PCL制砂機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速對(duì)破碎質(zhì)量的影響

時(shí)間：2015-01-29作者：上海巍立路橋設(shè)備有限公司瀏覽：16

 近幾年來。國家對(duì)公路、鐵路等基建的投入日益加大，迫切需要大量的砂石。然而有限的**砂資源已經(jīng)不能滿足持續(xù)發(fā)展的需要。因此機(jī)制砂市場越來越大。機(jī)制砂市場的不斷增長．帶動(dòng)了制砂設(shè)備的需求，特別是制砂用的立軸沖擊式破碎機(jī)成為市場的熱點(diǎn)。
 
       轉(zhuǎn)子是立軸沖擊式破碎機(jī)的主要工作部件，而主拋料頭是轉(zhuǎn)子中損壞較為嚴(yán)重的部件，其狀況如何不僅決定著破碎機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量和效率。而且直接影響破碎機(jī)的可靠性、使用壽命和成本的首要因素。資料顯示，在我國目前所應(yīng)用的立軸沖擊式破碎機(jī)中，強(qiáng)度本身已經(jīng)不是影響其壽命的主要問題，較關(guān)鍵的問題是主拋料頭的磨損E1]，而主拋料頭的磨損首先與拋料頭所受的載荷有關(guān)，所以對(duì)拋料頭的載荷研究是至關(guān)重要的。

     1破碎機(jī)的工作原理
      立軸沖擊式破碎機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、破碎腔、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)架構(gòu)成，其中轉(zhuǎn)子是立軸沖擊式破碎機(jī)的主要工作部件，如圖1所示。物料由人料口進(jìn)入破碎機(jī)，轉(zhuǎn)子在電機(jī)的帶動(dòng)下高速轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)速一般為1400—1800r／min)，礦石靠轉(zhuǎn)子表面摩擦力和導(dǎo)向板等的作用隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)．同時(shí)受離心力的作用向外拋射，當(dāng)離開轉(zhuǎn)子時(shí)與主拋料頭發(fā)生碰撞，礦石以幾乎達(dá)到了轉(zhuǎn)子邊緣的線速度向外拋射．沖擊于破碎腔壁和分料器四周自由落下的一部分物料上發(fā)生粉碎，被破碎的物料由下部排料口排出，和循環(huán)篩分系統(tǒng)形成閉路，經(jīng)多次循環(huán)．達(dá)到所要求的產(chǎn)品粒度。
       立軸沖擊式破碎機(jī)的主要破碎形式就是擊碎。經(jīng)過加速的石塊．在拋料頭的碰撞下。一部分與破碎腔發(fā)生碰撞破碎．一部分與石塊發(fā)生破碎，主拋料頭在石塊長時(shí)間的沖擊下磨損非常嚴(yán)重．經(jīng)過一段時(shí)間后就必須更換．不然不但會(huì)影響破碎效果還會(huì)影響到轉(zhuǎn)子本體，轉(zhuǎn)子本體的磨損會(huì)影響其動(dòng)平衡，容易造成主軸斷裂等不良后果，而更換一次立軸沖擊式破碎機(jī)的拋料頭需要0．3—0．5萬元，造成很大的浪費(fèi)。主拋料頭的磨損主要是受到?jīng)_擊以后所產(chǎn)生的沖擊磨損(磨損后的拋料頭如圖2a所示)，每一組拋料頭是有9個(gè)組成，從實(shí)際工況看，每次都是中間的3個(gè)磨損較為嚴(yán)重，為了不影響轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，每次更換都是全部更換造成很大的浪費(fèi)，這時(shí)候就需要研究主拋料頭所受的載荷，以達(dá)到延長拋料頭的壽命的目的，但是試驗(yàn)機(jī)不能很好地模擬立軸沖擊式破碎機(jī)的真實(shí)工礦，現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)又太費(fèi)時(shí)費(fèi)力，虛擬樣機(jī)技術(shù)是很好解決這個(gè)問題的方法，而ADAMS為實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)提供了很好的平臺(tái)。
 
