复摆颚式破碎机调整座有限元优化设计与分析

副标题#e#    1调整座三维实体模型的建立
   
    以PEF400x600型颗式破碎机调整座为例，用SolidWorks2001 plus软件对其进行三维建模。
   
    调整座是破碎机中较复杂的零件，调整座建模的主要步骤是:先设计调整座的横截面，将其进行拉伸到总长的一半，通过切除特征形成各种槽和螺纹孔，再利用圆角特征倒出铸造圆角，最后通过镜向特征完成整个调整座的建模。用SolidWorks2001 plus软件建立的PEF400 x 600型领式破碎机的调整座三维模型如图1所示。
   

    2调整座有限元分析
   
    2.1调整座有限元分析前处理
   
    (1)材料选择调整座采用ZG35，力学性能为:弹性模量为2E+5 MPa，泊松比为0.32NA,剪切模量为7.6e+4 MPa,拉应力为482 MPa,屈服应力达248MPa.
   
    (2)添加约束 如图1所示调整座工作时平面I是通过调整垫片与机架固定在一起，另外为了调整方便，调整座的两端分别有T形槽，工作时是用螺栓及螺母将其与机架固定，所以调整座的后平面约束为XYZ三个方向不能移动，T形槽的上端面(Y方向)不能移动。
   
    (3)添加载荷根据复摆额式破碎机的机构受力分析，得出PEF400 x 600型颗式破碎机调整座在计算破碎力下，肘板的推力为2 172 kN，将此力按均布的形式加载到受力表面。
   
    (4)网格划分设置网络单元为四面体单元，雅可比为4point，取单元尺寸为20 mm，容差为1。经过网格划分后为25 642个节点数，15 938个单元。
   
    2.2调整座有限元计算结果
   
    (1)强度分析
   
    调整座(图略)的最大应力值为228.6 MPa，位置在调整座后部开方孔的圆角处及中间平面上存在应力集中，其结构不够合理。
   
    (2)刚度分析
   
    从调整座的合成位移中可知，最大变形量为0.093 96 mm，位置在开出方孔的中部，其中X方向为0.079 16 mm, Y方向为0.080 20 mm, Z方向为0.023 20 mm，可看出在调整座后部开方孔，中间平面上的刚性较差。
   
    3调整座结构优化设计
   
    3.1调整座优化设计
   
    为了使调整座能更好地承受破碎力，减少弹性变形，使其能更好满足矿石破碎要求，对其结构进行有限元优化计算。采用Cosmosl Works工程分析软件对调整座进行结构优化。其步骤为:
   
    (1)优化目标 定义调整座体积最小为优化目标函数。
   
    (2)设计变量 由于破碎机的结构所限，调整座的外部尺寸不能变化。从有限元计算结果得知，应力最大的位置在开出方孔的圆角处，如图2所示。定义设计变量为:尺寸25作为第1个设计变量D1.优化时程序推荐范围是12.5-37.5;开槽上下端厚度30尺寸作为第2个设计变量D2和第3个设计变量D3，推荐值为15-45 ;圆角半径R10作为第4个设计变量R1，推荐值为5-20，以推荐值作为设计变量的变动范围。
   

    (3)定义行为 约束为保证调整座在结构优化前后的强度和刚度不变，即应力值相近，取优化前经有限元计算出的最大应力值228.6 MPa作为行为约束尺寸。