1建立破碎機(jī)的幾何模型和動(dòng)力學(xué)仿真模型

1.1 建立破碎機(jī)幾何模型Pro/Engineerwildfire是美國(guó)參數(shù)科技公司推出的三維建模軟件，它具有基于特征、全參數(shù)、全相關(guān)、單一數(shù)據(jù)庫(kù)等特點(diǎn)．產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可以完全在三維模型上完成，形象直觀(guān)，它具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)，任何一處發(fā)生參數(shù)改動(dòng)，都反映到整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)．單一數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和全相關(guān)功能，為并行工程的實(shí)施提供一個(gè)良好的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

1.2 建立破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真模型

    在Pro/ E中把建立的錘式破碎機(jī)的幾何模型導(dǎo)出為parasolid (*x-t) 格式的文件，此文件能被ADAMS軟件讀?。贏DAMS中選擇“ Importa file” 讀入此文件，為建立錘式破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真模型做準(zhǔn)備。

    在ADAMS中對(duì)導(dǎo)入的裝配模型施加約束和驅(qū)動(dòng)具體如下：
1）在錘體和錘頭部分創(chuàng)建固定約束；
2）在鍵和主軸間創(chuàng)建固定約束；
3）在鍵和錘體間創(chuàng)建固定約束；
4）在錘頭和殼體之間創(chuàng)建固定約束；
5）在主軸一端中心處創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副；
6）創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在旋轉(zhuǎn)副上添加旋轉(zhuǎn)速度；
7）在錘頭和煤塊之間創(chuàng)建碰撞副；
8）設(shè)置煤塊的密度為 1.80g/cm3，礦物的尺寸選擇為最大通過(guò)尺寸 1 110 mm×400 mm×618 mm，仿真最?lèi)毫庸ぷ鳝h(huán)境.

1.3 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真用動(dòng)力學(xué)可視化仿真的方法不用創(chuàng)建機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和列出描述系統(tǒng)特性的微分方程， 應(yīng)用動(dòng)力學(xué)可視化仿真軟件就可進(jìn)行上述求解， 不僅可以對(duì)線(xiàn)性系統(tǒng)進(jìn)行求解也可以對(duì)非線(xiàn)性系統(tǒng)進(jìn)行求解。

2建立 ANSYS&ADAMS 聯(lián)合仿真分析平臺(tái)

2.1 建立可重用有限元模型

    運(yùn)用ANSYS&APDL，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化建模和自動(dòng)控制求解，從而降低人工操作的復(fù)雜性和困難程度，以便構(gòu)建數(shù)字化的可重用的分析模型．通過(guò)改變樣機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而改變樣機(jī)結(jié)構(gòu)特征，為實(shí)現(xiàn)面向不同需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供參考．而關(guān)鍵參數(shù)即為結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要著重考慮零部件的尺寸，主要是主軸軸徑大小以及與其存在尺寸耦合部分的結(jié)構(gòu)尺寸。在建模過(guò)程中，為了方便后續(xù) ANSYS 分析，需要對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，另一方面由于破碎機(jī)為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，所以建模時(shí)采用對(duì)稱(chēng)方式建立模型，并在分析過(guò)程中設(shè)置對(duì)稱(chēng)約束，只對(duì)一半的裝配模型進(jìn)行分析，在分析完畢后擴(kuò)展模型得到整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果，這樣不僅可以得到想要的結(jié)果，還可以大大節(jié)省資源，縮短計(jì)算機(jī)時(shí)。

2.2 建立聯(lián)合仿真分析平臺(tái)

   結(jié)構(gòu)分析利用ANSYS和ADAMS構(gòu)建的聯(lián)合分析平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)．因?yàn)殄N頭破碎物料時(shí)受力狀況極其復(fù)雜，無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的方法來(lái)得到錘頭上各個(gè)時(shí)刻的受力， 所以利用ADAMS仿真來(lái)得到錘頭受力狀況，再加載到ANSYS中進(jìn)行有限元分析．隨著對(duì)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，動(dòng)力學(xué)分析的精度要求也不斷提高．所以在動(dòng)力學(xué)分析中，不僅要考慮剛體運(yùn)動(dòng)，還要考慮柔性體的運(yùn)動(dòng)情況．在機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析理論上趨向于多剛體動(dòng)力學(xué)與多柔體動(dòng)力學(xué)相結(jié)合進(jìn)行分析。與之相對(duì)應(yīng)，在實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)可視化分析上，趨向于應(yīng)用機(jī)械剛體動(dòng)力學(xué)分析軟件與有限元分析軟件相結(jié)合的模式進(jìn)行分析．在軟件應(yīng)用上，包括 CAD軟件、多體動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS、有限元分析軟件ANSYS．柔性體將會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生重要影響,同樣整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況也反過(guò)來(lái)決定了每個(gè)構(gòu)件的受力狀況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài),從而決定了構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布．因此對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的柔性體進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析則需要用到ANSYS與ADAMS兩個(gè)軟件。

