【文章內容簡介】 要求進行作業(yè)。有 噪音小，工況條件好 、 錘擊力強，作業(yè)效率高 、 反沖力小 、適用于各種苛刻工況 等優(yōu)點 。 液壓破碎機的工作原理 液壓破碎機 通過調節(jié)液壓缸來控制液壓破碎錘的位姿 來達到不同的工況 ， 而 液壓錘是一種特殊的液壓機具，它將控制閥、執(zhí)行器、蓄能器等液壓元件集于一身，控制閥與執(zhí)行器相互反饋控制，自動完成活塞的往復運動，將液體的壓力能轉化為活塞的沖擊能。 5 目前市場上的液壓錘的活塞回程運動都是液壓作用力完成的，而活塞的沖程運動，則可根據沖程時作用力的來源不同將液壓錘分為氮爆錘、全液錘與氣液錘三種類型。 其工作時通過閥門系統(tǒng)接受挖掘機液壓動力，推動活塞向破碎器尾部運動，同時壓縮氮氣室中的氮氣，積蓄能量。當活塞運動到尾部規(guī)定位置時，閥門調整液壓方向，推 動活塞反向運動，同時氮氣膨脹一同推動活塞向下運動，撞擊釬桿， 將液壓能轉變?yōu)闄C械沖擊從而 能 實現破碎功能。 固定式液壓破碎機的基本結構 固定式液壓破碎機整機的基本結構如圖 所示： 圖 液壓破碎機整機結構圖 GTP 固定式破碎機主要由工作裝置（圖中的 9）、回轉機構（圖中的 10）、液壓泵站（圖中的 2）、操作駕駛室（圖中的 3）和電氣系統(tǒng)幾部分組成 [8]。各主要部分的名稱如下： 1. 油泵電機組 2. 油箱總成 3. 操作駕駛室 4. 動 臂 5. 斗桿 油缸 6. 斗桿 7. 轉錘油缸 8. GT60 液壓破碎錘 9. 動 臂油缸 10. 回轉平臺及底座 6 本論文設計內容及任務概述 本文是對液壓破碎機動臂部件進行有限元力學特性分析，根據液壓破碎機工作裝置的結構特點和實際工作情況， 對液壓破碎機進行運動仿真從而分析其運動和動力特性，確定液壓破碎機動臂部件 危險工況。并應用 UG有限元分析軟件對動臂進行靜力學分析、模態(tài)分析、疲勞分析。根據分析結果進行優(yōu)化和改進 。 任務概述 1）完成調研，檢索文獻，對國內外在該領域的研究現狀有足夠的認識。 2）基于各種認識的基礎上 ,了解本課題需要解決的問題。 4） 使用 UG 軟件的三維建模功能 完成某液壓破碎機的三維建模和裝配 5）有限元分析軟件 NX Nastran 對動臂進行靜力學分析并 對其 結果分析 6）有限元分析軟件 NX Nastran 對動臂進行疲勞分析并 對其 結果分析 7）有限元分析軟件 NX Nastran 對動臂進行模態(tài)分析并 對其 結果分析 8）根據相關數據與結果，整理 得出結論 。 7 第 二 章 三維模型的建立 與 運動仿真 UG 三維軟件的簡介 UG 是 Siemens PLM Software 公司 出品 的集 CAD/CAM/CAE 于一體的三維 參數化設計軟件 ,在汽車、交通、航空航天、日用消費品、通用機械及電子工業(yè)等工程設計領域得到了大規(guī)模 的 應用 。 UG 針對用戶的 虛擬產品設計 和工藝設計的需求，提供了經過實踐驗證的解決方案。 UG 具有三個設計層次，即結構設計、子系統(tǒng)設計和組件設計。 該軟件具有以下特點： l）具有統(tǒng)一的數據庫，真正實現了 CAD/CAE/CAM 等各模塊之間的無數據交換的自由切換，可實施并行工程。 2）采用復合建模技術，可將實體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數化建模融為一體。 3）用基于特征的建模和編輯方法作為實體造型基礎，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設計辦法，并能用參數驅動。 