雙腔顎式破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)特性剖析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略研究一、引言1.1研究背景與意義在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，破碎作業(yè)是物料加工流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，廣泛應(yīng)用于礦山開(kāi)采、冶金冶煉、建筑材料、化工等諸多行業(yè)。雙腔顎式破碎機(jī)作為一種重要的破碎設(shè)備，憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維護(hù)方便以及適應(yīng)性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)，在各類物料的粗碎和中碎作業(yè)中占據(jù)著舉足輕重的地位。其工作原理基于四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)動(dòng)顎的周期性擺動(dòng)，對(duì)進(jìn)入破碎腔的物料進(jìn)行擠壓、劈裂和彎曲等作用，從而實(shí)現(xiàn)物料的破碎。在礦山開(kāi)采中，原礦石需要經(jīng)過(guò)雙腔顎式破碎機(jī)的初步破碎，才能滿足后續(xù)磨礦、選別等工藝的要求；在建筑材料行業(yè)，它可將大塊的石料破碎成合適粒度的骨料，用于混凝土的制備等。然而，隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及對(duì)生產(chǎn)效率和質(zhì)量要求的日益提高，傳統(tǒng)雙腔顎式破碎機(jī)逐漸暴露出一些亟待解決的問(wèn)題。在動(dòng)力學(xué)方面，設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，曲柄、動(dòng)顎和肘板等部件具有一定加速度，動(dòng)顎作為最大運(yùn)動(dòng)部件，會(huì)產(chǎn)生較大慣性力。這種慣性力不僅在機(jī)器各運(yùn)動(dòng)副中引發(fā)動(dòng)壓力，加劇運(yùn)動(dòng)副的磨損，影響機(jī)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度，降低機(jī)器效率，還因其大小和方向呈周期性變化，導(dǎo)致機(jī)器及其基礎(chǔ)發(fā)生振動(dòng)，使偏心軸回轉(zhuǎn)不均勻，進(jìn)而影響設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，增加了設(shè)備的維護(hù)成本和停機(jī)時(shí)間。在結(jié)構(gòu)方面，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致機(jī)架受力不合理，出現(xiàn)局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，影響機(jī)架的使用壽命；同時(shí)，破碎腔的形狀和尺寸設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化，可能導(dǎo)致物料在腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡不合理，降低破碎效率，增加能耗。對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究具有重要的理論與實(shí)際意義。通過(guò)深入的動(dòng)力學(xué)分析，能夠精準(zhǔn)確定破碎機(jī)四桿機(jī)構(gòu)中各運(yùn)動(dòng)副的支反力，特別是機(jī)架的支反力，從而清晰掌握機(jī)架振動(dòng)力的變化規(guī)律。這為破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如機(jī)構(gòu)平衡重的合理配置提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，有助于提高設(shè)備的穩(wěn)定性，減少振動(dòng)和噪聲，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。借助動(dòng)力學(xué)研究建立的運(yùn)動(dòng)方程式和動(dòng)力學(xué)模型，利用Matlab等軟件對(duì)動(dòng)顎的位移、速度、加速度以及機(jī)架支反力、力矩等進(jìn)行精確的理論計(jì)算，并通過(guò)ADAMS等動(dòng)力學(xué)分析軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真分析，能夠驗(yàn)證理論研究的正確性，為破碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化同樣至關(guān)重要。通過(guò)優(yōu)化機(jī)架結(jié)構(gòu)，可有效改善機(jī)架的受力狀況，降低局部應(yīng)力集中，提高機(jī)架的強(qiáng)度和剛度，從而延長(zhǎng)機(jī)架的使用壽命，減少設(shè)備的維修次數(shù)和成本。對(duì)破碎腔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使物料在腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡更加合理，提高破碎效率，增加設(shè)備的生產(chǎn)能力，同時(shí)降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效的生產(chǎn)目標(biāo)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化還能使設(shè)備的整體布局更加合理，便于設(shè)備的安裝、調(diào)試和維護(hù)，提高設(shè)備的操作便利性和安全性。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在雙腔顎式破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列具有重要價(jià)值的成果。國(guó)外研究起步較早，在理論分析和實(shí)驗(yàn)研究方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)學(xué)者[學(xué)者姓名1]運(yùn)用多體動(dòng)力學(xué)理論，深入剖析了雙腔顎式破碎機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)力學(xué)特性，建立了精確的動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)該模型詳細(xì)分析了動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及慣性力、慣性力矩的變化情況，為破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。德國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)[研究團(tuán)隊(duì)名稱1]利用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)破碎機(jī)在不同工況下的振動(dòng)特性進(jìn)行了全面測(cè)試，獲得了大量的振動(dòng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為后續(xù)的振動(dòng)控制和結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了可靠的依據(jù)。國(guó)內(nèi)的研究人員也在雙腔顎式破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域積極探索，取得了顯著的成果。中南大學(xué)的羅紅萍在其碩士學(xué)位論文《雙腔顎式破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化》中，對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)的四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了全面的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，精準(zhǔn)確定了雙腔顎式破碎機(jī)動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡、水平和垂直行程以及特征值等關(guān)鍵參數(shù)。隨后，通過(guò)深入的動(dòng)力學(xué)分析，明確了破碎機(jī)四桿機(jī)構(gòu)中各運(yùn)動(dòng)副的支反力，特別是機(jī)架的支反力，進(jìn)而找出了機(jī)架振動(dòng)力變化規(guī)律，為破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如機(jī)構(gòu)平衡重的設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)。此外，還建立了雙腔顎式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程式，確定了其動(dòng)力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用Matlab軟件對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)動(dòng)顎的位移、速度、加速度以及機(jī)架支反力、力矩等進(jìn)行了精確的理論計(jì)算。并在動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS環(huán)境下對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了建模，利用該軟件進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真分析，結(jié)果表明仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本吻合，證實(shí)了理論研究的正確性。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，國(guó)內(nèi)外也有諸多研究成果。國(guó)外企業(yè)[企業(yè)名稱1]采用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證機(jī)架強(qiáng)度和剛度的前提下，顯著減輕了機(jī)架的重量，降低了材料成本。國(guó)內(nèi)學(xué)者[學(xué)者姓名2]針對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)破碎腔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化研究，通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，提出了一種新型的破碎腔結(jié)構(gòu)，有效提高了物料的破碎效率，降低了能耗。梁伍強(qiáng)以某渣選廠粗碎系統(tǒng)顎式破碎機(jī)為例，對(duì)設(shè)備應(yīng)用階段存在的給料穩(wěn)定性差、設(shè)備故障頻發(fā)等問(wèn)題加以分析，隨后對(duì)顎式破碎機(jī)設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，分別實(shí)現(xiàn)給料穩(wěn)定裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)顎板/定顎板底部固定楔塊與護(hù)板結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，基于完成實(shí)施后的項(xiàng)目試運(yùn)行故障檢修成果，論證本次設(shè)計(jì)成果的可行性以及其所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。還有學(xué)者采用理論分析、軟件仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法研究了雙腔顎式破碎機(jī)破碎軟硬兩種礦石時(shí)機(jī)架的力學(xué)性能，并以此為依據(jù)對(duì)其分別進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到了改善機(jī)架結(jié)構(gòu)，使其合理且經(jīng)濟(jì)的目的。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在雙腔顎式破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面取得了上述成果，但仍存在一些不足之處。在動(dòng)力學(xué)研究中，部分模型對(duì)一些復(fù)雜因素的考慮不夠全面，如運(yùn)動(dòng)副中的摩擦、零件的彈性變形等，這些因素可能會(huì)對(duì)破碎機(jī)的實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響，但在現(xiàn)有研究中未能得到充分體現(xiàn)，導(dǎo)致理論分析與實(shí)際運(yùn)行情況存在一定的偏差。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，雖然已經(jīng)提出了一些優(yōu)化方法和方案，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到生產(chǎn)工藝、成本等多種因素的限制，一些優(yōu)化方案難以完全實(shí)施，使得優(yōu)化效果未能充分發(fā)揮。此外，目前對(duì)于雙腔顎式破碎機(jī)的整體性能優(yōu)化研究還相對(duì)較少，缺乏從系統(tǒng)層面綜合考慮動(dòng)力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化方法。基于以上研究現(xiàn)狀和不足，本文將在充分借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，綜合考慮多種復(fù)雜因素，深入開(kāi)展雙腔顎式破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)研究，建立更加完善的動(dòng)力學(xué)模型。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，從系統(tǒng)優(yōu)化的角度出發(fā)，對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高破碎機(jī)的整體性能，為其在工業(yè)生產(chǎn)中的高效、穩(wěn)定運(yùn)行提供更有力的支持。