1、動(dòng)顎體受力分析

    顎式破碎機(jī)的動(dòng)顎體是破碎機(jī)中重量較大的零件 ，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。主要由動(dòng)顎齒板座和邊板等零件焊接組成 ，承受了破碎機(jī)工作時(shí)由推力板和物料產(chǎn)生的強(qiáng)大擠壓力 ，受力情況較為復(fù)雜。動(dòng)顎體在運(yùn)行中主要承受物料對齒板座的破碎力F，肘板對齒板座的支撐力 T1和偏心軸體對邊板的支撐力 T2。其中破碎力 F根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式獲得 ，為 8694kN[3 - 4 ]。由力的平衡原理較容易求出 T1和 T2。

2、動(dòng)顎體有限元分析

    對動(dòng)顎體進(jìn)行有限元分析時(shí) ，考慮到模型的結(jié)構(gòu)和受力對稱分布 ，取一半進(jìn)行分析 ，以減少計(jì)算量。對于動(dòng)顎體 ，其彈性模量可取 200GPa，泊松比為 0128，選擇單元為 Solid 92，建立好有限元模型后 ，根據(jù)動(dòng)顎體的受力圖施加載荷和約束 ，獲得的動(dòng)顎體的應(yīng)力。動(dòng)顎體所受到的最大應(yīng)力為 150143MPa，位置在齒板座的下端橫梁。觀察動(dòng)顎體上的其他部分 ，發(fā)覺應(yīng)力分布較不均勻 ，小應(yīng)力區(qū)域較多 ，通過對動(dòng)顎體進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均勻化設(shè)計(jì) ，在保證動(dòng)顎體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的前提下 ，使材料能夠盡可能地利用 ，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理。

3、動(dòng)顎體均勻化設(shè)計(jì)

   一個(gè)理想的結(jié)構(gòu) ，其每一部分的應(yīng)力應(yīng)該接近于相同的安全水平 ，這個(gè)概念進(jìn)一步推導(dǎo)得到基于應(yīng)力均勻分布的優(yōu)化準(zhǔn)則 ，使得優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)應(yīng)力變得更均勻。對于動(dòng)顎體模型 ，由于受裝配條件的限制 ，邊板改動(dòng)余地很小 ，同時(shí)動(dòng)顎齒板座結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜 ，質(zhì)量最大 ，修改余地很大 ，故對動(dòng)顎體的均勻化設(shè)計(jì)主要集中在動(dòng)顎齒板座均勻化設(shè)計(jì)上。動(dòng)顎齒板座結(jié)構(gòu)最好是應(yīng)在相同載荷條件下 ，使得結(jié)構(gòu)上每一點(diǎn)的受力狀況相近。這樣就可以在固定載荷條件下 ，以齒板座上面應(yīng)力的均勻度最小作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來建立優(yōu)化模型 ，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

   對于動(dòng)顎齒板座 ，在長期的交變載荷作用下 ，往往容易在齒板座某一處發(fā)生疲勞破壞。因此 ，可根據(jù)齒板座疲勞極限與齒板座上面的應(yīng)力通過某種換算關(guān)系獲得的值 ，即均勻度來定義目標(biāo)函數(shù)。

3.1確定目標(biāo)函數(shù)

在齒板座結(jié)構(gòu)中 ，為了使齒板座上面的應(yīng)力分布更為合理 ，有更好的應(yīng)力分布狀況 ，以齒板座上面應(yīng)力的均勻度 k作為優(yōu)化目標(biāo) ，如果這些計(jì)算點(diǎn)的均勻度最小 ，則說明結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力分布最為均勻。

3.2確定設(shè)計(jì)變量和狀態(tài)變量

   通過前面對動(dòng)顎體進(jìn)行的有限元分析所獲得的等效應(yīng)力云圖可以看出 ，齒板座的板厚和筋板處受力較小 ，大多數(shù)地方的最大應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于齒板座的屈服載荷。從其結(jié)構(gòu)圖上看 ，齒板座承載板板厚和支撐它的筋板板厚有較大的改善余地 ，擬從這些地方的尺寸入手 ，進(jìn)行優(yōu)化。

   經(jīng)過參數(shù)化優(yōu)化后的動(dòng)顎齒板座盡管最大應(yīng)力低于許用應(yīng)力 ，富裕應(yīng)力減少 ，然而削弱了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度 ，同時(shí)觀察其結(jié)構(gòu)形狀 ，仍然有較大的改動(dòng)空間 ，通過評估分析對齒板座進(jìn)行進(jìn)一步的修改 ，使齒板座的結(jié)構(gòu)要求更加完善。另外 ，表 1中的優(yōu)化值是理論計(jì)算值 ，必須圓整到板材厚度的實(shí)際尺寸。齒板座的結(jié)構(gòu)做相應(yīng)的修改。 

(1)由于齒板座的承載板板厚由 60mm變?yōu)?nbsp;35mm，同時(shí)連接肘板處的筋板受力較小 ，擬將該處的筋板厚度也改為35mm。 
(2)由于最下端的橫向筋板中部出現(xiàn)應(yīng)力集中 ，決定在該處加一塊蓋板 ，板厚為 30mm，以使該處的應(yīng)力均勻化 ，同時(shí)該處的筋板厚度不變 ，仍為60mm。 
(3)為了更有利于加工 ，將縱向筋板的厚度由 60mm改為 30mm。 
(4)縱向筋板距齒板邊的距離由 390mm變?yōu)?nbsp;405mm。

4、結(jié)論

    運(yùn)用有限元分析軟件 ANSYS對動(dòng)顎體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均勻化優(yōu)化設(shè)計(jì) ，優(yōu)化前后動(dòng)顎體在質(zhì)量、最大應(yīng)力和應(yīng)力均勻度分別為 662012和 575716kg、150143和 125147MPa、 01524和 01293。經(jīng)過一系列的分析和評估 ，再對優(yōu)化后的模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹Ｐ薷暮蟮哪Ｐ?nbsp;，應(yīng)力分布更為均勻 ，且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗疲勞能力有所增強(qiáng) ，達(dá)到了齒板座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均勻化優(yōu)化的目的。