包括反擊式破碎機(jī)在內(nèi)的粗破、細(xì)破設(shè)備在高速公路、高鐵、冶金、礦山、建材、市政建設(shè)等行業(yè)內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。我們最常見(jiàn)到的高速公路、市政道路、房地產(chǎn)建設(shè)等用到的各規(guī)格的公分石、瓜米石等都是由破碎機(jī)破碎而成的。昆明反擊破廠家滇重礦機(jī)生產(chǎn)的反擊式破碎機(jī)則是一種目前得到普遍應(yīng)用的破碎設(shè)備，它有機(jī)地集打擊、反擊、離心沖擊、剪切、研磨等破碎機(jī)能于一體，破碎比大、產(chǎn)品顆粒性好，能效和內(nèi)部大破碎腔得到充分、高效利用，可破碎各類300Mpa的硬物料而不僅僅是只能破碎中軟物料，目前在各類二段破碎工藝中已經(jīng)全面取代了圓錐破碎機(jī)。

但時(shí)根據(jù)云南昆明滇重礦機(jī)的碎石機(jī)項(xiàng)目組市場(chǎng)調(diào)查和技術(shù)統(tǒng)計(jì)，在云南反擊式破碎機(jī)市場(chǎng)上，由于部分廠家技術(shù)實(shí)力、生產(chǎn)工藝等問(wèn)題，造成一些反擊破用戶的設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中一些關(guān)鍵部件屢屢出現(xiàn)各類問(wèn)題，常見(jiàn)的包括轉(zhuǎn)子、板錘部件上出現(xiàn)裂紋、甚至發(fā)生斷裂，破碎機(jī)破碎效率低等問(wèn)題。基于這種情況，昆明反擊破技術(shù)工程師特別將我們?cè)诜磽羰狡扑闄C(jī)設(shè)備研發(fā)過(guò)程中，三維建模及碰撞系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)有限元分析選擇公布，希望可以對(duì)同類的反擊式破碎機(jī)廠家有所啟示，同時(shí)也讓碎石機(jī)用戶對(duì)影響破碎效果的各個(gè)影響因素有個(gè)明白的認(rèn)知，在選擇產(chǎn)品時(shí)可以做到有的放矢。

1、昆明反擊破專家組建立的3D模型及仿真分析的參數(shù)設(shè)置

眾所周知，反擊式破碎機(jī)關(guān)鍵的破碎系統(tǒng)的包括轉(zhuǎn)子、板錘、反擊板組成，作業(yè)過(guò)程可以看作是板錘與石塊、石塊與反擊板、石塊與石塊這三個(gè)碰撞作用過(guò)程不斷交替往復(fù)進(jìn)行的過(guò)程。云南反擊式破碎機(jī)技術(shù)工程師建立的3D模型入下圖所示。

需要說(shuō)明的是，為了幫助看到這篇文章的碎石機(jī)用戶更加方便簡(jiǎn)潔地了解，昆明反擊破技術(shù)工程師在不影響整體結(jié)構(gòu)、性能的前提下對(duì)3D模型做了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理，主要包括涉及到的部件上的倒角、螺栓孔等。同時(shí)在做有限元模型時(shí)，由于轉(zhuǎn)子、板錘、反擊板的形狀較為復(fù)雜，為了提高網(wǎng)格質(zhì)量和后期計(jì)算的準(zhǔn)確率，我們先對(duì)各轉(zhuǎn)子、板錘、反擊板以及進(jìn)入破碎腔內(nèi)的大塊物料的幾何實(shí)體做分區(qū)處理，將復(fù)雜的幾何實(shí)體劃分成許多六面單元的小區(qū)域，之后再進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

昆明反擊破工程師在有限元分析模型中的轉(zhuǎn)子體設(shè)置為16Mn合金鋼，板錘則采用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，破碎的物料澤采用花崗巖作為材料參數(shù)，其屬性采用彈脆性材料模型。單元屬性設(shè)為常應(yīng)變。

反擊式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子、板錘、石塊、反擊板之間各碰撞對(duì)之間的界面采用接觸算法，沖擊力輸出參數(shù)設(shè)置為1，設(shè)定接觸對(duì)之間沖擊力文件輸出參數(shù)為1。轉(zhuǎn)子-板錘之間的靜動(dòng)摩擦系數(shù)設(shè)置為0.15，其余動(dòng)摩擦系數(shù)均設(shè)置為0.6。

