0、概述
    錘式破碎機主要用于煤礦井下順槽內，與轉載機配套使用，對通過轉載機的大塊原煤進行破碎。通過對錘式破碎機的工作載荷進行靜力學和動力學分析，研究其破碎機理，建立相應的數學模型，并進行動態(tài)仿真，從而找到其優(yōu)化設計方法。為錘式破碎機的設計和工作狀態(tài)分析提供依據，不僅具有重要的理論意義，也有重要的實際應用價值。
    目前，隨著CAD/CAM技術的發(fā)展，三維實體造型、虛擬技術、工況仿真模擬已成為CAD的重要發(fā)展方向，并在產品設計和制造方面引起了重大變革。對有復雜運動的錘式破碎機等機械產品，建立三維動態(tài)圖形和三維虛擬環(huán)境模擬，可以很好地描述其數學模型的準確性、裝配過程的合理性、作業(yè)過程的動態(tài)性、運動軌跡的正確性。本文將采用Pro/E(WILDFIRE)軟件，對錘式破碎機的三維造型和動態(tài)仿真進行研究。
1、建立三維模型
    建立三維模型是指進行機構構件的具體設計，首先確定零件的形狀、結構、尺寸和公差等，并在計算機上進行二維繪圖和三維實體造型，然后通過裝配模塊完成零件組裝，形成整機。在Pto/E WILD-FIRE軟件中，零件裝配是依靠所選擇的面及特征來約束零件的。裝配是動態(tài)仿真的前提，裝配關系的正確與否直接影響動態(tài)仿真的效果。裝配前，先確定運動構件及構件間的運動副，最后由各機構構成整機，并為仿真做準備。
    以PCM400型錘式破碎機為例研究錘式破碎機的三維建模與仿真，重點研究PCM400型錘式破碎機的執(zhí)行部分。PCM400型錘式破碎機執(zhí)行部分的主要零部件包括：主軸、錘體、錘頭。
    (1)主軸
    在PCM400錘式破碎機中，主軸的總體特征由以下特征組成：截面直徑不同的圓柱體棒料，鍵槽、錐面、螺紋孔、圓角、倒角。由于主軸的總體特征關于主軸的中心橫截面對稱，所以只需創(chuàng)建出主軸中心橫截面一側的所有特征，再使用“鏡像”命令即可創(chuàng)建出主軸的所有特征。
    (2)錘體
    錘體是連接主軸和錘頭的關鍵部件，它是把動力從傳動部分轉移到執(zhí)行部分的“樞紐”。在PCM400錘式破碎機中，錘體的總體特征由以下特征組成：錘體主體（除此之外不含其他任何特征）、階梯孔、中心孔、鍵槽、螺紋孔、圓角、倒角。由于錘體的總體特征關于錘體的中心橫截面對稱，所以只需創(chuàng)建出錘體中心橫截面一側的所有特征，再使用“鏡像”命令即可創(chuàng)建出錘體的所有特征（見圖2）。
  (3)錘頭
    錘頭是轉載機用錘式破碎機的執(zhí)行機構，旋轉的錘頭可對大塊原煤進行打擊破碎，最終形成一定塊度的煤塊。在PCM400破碎機中，錘頭的總體特征由以下特征組成：錘頭主體（除此之外不含其他任何特征）、堆焊材料、階梯孔、錘頭與錘體的連接部分、倒角、圓角（見圖3）。至此就完成了PCM400型錘式破碎機執(zhí)行部分主要零部件，根據二維工程圖進行三維建模的所有工作。
    (4)附屬零部件的創(chuàng)建過程
    PCM400型錘式破碎機執(zhí)行部分的主要附屬零部件包括：緊固螺母、軸承座、軸承蓋、迷宮壓板。
    (5)三維虛擬裝配過程
    虛擬裝配就是利用零部件的鏈接關系建立裝配。Pro/E的裝配模式提供了并行的、自下而上的、自上而下的產品開發(fā)方法。在自下而上的設計模式中，先在零件模塊中構造各個零件的三維模型或者調用原先做好的三維模型，然后在裝配模塊中建立零部件之間的鏈接關系，它是通過配對條件在零部件之間建立約束關系來確定零部件在產品中的位置。在虛擬裝配中，零部件的幾何體是被裝配引用，而不是復制到裝配中，不管如何編輯零部件和在何處編輯零部件，整個裝配部件保持關聯(lián)性，如果修改某些零部件，則引用它的裝配件自動更新，反應零部件的最新變化。進行零件裝配時最重要的步驟就是對零部件進行適當的約束。