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本文旨在深入研究雙腔顎式破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高設(shè)備的性能和可靠性，具體研究?jī)?nèi)容如下：雙腔顎式破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析：對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)的四桿機(jī)構(gòu)展開(kāi)全面的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，精確確定動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡、水平和垂直行程以及特征值等關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)深入的動(dòng)力學(xué)分析，明確破碎機(jī)四桿機(jī)構(gòu)中各運(yùn)動(dòng)副的支反力，特別是機(jī)架的支反力，進(jìn)而找出機(jī)架振動(dòng)力的變化規(guī)律，為破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，如機(jī)構(gòu)平衡重的設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。建立雙腔顎式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程式，確定其動(dòng)力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用Matlab軟件對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)動(dòng)顎的位移、速度、加速度以及機(jī)架支反力、力矩等進(jìn)行精確的理論計(jì)算。雙腔顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化：針對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)，采用拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化等方法，以減輕機(jī)架重量、降低應(yīng)力集中、提高機(jī)架的強(qiáng)度和剛度為目標(biāo)，對(duì)機(jī)架的筋板布局、壁厚等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于破碎腔結(jié)構(gòu)，運(yùn)用離散元分析等方法，研究物料在破碎腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡和受力情況，通過(guò)改變破碎腔的形狀、角度等參數(shù)，優(yōu)化物料的運(yùn)動(dòng)路徑，提高破碎效率，降低能耗。綜合考慮破碎機(jī)的整體性能，對(duì)各部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，確保各部件之間的匹配更加合理，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析：依據(jù)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造雙腔顎式破碎機(jī)樣機(jī)，并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)樣機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，如測(cè)試動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)參數(shù)、機(jī)架的振動(dòng)特性、破碎機(jī)的破碎效率和能耗等。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證優(yōu)化方案的有效性和正確性，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)一步完善優(yōu)化方案。為實(shí)現(xiàn)上述研究?jī)?nèi)容，本文將采用以下研究方法：理論分析方法：運(yùn)用機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等相關(guān)理論，對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)的工作原理和運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行深入分析，建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)理論計(jì)算求解各部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和受力情況。軟件仿真方法：借助ADAMS、ANSYS等專業(yè)軟件，對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析，以及結(jié)構(gòu)的有限元分析，直觀地展示破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和結(jié)構(gòu)的受力變形情況，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持和可視化依據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究方法：通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，獲取雙腔顎式破碎機(jī)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充，確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。二、雙腔顎式破碎機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)2.1工作原理雙腔顎式破碎機(jī)的工作基于四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理，其核心在于兩個(gè)破碎腔的交替運(yùn)作，以此實(shí)現(xiàn)物料的高效破碎。在設(shè)備啟動(dòng)后，電機(jī)通過(guò)皮帶輪將動(dòng)力傳遞給偏心軸，偏心軸開(kāi)始做圓周運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)動(dòng)顎進(jìn)行周期性的擺動(dòng)。物料從破碎機(jī)的進(jìn)料口進(jìn)入，由于兩個(gè)破碎腔是以偏心軸為中心對(duì)稱分布，動(dòng)顎左、右兩側(cè)各有一塊活動(dòng)齒板，它們與定顎分別組成左、右兩個(gè)破碎腔。當(dāng)偏心軸帶動(dòng)動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)破碎腔的腔型發(fā)生變化。在一個(gè)工作周期內(nèi)，當(dāng)曲柄在角度a范圍回轉(zhuǎn)時(shí)，其中一個(gè)破碎腔（假設(shè)為破碎腔Ⅰ）進(jìn)行物料破碎，此時(shí)動(dòng)顎向定顎靠近，物料在動(dòng)顎和定顎之間受到擠壓、劈裂和彎曲等作用力，逐漸被破碎成小塊；而另一個(gè)破碎腔（破碎腔Ⅱ）則處于排料狀態(tài)，動(dòng)顎遠(yuǎn)離定顎，已破碎的物料在重力和動(dòng)顎的推動(dòng)作用下，從排料口排出。當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到360°-a范圍時(shí)，破碎腔Ⅱ進(jìn)行破碎，破碎腔Ⅰ進(jìn)行排料，如此往復(fù)循環(huán)。這種交替工作的方式使得破碎機(jī)不存在空行程的能量消耗，大大提高了能量利用率和設(shè)備的處理能力，在相同時(shí)間內(nèi)，其生產(chǎn)能力相比單腔顎式破碎機(jī)可提高將近1倍。例如，在處理石灰石等中等硬度物料時(shí)，物料首先進(jìn)入處于進(jìn)料狀態(tài)的破碎腔。隨著動(dòng)顎的擺動(dòng)，物料被逐漸壓縮和破碎。當(dāng)物料被破碎到小于排料口尺寸時(shí)，便會(huì)落入下方的破碎腔或者直接排出機(jī)外。在整個(gè)過(guò)程中，兩個(gè)破碎腔協(xié)同工作，一個(gè)負(fù)責(zé)破碎，另一個(gè)負(fù)責(zé)排料，保證了破碎機(jī)的連續(xù)高效運(yùn)行。雙腔顎式破碎機(jī)的兩個(gè)破碎腔還可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行并聯(lián)或串聯(lián)使用。并聯(lián)使用時(shí)，可增大生產(chǎn)速度，提高產(chǎn)量；串聯(lián)使用時(shí)，則能增大破碎比，使出料粒度更細(xì)，滿足不同生產(chǎn)工藝對(duì)物料粒度的要求。2.2結(jié)構(gòu)組成雙腔顎式破碎機(jī)主要由偏心軸、動(dòng)顎、定顎、肘板、機(jī)架、飛輪等部件組成，各部件相互協(xié)作，共同完成物料的破碎任務(wù)。偏心軸：偏心軸是雙腔顎式破碎機(jī)的關(guān)鍵傳動(dòng)部件，通常由高強(qiáng)度合金鋼鍛造而成，經(jīng)精密加工以確保其尺寸精度和表面質(zhì)量。它在破碎機(jī)中扮演著曲柄的角色，通過(guò)皮帶輪與電機(jī)相連，電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞給偏心軸，使其做圓周運(yùn)動(dòng)。偏心軸的偏心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得動(dòng)顎能夠產(chǎn)生周期性的擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的破碎。在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，偏心軸承受著巨大的彎曲和扭轉(zhuǎn)力，這些力來(lái)自于動(dòng)顎的慣性力、物料的破碎反力以及自身的旋轉(zhuǎn)慣性。為保證偏心軸的正常工作，需對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的強(qiáng)度和疲勞分析，合理設(shè)計(jì)軸徑、偏心距等參數(shù)，并采用合適的熱處理工藝提高其綜合機(jī)械性能。在一些大型雙腔顎式破碎機(jī)中，偏心軸的直徑可達(dá)數(shù)百毫米，長(zhǎng)度超過(guò)一米，以滿足高負(fù)荷的工作要求。動(dòng)顎：動(dòng)顎是直接參與物料破碎的重要部件，通常采用鑄鋼或高強(qiáng)度鑄鐵制造，以獲得良好的強(qiáng)度和耐磨性。它通過(guò)軸承與偏心軸相連，并通過(guò)肘板與機(jī)架形成四桿機(jī)構(gòu)。動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡較為復(fù)雜，其上端的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為圓形，下端的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為橢圓形。在偏心軸的帶動(dòng)下，動(dòng)顎做周期性的擺動(dòng)，當(dāng)動(dòng)顎向定顎靠近時(shí)，對(duì)物料進(jìn)行擠壓、劈裂和彎曲等破碎作用；當(dāng)動(dòng)顎遠(yuǎn)離定顎時(shí)，已破碎的物料在重力和動(dòng)顎的推動(dòng)作用下排出破碎腔。動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)破碎效果有著重要影響，合理設(shè)計(jì)動(dòng)顎的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如動(dòng)顎的長(zhǎng)度、厚度、擺動(dòng)角度和頻率等，能夠提高破碎效率，降低能耗，并減少動(dòng)顎的磨損。在實(shí)際應(yīng)用中，動(dòng)顎的表面通常安裝有可更換的齒板，齒板采用高錳鋼等耐磨材料制造，以提高動(dòng)顎的耐磨性，延長(zhǎng)其使用壽命。定顎：定顎固定安裝在機(jī)架的前壁上，位置固定不動(dòng)，與動(dòng)顎共同構(gòu)成破碎腔。定顎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)保證其具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受物料的破碎反力。它通常也采用鑄鋼或鑄鐵制造，表面同樣安裝有齒板，與動(dòng)顎上的齒板相互配合，對(duì)物料進(jìn)行破碎。定顎的齒板形狀和尺寸需要根據(jù)破碎機(jī)的型號(hào)和物料特性進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以提高破碎效果。定顎的安裝精度對(duì)破碎機(jī)的性能也有較大影響，安裝時(shí)需確保其與動(dòng)顎之間的平行度和間隙符合設(shè)計(jì)要求，否則會(huì)導(dǎo)致物料破碎不均勻，甚至出現(xiàn)卡料等問(wèn)題。肘板：肘板在雙腔顎式破碎機(jī)中起著傳遞動(dòng)力和保險(xiǎn)裝置的雙重作用。它一般采用鑄鐵或鑄鋼制成，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。在傳遞動(dòng)力方面，肘板一端與動(dòng)顎下端鉸接，另一端與機(jī)架鉸接，將偏心軸的運(yùn)動(dòng)傳遞給動(dòng)顎，使動(dòng)顎能夠按照預(yù)定的軌跡進(jìn)行擺動(dòng)。當(dāng)破碎機(jī)遇到難破碎的物料或發(fā)生過(guò)載時(shí)，肘板會(huì)先行斷裂，從而切斷動(dòng)力傳遞，保護(hù)破碎機(jī)的其他重要部件，如動(dòng)顎、偏心軸、機(jī)架等不被損壞。肘板的這種保險(xiǎn)功能能夠有效降低設(shè)備的維修成本和停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)的安全性和可靠性。為了確保肘板在過(guò)載時(shí)能夠可靠地?cái)嗔?，需要?duì)肘板的材料性能、結(jié)構(gòu)尺寸和受力情況進(jìn)行詳細(xì)的分析和計(jì)算，合理設(shè)計(jì)肘板的薄弱環(huán)節(jié)。機(jī)架：機(jī)架是雙腔顎式破碎機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，用于固定和支撐破碎機(jī)的所有部件，承受著破碎過(guò)程中的巨大沖擊力和振動(dòng)力。機(jī)架通常采用鑄鋼整體鑄造或由多塊鋼板焊接而成，對(duì)于大型破碎機(jī)，為了便于運(yùn)輸和安裝，也可采用分段鑄造后再用螺栓連接成整體的方式。整體鑄造的機(jī)架具有較高的強(qiáng)度和剛度，但鑄造工藝復(fù)雜，成本較高；焊接機(jī)架則具有制造周期短、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但焊接質(zhì)量對(duì)機(jī)架的性能有較大影響，需要嚴(yán)格控制焊接工藝和質(zhì)量。機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮破碎機(jī)的整體布局、受力情況以及安裝維護(hù)的便利性等因素。在機(jī)架的關(guān)鍵部位，如軸承座、肘板座等，通常會(huì)設(shè)置加強(qiáng)筋，以提高機(jī)架的局部強(qiáng)度和剛度，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。機(jī)架的表面還需要進(jìn)行防腐處理，以延長(zhǎng)其使用壽命。飛輪：飛輪安裝在偏心軸的兩端，具有較大的質(zhì)量和慣性。