我們?cè)O(shè)置約束條件為：石塊不施加任何位置約束，也就是說(shuō)石塊在整個(gè)破碎過(guò)程中都是自由的，對(duì)轉(zhuǎn)子中心施加X(jué)、Y、Z三個(gè)方向的平移約束和兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)約束，對(duì)反擊板的各個(gè)固定部位也分別施加X(jué)、Y、Z三個(gè)方向的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)約束；由于板錘被牢牢固定在轉(zhuǎn)子上，對(duì)板錘澤則僅施加Z向的平移約束即可。

2影響反擊式破碎機(jī)破碎效果的因素分析

2.1反擊破轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度

根據(jù)昆明反擊破技術(shù)專家組在產(chǎn)品研發(fā)之初的研究報(bào)告，在破碎不同粒徑、不同材質(zhì)的物料時(shí)應(yīng)選取合適的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，可在保證破碎效果的同時(shí)，防止物料過(guò)粉碎，同時(shí)也可較高程度上優(yōu)化反擊破碎機(jī)的整機(jī)能耗。我們?cè)O(shè)定在其它條件不變的情況下，來(lái)對(duì)比轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度分別為1000r/min、700r/min和400r/min時(shí)破碎力的不同表現(xiàn)。

圖3是700r/min轉(zhuǎn)速時(shí)板錘物料動(dòng)態(tài)接觸力的曲線圖，可以從中看出，石塊與板錘首次碰撞粉碎在30-40ms區(qū)間，石塊飛出與反擊板碰撞返回再次與板錘碰撞發(fā)生在40-47ms區(qū)間，第二次的動(dòng)態(tài)接觸力小于第一次這是因?yàn)槭瘔K的反彈過(guò)程要消耗一部分能量。在之后的47-60ms區(qū)間，石塊在板錘和反擊板聯(lián)合作用下發(fā)生剪切破碎。圖4反映了石塊與反擊板之間的動(dòng)態(tài)接觸力。

綜合圖3、圖4，我們可以看到破碎時(shí)作用力曲線相對(duì)作用時(shí)間間隔短，而剪切破碎時(shí)作用力作用時(shí)間長(zhǎng)。圖3中70~110ms時(shí)間段內(nèi)的作用力曲線是石塊與二級(jí)反擊板發(fā)生沖擊和剪切破碎作用時(shí)的作用力曲線，120~150ms之間的作用力曲線是物料與三級(jí)反擊板發(fā)生碰撞時(shí)的作用力曲線。由于發(fā)生破碎后，石塊的粒度、質(zhì)量較未破碎時(shí)要小，所以兩圖中作用力的峰值呈逐級(jí)下降趨勢(shì)。

我們?cè)賮?lái)參照?qǐng)D5-圖8中不同轉(zhuǎn)速下板錘與物料、物料與反擊板接觸碰撞受力曲線圖，對(duì)比分析可以得出：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，板錘與物料接觸碰撞時(shí)的沖擊力就越大。400r/min時(shí)在時(shí)間段60ms附近的沖擊力峰值大約為500000N，而700r/min時(shí)在時(shí)間段30~40ms之間的沖擊力峰值大約為720000N，1000r/min時(shí)在時(shí)間段20~30ms之間的沖擊力峰值大小大約為1000000N，隨著轉(zhuǎn)速增加物料與反擊板碰撞時(shí)的沖擊力越大，物料沖擊破碎效果就越好，物料損傷程度越高，因此在隨后發(fā)生剪切破碎時(shí)板錘與物料、物料與反擊板之間的相互作用力就越小，可以從圖中相應(yīng)時(shí)間區(qū)域內(nèi)發(fā)生剪切破碎時(shí)的作用力對(duì)比看出。