       2 破碎機(jī)轉(zhuǎn)子建模
       立軸沖擊式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子(以山特維克生產(chǎn)的RP109)主要由轉(zhuǎn)子本體、主拋料頭、副拋料頭、耐磨夾板、上耐磨板、下耐磨板、分料錐、定位塊、擋料板等180多個(gè)零件構(gòu)成。在轉(zhuǎn)子本體的內(nèi)側(cè)有6塊擋料板，這種結(jié)構(gòu)使得轉(zhuǎn)子在加速物料的同時(shí)形成死料區(qū)以減少自身磨損，配合一定范圍的轉(zhuǎn)速，使物料的破碎過程發(fā)生在轉(zhuǎn)子外部由物料自動(dòng)形成的沖擊在轉(zhuǎn)子中。主拋料頭的作用是導(dǎo)向。通過轉(zhuǎn)子對(duì)石塊的加速，在轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成渦流狀，通過主拋料頭的導(dǎo)向作用，使石塊改變方向沿著轉(zhuǎn)子的切線方向向外拋射，這樣就注定了主拋料頭的主要失效形式為沖擊磨損，因此需要對(duì)主拋料頭的材料進(jìn)行特殊處理，來增加主拋料頭的耐磨性。
 
       顯然，對(duì)應(yīng)于破碎機(jī)的正常工作狀態(tài)，建模時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照物料在轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成料層以后的實(shí)際形狀進(jìn)行簡化。簡化后的轉(zhuǎn)子模型內(nèi)部呈圓柱狀，物料與轉(zhuǎn)子的接觸由石子與金屬的接觸變?yōu)槭优c石子的接觸。而且，石料被轉(zhuǎn)子加速后較容易拋出，這樣除主拋料頭外其余的零部件都與轉(zhuǎn)子合為一體，以此來模擬主拋料頭的實(shí)際工作過程。以Solid Works為工具進(jìn)行建模，并將SolidWorks文件另存為PARASOLID格式導(dǎo)入ADAMS中。導(dǎo)入的模型如圖2b所示。
 
       3 設(shè)定模型的參數(shù)及約束條件
       材料的設(shè)定：因?yàn)楹喕蟮霓D(zhuǎn)子模型內(nèi)部呈圓柱狀，物料與轉(zhuǎn)子的接觸由石子與金屬的接觸變?yōu)槭优c石子的接觸，所以設(shè)定簡化后轉(zhuǎn)子本體的內(nèi)側(cè)材料為石灰石。由于在ADAMS沒有默認(rèn)的石灰石屬性，所以將轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)的屬性設(shè)定為：彈性模量4．1e+010N／m ，密度為1500kg／m3，洎松比為0．3，來模擬石灰石的屬性，設(shè)定轉(zhuǎn)子本體的外側(cè)材料為鋼，彈性模量設(shè)為：2．07e+01 1N／m ，密度為：7801kg／in。，泊松比設(shè)為0．29：主拋料頭的屬性設(shè)置同轉(zhuǎn)子本體的外側(cè)材料。在ADAMS中轉(zhuǎn)子的人料口處加入物料，在實(shí)際工況中，需要破碎的物料一般為不規(guī)則形狀的石灰石，入料粒度是小于55mm，故本文中添加簡化尺寸為邊長20mm到50ram不等的立方體．設(shè)定屬性亦為石灰石屬性。
         旋轉(zhuǎn)參數(shù)設(shè)定：在模型和大地之間加一個(gè)鉸鏈，在鉸鏈上設(shè)置—個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，轉(zhuǎn)速分別設(shè)為1400r／min、1450r／min、1500r／min、1600r/min、1700r／min,1750r／min、1780r／min和1800r／min，據(jù)此來模擬物料經(jīng)過不同加速后在離心力和摩擦力的作用下．經(jīng)過主拋料頭的碰撞后被拋出的過程。石塊對(duì)轉(zhuǎn)子本體的沖擊力在另外的文章中另有敘述。添加約束和接觸：在轉(zhuǎn)子本體的內(nèi)側(cè)(材料為石灰石)和外側(cè)(材料為鋼)以及主拋料頭(材料為鋼)兩兩之間加上鎖定，使它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中成為一體。在每一個(gè)物料上添加和轉(zhuǎn)子本體以及主拋料頭的實(shí)體對(duì)實(shí)體接觸．接觸力設(shè)為碰撞，剛度設(shè)為1．0e+008N／ram，阻尼比設(shè)為1．0e+004，穿透深度設(shè)為1．0e一004ram，摩擦力的設(shè)置按照庫侖摩擦設(shè)置，靜摩擦系數(shù)設(shè)為0．3，動(dòng)摩擦系數(shù)設(shè)為O．1，其余的按照ADAMDS的默認(rèn)設(shè)置[引。仿真：時(shí)間為1．5s，steps為5000。確定這些參數(shù)的基本原則是，在保證石料全部被拋出的前提下．盡量節(jié)約時(shí)間并能提高仿真精度。
 