在Pro/E中建立裝配關系是用貼合、平面和基準面對齊、坐標系各個軸相互對齊等約束命令將所有的零部件按要求裝配在一起。Pto/E是基于特征的建模方式創(chuàng)建零件的三維模型的，每創(chuàng)建一個特征都是以一個虛體特征為參考的，這些虛體特征在實體造型及裝配方面十分有用，是起輔助作用的。在虛擬裝配時，如果每個零部件都采用實際坐標系進行裝配，勢必牽涉大量的計算，由于計算的誤差，還將導致裝配失敗，因此，借助Pto/E提供的虛體特征，可以使裝配過程大大簡化。機制動態(tài)仿真是用計算機模擬機械運動，檢查機械運動中各部件的運動關系以及可能存在的問題。在Pro/E中，可以通過對機構添加運動副、驅動器使其運動起來，以實現機構的運動仿真。
    零件組裝是通過裝配模塊完成。在Pro/EWILDFIRE軟件中，零件裝配是依靠所選擇的面及特征來約束零件的。裝配是動態(tài)仿真的前提，裝配關系的正確與否直接影響動態(tài)仿真的效果。裝配前，先確定運動構件及構件間的運動副，最后由各機構構成整機，并為仿真做準備。
    PCM400型錘式破碎機執(zhí)行部分的最終裝配模型如圖4。PCM400型錘式破碎機完整的裝配模型如圖5。
2、錘式破碎機動態(tài)仿真研究
    機構的動態(tài)仿真分析需要建立機構的動態(tài)模型。在模型圖中有連接構件，還有各種運動副。在裝配模塊中連接構件裝配成整機，并定義相互運動的運動副。再設計機構的運動鏈圖，將各個組成部件及其運動順序表達出來。
    錘式破碎機的動態(tài)仿真屬于單驅動器的開環(huán)機構仿真，是Pto/E運動仿真中比較復雜的一類，仿真過程中需要創(chuàng)建一個動力源一交流異步電動機，并調節(jié)各組成部件的運動順序，它將直接影響到整個機構的仿真逼真程度。
    通過運動過程的模擬，可以直觀地了解系統(tǒng)的動態(tài)特征，十分便利對各運動構件和運動副進行分析。它還可以反映機構驅動時，構件在運動中的速度變化情況。
    使用Mecharusm模塊進行運動學仿真，包括2個基本步驟：
    (1)定義一個機構通過使用連接在裝配件中增加元件（與使用放置約束向裝配件中增加元件方式相同）來定義機構，并用連接定義元件之間的相對運動。將連接信息保存在裝配件文件中，這意味著父裝配件繼承了子裝配件中的連接定義。
    (2)機構運動使用下列3種方法之一就可以使機構運動：
    ①運行一個裝配件分析，也稱為連接裝配件。如果已連接好裝配件，運行裝配件分析將能夠使機構運動。
    ②以交互方式拖動一個裝配件，從而使機構運動。
    ③給機構增加驅動器并執(zhí)行運動。
    另外，還可以使用機構設計來重新定義原動件，創(chuàng)建槽從動機構連接和凸輪從動機構連接，創(chuàng)建驅動器，回放運動來看測量結果以及研究模型。當創(chuàng)建機構時，可以將其輸入到Pro/MECHANICA模塊中，以便進一步分析。只有在“元件放置”對話框中創(chuàng)建的連接才能轉移到Pro/MECHANICA模塊中，也可以將機構設計模型帶入到設計動畫中，創(chuàng)建一個動畫序列。設計動畫支持連接、凸輪從動機構連接、槽從動機構連接、連接極限、驅動器和連接零點。
    通過上述方法實現的仿真可以達到破碎機工作時的動畫效果，更加直觀地表示了PCM400型錘式破碎機的工作形式。
3、結語
    本論文以PCM400錘式破碎機為例，進行了PCM400型破碎機執(zhí)行部分三維建模和仿真分析研究，建立了PCM400破碎機的三維虛擬裝配模型，并進行了機構仿真運行，更加直觀地表示了PCM400型錘式破碎機的裝配關系和工作形式。但是沒有給出PCM400型錘式破碎機工作時的重要狀態(tài)參數，如PCM400型錘式破碎機工作時的瞬時速度、瞬時加速度、破碎大的塊煤時的轉動慣量等，有待進一步研究。