因此颚式破碎机的运动特性分析尤为重要。
1 鄂式破碎机工作原理
常见的颚式破碎机的结构组成如图1所示。动颚上端直接与偏心轮轴相连，设备工作时动力系统的动力通过驱动轮2传递到动颚板3上，当动颚板向上运动时便接近定颚板挤压物料，相反回程运动时动颚板与定颚板角度变大，颗粒物可以轻松地从底部顺利排出。
2 破碎机运动模型建立与分析
破碎机的运动模型是动力学中常见的四杆机构（图2），要求工作行程慢，对物料充分挤压，回程要迅速，节省工作时间，提高工作效率。
由四杆机构构成的封闭图形可以写出复数矢量方程：
（1）
其中，，，
将式（1）对时间t求导，可得
，即 （2）
式（2）为的复数矢量表达式。将式（2）的实部和虚部分离，有
联解上两式可求得两个未知角速度、，即
（3）
（4）
将式（2）对时间t求导，可得
（5）
式（5）为的复数矢量表达式。将（5）的实部和虚部分离，有
联解上两式即可求得两个未知的角加速度、，即
建立运动模型可以更好的对破碎机位移、速度和加速度进行分析，进而研究破碎机的结构性能，研发更高效、加工精度更高、运动性更合理的破碎机[3]。
3 运用ADAMS仿真分析
在进行运动学分析时，只考虑与运动有关的因素，而与构件的具体形状无关[4]。因此通过Solidworks建立破碎机各零件三维实体模型，然后结合通过自下而上和自上而下两种虚拟装配方法[5]，建立破碎机的结构模型，通过模拟仿真消除零件间的干涉。最后通过软件间的数据接口将实体模型导入到ADAMS软件中[6]。导入到ADAMS中的破碎机模型如图3所示。
在模型施加约束后，对模型施加驱动力，对曲柄输入60 r/min匀速的驱动角速度，然后对连杆、摇杆的角度、角速度和角加速度进行仿真分析。连杆、摇杆的角速度和角加速度模拟仿真曲线如图4～7所示。
由图4和图5可得，曲柄摇杆机构的曲柄做匀速回转运动时，连杆和摇杆做周期性变速运动，以60 r/min驱动速度输入时，连杆的角速度变化范围在12.5～115度/秒，而摇杆的角速度在10～140度/秒范围内变化。从数值上看，连杆和摇杆角速度变化范围较大。从曲线上看，连杆和摇杆在一个周期内均出现两次加速两次减速运动。
从图6和图7可以看出，连杆角加速度变化范围为0～840度/秒2，摇杆的角加速度在0～1100度/秒2范围内变化，二者角加速度变化范围较大。
4 结语
我们以Solidworks为基础建立破碎机简单模型，使用ADAMS进行动力学仿真分析，得到在稳定的驱动力作用下动颚板的角度、角速度和角加速度的变化过程。仿真结果显示，破碎机能够按照给定轨迹作无干涉运动，破碎机进料口与出料口不会出现堵塞现象。通过对角加速度的仿真分析，在一定时间段出现加速度突变，仿真结果为进一步优化破碎机装置提供了基础。
参考文献
[1] 郎宝贤，郎世平.破碎机[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[2] 罗红萍.双腔颚式破碎机运动学特性研究[J].矿山机械，2006，34（1）：30-31.
[3] 王玉，富国亮，边志坚.基于ADAMS的颚式破碎机工作装置的运动分析[J].矿山机械，2010，31（6）：89-90.
[4] 张宪，李文昊.基于ADAMS的单、双轴颚式破碎机性能研究[J].机电工程，2013，30（11）：1317-1322.
[5] 王军锋，孙康.基于SolidWorks的颚式破碎机的三维设计与建模[J].煤炭工程，2012（11）：126-127.
[6] 李运初，王魁.基于ADAMS的含运动副间隙破碎机动力学方针分析[J].机械传动，2011，35（10）：1-3.endprint
摘 要：对颚式破碎机进行结构和运动分析，建立简单的虚拟样机模型，通过ADAMS对模型中的连杆和摇杆在一个运动周期中角速度和角加速度之间的变化关系和变化范围进行仿真分析。分析结果显示了二者的变化过程、范围和关系。该研究结果对破碎机的优化设计有一定的参考价值和较高的使用价值。
关键词：ADAMS 颚式破碎机 虚拟模型 运动学仿真分析
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0061-03
Kinematic Analysis of Jaw Crusher Working Device Based on ADAMS
ZHANG jian-qiu
China oil KunLun Gas Co.， Ltd. Jilin branch， Jilin City 132013， China
Abstract： The structure and motion analysis was carried out on the jaw crusher， build the virtual prototype model of simple， by ADAMS， the model of the connecting rod and a handle in one movement cycle angular velocity and angular acceleration and the change of the relationship between range for simulation analysis. Analysis and shows the change of the process， the scope and relationship. The results of optimization design of crusher have a certain reference value， have higher use value.
