1、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化
我國自1951年開始仿制復(fù)擺顎式破碎機(jī)以來，很長一段時間里，人們?yōu)榱耸箘宇�具有較好的運(yùn)動特性，能減小磨損，提高處理能力，對一些有較大影響的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如傳動角、肘板擺動角、偏心距、主軸的懸掛高度、動顎行程、嚙角、連桿長度等進(jìn)行了丈量的研究工作。
傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要是按照點(diǎn)的運(yùn)動軌跡來設(shè)計(jì)破碎機(jī)四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，主要有分析法和圖解法，利用設(shè)計(jì)前就已經(jīng)選定的一些參數(shù)如嚙角、連桿長度、動顎的行程等，根據(jù)已知的軌跡，運(yùn)用相互間的關(guān)系，求得各桿件的尺寸，根據(jù)所設(shè)計(jì)的破碎機(jī)的型號，連桿長度，動顎行程等都能確定。用上述的方法確定四桿機(jī)構(gòu)后，接著描述出動顎的運(yùn)動軌跡，決定設(shè)計(jì)是否滿意。
嚙角的概念也由傳統(tǒng)的幾何嚙角到工態(tài)嚙角。工態(tài)嚙角則是指實(shí)際的工作時的嚙角，由于幾何嚙角的前提明顯在顎板的部分部位不成立，所以，工態(tài)嚙角有時要大于設(shè)計(jì)時的嚙角，隨之將產(chǎn)生一些相應(yīng)的后果如物料打滑，顎板磨損嚴(yán)重，加劇物料堵塞等。為了改善這些狀況，設(shè)計(jì)出多種的顎板形狀，
設(shè)計(jì)過程中的一個顯著特點(diǎn)是，主軸懸掛高度逐漸從正懸掛向負(fù)懸掛變化。正懸掛存在動顎上部水平行程小，機(jī)器高運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，整體尺寸大，加工成本高等的缺點(diǎn)。負(fù)懸掛可以加大動顎的水平行程，降低機(jī)器的高度，減輕機(jī)重，改善破碎效果�，F(xiàn)在粗碎用的復(fù)擺顎式破碎機(jī)一般采用零懸掛，而中細(xì)碎用的中小型復(fù)擺顎式破碎機(jī)大多采用負(fù)懸掛。
另外，肘板的支承方式也有正負(fù)之分。傳統(tǒng)的復(fù)擺顎式破碎機(jī)主要是采用正支承。隨著先進(jìn)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的逐步應(yīng)用，負(fù)支承也得到廣泛的應(yīng)用，即肘板為復(fù)傾角的結(jié)構(gòu)，由于負(fù)支承型動顎備點(diǎn)的垂直行程要小于正支承的動顎，這樣有利于減輕顴板的磨損，提高產(chǎn)品的均勻性，減小損耗。從破碎機(jī)的高度來說，由于負(fù)支承型破碎機(jī)的下端固定鉸接點(diǎn)比正支承型的靠下，機(jī)器的高度要比正支承的低。當(dāng)負(fù)支承型的肘板長度很小時，就演變成為另一種支承方式，即輥撐型，也就是支承動顎的變成輥?zhàn)印?br /> 復(fù)擺顎式破碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在很長的一段時間內(nèi)，設(shè)計(jì)者對機(jī)構(gòu)的尺寸、曲柄半徑等的選擇帶有一定的盲目性，且大多參照國外的同型號類比確定�；蛘邽榈玫揭蟮膲嚎s量，盲目進(jìn)行試湊加以改變，以致于不能保證機(jī)器的最佳傳動性能。對曲柄半徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可在保證實(shí)現(xiàn)工藝要求的前提下得到最佳的機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)。當(dāng)然由于數(shù)學(xué)模型建立的不一樣，所得到的目標(biāo)函數(shù)也有多種，如曲柄半徑、動顎排料口處的特征值以及一個破碎循環(huán)排出舶物料體積等，，目的是使破碎效果最佳同時生產(chǎn)能力最大，優(yōu)化方法由于建模，所選的變量，約束條件的不同也有多種算法，