4）以 Parasolid 為實體建模核心，實體造型功能處于領先地位。目前著名CAD/CAE/CAM 軟件均以此作為實體造型基礎。 5）提供了界面良好的二次開發(fā)工具 GRIP 和 UFUNC，并能通過高級語言接口，使 UG的圖形功能與高級語言的計算功能緊密結合起來。 6）具有良好的用戶介面，絕大多數功能都可通過圖標實現；進行對象操作時，具有自動推理功能；同時，在每個操作步驟中，都有相應的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。 所以本文選用 UG 軟件進行三維建模。根據某液壓破碎機的數據和設計圖紙，利用UG 軟件的三維建模功能對整機進行建模并裝配，包括動臂部件、斗杠部件、液壓缸、活塞桿、底座、破碎錘、連桿機構等 。建模時對不會影響結果的特征進行去除。模型里的焊 縫處按連續(xù)處理。 動臂三維模型的建立 液壓破碎機工作裝置里動臂 部件和動臂液壓缸 與回轉平臺上的底座用銷軸鉸接，動臂液壓缸 的控制工作裝置。液壓破碎機中其他工作裝置如破碎錘、連桿機構、斗桿部件與液壓缸都是使用銷軸鉸接。 動臂是液壓破碎機工作裝置中的主要部件，其機構有整體式和組合式兩種。整體式動臂。其整體式動臂的有點事結構簡單，質量輕而剛度大。其缺點是更換的工作裝置少，8 通用性交叉。整體式動臂又可以分為直動臂和彎動臂中直動臂結構簡單。質量輕、制造方便，不適用于通用破碎機機。 整體式動臂通常使用彎曲梁結構，使用厚鋼板 Q345 材料的上下接板和左右側板對接焊縫焊接而成 。 而組合式動臂由輔助連桿或 液壓缸或螺栓鏈接而成?？梢愿鶕鳂I(yè)條件隨意調整作業(yè)尺寸，且調整時間短，此外，它的互換工作裝置多，可以滿足各種作業(yè)的需要。裝車運輸方便。所以本文選用組合式彎動臂。 組合式 動臂 由 整承架 、中間板、前臂組成。 對其分別建模并裝配可得動臂部件。 整承架的建模 整承架由支撐架與后置板組成，支撐架由連接管、前置板、加厚板組成建模 ， 如圖 連接管的建模，圖 前置板的建模，圖 加厚板的建模，圖 后置板的建模圖 支撐架的裝配，圖 整承架的裝配。 圖 圖 圖 圖 圖 9 圖 中間板的建模 中間板由支撐板、耳板、中間板組成。如圖 耳板的建模，圖 連接管 的建模，圖 支撐板 的建模，圖 中間板 的建模，圖 中間板的裝配。 圖 圖 圖 圖 10 圖 前臂的建模 前臂對動臂是用于力的傳遞功能，主要由前板和前支架組成。 而前支架是由兩前支架的前板和前支架組成的， 如圖 前板的建模 ，圖 前板 1 的建模，圖 前板 2 的建模，圖 前支架的建模，圖 前支架的裝配，圖 前臂的裝配。 圖 圖 1的建模 圖 2的建模 11 圖 圖 圖 動臂的裝配體 將整承架、中間板、前臂 裝配組成動臂部件，如圖 動臂部件。 12 圖 動臂部件 裝配 2. 3 斗桿三維模型的建立 斗桿部件一般用箱形斷面的變直梁結構，能夠承受較大的側向彎矩。 它主要由前板、前支架、前加強板、下頂蓋、加強板、后板和耳板組成。分別對其建模并裝配組成斗 桿部件如圖 斗桿部件。 圖 13 其他零部件三維模型的建立 液壓固定式破碎機除了操作室、固定裝置、動臂和斗桿以外，還有其他很重要的組成部分，主要包括底座、液壓缸、液壓油桿、連桿、安裝板、破碎錘等。其中底座部分可以根據實際情況的需要選擇是掛式還是坐式；液壓油桿是主要的動力傳輸裝置；連接部分是用來連接斗桿與液壓破碎錘的；而破碎錘是直接與被破碎物相接觸的零件，根據錘型 進行建模 。 液壓缸等 其他部件的建模 根據 PC 系列挖掘機油缸 中性能參數及連接形式， 與 GT6O 破碎錘等部件參數 進行三維建模 ，如圖 液壓缸建模、圖 底座的建模、圖 破碎錘的建模、圖 連桿機構的建模 。 