Key words： ADAMS； Jaw crusher Virtual model Kinematics simulation analysis
颚式破碎机是一种常用的破碎设备，因其具有构造简单、制造容易、机体紧凑、工作可靠、维护和检修容易等优点，被广泛应用于煤炭、矿山、冶金、化工、选矿和建筑等部门[1]。开发出效率高、物料粒度更小更均匀、运动性能更合理的破碎机很有必要[2]。在此设备中破碎机之所以能够高效稳定的工作主要是由它本身的结构决定的。其工作装置的原理是曲柄摇杆机构，即将曲柄作为原动件，摇杆作为执行末端动颚。由于颚式破碎机工作环境比较恶劣，受力情况变化很大，理论力学分析和计算的过程非常复杂并且很难得到精确的分析结果，因此颚式破碎机的运动特性分析尤为重要。
1 鄂式破碎机工作原理
常见的颚式破碎机的结构组成如图1所示。动颚上端直接与偏心轮轴相连，设备工作时动力系统的动力通过驱动轮2传递到动颚板3上，当动颚板向上运动时便接近定颚板挤压物料，相反回程运动时动颚板与定颚板角度变大，颗粒物可以轻松地从底部顺利排出。
2 破碎机运动模型建立与分析
破碎机的运动模型是动力学中常见的四杆机构（图2），要求工作行程慢，对物料充分挤压，回程要迅速，节省工作时间，提高工作效率。
由四杆机构构成的封闭图形可以写出复数矢量方程：
（1）
其中，，，
将式（1）对时间t求导，可得
，即 （2）
式（2）为的复数矢量表达式。将式（2）的实部和虚部分离，有
联解上两式可求得两个未知角速度、，即
（3）
（4）
将式（2）对时间t求导，可得
（5）
式（5）为的复数矢量表达式。将（5）的实部和虚部分离，有
联解上两式即可求得两个未知的角加速度、，即
建立运动模型可以更好的对破碎机位移、速度和加速度进行分析，进而研究破碎机的结构性能，研发更高效、加工精度更高、运动性更合理的破碎机[3]。
3 运用ADAMS仿真分析
在进行运动学分析时，只考虑与运动有关的因素，而与构件的具体形状无关[4]。因此通过Solidworks建立破碎机各零件三维实体模型，然后结合通过自下而上和自上而下两种虚拟装配方法[5]，建立破碎机的结构模型，通过模拟仿真消除零件间的干涉。最后通过软件间的数据接口将实体模型导入到ADAMS软件中[6]。导入到ADAMS中的破碎机模型如图3所示。
在模型施加约束后，对模型施加驱动力，对曲柄输入60 r/min匀速的驱动角速度，然后对连杆、摇杆的角度、角速度和角加速度进行仿真分析。连杆、摇杆的角速度和角加速度模拟仿真曲线如图4～7所示。
由图4和图5可得，曲柄摇杆机构的曲柄做匀速回转运动时，连杆和摇杆做周期性变速运动，以60 r/min驱动速度输入时，连杆的角速度变化范围在12.5～115度/秒，而摇杆的角速度在10～140度/秒范围内变化。从数值上看，连杆和摇杆角速度变化范围较大。从曲线上看，连杆和摇杆在一个周期内均出现两次加速两次减速运动。
从图6和图7可以看出，连杆角加速度变化范围为0～840度/秒2，摇杆的角加速度在0～1100度/秒2范围内变化，二者角加速度变化范围较大。
4 结语
我们以Solidworks为基础建立破碎机简单模型，使用ADAMS进行动力学仿真分析，得到在稳定的驱动力作用下动颚板的角度、角速度和角加速度的变化过程。仿真结果显示，破碎机能够按照给定轨迹作无干涉运动，破碎机进料口与出料口不会出现堵塞现象。通过对角加速度的仿真分析，在一定时间段出现加速度突变，仿真结果为进一步优化破碎机装置提供了基础。
参考文献
[1] 郎宝贤，郎世平.破碎机[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[2] 罗红萍.双腔颚式破碎机运动学特性研究[J].矿山机械，2006，34（1）：30-31.
[3] 王玉，富国亮，边志坚.基于ADAMS的颚式破碎机工作装置的运动分析[J].矿山机械，2010，31（6）：89-90.
[4] 张宪，李文昊.基于ADAMS的单、双轴颚式破碎机性能研究[J].机电工程，2013，30（11）：1317-1322.
[5] 王军锋，孙康.基于SolidWorks的颚式破碎机的三维设计与建模[J].煤炭工程，2012（11）：126-127.
[6] 李运初，王魁.基于ADAMS的含运动副间隙破碎机动力学方针分析[J].机械传动，2011，35（10）：1-3.endprint
摘 要：对颚式破碎机进行结构和运动分析，建立简单的虚拟样机模型，通过ADAMS对模型中的连杆和摇杆在一个运动周期中角速度和角加速度之间的变化关系和变化范围进行仿真分析。分析结果显示了二者的变化过程、范围和关系。该研究结果对破碎机的优化设计有一定的参考价值和较高的使用价值。
关键词：ADAMS 颚式破碎机 虚拟模型 运动学仿真分析
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（b）-0061-03
Kinematic Analysis of Jaw Crusher Working Device Based on ADAMS
ZHANG jian-qiu
China oil KunLun Gas Co.， Ltd. Jilin branch， Jilin City 132013， China
Abstract： The structure and motion analysis was carried out on the jaw crusher， build the virtual prototype model of simple， by ADAMS， the model of the connecting rod and a handle in one movement cycle angular velocity and angular acceleration and the change of the relationship between range for simulation analysis. Analysis and shows the change of the process， the scope and relationship. The results of optimization design of crusher have a certain reference value， have higher use value.