另外，動預(yù)下蠟水平行程和動顎下端捧料高度上的下端部的平均嚙角以及主軸的轉(zhuǎn)遺三者的匹配是發(fā)揮機(jī)器生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。因而三者的最優(yōu)匹配是三參數(shù)的最優(yōu)設(shè)計(jì)問題，目的是機(jī)器的功耗在不丈于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)下，生產(chǎn)能力達(dá)到最大，設(shè)計(jì)變量是下端的水平行程和平均嚙角，
設(shè)計(jì)新型顎式破碎機(jī)出現(xiàn)的時間較短，如倒懸掛細(xì)碎顎式破碎機(jī)在20世紀(jì)70年代首先被報(bào)道，由于它使動顎倒置于機(jī)器的底部機(jī)器的重心大大下移，穩(wěn)定性好，工作轉(zhuǎn)速大大提高。又如雙腔雙動顎式破碎機(jī)的出現(xiàn)，集中了傳統(tǒng)飄式破碎帆的優(yōu)點(diǎn)．它在普通顎式破碎機(jī)動顎板的另一端增加一個破碎腔，使得破碎機(jī)不存在空行程的能量消耗，提高了破碎效率，再如雙腔回轉(zhuǎn)破碎機(jī)的設(shè)計(jì)兼有顎式破碎機(jī)與圓錐破碎機(jī)的性能，產(chǎn)量較同規(guī)格的顎式破碎機(jī)高50%。還有篩分式顎式破碎機(jī)可把篩分和破碎結(jié)合在一起，簡化了工藝流程，能及時排出以達(dá)到粒度要求的物料，減輕了物料的堵塞和過粉碎，提高r生產(chǎn)能力，降低了能耗。
2、復(fù)擺顎式破碎機(jī)的腔型設(shè)計(jì)及其發(fā)展
破碎腔的形狀和尺寸應(yīng)該滿足以下要求：第一，為防止機(jī)器超載和堵塞，在單位時間內(nèi)進(jìn)入破碎腔的物料不應(yīng)多于能夠破碎和排出的物料；第二，為了保證機(jī)器負(fù)荷均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、破碎板磨損均勻，物料要均勻地分布在破碎腔內(nèi)：第三，為了提高破碎效率，防止堵塞和過粉碎現(xiàn)象，破碎后的物料應(yīng)能暢通地從破碎腔內(nèi)排出；笫四，為了保證產(chǎn)品的細(xì)度和形狀是立方體，細(xì)碎型的破碎機(jī)，破碎腔的下部應(yīng)有平行區(qū)。
隨著破碎過程數(shù)學(xué)模型的建立，精確描述破碎過程也成為現(xiàn)實(shí)。1948年B.Epstin首先用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理來研究物科的破碎規(guī)律，1956年S.R.Broadent及T.G.Callcatt等提出破碎的矩陣模型；1977年AJ.Lynch的進(jìn)一步分析粉碎過程的矩陣模型等。加t計(jì)算機(jī)的普及，建立符合顎式破碎機(jī)實(shí)際操作的模型并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算也已成為可能，為進(jìn)一步的仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。
例如考察常規(guī)待破碎物料在復(fù)擺顎式破碎機(jī)破碎腔內(nèi)的實(shí)際流動狀況時，必須充分考慮動顎復(fù)雜擺動特性。當(dāng)動顎板齒面某段由閉合極限位置回到開啟的極限位置這個過程中，處于此段的物料流動狀態(tài)是否一定為下落，是與緊相鄰的靠卜-段和靠下一段動顎運(yùn)動狀態(tài)及破碎物科的狀態(tài)有關(guān)。而動顎板齒面某段從開啟極限位置運(yùn)動到閉合極限位置時，處于此段的物料主要處于被擠壓破碎狀態(tài)，其擠壓破碎程度亦與緊相鄰的靠上一段和靠下一段動顎運(yùn)動狀態(tài)及破碎物料的狀態(tài)有關(guān)。由此破碎物料被逐漸破碎和流動，最后排出。在考慮破碎物料在破碎腔內(nèi)受力、流動以及破碎齒面目上各點(diǎn)的運(yùn)動等特性基礎(chǔ)上，所設(shè)計(jì)出的破碎腔按固定顎板與動顎板的形狀可以分為：“直線一直線”型，“曲、直線一曲、直線”型，“曲、直線一直線”型，“直線一區(qū)、直線”型等。腔型的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以采用分層優(yōu)化法，及各個破碎層分別優(yōu)化。多層綜合優(yōu)化法可以避免分層優(yōu)化的缺點(diǎn)。當(dāng)然，可以結(jié)合兩種方法，先用多層優(yōu)化法求得排料層的優(yōu)化后的定、動顎傾角，然后進(jìn)行分層優(yōu)化。