2.2碎石機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

昆明反擊破廠家云南滇重礦機(jī)的各型號(hào)反擊式破碎機(jī)都有各自最佳的入料粒度范圍，這個(gè)參數(shù)的設(shè)置與各個(gè)型號(hào)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大小有關(guān)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速特定的條件下，不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)子所能提供的破碎力不一樣，這就直接決定了碎石機(jī)的破碎效率。我們?cè)O(shè)定在其它條件不變（700r/min）的情況下，轉(zhuǎn)子3種不同大小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2.44624e7 kg·mm2、4.66679e7 kg·mm2和7.80593e7 kg·mm2所產(chǎn)生破碎力的大小分別進(jìn)行計(jì)算，并據(jù)此分析轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)破碎力的影響。

因?yàn)檗D(zhuǎn)速均恒定為700r/min，通過(guò)對(duì)比不同轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)板錘與物料動(dòng)態(tài)接觸受力（圖3、圖9、圖10）以及物料與反擊板接觸受力（圖4、圖11、圖12）我們可以分析得知：轉(zhuǎn)速一定時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，板錘對(duì)物料以及物料與反擊板發(fā)生沖擊破碎力越大。圖3中物料發(fā)生沖擊破碎的30?40ms時(shí)間段的沖擊力峰值大約為720000N，圖9中在50~60ms時(shí)間段的沖擊力峰值只有500000N，圖10中在20~30ms時(shí)間段的沖擊力峰值大約為880000N，隨后物料發(fā)生剪切破碎時(shí)，反擊板受到物料的反作用力越小，物料越容易發(fā)生剪切破碎。

2.3反擊式破碎機(jī)的反擊板角度

根據(jù)昆明反擊破專家的產(chǎn)品優(yōu)化報(bào)告，垂直于碰撞接觸界面的分力才是真正有效的破碎力，才能夠?qū)κ瘔K產(chǎn)生破碎效果，其他方向的分力則只能讓石塊產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)變向。這個(gè)過(guò)程中最理想的情況是石塊每次與反擊板發(fā)生碰撞時(shí)能夠垂直于反擊板。但這是假定的理想狀態(tài)，在實(shí)際情況中不可能100%的石塊都做到，所以要盡量?jī)?yōu)化反擊板的角度，以使得整臺(tái)碎石機(jī)達(dá)到最優(yōu)化的沖擊與剪切破碎效果。調(diào)大角度、初始角度、調(diào)小角度的一級(jí)反擊板有限元模型見(jiàn)圖13。

我們對(duì)調(diào)小（圖14）、調(diào)大（圖15）角度之后石塊與一級(jí)反擊板之間的碰撞接觸力曲線圖對(duì)比分析可以看出：在40ms時(shí)石塊發(fā)生沖擊破碎時(shí)以及在50ms附近剪切破碎時(shí)的受力情況，減小一級(jí)反擊板的角度對(duì)物料剪切破碎效果較好但不利于石塊發(fā)生沖擊破碎，增大一級(jí)反擊板角度能夠增加沖擊碰撞的次數(shù)，增強(qiáng)沖擊破碎的效果，但不利于剪切破碎。

對(duì)二級(jí)反擊板和三級(jí)反擊板調(diào)整角度，分別進(jìn)行仿真計(jì)算分析，可得到與上述結(jié)論相同的結(jié)果。

3.云南反擊式破碎機(jī)項(xiàng)目組的分析綜述

通過(guò)昆明反擊破廠家技術(shù)工程師對(duì)反擊式破碎機(jī)核心破碎系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子、板錘、反擊板和石塊之間的動(dòng)力學(xué)有限元分析，我們可清晰地了解到轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、反擊板角度對(duì)碎石機(jī)破碎效果的影響：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越高，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，板錘與石塊碰撞、石塊與反擊板碰撞沖擊力就越大，沖擊破碎效果越好，剪切破碎時(shí)板錘與石塊、石塊與反擊板之間的相互作用力就越小；減小反擊板角度對(duì)石塊剪切破碎有利，但不利于物料發(fā)生沖擊破碎，增大反擊板角度能增加沖擊碰撞的次數(shù)，提升沖擊破碎的效果，但不利于物料發(fā)生剪切破碎。這些參數(shù)在昆明反擊破廠家云南滇重礦機(jī)的碎石機(jī)設(shè)計(jì)中都充分地得到考慮，最終的出最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。希望這篇文章可以為其他云南反擊式破碎機(jī)生產(chǎn)廠家提供理論依據(jù)，生產(chǎn)出品質(zhì)更好反擊式碎石機(jī)。