   破碎機(jī)的工作過(guò)程是電機(jī)通過(guò)變速箱將力和運(yùn)動(dòng)傳遞給主軸，而后通過(guò)鍵把運(yùn)動(dòng)傳遞給錘體部分，采用螺栓組件將錘體和錘頭剛性連接在一起，這樣，就將電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和力傳遞到執(zhí)行部件—錘頭上，這就是整個(gè)工作過(guò)程。基于ADAMS和 ANSYS兩個(gè)研究平臺(tái)的分析特征，在此將破碎機(jī)主軸，錘體及錘頭、鍵、螺栓組件等作為一個(gè)整體來(lái)研究，可稱(chēng)之為破碎機(jī)主體部分。

其主要受如下類(lèi)型的力：

1）摩擦載荷．作用在錘式破碎機(jī)主體上的摩擦載荷主要由軸與密封裝置之間的摩擦、軸承的滾動(dòng)產(chǎn)生的滾動(dòng)摩擦及其它輔助裝置的摩擦引起的。
2）慣性載荷．當(dāng)破碎機(jī)具有角加速度時(shí)所產(chǎn)生的載荷。
3）阻尼載荷．阻尼載荷是與外界環(huán)境相關(guān)的一種載荷，其大小與運(yùn)動(dòng)物體的速度成正比，該載荷較小，一般分析時(shí)可不計(jì)。
4）工作載荷．錘式破碎機(jī)正常工作時(shí)，錘頭與煤巖沖擊碰撞，將產(chǎn)生的作用力．在碰撞時(shí)，雖然錘式破碎機(jī)的錘頭與煤巖的速度發(fā)生有限的變化，但由于碰撞時(shí)間極短，加速度很大，將出現(xiàn)巨大的碰撞力，其值遠(yuǎn)大于前三者，占到 90 %以上，在分析中只考慮工作載荷即可。

2.3 創(chuàng)建錘頭柔性體
1）建立模型，對(duì)模型劃分網(wǎng)格。
2）建立外部節(jié)點(diǎn)．外部節(jié)點(diǎn)在ANSYS程序中即指柔性體與剛性體聯(lián)結(jié)位置處的節(jié)點(diǎn)，用于在ADAMS所進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，連接柔性體與剛性體．當(dāng)在 ANSYS中建立模型需要運(yùn)用到ADAMS仿真中時(shí)，在結(jié)構(gòu)體中如何選取外部節(jié)點(diǎn)是一個(gè)很重要的問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)關(guān)節(jié)位置只使用一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為外部節(jié)點(diǎn)，如果柔性體的連接部位為空心，則需要在連接處創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)作為外部節(jié)點(diǎn)，外部節(jié)點(diǎn)與其周?chē)娜嵝泽w節(jié)點(diǎn)一般使用剛性區(qū)域來(lái)定義。
3）統(tǒng)一單位。
4）輸出ADAMS (*MNF) 文件．*MNF文件是從ansys中生成adams軟件所使用的柔性體模態(tài)中性文件，該文件中包含了柔性體的質(zhì)量，質(zhì)心，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，頻率，振型以及對(duì)載荷的參與因子等信息．在破碎機(jī)中，由于錘頭的斜面是碰撞的主要位置，故必須選擇斜面上的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行耦合與外部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接， 以保證有限元分析過(guò)程中模擬碰撞力的準(zhǔn)確性．另外還要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為錘頭與錘體的連接點(diǎn)。

2.4 有限元分析結(jié)果

   通過(guò)以上得出的關(guān)鍵零部件的應(yīng)力值與許用應(yīng)力值進(jìn)行比較， 發(fā)現(xiàn)其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于各個(gè)零件材料的屈服極限，可以滿(mǎn)足使用要求。

3.結(jié)論

   數(shù)字樣機(jī)技術(shù)是以CAX/DFX技術(shù)為基礎(chǔ)，以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和控制理論為核心，融合虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真技術(shù)、三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，為產(chǎn)品的研發(fā)提供全新的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。在數(shù)字化設(shè)計(jì)的大背景下，以錘式破碎機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字樣機(jī)的建模與分析，具有十分重要的研究意義。