1动颚支架受力剖析
BP-1100/700颚式粉碎机是一种易于调整破碎粒度尺寸、具有较深且对称的破碎腔的复摆式粉碎机,其动颚由铸钢整体铸造而成。依据动颚几何构造、实际工作时受力特性及关联部件的有关性能,假定动颚支架受力面仅为正向压力。
2动颚原结构有限元剖析
2.1动颚原结构有限元计算模型
按照设计图纸尺寸在Ansys环境建立几何模型,根据动颚支架的对称性,计算时取其一半结构。为便于施加载荷,在动颚上增加一刚度较大的合金钢面板来模拟抗磨衬板,同时模型中加上与动颚连接的肘板。单元类型采用软件库提供的Solid187,计算网格模型如图2所示,原模型单元总数198 974个。
2.2动颚原结构有限元材料参数 依据提供的材料数据及材料手册资料。
2.3载荷施加及约束条件
2.3.1载荷计算
对BP-1100/700型动颚支架,q*大值取12MPa(电机*大功率及肘板接近破坏时,铸铁肘板破坏强度取*大250 MPa)。
2.3.2约束条件
对称面对称边界条件,动颚与轴承连接圆柱面及肘板与机架连接底座面固定,肘板与底座粘接。
2.4动颚原结构计算结果剖析
计算结果主要提取位移图和等效应力。
从计算结果来看,动颚整体变形不大且比较均匀,基本没有扭曲变形,*大位移为3.575 mm。在*大可能载荷(12 MPa)作用下筋板几乎全部处于材料屈服状态,同时多处应力达到其破坏强度(450MPa)。*大应力发生在支架凹槽顶部,且筋板大面积处于高应力区域,尤其在筋板孔洞边缘应力在400 MPa以上。这些与实际破坏位置相符,因此可以认为由于这些部位应力超过材料屈服极限,在循环载荷作用下,首先发生疲劳破坏,而*终导致动颚在凹槽附近产生断裂。
3动颚结构改进及其有限元剖析
3.1动颚结构改进
基于对原动颚的仿真剖析,为降低应力,提高使用寿命,对原动颚采用以下改进措施:以凸台形式适当加厚筋板孔洞边缘区域,降低其应力幅值;改进凹槽至动颚末端部分结构形式,去掉该部分筋板孔洞,加大倒角半径,同时为减轻质量去掉末端挡板。
3.2动颚改进结构有限元剖析
3.2.1动颚改进结构有限元计算
按照设计图纸尺寸在Ansys环境建立几何模型,按照原结构剖析方法建立计算模型。单元类型采用软件库提供的Solid187,改进模型单元总数294 913个。
动颚改进结构有限元材料参数、施加载荷及约束条件同原结构。
3.2.2动颚结构计算结果剖析
计算结果主要提取位移图和等效应。
从计算结果来看,动颚整体变形与原结构相似,*大位移为2.119 mm。在*大可能载荷(12 MPa)作用下应力分布与原结构有所不同,虽然筋板仍处于较高应力状态,但由于结构形式的改变使应力分布趋于均匀,凹槽至末端部分应力水平有所提高,同时筋板其他部分*大应力有较大下降,尤其在筋板孔洞边缘应力降到300MPa以下。*大应力仍发生在动颚凹槽顶部,但*大值只有404 MPa。
4动颚结构改进前后振动特性剖析
为考察动颚结构改进对其动力学特性的影响,分别提取前12阶固有频率和相应主振型,对结构改进前后的动颚进行了自由模态剖析。自由模态剖析结果表明:改进前后动颚总质量由3 685.0 kg增加到3 988.6 kg,总质量增加8.2%;前12阶固有频率除前6阶刚体振动频率都为零或近似为零外,其余对应各阶频率均有提高,平均提高幅度在10%以上,观察振动模态发现,结构改进前后各阶主振型基本一致,即结构改进没有引起其振动形式的改变。
5结论
通过对BP1100/700型颚式粉碎机动颚进行有限元数值模拟剖析,发现造成动颚过早破坏的主要原因是原结构设计存在不合理因素,致使工作载荷作用下动颚局部应力过大,循环载荷作用的高交变应力环境导致动颚疲劳断裂失效。并以此为依据对动颚进行了结构改进,即对高应力区域进行局部加厚,同时在原结构发生断裂部位改变质量布局,以提高刚度和强度。改进前后强度和振动剖析表明,在少量增加动颚总质量的情况下,大大提高了动颚的强度和刚度,且不改变其本身振动形式,在提高其使用寿命方面获得了良好效果。实践表明,本研究既解决了工程实际问题,又能为颚式粉碎机动颚支架的结构设计提供有益参考。
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