0前言
    錘式破碎機是一種常用的礦石破碎機械，廣泛用于煤炭和水泥廠的原料加工。當?shù)V石進入破碎機后，將受到高速回轉(zhuǎn)錘頭的沖擊而破碎。普通錘式破碎機的錘頭是以鉸接的方式固定在轉(zhuǎn)盤上的，在破碎礦塊時，錘頭會向后偏倒，從而避免了轉(zhuǎn)子主軸受到強力沖擊。
    轉(zhuǎn)載機用錘式破碎機主要用于煤礦井下順槽內(nèi)，與轉(zhuǎn)載機配套使用，對通過轉(zhuǎn)載機的大塊原煤進行破碎。轉(zhuǎn)載機用錘式破碎機的錘頭與轉(zhuǎn)盤或錘體是通過螺紋剛性地聯(lián)接在一起的，錘頭的沖擊將會直接傳遞到錘體、軸及軸承等。轉(zhuǎn)載機用錘式破碎機是普通錘式破碎機的變形，主要變動是活動錘頭改為固定錘頭，采用沖擊破煤的方式實現(xiàn)對煤的破碎。
    沖擊式破煤是一種效率較高的破煤方式，它在破煤機理上完全不同于采煤機的切削式破碎和銑削式破碎。這種破煤方式較好地利用了煤體本身的物理力學特性。此外，沖擊作用可以在瞬間傳遞較多的能量，這類沖擊機具的共同特點是能量集中，傳出的作用力峰值是同重量的靜加載機具的幾倍到幾十倍；再者，沖擊力以脈沖形式輸出，與煤體的躍進性破壞過程可以互相諧調(diào)，達到較高的能量利用率；而且，脆性的煤體在劈裂式的沖擊力作用下，易于形成較為穩(wěn)定的煤塊，從而可大大地提高塊煤率。
轉(zhuǎn)載機用錘式破碎機是由兩大部分組成：電機和減速機構(gòu)構(gòu)成破碎機的動力部分，錘頭與錘體、軸以及軸承等構(gòu)成破碎機的執(zhí)行部分。電機和減速器構(gòu)成的動力部分為破碎機提供力矩，對破碎機的空載起動、空載運行有較大的影響，而以錘頭與錘體為主的執(zhí)行部分則對破碎機正常工作時的負載特性有較大影響。
    由于錘式破碎機的工作負載是不連續(xù)的，它會有沖擊，因此以錘頭與錘體為主的執(zhí)行部分與動力部分不能采用剛性的機械聯(lián)接方式，對于大功率的破碎機采用液力耦合器聯(lián)接執(zhí)行部分與動力部分。對于中小功率的破碎機采用皮帶聯(lián)接方式聯(lián)接執(zhí)行部分與動力部分。
    轉(zhuǎn)載機用錘式破碎機的執(zhí)行機構(gòu)是錘頭，而錘頭與錘體是通過螺紋剛性地聯(lián)接在一起，因此，對轉(zhuǎn)載機用錘式破碎機的受力分析主要包括錘頭與錘體的受力分析、軸的受力分析以及軸承的受力分析等。將錘頭與錘體、軸以及軸承，包括鍵作為一個整體進行研究，以下將此整體稱為錘軸。錘軸實際上是一個定軸轉(zhuǎn)動的剛體，是錘式破碎機的主要執(zhí)行部分。
    錘軸是錘式破碎機的關(guān)鍵部件，既要求高精度，又要求高剛度，既要進行精加工工序，又要進行一定的粗加工，因此，對錘軸的靜、動態(tài)特性提出了更高的要求。主軸的中部裝有錘頭，直接參與沖擊破碎，它的性能在錘式破碎機中是舉足輕重的。因而錘軸結(jié)構(gòu)的設計檢驗方法引起了工程師們的重視。
    傳統(tǒng)的公式法、能量法和當量直徑法來設計和校核軸的剛度、扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形時一般都能滿足工程上的精度，但在實際中應用都受到一定的限制，原因在于這些方法計算都較為繁瑣。彎曲變形一次只能計算某一截面，如果有多個截面都需要校核，則設計周期長、工作量非常大。這時利用有限元分析軟件計算主軸的剛度、扭轉(zhuǎn)變形和彎曲可以同時得出多個截面的多種變形，給再設計和修改提供可靠的依據(jù)。
1、建模
    建立三維模型是指進行機構(gòu)構(gòu)件的具體設計，首先確定零件的形狀、結(jié)構(gòu)、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Pro/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(guān)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(gòu)件及構(gòu)件間的運動副，最后由各機構(gòu)構(gòu)成整機，并為仿真做準備。
    本論文以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。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。先建立各個零件的三維模型，然后再進行虛擬裝配。
    本文選擇有限元分析軟件ABAQUS對錘式破碎機進行進一步地深入研究，在ABAQUS環(huán)境下，可以選擇ABAQUS/Explicit模塊，因為它適用于模擬短暫、瞬時的動態(tài)事件，如沖擊和爆炸問題。
1.1模型簡化
    簡化在Pro/E環(huán)境下的錘式破碎機虛擬裝配體的特征組成，并根據(jù)在ABAQUS環(huán)境下畫出網(wǎng)格的條件，對重要的主體零部件特征進行必要的修改（不會影響分析的結(jié)果）。簡化的圖形如圖1。
    將簡化后的模型導人到ABAQUS環(huán)境下，進入到ABAQUS組件模塊環(huán)境中，將所有的零件組裝成一個裝配體。在進行數(shù)據(jù)處理時要注意單位，由于導人模型的長度單位是mm，因此使用ABAQUS中的SI/mm量綱。
    在“材質(zhì)屬性管理器”中創(chuàng)建材質(zhì)，為計算方便，材質(zhì)全部選用鋼鐵，主要參數(shù)為：密度：7.8E - 009t/mm3；彈性模量：206000 MPa;泊松比：0.3。
    錘式破碎機的分析過程需要2個步驟：碎煤之前和碎煤時。碎煤之前的時間可任意設定，為減少計算機分析的時間，在此設定為0.01 s；碎煤時的時間就是Pro/E動態(tài)分析中的沖量時間，在此設定為0.000 4 s。
1.2設定連接條件和約束條件
    (1)連接條件鍵的2個側(cè)面為承載面，分別與軸上的鍵槽和錘體上的鍵槽為“面與面接觸”連接，接觸屬性為“法向運動”和“切向運動”。
    (2)約束條件錘頭與錘體是使用螺栓剛性固定，因此它們使用的是“黏性”約束條件。
3、結(jié)語
    本論文首先建立了PCM400型錘式破碎機三維模型，然后根據(jù)實際情況對該模型進行了簡化，定義了約束、邊界條件和其他參數(shù)，在ABAQUS軟件下，進行了有限元仿真分析，對有限元仿真結(jié)果進行分析，可以得到以下結(jié)論：
    (1)采用ABAQUS有限元分析計算，能夠較真實地反映錘式破碎機的實際受力狀態(tài)和運動情況，明確應力分布區(qū)域，且所得結(jié)果與實際較吻合。
    (2)有限元仿真分析結(jié)果表明，PCM400型錘式破碎機執(zhí)行部分各主要零件的安全系數(shù)均較大，一方面說明這些零件滿足安全要求，另一方面說明PCM400型錘式破碎機執(zhí)行部分各零件和運行參數(shù)還可以進一步優(yōu)化。