颚式破碎机破坏机理分析
摘要本文采用有限元分析软件ansys对颚式破碎机机架进行数值模拟分析。

根据数值模拟结果给出的应力和位移分布云图,分析机架的受力特点,并结合实际工作环境,探讨机架破坏的机理。

研究表明,该机架的力学特性是机架限制了横梁的转动,在机架上产生很大的应力,在高交变应力的环境下,最终机架因疲劳失效。

在此基础上提出改善机架结构的建议,本文研究结果将为破碎机机架设计提供了参考。

关键词颚式破碎机;机架;破坏机理;数值模拟
中图分类号td8 文献标识码a 文章编号
1674-6708(2010)24-0027-02
0 引言
颚式破碎机是一种广泛应用在矿山、冶金和建筑等行业的破碎设备。

某采矿企业进口的某型号颚式破碎机,在不到一年的生产中机架出现多处开裂,经过焊接修补后几周时间便在原开裂部位附近又产生裂纹,且发展速度很快,严重影响生产。

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,本文基于ansys软件对该破碎机机架进行数值模拟,根据应力、位移分布情况,分析机架的受力特点,探讨其破坏机理。

提出改善机架结构的建议,为今后的破碎机机架设计和优化提供参考。

1 数值计算模型
1.1 几何模型
根据该型号颚式破碎机几何结构具有对称的特性,利用ansys软件建模时,仅建立一半机架结构,且由于主要分析机架受力特性,因此,忽略电机、衬板及控制部分细节。

1.2 有限元计算模型
本文选用10节点四面体单元solid92,采用自由网格划分得到网格模型,单元数为97 784,节点数为56 888。

边界约束结合实际生产,对称面设定对称条件,并约束机架与基础连接的螺栓孔表面的全部自由度。

为得到一个有效的载荷参数,使用万能试验机对矿石进行压缩破坏试验,测得抗压强度平均值为40mpa。

再结合机架工作时的有效破碎面积施加静荷载。

2 有限元计算及结果分析
利用ansys有限元分析软件对破碎机进行数值模拟分析,分析结果如图1和图2所示。

如图1所示,绿色部分(包括黄色和红色部分在内)位移最大为0.979mm,由此向左下、右上方逐渐减小,成为两个方向的分水岭。

再有右上角蓝色区域位移为0mm可知,右上方区域是围绕该蓝色区域旋转的。

应变云图也可以发现它们的旋转趋势,而且恰好在轴承座下方有1.6mm的应变,也说明该处产生破坏也是符合情理的。

由图2机架侧板的应力云图也可以看出断裂处有较大应力正是由于位移引起的应变导致了较大的应力。

对应于图2裂纹处应力为389mpa,已经超过了材料的屈服极限240mpa。

3 机架破坏机理分析及结构改进建议
3.1 机架破坏机理
考虑到实际生产过程中该设备一直处于满负荷24h/天运转。

此外根据该型号破碎机的技术参数可知其设计破碎能力为强度在35mpa 左右的矿石,而本文强度实验得到实际破碎矿石的强度为40mpa,超过了设计能力。

而横梁和部分侧板为铸造构件且与侧板焊接连接,同时铸造构件存在的缺陷是机架破坏的隐患。

再由以上模拟结果可以看出,机架在破碎矿石时处于较高应力状态。

机架破坏的机理:机架是在受到连续的冲击载荷下,横梁需要局部小角度转动,但与之焊接的机架限制了它的转动,在机架上产生很大的应力,同时在铸造构件横梁的缺陷部位萌生裂纹,产生裂纹源,在高交变应力的作用下,机架因疲劳失效产生裂纹,裂纹沿着最大应力方向发展且速度很快,最终导致机架破坏。

3.2 机架结构改进建议
根据以上分析,要延长该型号破碎机的使用寿命,需要放松横梁的转动自由度以消除在机架上产生的较大应力,同时尽可能降低裂纹源产生的概率。

因此建议在保证强度和刚度要求条件下,将横梁由铸造构件改为焊接构件,横梁和机架的连接由铸造改为螺栓连接。

4 结论
本文采用有限元分析软件ansys对颚式破碎机机架进行数值模拟分析。

根据数值模拟结果给出的应力和位移分布云图,分析机架的受力特点,并结合实际工作环境,探讨机架破坏的机理。

在此基础上提出改善机架结构的建议,本文研究结果将为破碎机机架设计提供了参考。

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