Key words： ADAMS； Jaw crusher Virtual model Kinematics simulation analysis
颚式破碎机是一种常用的破碎设备，因其具有构造简单、制造容易、机体紧凑、工作可靠、维护和检修容易等优点，被广泛应用于煤炭、矿山、冶金、化工、选矿和建筑等部门[1]。开发出效率高、物料粒度更小更均匀、运动性能更合理的破碎机很有必要[2]。在此设备中破碎机之所以能够高效稳定的工作主要是由它本身的结构决定的。其工作装置的原理是曲柄摇杆机构，即将曲柄作为原动件，摇杆作为执行末端动颚。由于颚式破碎机工作环境比较恶劣，受力情况变化很大，理论力学分析和计算的过程非常复杂并且很难得到精确的分析结果，因此颚式破碎机的运动特性分析尤为重要。
1 鄂式破碎机工作原理
常见的颚式破碎机的结构组成如图1所示。动颚上端直接与偏心轮轴相连，设备工作时动力系统的动力通过驱动轮2传递到动颚板3上，当动颚板向上运动时便接近定颚板挤压物料，相反回程运动时动颚板与定颚板角度变大，颗粒物可以轻松地从底部顺利排出。
2 破碎机运动模型建立与分析
破碎机的运动模型是动力学中常见的四杆机构（图2），要求工作行程慢，对物料充分挤压，回程要迅速，节省工作时间，提高工作效率。
由四杆机构构成的封闭图形可以写出复数矢量方程：
（1）
其中，，，
将式（1）对时间t求导，可得
，即 （2）
式（2）为的复数矢量表达式。将式（2）的实部和虚部分离，有
联解上两式可求得两个未知角速度、，即
（3）
（4）
将式（2）对时间t求导，可得
（5）
式（5）为的复数矢量表达式。将（5）的实部和虚部分离，有
联解上两式即可求得两个未知的角加速度、，即
建立运动模型可以更好的对破碎机位移、速度和加速度进行分析，进而研究破碎机的结构性能，研发更高效、加工精度更高、运动性更合理的破碎机[3]。
3 运用ADAMS仿真分析
在进行运动学分析时，只考虑与运动有关的因素，而与构件的具体形状无关[4]。因此通过Solidworks建立破碎机各零件三维实体模型，然后结合通过自下而上和自上而下两种虚拟装配方法[5]，建立破碎机的结构模型，通过模拟仿真消除零件间的干涉。最后通过软件间的数据接口将实体模型导入到ADAMS软件中[6]。导入到ADAMS中的破碎机模型如图3所示。
在模型施加约束后，对模型施加驱动力，对曲柄输入60 r/min匀速的驱动角速度，然后对连杆、摇杆的角度、角速度和角加速度进行仿真分析。连杆、摇杆的角速度和角加速度模拟仿真曲线如图4～7所示。
由图4和图5可得，曲柄摇杆机构的曲柄做匀速回转运动时，连杆和摇杆做周期性变速运动，以60 r/min驱动速度输入时，连杆的角速度变化范围在12.5～115度/秒，而摇杆的角速度在10～140度/秒范围内变化。从数值上看，连杆和摇杆角速度变化范围较大。从曲线上看，连杆和摇杆在一个周期内均出现两次加速两次减速运动。
从图6和图7可以看出，连杆角加速度变化范围为0～840度/秒2，摇杆的角加速度在0～1100度/秒2范围内变化，二者角加速度变化范围较大。
4 结语
我们以Solidworks为基础建立破碎机简单模型，使用ADAMS进行动力学仿真分析，得到在稳定的驱动力作用下动颚板的角度、角速度和角加速度的变化过程。仿真结果显示，破碎机能够按照给定轨迹作无干涉运动，破碎机进料口与出料口不会出现堵塞现象。通过对角加速度的仿真分析，在一定时间段出现加速度突变，仿真结果为进一步优化破碎机装置提供了基础。
参考文献
[1] 郎宝贤，郎世平.破碎机[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[2] 罗红萍.双腔颚式破碎机运动学特性研究[J].矿山机械，2006，34（1）：30-31.
[3] 王玉，富国亮，边志坚.基于ADAMS的颚式破碎机工作装置的运动分析[J].矿山机械，2010，31（6）：89-90.
[4] 张宪，李文昊.基于ADAMS的单、双轴颚式破碎机性能研究[J].机电工程，2013，30（11）：1317-1322.
[5] 王军锋，孙康.基于SolidWorks的颚式破碎机的三维设计与建模[J].煤炭工程，2012（11）：126-127.
[6] 李运初，王魁.基于ADAMS的含运动副间隙破碎机动力学方针分析[J].机械传动，2011，35（10）：1-3.endprint