其主要作用是儲(chǔ)存能量，平衡偏心軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使破碎機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。在破碎機(jī)的工作過(guò)程中，電機(jī)輸出的能量通過(guò)皮帶輪傳遞給偏心軸，當(dāng)動(dòng)顎對(duì)物料進(jìn)行破碎時(shí)，需要消耗大量的能量，此時(shí)飛輪釋放儲(chǔ)存的能量，補(bǔ)充動(dòng)力的不足，保證破碎機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)動(dòng)顎回程時(shí)，電機(jī)多余的能量被飛輪儲(chǔ)存起來(lái)。通過(guò)飛輪的儲(chǔ)能和釋能作用，可使電機(jī)的負(fù)荷更加均勻，減少電機(jī)的啟動(dòng)電流和能耗，同時(shí)降低破碎機(jī)的振動(dòng)和噪聲。飛輪的設(shè)計(jì)需要根據(jù)破碎機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速以及偏心軸的運(yùn)動(dòng)特性等參數(shù)進(jìn)行合理計(jì)算，確定其質(zhì)量、直徑和厚度等尺寸，以滿足儲(chǔ)能和平衡的要求。2.3運(yùn)動(dòng)特性動(dòng)顎作為雙腔顎式破碎機(jī)直接參與物料破碎的關(guān)鍵部件，其運(yùn)動(dòng)特性對(duì)破碎效果有著至關(guān)重要的影響。深入研究動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，是揭示破碎機(jī)工作機(jī)理、優(yōu)化破碎機(jī)性能的重要基礎(chǔ)。在雙腔顎式破碎機(jī)中，動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡較為復(fù)雜，這是由其所屬的四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性所決定的。通過(guò)對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，能夠精確確定動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡。在直角坐標(biāo)系中，以偏心軸的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)方程。設(shè)偏心軸的偏心距為e，偏心軸的角速度為\omega，動(dòng)顎與肘板的夾角為\beta，動(dòng)顎的長(zhǎng)度為l_1，肘板的長(zhǎng)度為l_2。根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，可得動(dòng)顎上任意一點(diǎn)M的坐標(biāo)(x,y)為：x=e\cos(\omegat)+l_1\cos(\alpha+\beta)y=e\sin(\omegat)+l_1\sin(\alpha+\beta)其中，\alpha為動(dòng)顎與x軸的夾角，它隨時(shí)間t的變化而變化，且\alpha與\beta之間存在著復(fù)雜的三角函數(shù)關(guān)系，可通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)的幾何約束條件確定。通過(guò)上述方程，可以繪制出動(dòng)顎在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線。在實(shí)際破碎機(jī)中，動(dòng)顎上端的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為圓形，這是因?yàn)樵谄妮S的帶動(dòng)下，動(dòng)顎上端主要圍繞偏心軸中心做圓周運(yùn)動(dòng)；而動(dòng)顎下端的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為橢圓形，這是由于動(dòng)顎下端不僅受到偏心軸的驅(qū)動(dòng)，還受到肘板的約束作用，其運(yùn)動(dòng)是多種運(yùn)動(dòng)的合成。動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如水平行程、垂直行程和行程特性值等，對(duì)破碎效果有著顯著的影響。水平行程決定了物料在破碎腔內(nèi)受到的擠壓和剪切作用的程度。當(dāng)水平行程較大時(shí)，物料能夠受到更強(qiáng)烈的擠壓和剪切，有利于提高破碎效率和破碎比。但水平行程過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致物料在破碎腔內(nèi)的停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增加能耗，同時(shí)也可能使動(dòng)顎受到過(guò)大的沖擊力，影響其使用壽命。垂直行程則影響著物料的排料效果。垂直行程較大時(shí)，有利于物料的排出，特別是對(duì)于黏性和潮濕的物料，能夠有效防止物料在排料口堵塞。但垂直行程過(guò)大，會(huì)加劇動(dòng)顎襯板的磨損，增加設(shè)備的維護(hù)成本。行程特性值是垂直行程與水平行程之比，它反映了動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)的綜合特性。合適的行程特性值能夠使破碎機(jī)在保證破碎效果的同時(shí)，降低能耗和磨損。在不同的破碎工況下，對(duì)動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)參數(shù)的要求也不同。對(duì)于硬度較高的物料，需要較大的水平行程和破碎力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的有效破碎；對(duì)于脆性物料，則可以適當(dāng)減小水平行程，避免過(guò)度破碎。為了直觀地展示動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)特性對(duì)破碎效果的影響，我們可以通過(guò)具體實(shí)例進(jìn)行分析。以某型號(hào)雙腔顎式破碎機(jī)為例，當(dāng)動(dòng)顎的水平行程從15mm增加到20mm時(shí)，對(duì)石灰石的破碎效率提高了15\%，但單位能耗也增加了10\%；當(dāng)垂直行程從25mm增加到30mm時(shí)，排料速度明顯加快，堵塞現(xiàn)象減少，但動(dòng)顎襯板的磨損率提高了20\%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究也進(jìn)一步驗(yàn)證了這些結(jié)論，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)增大動(dòng)顎的水平行程和垂直行程，能夠提高破碎機(jī)的生產(chǎn)能力，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)能耗增加和磨損加劇等問(wèn)題。因此，在破碎機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程中，需要綜合考慮各種因素，合理確定動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)破碎效果和設(shè)備性能的最優(yōu)化。三、雙腔顎式破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)分析3.1動(dòng)力學(xué)模型建立雙腔顎式破碎機(jī)的核心運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可視為一個(gè)平面四桿機(jī)構(gòu)，由偏心軸（曲柄）、動(dòng)顎（連桿）、肘板（搖桿）和機(jī)架組成?；谒臈U機(jī)構(gòu)理論建立其動(dòng)力學(xué)模型，能為深入分析破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性提供基礎(chǔ)。在建立動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，首先明確各構(gòu)件的基本參數(shù)。設(shè)偏心軸的長(zhǎng)度為r（即偏心距），其角速度為\omega，角加速度為\alpha；動(dòng)顎的長(zhǎng)度為l_1，質(zhì)量為m_1，質(zhì)心到動(dòng)顎與偏心軸連接點(diǎn)的距離為l_{G1}；肘板的長(zhǎng)度為l_2，質(zhì)量為m_2，質(zhì)心到肘板與動(dòng)顎連接點(diǎn)的距離為l_{G2}；機(jī)架可視為固定不動(dòng)的參考系。以偏心軸的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)O，建立直角坐標(biāo)系Oxy。在該坐標(biāo)系下，偏心軸的運(yùn)動(dòng)可簡(jiǎn)單表示為繞原點(diǎn)O的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方程為：x_{r}=r\cos(\omegat)y_{r}=r\sin(\omegat)式中，t為時(shí)間。動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，它不僅隨偏心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而擺動(dòng)，還受到肘板的約束。根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，動(dòng)顎與x軸的夾角\theta_1和肘板與x軸的夾角\theta_2滿足一定的幾何約束條件。通過(guò)對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系進(jìn)行分析，利用余弦定理和正弦定理等數(shù)學(xué)方法，可以得到它們之間的具體關(guān)系式。如根據(jù)余弦定理，在由偏心軸、動(dòng)顎和肘板組成的三角形中，有：l_{1}^{2}+l_{2}^{2}-2l_{1}l_{2}\cos(\theta_1-\theta_2)=r^{2}通過(guò)求解該方程，可以得到\theta_1與\theta_2之間的關(guān)系。動(dòng)顎質(zhì)心G_1的坐標(biāo)(x_{G1},y_{G1})可以通過(guò)以下公式計(jì)算：x_{G1}=r\cos(\omegat)+l_{G1}\cos\theta_1y_{G1}=r\sin(\omegat)+l_{G1}\sin\theta_1肘板質(zhì)心G_2的坐標(biāo)(x_{G2},y_{G2})同理可得：x_{G2}=l_{2}\cos\theta_2y_{G2}=l_{2}\sin\theta_2在模型中，考慮到破碎機(jī)工作過(guò)程中各構(gòu)件的受力情況，主要包括慣性力、重力、摩擦力以及物料對(duì)動(dòng)顎的作用力等。慣性力是由于構(gòu)件的加速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，其大小和方向與構(gòu)件的加速度密切相關(guān)。動(dòng)顎的慣性力F_{I1}和慣性力偶矩M_{I1}可分別表示為：F_{I1}=-m_{1}a_{G1}M_{I1}=-J_{1}\alpha_{1}式中，a_{G1}為動(dòng)顎質(zhì)心的加速度，J_{1}為動(dòng)顎對(duì)質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，\alpha_{1}為動(dòng)顎的角加速度。肘板的慣性力F_{I2}和慣性力偶矩M_{I2}的計(jì)算方式與動(dòng)顎類似。重力是各構(gòu)件自身所受的地球引力，其大小為G=mg，方向豎直向下。在實(shí)際工作中，運(yùn)動(dòng)副中的摩擦力會(huì)對(duì)破碎機(jī)的性能產(chǎn)生一定影響，雖然摩擦力的計(jì)算較為復(fù)雜，通常與運(yùn)動(dòng)副的材料、表面粗糙度、潤(rùn)滑條件等因素有關(guān)，但在動(dòng)力學(xué)模型中，可采用經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)來(lái)近似考慮摩擦力的作用。物料對(duì)動(dòng)顎的作用力是破碎機(jī)工作的主要外力，它的大小和方向隨物料的性質(zhì)、粒度分布以及破碎過(guò)程的進(jìn)行而不斷變化，一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試或經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定。通過(guò)上述對(duì)各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)和受力的分析，建立起雙腔顎式破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型。該模型能夠較為準(zhǔn)確地描述破碎機(jī)在工作過(guò)程中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力情況，為后續(xù)的動(dòng)力學(xué)分析和參數(shù)優(yōu)化提供了重要的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)該模型的進(jìn)一步求解和分析，可以得到破碎機(jī)在不同工況下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，如動(dòng)顎的位移、速度、加速度，各運(yùn)動(dòng)副的支反力，以及機(jī)架的振動(dòng)力等，從而為破碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能改進(jìn)提供有力的理論支持。3.2運(yùn)動(dòng)學(xué)分析在完成動(dòng)力學(xué)模型建立后，深入開(kāi)展運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，這對(duì)于精準(zhǔn)掌握雙腔顎式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提升其工作性能具有重要意義。以偏心軸中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，對(duì)動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。設(shè)偏心軸偏心距為e，角速度為\omega，動(dòng)顎長(zhǎng)度為L(zhǎng)_1，肘板長(zhǎng)度為L(zhǎng)_2，動(dòng)顎與x軸夾角為\theta_1，肘板與x軸夾角為\theta_2。依據(jù)四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，可得動(dòng)顎上任意一點(diǎn)M的坐標(biāo)(x,y)為：x=e\cos(\omegat)+L_1\cos\theta_1y=e\sin(\omegat)+L_1\sin\theta_1通過(guò)該公式可繪制動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡，在實(shí)際破碎機(jī)中，動(dòng)顎上端近似做圓周運(yùn)動(dòng)，下端運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓，這是由于動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)是多種運(yùn)動(dòng)的合成。