反擊式破碎機(jī)在冶金、礦山、建材、化工、陶瓷、筑路等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，它將打擊、反擊、離心沖擊、剪切、研磨等破碎原理有機(jī)結(jié)合在一起，使其能量得到充分、有效利用。為了提高其破碎能力和生產(chǎn)效率，設(shè)計有效、經(jīng)濟(jì)的破碎腔結(jié)構(gòu)，需要對破碎機(jī)破碎力進(jìn)行研究，研究破碎過程中破碎力的變化。
2、模型的建立和前處理
2.1計算模型與網(wǎng)格劃分
反擊式破碎機(jī)的破碎系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子體、板錘、反擊板、石塊組成，破碎物料的過程可以看作是板錘與物料發(fā)生碰撞、物料與反擊板發(fā)生碰撞這兩個過程不斷交替、不斷反復(fù)的過程。其三維結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系，如圖1所示。為了對破碎過程進(jìn)行動態(tài)計算與分析，首先需對幾何實體進(jìn)行簡化處理，其處理的原則為在不影響結(jié)構(gòu)整體性能的前提下對幾何實體上的倒角、螺栓孔等結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，這樣有利于后續(xù)工作的進(jìn)行；然后對幾何實體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于轉(zhuǎn)子體、板錘、反擊板形狀比較復(fù)雜，為了提高網(wǎng)格質(zhì)量和計算的準(zhǔn)確性，先對各幾何實體進(jìn)行分區(qū)處理，把復(fù)雜的幾何實體劃分成許多易于進(jìn)行六面單元劃分的小區(qū)域，再進(jìn)行網(wǎng)格劃分。破碎系統(tǒng)的有限元模型，如圖2所示。轉(zhuǎn)子體、板錘、反擊板和石塊模型都采用規(guī)則的入節(jié)點六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，各個部件劃分網(wǎng)格后節(jié)點個數(shù)、單元個數(shù)統(tǒng)計，如表1所示。
2.2材料屬性
轉(zhuǎn)子體采用16Mn合金鋼，板錘采用40Cr合金鋼，反擊板采用16Mn強(qiáng)化合金鋼，材料屬性都采用Plastic Kinematic材料模型；物料選用花崗巖材料參數(shù)，其屬性采用彈脆性材料模型；單元屬性設(shè)為常應(yīng)變。
各項材料的具體屬性，如表2所示。
2.3界面接觸定義
計算模型中，轉(zhuǎn)子體與板錘、板錘與石塊、石塊與反擊板、轉(zhuǎn)子體與石塊之間的界面接觸均采用自動的面對面接觸算法(AU-TOMATIC SURF'ACE TO SURFACE CONTACT)。在確定各接觸對之間的主從接觸時，定義轉(zhuǎn)子體與板錘之間：轉(zhuǎn)子體為主接觸、板錘為從接觸；板錘與石塊之間：板錘為主接觸、石塊為從接觸；石塊與反擊板之間：石塊為主接觸、反擊板為從接觸；同時設(shè)定接觸對之間沖擊力文件輸出參數(shù)為l。在定義界面接觸的各項參數(shù)中，定義轉(zhuǎn)子體與板錘間的靜動摩擦系數(shù)均為0.15，其余兩接觸對間的動摩擦系數(shù)為0.6。在接觸高級選項卡中，定義接觸剛度和接觸深度分別為0.1。
2.4約束和加載