        4 仿真結(jié)果
        利用ADAMS軟件并按照前述的模型參數(shù)級(jí)約束設(shè)定，可以得到轉(zhuǎn)速為1400 r／min、1500r／min、1600 r／min、1700r／min和1800r／min時(shí)主拋料頭的總體受沖擊力情況，如圖3所示。圖3中，每一次碰撞在圖中表現(xiàn)為一次峰值?？梢钥闯觯D(zhuǎn)子在1400r／min時(shí)，石塊加速均勻．碰撞次數(shù)較多，在1．4454s時(shí)石料被全部拋出：160Or／min和1700r／min時(shí)所受沖擊力相對(duì)比較平穩(wěn)，受的平均沖擊力(每次沖擊力之和除以受沖擊的次數(shù))也相差不大，石料分別在1．33s和1．31s被全部拋出；在1800r／rain時(shí)，碰撞次數(shù)較少。這可能是由于轉(zhuǎn)速的增大，石料未經(jīng)過充分碰撞就被強(qiáng)大的離心力拋出轉(zhuǎn)子；雖然較大沖擊力和平均沖擊力是較大的，但是除了較大值外其余的沖擊力都比前幾個(gè)轉(zhuǎn)速的小。從圖3可以看出，在1800rpm時(shí)石料被全部拋出的時(shí)間只有1．25s，顯然，石料未經(jīng)過充分的碰撞加速就被甩出轉(zhuǎn)子，對(duì)其破碎效果會(huì)有不利影響。這說明，破碎效果不總是隨著轉(zhuǎn)速的提高而變好．而且較大沖擊力和平均沖擊力很大還會(huì)加速主拋料頭磨損，長時(shí)間的沖擊磨損會(huì)使主拋料頭的壽命大大縮短，進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)子本體的動(dòng)平衡造成很大的影響。因此，合理地選擇轉(zhuǎn)速對(duì)于增加主拋料頭的壽命和提高破碎效率非常重要。通過ADAMS對(duì)仿真的后處理，得到主拋料頭的較大沖擊力和平均沖擊力隨主軸轉(zhuǎn)速變化的數(shù)值曲線．如圖4所示。由圖4看出，較大沖擊力在轉(zhuǎn)速1500—160Or／min以及1750—1780r／min時(shí)相對(duì)增幅較大．在1400—1500r／min和1600—1750r／min時(shí)相對(duì)較平穩(wěn)，而平均沖擊力在1400—1450r／min和1650—1750r／min時(shí)相對(duì)增幅較大，在1450—1650r／min時(shí)相對(duì)較平穩(wěn)。由于物料是立方體的，是平面還是尖面與主拋料頭接觸所產(chǎn)生的沖擊力是不同的，在較大和平均沖擊力突然變化的轉(zhuǎn)速區(qū)間，尖面與主拋料頭的碰撞的幾率很大，加劇了主拋料頭的磨損，從而影響更換主拋料頭的頻率。造成很大的浪費(fèi)。由圖可以看出。較大沖擊力比平均沖擊力高兩個(gè)數(shù)量級(jí)．即物料對(duì)主拋料頭的瞬間沖擊力很大。由此可以知道，1400—1500r／min以及1600—1750r／min是主拋料頭受力均衡，轉(zhuǎn)子能獲得平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速區(qū)間：降低較大沖擊力的值和頻率非常必要，這既與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化有關(guān)，還要分析進(jìn)料粒度均勻性的影響和石塊與主拋料頭碰撞的主要區(qū)域。
 
         轉(zhuǎn)速是影響立軸沖擊破碎機(jī)破碎質(zhì)量、效率以及壽命的重要因素，但破碎效果不總是隨著轉(zhuǎn)速的提高而提高．高轉(zhuǎn)速還會(huì)加劇主拋料頭的磨損，嚴(yán)重影響破碎機(jī)的使用壽命。仿真分析表明，1400—1500r／min以及1600—1750r／min是主拋料頭受力均衡，轉(zhuǎn)子能獲得平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速區(qū)間；此外，為了全面兼顧破碎機(jī)的破碎質(zhì)量、效率以及使用壽命，降低較大沖擊力的值和頻率是至關(guān)重要的，因此既需要考慮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化，還要分析進(jìn)料粒度均勻性的影響。對(duì)于石塊和主拋料頭的主要碰撞區(qū)域的確定也是非常重要的，值得進(jìn)一步研究。

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