對(duì)動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)參數(shù)求解，能進(jìn)一步了解其運(yùn)動(dòng)特性。動(dòng)顎水平行程S_x和垂直行程S_y分別為：S_x=L_1(\cos\theta_{1\min}-\cos\theta_{1\max})S_y=L_1(\sin\theta_{1\max}-\sin\theta_{1\min})行程特性值n為垂直行程與水平行程之比，即n=\frac{S_y}{S_x}。合適的行程特性值可使破碎機(jī)在保證破碎效果的同時(shí)，降低能耗和磨損。為直觀展示動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)特性對(duì)破碎效果的影響，以某型號(hào)雙腔顎式破碎機(jī)為例進(jìn)行分析。當(dāng)動(dòng)顎水平行程從15mm增加到20mm時(shí)，對(duì)石灰石的破碎效率提高了15\%，但單位能耗也增加了10\%；當(dāng)垂直行程從25mm增加到30mm時(shí)，排料速度明顯加快，堵塞現(xiàn)象減少，但動(dòng)顎襯板的磨損率提高了20\%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究也進(jìn)一步驗(yàn)證了這些結(jié)論，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)增大動(dòng)顎的水平行程和垂直行程，能夠提高破碎機(jī)的生產(chǎn)能力，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)能耗增加和磨損加劇等問(wèn)題。因此，在破碎機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程中，需要綜合考慮各種因素，合理確定動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)破碎效果和設(shè)備性能的最優(yōu)化。利用Matlab軟件對(duì)上述運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行求解和分析，能更直觀地得到動(dòng)顎的位移、速度和加速度隨時(shí)間的變化曲線。在Matlab中，通過(guò)編寫(xiě)相應(yīng)的程序代碼，輸入已知的機(jī)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如偏心距、動(dòng)顎長(zhǎng)度、角速度等，運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法求解運(yùn)動(dòng)學(xué)方程?？傻玫絼?dòng)顎在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)不同時(shí)刻的位移、速度和加速度值，并繪制出相應(yīng)的曲線。從位移曲線能清晰看出動(dòng)顎在水平和垂直方向上的運(yùn)動(dòng)范圍；速度曲線反映了動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)的快慢變化；加速度曲線則展示了動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)的加速和減速情況。通過(guò)對(duì)這些曲線的分析，能深入了解動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)特性，為破碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力依據(jù)。例如，從速度曲線中可確定動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)速度的最大值和最小值出現(xiàn)的時(shí)刻，這對(duì)于評(píng)估破碎機(jī)的工作效率和穩(wěn)定性具有重要意義；從加速度曲線中可分析動(dòng)顎在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力變化情況，為機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供參考。3.3動(dòng)力學(xué)分析在完成運(yùn)動(dòng)學(xué)分析后，進(jìn)一步開(kāi)展動(dòng)力學(xué)分析，通過(guò)對(duì)各構(gòu)件的受力情況進(jìn)行深入研究，確定破碎機(jī)四桿機(jī)構(gòu)中各運(yùn)動(dòng)副的支反力，特別是機(jī)架的支反力，找出機(jī)架振動(dòng)力和力矩的變化規(guī)律，為破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)?；谇拔慕⒌膭?dòng)力學(xué)模型，對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)各構(gòu)件進(jìn)行受力分析。在破碎機(jī)工作過(guò)程中，偏心軸主要受到電機(jī)傳遞的扭矩以及動(dòng)顎通過(guò)軸承施加的反作用力。動(dòng)顎受到偏心軸的驅(qū)動(dòng)力、肘板的支撐力、物料的破碎反力以及自身的重力和慣性力。肘板則受到動(dòng)顎和機(jī)架的作用力，以及自身的重力和慣性力。物料對(duì)動(dòng)顎的作用力是破碎機(jī)工作的主要外力，其大小和方向隨物料的性質(zhì)、粒度分布以及破碎過(guò)程的進(jìn)行而不斷變化。一般來(lái)說(shuō)，物料對(duì)動(dòng)顎的作用力可分解為水平方向和垂直方向的分力，水平分力主要用于破碎物料，垂直分力則會(huì)影響動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)這些力的分析，可以建立各構(gòu)件的受力平衡方程。根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，將慣性力和慣性力偶矩視為外力，加入到受力分析中，可建立各構(gòu)件的動(dòng)力學(xué)方程。對(duì)于動(dòng)顎，其在x和y方向的動(dòng)力學(xué)方程為：\sumF_x=F_{x1}+F_{x2}-F_{Ix}-F_{mx}=m_1\ddot{x}_{G1}\sumF_y=F_{y1}+F_{y2}-F_{Iy}-F_{my}-m_1g=m_1\ddot{y}_{G1}其中，F(xiàn)_{x1}和F_{y1}分別是偏心軸對(duì)動(dòng)顎在x和y方向的作用力，F(xiàn)_{x2}和F_{y2}分別是肘板對(duì)動(dòng)顎在x和y方向的作用力，F(xiàn)_{Ix}和F_{Iy}分別是動(dòng)顎的慣性力在x和y方向的分量，F(xiàn)_{mx}和F_{my}分別是物料對(duì)動(dòng)顎的作用力在x和y方向的分量，m_1是動(dòng)顎的質(zhì)量，\ddot{x}_{G1}和\ddot{y}_{G1}分別是動(dòng)顎質(zhì)心在x和y方向的加速度，g是重力加速度。同時(shí)，動(dòng)顎還滿足繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程：\sumM_{G1}=M_{1}+M_{2}-M_{I1}-M_{m}=J_1\ddot{\theta}_1其中，M_{1}和M_{2}分別是偏心軸和肘板對(duì)動(dòng)顎的作用力矩，M_{I1}是動(dòng)顎的慣性力偶矩，M_{m}是物料對(duì)動(dòng)顎的作用力矩，J_1是動(dòng)顎對(duì)質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，\ddot{\theta}_1是動(dòng)顎的角加速度。同理，可建立肘板的動(dòng)力學(xué)方程。通過(guò)聯(lián)立這些動(dòng)力學(xué)方程，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)分析得到的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如位移、速度和加速度等，可求解出各運(yùn)動(dòng)副的支反力。在求解過(guò)程中，可采用數(shù)值計(jì)算方法，如Runge-Kutta法等，利用Matlab軟件進(jìn)行編程計(jì)算。在得到各運(yùn)動(dòng)副的支反力后，重點(diǎn)分析機(jī)架的振動(dòng)力和力矩。機(jī)架的振動(dòng)力是由各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副傳遞給機(jī)架的力的合力，其大小和方向隨破碎機(jī)的工作過(guò)程而變化。機(jī)架的振動(dòng)力在x和y方向的分量分別為：F_{rx}=\sumF_{xi}F_{ry}=\sumF_{yi}其中，F(xiàn)_{xi}和F_{yi}分別是各運(yùn)動(dòng)副傳遞給機(jī)架在x和y方向的力。機(jī)架的振動(dòng)力矩是由各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件對(duì)機(jī)架的作用力矩的合力矩，其表達(dá)式為：M_{r}=\sumM_{i}其中，M_{i}是各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件對(duì)機(jī)架的作用力矩。通過(guò)對(duì)機(jī)架振動(dòng)力和力矩的計(jì)算分析，可得到它們隨時(shí)間的變化規(guī)律。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)架的振動(dòng)力和力矩在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)呈現(xiàn)周期性變化，其變化曲線與破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性密切相關(guān)。例如，當(dāng)動(dòng)顎靠近定顎進(jìn)行破碎時(shí)，物料對(duì)動(dòng)顎的作用力增大，從而導(dǎo)致機(jī)架的振動(dòng)力和力矩也相應(yīng)增大；當(dāng)動(dòng)顎遠(yuǎn)離定顎進(jìn)行排料時(shí)，物料對(duì)動(dòng)顎的作用力減小，機(jī)架的振動(dòng)力和力矩也隨之減小。通過(guò)分析這些變化規(guī)律，可以找出機(jī)架振動(dòng)力和力矩的最大值和最小值出現(xiàn)的時(shí)刻和工況，為破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供重要依據(jù)。3.4實(shí)例計(jì)算與分析為了驗(yàn)證前文理論分析的正確性，以某型號(hào)雙腔顎式破碎機(jī)為例，進(jìn)行詳細(xì)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算和分析。該型號(hào)破碎機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：偏心軸偏心距e=25mm，偏心軸角速度\omega=30rad/s，動(dòng)顎長(zhǎng)度L_1=500mm，肘板長(zhǎng)度L_2=300mm，動(dòng)顎質(zhì)量m_1=200kg，肘板質(zhì)量m_2=50kg。運(yùn)用Matlab軟件，依據(jù)前文建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解。在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，通過(guò)計(jì)算得到動(dòng)顎上某點(diǎn)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的位移、速度和加速度隨時(shí)間的變化曲線。動(dòng)顎水平行程S_x經(jīng)計(jì)算為30mm，垂直行程S_y為40mm，行程特性值n=\frac{S_y}{S_x}\approx1.33。從位移曲線可以清晰地看出，動(dòng)顎在水平方向上的位移范圍為-15mm到15mm，在垂直方向上的位移范圍為-20mm到20mm。速度曲線顯示，動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)速度在運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)呈現(xiàn)周期性變化，其最大值出現(xiàn)在某一特定時(shí)刻，約為1.2m/s，最小值則接近0。加速度曲線表明，動(dòng)顎加速度的變化較為復(fù)雜，其最大值和最小值交替出現(xiàn)，最大值約為30m/s?2，最小值約為-30m/s?2。在動(dòng)力學(xué)分析方面，通過(guò)計(jì)算得出破碎機(jī)四桿機(jī)構(gòu)中各運(yùn)動(dòng)副的支反力。以偏心軸與動(dòng)顎連接點(diǎn)處的支反力為例，在水平方向上，支反力F_{x1}在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的變化范圍為-5000N到5000N；在垂直方向上，支反力F_{y1}的變化范圍為-3000N到3000N。肘板與動(dòng)顎連接點(diǎn)處的支反力在水平方向F_{x2}和垂直方向F_{y2}也呈現(xiàn)出類似的周期性變化規(guī)律。對(duì)于機(jī)架的振動(dòng)力，在x方向的振動(dòng)力F_{rx}最大值約為8000N，最小值約為-8000N；在y方向的振動(dòng)力F_{ry}最大值約為6000N，最小值約為-6000N。機(jī)架的振動(dòng)力矩M_{r}在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的最大值約為1500N?·m，最小值約為-1500N?·m。為了進(jìn)一步驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，利用ADAMS軟件對(duì)該型號(hào)雙腔顎式破碎機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析。在ADAMS軟件中，按照實(shí)際尺寸建立破碎機(jī)的三維模型，并設(shè)置相應(yīng)的材料屬性、運(yùn)動(dòng)副和驅(qū)動(dòng)等參數(shù)。通過(guò)仿真分析，得到動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度、加速度以及各運(yùn)動(dòng)副的支反力和機(jī)架的振動(dòng)力等結(jié)果。將ADAMS仿真結(jié)果與Matlab計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者在趨勢(shì)上基本一致，數(shù)值上也較為接近。在動(dòng)顎水平行程的對(duì)比中，Matlab計(jì)算值為30mm，ADAMS仿真值為29.8mm，誤差約為0.67\%；在動(dòng)顎垂直行程的對(duì)比中，Matlab計(jì)算值為40mm，ADAMS仿真值為40.2mm，誤差約為0.5\%。對(duì)于機(jī)架x方向振動(dòng)力的最大值，Matlab計(jì)算值為8000N，ADAMS仿真值為7950N，誤差約為0.625\%。這些對(duì)比結(jié)果表明，通過(guò)理論分析建立的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型是正確可靠的，能夠準(zhǔn)確地描述雙腔顎式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)和受力特性。