隨著精確描述破碎過程的數(shù)學(xué)模型的建立，破碎腔的設(shè)計(jì)逐步趨向于高深腔方向發(fā)展，堵塞現(xiàn)象逐步得到改善，甚至可以設(shè)計(jì)出完全克服無堵塞式破碎腔形。
3、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與顎式破碎機(jī)的自動化設(shè)計(jì)的結(jié)合
隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，也開發(fā)出了一些顎式破碎機(jī)的CAD系統(tǒng)。二維CAD基本上實(shí)現(xiàn)了破碎機(jī)設(shè)計(jì)、優(yōu)化、繪圖的自動化，但要用二維的視圖來表示三維的物體。目前，借助于一些大型的三維繪圖軟件，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體模型的設(shè)計(jì)。
二維CAD系統(tǒng)主要包括設(shè)計(jì)計(jì)算部分和自動繪圖部分。程序的設(shè)計(jì)主要采用模塊化思路，一般包含有機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)仿真模塊，工作參數(shù)、主要零件的強(qiáng)度分析，有限元設(shè)計(jì)、繪圖等模塊通過主程序段的不同調(diào)用方式，各子模塊可以按順序執(zhí)行，通過公用變量完成數(shù)據(jù)的交換和傳遞。也可以調(diào)用單獨(dú)的任一模塊，人為地給定輸入。由于顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)以成為成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，屬于變參數(shù)型設(shè)計(jì)，即新的設(shè)計(jì)對象與原有的基本類型設(shè)計(jì)相同或相近，主要的差異在于各部分的尺寸參數(shù)，繪圖模塊借助如AUTOCAD等軟件，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化自動繪圖。
三維模型設(shè)計(jì)是以三維零件、部件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的三維圖形設(shè)汁。在三維模型的基礎(chǔ)卜可以進(jìn)行裝配，干涉檢查，有限元分析，運(yùn)動分析等高級的計(jì)算機(jī)輔助工作。利用三維的繪圖軟件，顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)與制造過程從單一的平面圖轉(zhuǎn)變成可視化的三維動態(tài)圖形，從而使得CAD形象化，可視化，更接近生產(chǎn)實(shí)際，可以直觀地檢查產(chǎn)品工作過程中的相對運(yùn)動，及干涉原因等，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造周期，達(dá)到了高教、快速、敏捷和一次試制成功的日的，有效地降低了設(shè)計(jì)制造成本。為進(jìn)一步的CAD和CAM的結(jié)合奠定了基礎(chǔ)。三維實(shí)體模型設(shè)計(jì)將逐步取代兩維的設(shè)計(jì)，成為顎式破碎機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展的趨向。
總之，就目前而言，我國顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)在質(zhì)量和性能方面與國外的先進(jìn)水平還有很大的差距。就同樣的機(jī)型相比，機(jī)器的重量要比我國的小很多，說明其設(shè)計(jì)與制造的綜合水平比我國高的多。此外，機(jī)器的軸承小但壽命長；在耐磨材料，熱處理工藝等方面也有不小的差距。提高我國的制造技術(shù)關(guān)鍵在于消化，吸收國外進(jìn)口的產(chǎn)品，自己的研究開發(fā)單位要重視具有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)開發(fā)，提高配套產(chǎn)品在內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量，迎頭趕上國際先進(jìn)水平。
