随着矿产资源的大量开采利用，矿产资源日趋贫化，对作为初碎设备的颚式破碎机提出了更高的要求。各矿山机械企业只有通过采用特殊技术，更新技术装备，才能开发出生产率高、物料粒度均匀、运动性能合理的产品来提高市场竞争力。

国内有少数破碎机厂家的产品基本接近世界水平，但大多数厂家的产品与世界水平相比差距很大。在开发设计中是否采用机构优化模块对破碎机进行优化设计，得到动颚运动特性是关键因素。传统颚式破碎机的开发主要使用经验法和类比法，开发周期长、成本高。随着虚拟样机技术的初步应用，通过仿真分析已能直观得到动颚的运动特性，实现了在物理样机生产之前即可检测破碎机性能的优劣。然而颚式破碎机动颚行程、传动角和肘板摆角等参数不是孤立的，彼此相关又互相矛盾，靠常规设计很难得到好的方案。我们基于颚式破碎机新产品的运动机构进行优化，在保证破碎机具有较好性能条件下获得预期的生产率，为产品开发方案论证提供依据。

1、复摆颚式破碎机的工作原理

复摆颚式破碎机工作时，物料进入由颚板1、2组成的楔形破碎腔内，破碎腔的楔形空间可以保证大块料分布在上面，较小的块料在下面。电动机通过驱动偏心轴5带动动颚6作平面运动，动颚6周期性地接近固定颚板2，当固定在动颚6上的活动颚板1接近时，料块受到挤压、弯折和劈裂的作用而被破碎；当动颚6离开时，料块在重力的作用下向下移动，占据新的位置；当料块的尺寸小于破碎腔较狭窄部分时即离开破碎腔，然后重复循环。

2、运动机构优化问题的提出

众所周知，颚式破碎机的生产能力是破碎机重要性能指标之一。破碎机运动机构是曲柄摇杆机构，生产能力是单位时间所处理的物料量，通过动颚摆动一次排出的棱柱体截面积可以推出破碎机生产率。

由上面分析可知，当结构参数中给、排料口尺寸与啮角确定后，破碎机生产能力与动颚水平行程的关系。实际情况是破碎机的水平行程小于排料口宽度b，由此可见，破碎机的生产率随着水平行程的增加而提高。

动颚水平行程较小时，会降低生产率，但又不能太大，否则，在排料口处的物料会由于产生过压实现象而使破碎力急剧增大，导致过载而使机件损坏。传动角对整个机构的传动性能有影响，传动角越大，传动性能越好，但过大又会导致功耗的增加；若传动角过小，传动性能低，易使肘板磨损，故传动角一般宜在45°~55°之间。为了保证肘板在肘板垫上滚动，则肘板摆动角不能超过接触处两倍的摩擦角，考虑各种因素的影响，通常取4°~6°。

3、参数化建模及优化分析

强大的参数化建模功能通过参数化建模，可以将参数值设置为变量，在分析过程中，只需改变样机模型中的有关数值，程序就可以自动更新整个样机模型；而且还可以根据预先设置的可变参数，自动进行一系列的仿真分析，观察在不同参数值下样机的变化。

（1）确定设计变量

复摆颚式破碎机的运动机构是典型的曲柄摇杆机构，其动颚运动轨迹就是连杆轨迹，各构件的参数变化使动颚水平行程、传动角和肘板摆动角等结构参数也会相应地发生改变，对整个破碎机的工作性能都会产生影响，均可作为设计变量。本次分析基于颚式破碎机采用单一变量，以曲柄长度作为设计变量，连杆的长度1281.5mm，肘板长度530mm。

（2）确定目标值

以机构运动特性为出发点，以破碎机预期生产能力为目标值，确定曲柄的长度。取目标值为40～100m³/h。

（3）参数化建模

①创建设计变量

以颚式破碎机运动机构为例进行优化，设曲柄长度为变量，初始值为12.5，取值范围设定为8～20mm；设肘板与机架夹角为随动变量，初始值为104.9°，根据肘板摆动角约束条件为4°～6°，则该角取值范围应为108.9°～110.9°。

②建模

首先根据机构中各点坐标值创建模型的端点，利用ADAMS几何建模工具集直接建模，建立颚式破碎机的虚拟机构模型，如图所示。AB为破碎机的偏心轴（曲柄）、BC为破碎机动颚（连杆），CD为破碎机的肘板（摇杆）、AD为破碎机的机架。各杆件之间通过转动副相连接，其中肘板转轴D、曲柄转动中心A与大地固接，曲柄转动中心A加旋转驱动。

③显示分析结果

在设计研究过程中，通过对变量AB在约束范围8～20mm内分9次进行离散取值，根据设计变量值的不同，进行一系列仿真分析，并输出各次仿真分析的结果。

利用ADAMS参数化建模，对设置的变量进行仿真迭代，通过分析参数变化，提取满足水平行程、传动角经验值及生产能力预期目标的变量值，从而获得运动机构的优化设计方案。针对不同机型、不同的设计变量和约束条件，只需要更改各杆件端点的坐标值及变量范围，就可以对各种型号的颚式破碎机运动机构进行仿真优化设计，大大缩短了产品开发周期，改善了产品工作性能，提高了市场竞争力。

更新时间：2019-05-14