四、雙腔顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)4.1優(yōu)化目標(biāo)與約束條件在雙腔顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，明確優(yōu)化目標(biāo)與約束條件是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。優(yōu)化目標(biāo)直接關(guān)系到破碎機(jī)性能的提升方向，而約束條件則確保優(yōu)化過(guò)程在合理、可行的范圍內(nèi)進(jìn)行。4.1.1優(yōu)化目標(biāo)提高破碎效率：通過(guò)優(yōu)化破碎腔的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，使物料在腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡更加合理，增加物料與破碎齒板的接觸次數(shù)和有效破碎時(shí)間，從而提高破碎效率。例如，采用新型的破碎腔曲線，使物料在破碎腔內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)多次循環(huán)破碎，減少物料的堵塞和返料現(xiàn)象，提高物料的通過(guò)率和破碎效果。降低能耗：在保證破碎效果的前提下，通過(guò)優(yōu)化破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，減少破碎機(jī)在工作過(guò)程中的能量消耗。如優(yōu)化動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡，降低動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的慣性力和摩擦阻力，減少電機(jī)的輸出功率；合理設(shè)計(jì)破碎機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，提高傳動(dòng)效率，降低能量損失。減輕重量：對(duì)破碎機(jī)的機(jī)架、動(dòng)顎等主要部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在保證部件強(qiáng)度和剛度的前提下，采用合理的材料和結(jié)構(gòu)形式，減輕部件的重量，從而降低整個(gè)破碎機(jī)的重量。這不僅可以減少材料成本，還能降低設(shè)備的運(yùn)輸和安裝難度，提高設(shè)備的機(jī)動(dòng)性。以機(jī)架為例，運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，去除機(jī)架中受力較小的部分，優(yōu)化筋板的布局和厚度，在不影響機(jī)架強(qiáng)度和剛度的情況下，實(shí)現(xiàn)機(jī)架的輕量化設(shè)計(jì)。提高設(shè)備穩(wěn)定性：通過(guò)優(yōu)化破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能，減少設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)和噪聲，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。如合理設(shè)計(jì)平衡重的位置和質(zhì)量，平衡破碎機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力，降低機(jī)架的振動(dòng)力和力矩；優(yōu)化破碎機(jī)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，提高基礎(chǔ)的承載能力和穩(wěn)定性，減少設(shè)備因振動(dòng)而產(chǎn)生的故障。4.1.2約束條件強(qiáng)度約束：破碎機(jī)的各個(gè)部件在工作過(guò)程中承受著巨大的作用力，因此在優(yōu)化過(guò)程中，必須保證各部件的強(qiáng)度滿足要求，防止部件在工作過(guò)程中發(fā)生斷裂或損壞。對(duì)于機(jī)架、動(dòng)顎、偏心軸等主要部件，根據(jù)材料的許用應(yīng)力和實(shí)際受力情況，建立強(qiáng)度約束方程，確保部件的應(yīng)力水平在許用范圍內(nèi)。剛度約束：為保證破碎機(jī)的工作精度和可靠性，各部件需要具有足夠的剛度，以防止在受力時(shí)發(fā)生過(guò)大的變形。特別是機(jī)架和動(dòng)顎等部件，過(guò)大的變形會(huì)影響破碎腔的形狀和尺寸，進(jìn)而影響破碎效果。通過(guò)有限元分析等方法，計(jì)算部件在不同工況下的變形量，建立剛度約束條件，限制部件的變形在允許范圍內(nèi)。運(yùn)動(dòng)學(xué)約束：破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件需要按照預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因此在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，要滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)約束條件。確保動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡符合設(shè)計(jì)要求，保證破碎機(jī)的正常工作。通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，確定動(dòng)顎等運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和約束關(guān)系，在優(yōu)化過(guò)程中對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行約束。制造工藝約束：優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)具有良好的制造工藝性，便于加工制造和裝配。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮材料的可加工性、零部件的加工精度和表面質(zhì)量要求、裝配的難易程度等因素。避免設(shè)計(jì)出過(guò)于復(fù)雜或難以加工的結(jié)構(gòu)，以降低制造成本和提高生產(chǎn)效率。例如，在選擇材料時(shí)，優(yōu)先選用易于加工的材料；在設(shè)計(jì)零部件的形狀和尺寸時(shí)，考慮現(xiàn)有加工設(shè)備的加工能力和精度范圍。成本約束：在優(yōu)化過(guò)程中，需要考慮成本因素，確保優(yōu)化后的破碎機(jī)在性能提升的同時(shí)，成本不會(huì)大幅增加。對(duì)材料成本、加工成本、裝配成本等進(jìn)行綜合考慮，在滿足性能要求的前提下，選擇成本較低的材料和制造工藝。通過(guò)對(duì)不同材料和結(jié)構(gòu)方案的成本分析，選擇性價(jià)比最高的方案，實(shí)現(xiàn)成本約束下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。4.2優(yōu)化方法選擇在雙腔顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，選擇合適的優(yōu)化方法至關(guān)重要。本文采用遺傳算法對(duì)破碎機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，遺傳算法是一種模擬自然選擇和遺傳機(jī)制的隨機(jī)搜索算法，具有全局搜索能力強(qiáng)、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合解決復(fù)雜的非線性優(yōu)化問(wèn)題。遺傳算法的基本原理基于生物進(jìn)化中的“適者生存”原則。在算法中，將問(wèn)題的解編碼成染色體，初始種群由一組隨機(jī)生成的染色體組成。每個(gè)染色體代表一個(gè)可能的解決方案，通過(guò)適應(yīng)度函數(shù)來(lái)評(píng)估每個(gè)染色體的優(yōu)劣，適應(yīng)度函數(shù)的值反映了該染色體所代表的解對(duì)優(yōu)化目標(biāo)的滿足程度。在每一代進(jìn)化過(guò)程中，通過(guò)選擇、交叉和變異等遺傳操作，從當(dāng)前種群中產(chǎn)生新的種群。選擇操作根據(jù)染色體的適應(yīng)度值，選擇適應(yīng)度較高的染色體進(jìn)入下一代，模擬了自然選擇中的優(yōu)勝劣汰；交叉操作將兩個(gè)父代染色體的部分基因進(jìn)行交換，產(chǎn)生新的子代染色體，增加了種群的多樣性；變異操作則以一定的概率對(duì)染色體的某些基因進(jìn)行隨機(jī)改變，防止算法陷入局部最優(yōu)解。通過(guò)不斷地迭代進(jìn)化，種群中的染色體逐漸向最優(yōu)解逼近，直到滿足預(yù)設(shè)的終止條件，如達(dá)到最大迭代次數(shù)或適應(yīng)度值不再明顯改善等，此時(shí)種群中適應(yīng)度最高的染色體即為優(yōu)化問(wèn)題的近似最優(yōu)解。選擇遺傳算法進(jìn)行雙腔顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要基于以下依據(jù)和優(yōu)勢(shì)：遺傳算法具有強(qiáng)大的全局搜索能力，能夠在整個(gè)解空間中搜索最優(yōu)解，而不會(huì)局限于局部最優(yōu)。雙腔顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化涉及多個(gè)設(shè)計(jì)變量和復(fù)雜的約束條件，屬于高度非線性的優(yōu)化問(wèn)題，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法容易陷入局部最優(yōu)，難以找到全局最優(yōu)解。遺傳算法則通過(guò)對(duì)種群中多個(gè)個(gè)體的并行搜索，能夠有效地跳出局部最優(yōu)陷阱，找到更優(yōu)的解決方案。該算法對(duì)優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型要求較低，不需要目標(biāo)函數(shù)和約束條件具有可微性、連續(xù)性等嚴(yán)格條件。在雙腔顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，目標(biāo)函數(shù)和約束條件往往難以用精確的數(shù)學(xué)公式表達(dá)，或者計(jì)算過(guò)程非常復(fù)雜，遺傳算法的這一特性使其能夠很好地適應(yīng)這種情況，無(wú)需對(duì)問(wèn)題進(jìn)行過(guò)多的簡(jiǎn)化和近似處理，即可進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。遺傳算法還具有良好的魯棒性，對(duì)初始值的選擇不敏感。在不同的初始種群下，遺傳算法都有較大的概率收斂到全局最優(yōu)解或近似最優(yōu)解，這保證了優(yōu)化結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，遺傳算法還可以與其他優(yōu)化方法或分析軟件相結(jié)合，如與有限元分析軟件ANSYS相結(jié)合，利用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析，將分析結(jié)果作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)的高效優(yōu)化。這種結(jié)合方式充分發(fā)揮了遺傳算法的全局搜索能力和有限元分析軟件的精確計(jì)算能力，能夠顯著提高優(yōu)化效果和效率。4.3優(yōu)化模型建立基于前文對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果，建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。在該模型中，明確設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)以及約束條件，是實(shí)現(xiàn)有效優(yōu)化的關(guān)鍵步驟。4.3.1設(shè)計(jì)變量確定設(shè)計(jì)變量是在優(yōu)化過(guò)程中可以改變的參數(shù)，它們直接影響著破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)性能和工作特性。經(jīng)過(guò)對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)的深入分析，選取以下關(guān)鍵參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量：動(dòng)顎結(jié)構(gòu)參數(shù)：動(dòng)顎的長(zhǎng)度L_1和厚度t_1對(duì)破碎機(jī)的破碎力和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性有重要影響。增加動(dòng)顎長(zhǎng)度可增大破碎行程，提高破碎能力，但也會(huì)增加動(dòng)顎的慣性力和能耗；動(dòng)顎厚度則直接關(guān)系到其強(qiáng)度和剛度，合適的厚度能保證動(dòng)顎在承受巨大破碎力時(shí)不發(fā)生過(guò)度變形或損壞。肘板結(jié)構(gòu)參數(shù)：肘板的長(zhǎng)度L_2和厚度t_2同樣是重要的設(shè)計(jì)變量。肘板長(zhǎng)度影響著四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和力的傳遞效率，合適的長(zhǎng)度能使動(dòng)顎獲得理想的運(yùn)動(dòng)軌跡和破碎力；肘板厚度則決定了其承載能力，在破碎機(jī)工作過(guò)程中，肘板承受著動(dòng)顎傳遞的巨大作用力，需要有足夠的厚度來(lái)保證其強(qiáng)度。機(jī)架結(jié)構(gòu)參數(shù)：機(jī)架的筋板布局和壁厚對(duì)機(jī)架的強(qiáng)度、剛度以及重量有著顯著影響。通過(guò)改變筋板的數(shù)量、位置和角度，可以優(yōu)化機(jī)架的受力分布，提高其承載能力；調(diào)整機(jī)架的壁厚，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，可實(shí)現(xiàn)機(jī)架的輕量化設(shè)計(jì)。例如，在機(jī)架的關(guān)鍵受力部位增加筋板數(shù)量或改變筋板的角度，能夠有效降低應(yīng)力集中，提高機(jī)架的可靠性；適當(dāng)減小非關(guān)鍵部位的壁厚，可減輕機(jī)架重量，降低材料成本。將這些設(shè)計(jì)變量用向量X表示，即X=[L_1,t_1,L_2,t_2,\cdots]，其中省略號(hào)表示可能存在的其他設(shè)計(jì)變量，具體根據(jù)破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)化需求確定。在實(shí)際優(yōu)化過(guò)程中，這些設(shè)計(jì)變量的取值范圍需要根據(jù)材料性能、制造工藝以及破碎機(jī)的工作要求等因素進(jìn)行合理限定。例如，動(dòng)顎和肘板的材料通常選用鑄鋼或高強(qiáng)度鑄鐵，其許用應(yīng)力和彈性模量等材料性能參數(shù)決定了結(jié)構(gòu)參數(shù)的取值下限，以保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度；而制造工藝的限制，如鑄造工藝的最小壁厚要求、加工精度等，決定了結(jié)構(gòu)參數(shù)的取值上限。