由于石塊在整個破碎過程中都是自由的，因此對石塊不施加任何位置約束；轉(zhuǎn)子體通過轉(zhuǎn)軸和軸承安裝在機(jī)架上繞轉(zhuǎn)軸做旋轉(zhuǎn)運動，根據(jù)其安裝和運動情況對轉(zhuǎn)子體轉(zhuǎn)動中心施加X、y、Z三個方向的平移約束和X、l，兩個方向的轉(zhuǎn)動約束；反擊板在整個破碎過程中都被固定住，對反擊板的裝配部分也施加X、y、Z三個方向的平移和轉(zhuǎn)動約束；板錘安裝在轉(zhuǎn)子上被兩擋塊緊卡在轉(zhuǎn)子體上同時加上其自身的結(jié)構(gòu)的作用，板錘只能隨轉(zhuǎn)子體一起繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，對板錘施加軸向Z向的平移約束。
3、計算結(jié)果與分析
根據(jù)以上反擊式破碎機(jī)的模型的建立和前處理，利用LS-DYNA進(jìn)行動力學(xué)的計算與分析。反擊式破碎機(jī)的物料破碎過程是：(l)先是板錘打擊物料；(2)然后物料與反擊板進(jìn)行三次碰撞被破碎。
當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子帶動板錘與物料發(fā)生沖擊碰撞時，板錘與物料之間就產(chǎn)生瞬間的沖擊作用，沖擊力過物料與板錘的碰撞接觸點，方向與碰撞接觸面的法向一致。瞬間的應(yīng)力云圖，如圖3、4所示。圖中顏色深的部位為瞬間應(yīng)力較大處，即圖2中位置1處。
物料撞擊一級反擊板瞬間，由于物料與一級反擊板的碰撞部位處于一級板的下部，從反擊板的結(jié)構(gòu)分析可以看出，物料與一級反擊板碰撞瞬間，反擊板上部的固定軸要承受較大力的作用，因此反擊板上部（即圖6中位置l處）瞬間應(yīng)力較大，如圖5、6所示，物料與一級板碰撞瞬間反擊板上的應(yīng)力圖可以清楚地看出瞬間應(yīng)力的介布情況，且此刻應(yīng)力最大值在物料與一級反擊板接觸碰撞瞬間。
物料與二級板碰撞時的瞬間應(yīng)力云圖，如圖7、8所示，從圖中可以看出，位于二級板附近的結(jié)構(gòu)上（即圖8中位置l處）的瞬間應(yīng)力較大，且此刻應(yīng)力最大值在物料5-級反擊板接觸碰撞瞬間。
物料與三級板碰撞瞬間反擊板上的應(yīng)力分布情況，如圖9、10所示。通過對應(yīng)力分布情況的分析可以看出，物料與三級板碰撞瞬間的作用力對反擊板整體結(jié)構(gòu)的剛強(qiáng)度影響較大，圖10位置l和位置2處應(yīng)力較大，且此刻應(yīng)力最大值在物料與三級反擊板接觸碰撞瞬間。
為了進(jìn)一步研究轉(zhuǎn)子體在整個破碎過程中其徑向應(yīng)力的變化情況，在轉(zhuǎn)子體徑向的三個小同部位選取三個單元，來分析計算轉(zhuǎn)子體不同徑向位置處應(yīng)力的情況。選取的三個單元在轉(zhuǎn)子體徑向的位置，如圖II所示，在整個破碎過程中各單元的X和y這兩個方向應(yīng)力值的變化，如圖12、13所示。
圖12和圖13中單元45458和單元48216在Oms~15ms時間段應(yīng)力曲線突變是因為轉(zhuǎn)子剛開始轉(zhuǎn)動瞬間不穩(wěn)定引起的，在160ms-180ms之間應(yīng)力曲線變化是由沖擊碰撞引起的，另外從上述兩圖中還可以清楚的看出轉(zhuǎn)子體外邊緣處單元的應(yīng)力值較其他部位大，這是因為轉(zhuǎn)子外邊緣處的單元所受離心力較其它地方大。
4、結(jié)束語
基于反擊式破碎機(jī)的工作原理建立其接觸碰撞的動力學(xué)有限元分析模型，通過LS-DYNA軟件計算了整個破碎過程中各部件的受力過程；得到了主要碰撞點的各部件應(yīng)力分布圖，從圖中得到各危險點的最大應(yīng)力；分析了轉(zhuǎn)子體三個不同部位在破碎過程的應(yīng)力變化，得到了其應(yīng)力變化曲線。這些將對反擊式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和改進(jìn)提供依據(jù)。