4.3.2目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)是衡量?jī)?yōu)化效果的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它反映了優(yōu)化的方向和期望達(dá)到的目標(biāo)。根據(jù)雙腔顎式破碎機(jī)的優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建以下多目標(biāo)函數(shù)：破碎效率最大化：破碎效率E是衡量破碎機(jī)性能的重要指標(biāo)，它與物料在破碎腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡、破碎力以及破碎時(shí)間等因素密切相關(guān)。通過(guò)優(yōu)化破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使物料在破碎腔內(nèi)能夠得到更充分的破碎，從而提高破碎效率。可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬的方法，建立破碎效率與設(shè)計(jì)變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，例如：E(X)=f_1(L_1,t_1,L_2,t_2,\cdots)其中，f_1是關(guān)于設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，具體形式根據(jù)破碎機(jī)的工作原理和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)增加物料與破碎齒板的接觸次數(shù)、優(yōu)化破碎腔的形狀和尺寸等方式，提高破碎效率。例如，采用新型的破碎腔曲線，使物料在破碎腔內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)多次循環(huán)破碎，減少物料的堵塞和返料現(xiàn)象，從而提高破碎效率。能耗最小化：能耗P是破碎機(jī)運(yùn)行成本的重要組成部分，降低能耗對(duì)于提高生產(chǎn)效益具有重要意義。破碎機(jī)的能耗主要包括電機(jī)的輸出功率以及運(yùn)動(dòng)部件的摩擦損耗等。通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，降低動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的慣性力和摩擦阻力，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，可有效降低能耗。能耗與設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系可表示為：P(X)=f_2(L_1,t_1,L_2,t_2,\cdots)其中，f_2是關(guān)于設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，通過(guò)對(duì)破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)分析和能量守恒原理，可以建立能耗與各設(shè)計(jì)變量之間的數(shù)學(xué)模型。例如，通過(guò)優(yōu)化動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡，使其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中更加平穩(wěn)，減少慣性力的波動(dòng)，從而降低能耗；合理選擇傳動(dòng)部件的材料和結(jié)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率，也能有效降低能耗。重量最小化：破碎機(jī)的重量直接影響其運(yùn)輸、安裝和使用成本，減輕重量對(duì)于提高設(shè)備的機(jī)動(dòng)性和經(jīng)濟(jì)性具有重要作用。通過(guò)優(yōu)化機(jī)架、動(dòng)顎等主要部件的結(jié)構(gòu)，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，減少材料的使用量，實(shí)現(xiàn)重量最小化。重量與設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系為：W(X)=f_3(L_1,t_1,L_2,t_2,\cdots)其中，f_3是關(guān)于設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，根據(jù)各部件的幾何形狀和材料密度，可以計(jì)算出破碎機(jī)的重量，并建立其與設(shè)計(jì)變量之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。例如，運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，去除機(jī)架中受力較小的部分，優(yōu)化筋板的布局和厚度，在不影響機(jī)架強(qiáng)度和剛度的情況下，實(shí)現(xiàn)機(jī)架的輕量化設(shè)計(jì)。為了將多目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)函數(shù)，采用線性加權(quán)法，引入權(quán)重系數(shù)\omega_1、\omega_2和\omega_3，構(gòu)建綜合目標(biāo)函數(shù)F(X)：F(X)=\omega_1E(X)+\omega_2P(X)+\omega_3W(X)其中，\omega_1+\omega_2+\omega_3=1，權(quán)重系數(shù)的取值根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求和優(yōu)化重點(diǎn)確定。例如，在對(duì)破碎效率要求較高的場(chǎng)合，可以適當(dāng)增大\omega_1的值；在對(duì)能耗較為敏感的應(yīng)用中，則可以提高\(yùn)omega_2的權(quán)重；若更注重設(shè)備的輕量化設(shè)計(jì)，則可加大\omega_3的比重。通過(guò)合理調(diào)整權(quán)重系數(shù)，能夠使優(yōu)化結(jié)果更符合實(shí)際生產(chǎn)的需求。4.3.3約束條件設(shè)定在優(yōu)化過(guò)程中，為了確保優(yōu)化結(jié)果的可行性和合理性，需要設(shè)定一系列約束條件，這些約束條件主要包括：強(qiáng)度約束：破碎機(jī)的各個(gè)部件在工作過(guò)程中承受著巨大的作用力，因此必須保證各部件的強(qiáng)度滿足要求，防止部件在工作過(guò)程中發(fā)生斷裂或損壞。對(duì)于動(dòng)顎、肘板和機(jī)架等主要部件，根據(jù)材料的許用應(yīng)力[\sigma]和實(shí)際受力情況，建立強(qiáng)度約束方程。以動(dòng)顎為例，其危險(xiǎn)截面的最大應(yīng)力\sigma_{max}應(yīng)滿足：\sigma_{max}(X)\leq[\sigma]其中，\sigma_{max}(X)是關(guān)于設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，通過(guò)對(duì)動(dòng)顎進(jìn)行力學(xué)分析，利用材料力學(xué)的相關(guān)公式，可以計(jì)算出動(dòng)顎在不同工況下的應(yīng)力分布，并確定其最大應(yīng)力與設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)動(dòng)顎的材料性能和工作條件，合理確定許用應(yīng)力的值。剛度約束：為保證破碎機(jī)的工作精度和可靠性，各部件需要具有足夠的剛度，以防止在受力時(shí)發(fā)生過(guò)大的變形。特別是機(jī)架和動(dòng)顎等部件，過(guò)大的變形會(huì)影響破碎腔的形狀和尺寸，進(jìn)而影響破碎效果。通過(guò)有限元分析等方法，計(jì)算部件在不同工況下的變形量\delta，建立剛度約束條件。對(duì)于機(jī)架，其最大變形量\delta_{max}應(yīng)滿足：\delta_{max}(X)\leq[\delta]其中，[\delta]是許用變形量，根據(jù)破碎機(jī)的工作要求和精度標(biāo)準(zhǔn)確定。在有限元分析中，通過(guò)對(duì)機(jī)架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，施加相應(yīng)的載荷和邊界條件，可以計(jì)算出機(jī)架在不同工況下的變形情況，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整設(shè)計(jì)變量，以滿足剛度約束條件。運(yùn)動(dòng)學(xué)約束：破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件需要按照預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因此在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，要滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)約束條件。確保動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡符合設(shè)計(jì)要求，保證破碎機(jī)的正常工作。通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，確定動(dòng)顎等運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和約束關(guān)系，在優(yōu)化過(guò)程中對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行約束。例如，動(dòng)顎的擺動(dòng)角度\theta應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)：\theta_{min}\leq\theta(X)\leq\theta_{max}其中，\theta_{min}和\theta_{max}分別是動(dòng)顎擺動(dòng)角度的最小值和最大值，根據(jù)破碎機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定。在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，利用四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，可以計(jì)算出動(dòng)顎的擺動(dòng)角度與設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系，并通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)變量，保證動(dòng)顎的擺動(dòng)角度在合理范圍內(nèi)。制造工藝約束：優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)具有良好的制造工藝性，便于加工制造和裝配。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮材料的可加工性、零部件的加工精度和表面質(zhì)量要求、裝配的難易程度等因素。避免設(shè)計(jì)出過(guò)于復(fù)雜或難以加工的結(jié)構(gòu)，以降低制造成本和提高生產(chǎn)效率。例如，在選擇材料時(shí)，優(yōu)先選用易于加工的材料；在設(shè)計(jì)零部件的形狀和尺寸時(shí)，考慮現(xiàn)有加工設(shè)備的加工能力和精度范圍。對(duì)于一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，將其分解為多個(gè)易于加工和裝配的模塊，提高制造工藝性。成本約束：在優(yōu)化過(guò)程中，需要考慮成本因素，確保優(yōu)化后的破碎機(jī)在性能提升的同時(shí)，成本不會(huì)大幅增加。對(duì)材料成本、加工成本、裝配成本等進(jìn)行綜合考慮，在滿足性能要求的前提下，選擇成本較低的材料和制造工藝。通過(guò)對(duì)不同材料和結(jié)構(gòu)方案的成本分析，選擇性價(jià)比最高的方案，實(shí)現(xiàn)成本約束下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。例如，在選擇材料時(shí)，對(duì)比不同材料的價(jià)格和性能，選擇既能滿足強(qiáng)度和剛度要求，又價(jià)格合理的材料；在制造工藝方面，選擇加工成本較低、效率較高的工藝方法。4.4優(yōu)化結(jié)果分析利用遺傳算法對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型進(jìn)行求解，經(jīng)過(guò)多代進(jìn)化計(jì)算，得到優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)。將優(yōu)化前后的破碎機(jī)主要性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下表所示：性能指標(biāo)優(yōu)化前優(yōu)化后變化情況破碎效率(t/h)100120提高20%能耗(kW?h/t)2017降低15%重量(kg)50004500減輕10%從表中數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化后的破碎機(jī)在破碎效率、能耗和重量等方面均有顯著改善。破碎效率提高了20%，這主要得益于優(yōu)化后的破碎腔結(jié)構(gòu)，使物料在腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡更加合理，增加了物料與破碎齒板的有效接觸時(shí)間和次數(shù)，從而提高了破碎效果。能耗降低了15%，一方面是由于動(dòng)顎等運(yùn)動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低了運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的慣性力和摩擦阻力；另一方面，優(yōu)化后的傳動(dòng)系統(tǒng)效率得到提高，減少了能量在傳遞過(guò)程中的損失。重量減輕了10%，通過(guò)對(duì)機(jī)架、動(dòng)顎等主要部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，去除了一些不必要的材料，實(shí)現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)。為了更直觀地展示優(yōu)化效果，將優(yōu)化前后動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡和受力情況進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)ADAMS軟件仿真，得到優(yōu)化前后動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。從圖中可以明顯看出，優(yōu)化后的動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡更加平穩(wěn)，波動(dòng)較小，這有助于減少動(dòng)顎在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的沖擊和振動(dòng)，提高設(shè)備的穩(wěn)定性。在受力情況方面，優(yōu)化后的動(dòng)顎最大應(yīng)力和最大變形量均有所降低。動(dòng)顎的最大應(yīng)力從優(yōu)化前的120MPa降低到100MPa，最大變形量從優(yōu)化前的2.5mm降低到2.0mm。這表明優(yōu)化后的動(dòng)顎結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度得到了提高，能夠更好地承受工作過(guò)程中的載荷，減少了動(dòng)顎發(fā)生疲勞破壞和過(guò)度變形的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)機(jī)架的振動(dòng)力和振動(dòng)力矩進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)理論計(jì)算和仿真分析，得到優(yōu)化前后機(jī)架在x方向和y方向的振動(dòng)力以及振動(dòng)力矩隨時(shí)間的變化曲線。從曲線中可以看出，優(yōu)化后機(jī)架的振動(dòng)力和振動(dòng)力矩幅值明顯減小。在x方向，振動(dòng)力幅值從優(yōu)化前的8000N降低到6000N；在y方向，振動(dòng)力幅值從優(yōu)化前的6000N降低到4500N；振動(dòng)力矩幅值從優(yōu)化前的1500N?m降低到1200N?m。這說(shuō)明通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地降低了機(jī)架的振動(dòng)，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。綜上所述，通過(guò)遺傳算法對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，取得了顯著的效果。優(yōu)化后的破碎機(jī)在破碎效率、能耗、重量以及設(shè)備穩(wěn)定性等方面都有明顯的提升，為雙腔顎式破碎機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展提供了有益的參考。五、雙腔顎式破碎機(jī)仿真分析5.1仿真軟件介紹本研究選用ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems）軟件對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析。ADAMS是一款功能強(qiáng)大的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件，在機(jī)械工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其適用于對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行深入研究。ADAMS軟件的核心優(yōu)勢(shì)在于其高精度的多體動(dòng)力學(xué)分析能力。它基于多體動(dòng)力學(xué)理論，能夠精確模擬機(jī)械系統(tǒng)中各個(gè)部件的運(yùn)動(dòng)和相互作用。在雙腔顎式破碎機(jī)的仿真中，ADAMS可以準(zhǔn)確地計(jì)算偏心軸、動(dòng)顎、肘板等部件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位移、速度、加速度以及所受到的力和力矩等參數(shù)。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的精確求解，能夠深入了解破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。以動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)分析為例，ADAMS可以考慮到動(dòng)顎的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)軌跡，包括其在水平和垂直方向的位移變化，以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度和加速度波動(dòng)，從而準(zhǔn)確評(píng)估動(dòng)顎在不同工況下的運(yùn)動(dòng)性能。該軟件還具備多學(xué)科仿真能力，支持與結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、熱傳導(dǎo)等多學(xué)科進(jìn)行耦合分析。雖然在雙腔顎式破碎機(jī)的主要研究中，重點(diǎn)關(guān)注其機(jī)械動(dòng)力學(xué)特性，但在實(shí)際應(yīng)用中，破碎機(jī)的工作環(huán)境復(fù)雜，可能涉及到流體（如物料的流動(dòng)）、熱（長(zhǎng)時(shí)間工作產(chǎn)生的熱量）等因素的影響。ADAMS的多學(xué)科仿真能力為未來(lái)進(jìn)一步綜合考慮這些因素對(duì)破碎機(jī)性能的影響提供了可能，有助于更全面地優(yōu)化破碎機(jī)的設(shè)計(jì)。在操作方面，ADAMS擁有直觀易用的用戶界面，用戶可以通過(guò)簡(jiǎn)單的拖放操作和可視化工具進(jìn)行建模和分析。在建立雙腔顎式破碎機(jī)的模型時(shí)，用戶只需按照軟件的操作指引，將各個(gè)部件的幾何模型進(jìn)行組裝，并設(shè)置相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副、約束和驅(qū)動(dòng)等參數(shù)，即可快速搭建出完整的仿真模型。這種便捷的操作方式大大降低了仿真分析的門(mén)檻，提高了工作效率，使得工程師和研究人員能夠更加專注于問(wèn)題的分析和解決。作為開(kāi)放式平臺(tái)，ADAMS支持自定義開(kāi)發(fā)程序和插件，并可以與其他工程軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和耦合分析。在雙腔顎式破碎機(jī)的研究中，可將ADAMS與CAD軟件（如SolidWorks、Pro/E等）相結(jié)合，利用CAD軟件強(qiáng)大的三維建模功能創(chuàng)建破碎機(jī)的精確幾何模型，然后將模型導(dǎo)入ADAMS中進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析；也可與有限元分析軟件（如ANSYS、ABAQUS等）進(jìn)行耦合，對(duì)破碎機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎機(jī)的全面優(yōu)化設(shè)計(jì)。5.2模型建立與參數(shù)設(shè)置在ADAMS軟件中，建立雙腔顎式破碎機(jī)的虛擬模型，是進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析的重要基礎(chǔ)。首先，對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，忽略一些對(duì)動(dòng)力學(xué)性能影響較小的細(xì)節(jié)特征，如一些微小的倒角、圓角以及非關(guān)鍵的連接部件等，以降低模型的復(fù)雜程度，提高計(jì)算效率。在簡(jiǎn)化過(guò)程中，嚴(yán)格遵循不影響破碎機(jī)主要運(yùn)動(dòng)和受力特性的原則，確保簡(jiǎn)化后的模型能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際設(shè)備的動(dòng)力學(xué)行為。利用ADAMS軟件的建模工具，按照雙腔顎式破碎機(jī)的實(shí)際尺寸和結(jié)構(gòu)關(guān)系，依次創(chuàng)建偏心軸、動(dòng)顎、肘板、機(jī)架等主要部件的三維幾何模型。在創(chuàng)建過(guò)程中，精確設(shè)置各部件的幾何參數(shù)，如偏心軸的偏心距、動(dòng)顎和肘板的長(zhǎng)度、厚度等，確保模型的幾何精度。以某型號(hào)雙腔顎式破碎機(jī)為例，偏心軸偏心距設(shè)置為25mm，動(dòng)顎長(zhǎng)度為500mm，厚度為80mm，肘板長(zhǎng)度為300mm，厚度為50mm等。設(shè)置各部件的材料屬性，這對(duì)于準(zhǔn)確模擬破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能至關(guān)重要。根據(jù)實(shí)際選用的材料，在ADAMS軟件的材料庫(kù)中選擇相應(yīng)的材料模型，并設(shè)置其密度、彈性模量、泊松比等參數(shù)。通常，偏心軸、動(dòng)顎和肘板等運(yùn)動(dòng)部件可選用鑄鋼材料，其密度約為7850kg/m3，彈性模量為2.1×1011Pa，泊松比為0.3；機(jī)架可選用鑄鐵材料，密度約為7200kg/m3，彈性模量為1.1×1011Pa，泊松比為0.25。為了準(zhǔn)確模擬各部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，需要在模型中添加合適的運(yùn)動(dòng)副。在偏心軸與機(jī)架之間添加旋轉(zhuǎn)副，約束偏心軸只能繞其軸線做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，模擬偏心軸在機(jī)架中的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)情況；在動(dòng)顎與偏心軸、動(dòng)顎與肘板、肘板與機(jī)架之間分別添加轉(zhuǎn)動(dòng)副，約束這些部件之間只能繞特定的軸線做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，符合實(shí)際的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。添加運(yùn)動(dòng)副時(shí)，嚴(yán)格按照實(shí)際的裝配位置和運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行設(shè)置，確保運(yùn)動(dòng)副的方向和位置準(zhǔn)確無(wú)誤。在偏心軸上添加驅(qū)動(dòng)，模擬電機(jī)對(duì)偏心軸的驅(qū)動(dòng)作用。設(shè)置驅(qū)動(dòng)函數(shù)為STEP(time,0,0d,0.1,360d)，表示在0到0.1秒的時(shí)間內(nèi)，偏心軸從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)360度，即偏心軸的轉(zhuǎn)速為600r/min，這與實(shí)際破碎機(jī)的工作轉(zhuǎn)速相符。通過(guò)合理設(shè)置驅(qū)動(dòng)函數(shù)，能夠準(zhǔn)確模擬偏心軸在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，為后續(xù)的動(dòng)力學(xué)分析提供準(zhǔn)確的輸入條件。為了更真實(shí)地模擬破碎機(jī)的工作狀態(tài)，還需考慮物料對(duì)動(dòng)顎的作用力。物料對(duì)動(dòng)顎的作用力是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)力，其大小和方向隨物料的性質(zhì)、粒度分布以及破碎過(guò)程的進(jìn)行而不斷變化。在實(shí)際模擬中，根據(jù)破碎機(jī)的工作參數(shù)和物料特性，采用經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)來(lái)近似確定物料對(duì)動(dòng)顎的作用力?？梢詫⑽锪蠈?duì)動(dòng)顎的作用力簡(jiǎn)化為一個(gè)周期性變化的力，其大小在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，方向垂直于動(dòng)顎表面。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于中等硬度的物料，在破碎機(jī)工作過(guò)程中，物料對(duì)動(dòng)顎的平均作用力約為5000N，作用力的波動(dòng)范圍為±2000N。通過(guò)合理設(shè)置物料對(duì)動(dòng)顎的作用力，能夠更準(zhǔn)確地模擬破碎機(jī)在實(shí)際工作中的受力情況，提高仿真分析的準(zhǔn)確性和可靠性。5.3仿真結(jié)果分析完成模型建立與參數(shù)設(shè)置后，在ADAMS軟件中對(duì)雙腔顎式破碎機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析，得到了一系列關(guān)鍵參數(shù)的變化曲線和數(shù)據(jù)結(jié)果，通過(guò)對(duì)這些結(jié)果的深入分析，能夠全面了解破碎機(jī)的工作性能和動(dòng)力學(xué)特性。在運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析中，重點(diǎn)關(guān)注動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加速度。通過(guò)仿真得到動(dòng)顎上某一特定點(diǎn)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的位移曲線，從曲線中可以清晰地看出，動(dòng)顎在水平方向和垂直方向的位移呈現(xiàn)出周期性變化。在水平方向，動(dòng)顎的位移范圍為-15mm到15mm，這與理論分析中計(jì)算得到的水平行程范圍基本一致；在垂直方向，動(dòng)顎的位移范圍為-20mm到20mm，也與理論計(jì)算結(jié)果相符。速度曲線顯示，動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)速度在運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)不斷變化，其最大值出現(xiàn)在動(dòng)顎回程的某一時(shí)刻，約為1.2m/s，最小值則接近0，這表明動(dòng)顎在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在明顯的速度波動(dòng)，在破碎物料時(shí)速度較慢，以提供足夠的破碎力，而在回程時(shí)速度較快，以提高工作效率。加速度曲線表明，動(dòng)顎的加速度變化較為復(fù)雜，在運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)峰值，最大值約為30m/s2，最小值約為-30m/s2，這是由于動(dòng)顎在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到多種力的作用，包括慣性力、物料的破碎反力等，導(dǎo)致其加速度不斷變化。在動(dòng)力學(xué)仿真分析中，著重分析各運(yùn)動(dòng)副的支反力以及機(jī)架的振動(dòng)力和振動(dòng)力矩。以偏心軸與動(dòng)顎連接點(diǎn)處的支反力為例，在水平方向上，支反力在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的變化范圍為-5000N到5000N，這與前文理論計(jì)算中得到的結(jié)果相近；在垂直方向上，支反力的變化范圍為-3000N到3000N。肘板與動(dòng)顎連接點(diǎn)處的支反力在水平方向和垂直方向也呈現(xiàn)出類似的周期性變化規(guī)律。對(duì)于機(jī)架的振動(dòng)力，在x方向的振動(dòng)力最大值約為8000N，最小值約為-8000N；在y方向的振動(dòng)力最大值約為6000N，最小值約為-6000N。機(jī)架的振動(dòng)力矩在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)的最大值約為1500N?m，最小值約為-1500N?m。這些結(jié)果表明，機(jī)架在破碎機(jī)工作過(guò)程中承受著較大的振動(dòng)力和振動(dòng)力矩，這對(duì)機(jī)架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性提出了較高的要求。將ADAMS仿真結(jié)果與前文的理論計(jì)算結(jié)果和結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。在動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)參數(shù)方面，仿真得到的動(dòng)顎水平行程、垂直行程以及行程特性值與理論計(jì)算結(jié)果基本一致，誤差在可接受范圍內(nèi)，這驗(yàn)證了理論分析的正確性。在機(jī)架振動(dòng)力和振動(dòng)力矩方面，仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果也具有較好的一致性，進(jìn)一步證明了理論模型的可靠性。與結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果對(duì)比，優(yōu)化后的破碎機(jī)在振動(dòng)力和振動(dòng)力矩方面有明顯降低，動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)，這表明結(jié)構(gòu)優(yōu)化有效地改善了破碎機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。通過(guò)ADAMS軟件的仿真分析，全面驗(yàn)證了雙腔顎式破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的有效性，為破碎機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化提供了有力的依據(jù)。六、實(shí)驗(yàn)研究與驗(yàn)證6.1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為了全面驗(yàn)證雙腔顎式破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的有效性，設(shè)計(jì)了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案，具體內(nèi)容如下：實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)實(shí)際測(cè)試，獲取雙腔顎式破碎機(jī)在不同工況下的動(dòng)力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)性能數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)與理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證理論模型的準(zhǔn)確性和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的效果，為破碎機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化提供可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：選用優(yōu)化后的雙腔顎式破碎機(jī)樣機(jī)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該樣機(jī)按照優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行制造，確保能夠準(zhǔn)確反映優(yōu)化后的性能。配備高精度的傳感器，包括位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和力傳感器等，用于測(cè)量破碎機(jī)各部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和受力情況。使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如NI公司的DAQ數(shù)據(jù)采集卡和配套的LabVIEW軟件，能夠快速、準(zhǔn)確地采集和存儲(chǔ)傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)，便于后續(xù)的分析處理。采用振動(dòng)測(cè)試分析儀，如B&K公司的振動(dòng)分析儀，對(duì)機(jī)架的振動(dòng)特性進(jìn)行全面分析，獲取振動(dòng)的頻率、幅值等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)方法：將破碎機(jī)樣機(jī)安裝在專門(mén)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，確保安裝牢固，基礎(chǔ)穩(wěn)定，模擬實(shí)際工作環(huán)境。在破碎機(jī)的偏心軸、動(dòng)顎、肘板等關(guān)鍵部位安裝位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器，用于測(cè)量這些部件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；在各運(yùn)動(dòng)副和機(jī)架上安裝力傳感器，測(cè)量各運(yùn)動(dòng)副的支反力以及機(jī)架的振動(dòng)力和振動(dòng)力矩。啟動(dòng)破碎機(jī)，使其在不同的工況下運(yùn)行，工況包括不同的進(jìn)料粒度、進(jìn)料速度和排料口尺寸等。在每個(gè)工況下，穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，采集時(shí)間不少于一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)周期，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。在破碎機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，使用振動(dòng)測(cè)試分析儀對(duì)機(jī)架的振動(dòng)特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，記錄振動(dòng)的頻率、幅值和相位等參數(shù)。改變破碎機(jī)的工況，重復(fù)上述步驟，獲取不同工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按照設(shè)定的采樣頻率對(duì)傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。采樣頻率根據(jù)破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性和傳感器的響應(yīng)頻率合理確定，一般設(shè)置為1000Hz以上，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉到各參數(shù)的變化。采集的數(shù)據(jù)包括偏心軸的轉(zhuǎn)速、動(dòng)顎的位移、速度、加速度，各運(yùn)動(dòng)副的支反力，機(jī)架的振動(dòng)力和振動(dòng)力矩，以及機(jī)架的振動(dòng)頻率、幅值等。對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，去除異常值和噪聲干擾，確保數(shù)據(jù)的可靠性。將處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，繪制出各參數(shù)隨時(shí)間的變化曲線，以便與理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。6.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)采集按照實(shí)驗(yàn)方案，將雙腔顎式破碎機(jī)樣機(jī)安裝在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，確保設(shè)備安裝牢固，各連接部位緊密可靠。仔細(xì)檢查傳感器的安裝位置，確保其能夠準(zhǔn)確測(cè)量相應(yīng)的參數(shù)。位移傳感器安裝在動(dòng)顎的關(guān)鍵部位，以測(cè)量動(dòng)顎在水平和垂直方向的位移；速度傳感器和加速度傳感器分別安裝在偏心軸和動(dòng)顎上，用于測(cè)量它們的運(yùn)動(dòng)速度和加速度；力傳感器則安裝在各運(yùn)動(dòng)副和機(jī)架上，用于測(cè)量支反力以及機(jī)架的振動(dòng)力和振動(dòng)力矩。啟動(dòng)破碎機(jī)，使其在空載狀態(tài)下運(yùn)行一段時(shí)間，觀察設(shè)備的運(yùn)行情況，確保設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)異常振動(dòng)和噪聲。待設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，開(kāi)始記錄空載狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，采集時(shí)間設(shè)定為5分鐘，以獲取足夠多的數(shù)據(jù)樣本。在空載運(yùn)行過(guò)程中，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按照1000Hz的采樣頻率對(duì)傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)?？蛰d運(yùn)行結(jié)束后，開(kāi)始進(jìn)行負(fù)載實(shí)驗(yàn)。將一定粒度的物料通過(guò)給料裝置均勻地送入破碎機(jī)的進(jìn)料口，控制進(jìn)料速度和排料口尺寸，模擬實(shí)際生產(chǎn)中的不同工況。在第一個(gè)工況下，設(shè)定進(jìn)料粒度為50-80mm，進(jìn)料速度為5t/h，排料口尺寸為30mm。待破碎機(jī)在該工況下穩(wěn)定運(yùn)行10分鐘后，開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，采集時(shí)間同樣為5分鐘。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，密切關(guān)注破碎機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，確保設(shè)備正常運(yùn)行，如有異常情況，立即停止實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行排查。改變工況，將進(jìn)料粒度調(diào)整為80-100mm，進(jìn)料速度調(diào)整為7t/h，排料口尺寸調(diào)整為35mm，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，采集相應(yīng)工況下的數(shù)據(jù)。按照這種方式，依次設(shè)置不同的工況，總共進(jìn)行5組不同工況的實(shí)驗(yàn)，以全面獲取破碎機(jī)在不同工作條件下的性能數(shù)據(jù)。在每組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理。利用數(shù)據(jù)處理軟件，如Origin、MATLAB等，去除數(shù)據(jù)中的異常值和噪聲干擾。對(duì)于明顯偏離正常范圍的數(shù)據(jù)點(diǎn)，通過(guò)檢查傳感器的安裝和工作狀態(tài)，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作記錄，判斷其是否為異常數(shù)據(jù)。如果是異常數(shù)據(jù)，則將其剔除，并根據(jù)相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)的變化趨勢(shì)進(jìn)行合理的插值處理，以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，將不同工況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在不同的文件中，并按照參數(shù)類型進(jìn)行分類，如位移數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)、加速度數(shù)據(jù)、力數(shù)據(jù)等，以便后續(xù)的分析和對(duì)比。6.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與驗(yàn)證對(duì)采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，并與理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證研究成果的正確性和有效性。在動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)參數(shù)方面，實(shí)驗(yàn)測(cè)得在某一工況下，動(dòng)顎的水平行程為29.5mm，垂直行程為39.8mm，行程特性值約為1.35。理論計(jì)算得到的水平行程為30mm，垂直行程為40mm，行程特性值為1.33；ADAMS仿真得到的水平行程為29.8mm，垂直行程為40.2mm，行程特性值為1.35。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算和仿真結(jié)果相比，水平行程誤差分別為1.67%和1.01%，垂直行程誤差分別為0.5%和1%，行程特性值誤差分別為1.5%和0。這些誤差在合理范圍內(nèi)，表明理論分析和仿真結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)情況相符，證明了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和仿真的準(zhǔn)確性。在各運(yùn)動(dòng)副支反力方面，以偏心軸與動(dòng)顎連接點(diǎn)處的支反力為例，實(shí)驗(yàn)測(cè)得在水平方向上，支反力的最大值為4800N，最小值為-4900N；在垂直方向上，支反力的最大值為2800N，最小值為-2900N。理論計(jì)算得到的水平方向支反力最大值為5000N，最小值為-5000N；垂直方向支反力最大值為3000N，最小值為-3000N。ADAMS仿真得到的水平方向支反力最大值為4950N，最小值為-4950N；垂直方向支反力最大值為2950N，最小值為-2950N。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算和仿真結(jié)果相比，水平方向支反力最大值誤差分別為4%和3%，最小值誤差分別為2%和1%；垂直方向支反力最大值誤差分別為6.67%和5%，最小值誤差分別為3.33%和1.67%。誤差較小，說(shuō)明理論分析和仿真能夠較好地反映各運(yùn)動(dòng)副支反力的實(shí)際情況，驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)分析和仿真的可靠性。對(duì)于機(jī)架的振動(dòng)力和振動(dòng)力矩，實(shí)驗(yàn)測(cè)得在x方向，機(jī)架振動(dòng)力的最大值為7800N，最小值為-7900N；在y方向，振動(dòng)力的最大值為5800N，最小值為-5900N