圖 液壓 缸 的建模 圖 的 簡化 模型 14 圖 GT60 破碎錘 的建模 圖 連桿機構 整機裝配 與運動仿真 將 以上 各個部件裝配組成液壓破碎機 ， 在各部件的鉸接點處匹配裝配，各部件 裝配體 如圖 所示 液壓破碎機總裝配體 。 圖 液壓破碎機總裝配體 15 進入 運動仿真 環(huán)境 ，新建 運動 仿真。選擇類型為 動力學 ，單擊確定。 選擇底座為固定連桿 LOO1，其他部件依次設置成不固定連桿。 對于本文參考約束關系，采用旋轉副、滑動副、固定副，施加在各部件之間的約束情況如表 21 所示 表 21約束使用情況表 部件 1 部件 2 約束 底座 地面 固定副 動臂 底座 旋轉副 動臂油缸缸筒 底座 旋轉副 動臂油缸活塞桿 動臂油缸缸筒 滑動副 動臂油缸活塞桿 動臂 旋轉副 斗桿 油缸缸筒 動臂 旋轉副 斗桿油缸活塞桿 斗 桿 油缸缸筒 滑動副 斗 桿 動臂 旋轉副 斗桿油缸活塞桿 斗桿 旋轉副 轉錘油缸活塞桿 轉錘油缸缸筒 滑動副 轉錘油缸活塞桿 連桿 旋轉副 連桿 搖桿 旋轉副 搖桿 斗桿 旋轉副 破碎錘 斗桿 旋轉副 破碎錘 連 桿 旋轉副 添加了符合實際情況的運動副可以對其進行運動仿真分析了，液壓破碎機的動力來自動臂油缸、斗杠油缸和轉錘油缸產生的液壓驅動力提供的， 通過調節(jié)液壓缸來控制液壓破碎機的工作。 UG 中將實際運動函數模型轉換為 UG 運動仿真中的 階躍 STEP 運動控制函數，從而控制機構的運動規(guī)律。 STEP 函數格式如下： STEP (x, x0, h0, x1, h1) 其中， x ― 自變量 ，可以是時間或時間的任一函數 x0 ― 自變量 的 STEP 函數開始值，可以是常數或函數表達式或設計變量； x1 ― 自變量 的 STEP 函數結束值，可以是常數、函數表達式或設計變量 h0 ― STEP 函數的初始值，可以是常數、設計變量或其它函數表達式 h1 ― STEP 函數的最 終值 ，可以是常數、設計變量或其它函數表達式 16 因為液壓破碎機工作尺寸只 涉及到平面，不考慮液壓破碎機的回轉動作，依據各油缸的理論行程、仿真過程避免發(fā)生干涉及獲得工作范圍原則將三個液壓缸驅動函數設置如下： 動臂油缸 STEP 函數設置： STEP(time,5,0,10,200)+STEP(time,20,0,30,850)+STEP(time,40,0,50,850)+STEP(time,55,0, 60,200) 斗 桿 油缸 STEP 函數設置： STEP(time,5,0,10,800)+STEP(time,30,0,35,550)+STEP(time,35,0,40,550)+STEP(time,55,0, 60,800) 轉錘油缸 STEP 函數設置： STEP(time,5,0,10,250)+STEP(time,55,0,60,250) 將 STEP 函數分別添加到油缸的滑動副 驅動 中， 分別設置好 動臂油缸、 斗 桿 油缸和轉錘油缸的 STEP 函數， STEP 函數曲線圖如圖 、圖 、圖 所示。 圖 STEP曲線圖 圖 桿 油缸 STEP曲線圖 17 圖 STEP曲線圖 由圖 、圖 、圖 可知，首先調整動臂油缸全伸，斗 桿 油缸與轉錘油缸全縮，使破碎錘達到最高點，接著調整動臂油缸全縮，斗 桿 油缸伸至使破碎錘達到最低點。最后調整動臂油缸、斗 桿 油缸、轉錘油缸使液壓破碎機回到原位。 在 UG的運動仿真模塊對其進行求解運算。仿真結束后，可在動畫中觀看仿真結果。利用 UG 仿真模塊中的作圖功能選取破碎錘為對象，定義 Y 軸為破碎錘 Y 方向的位移，定義 X 軸為破碎錘 X 方向的位移。生成圖 為液壓破碎機在 XY 平面內工作范圍軌跡。 圖 XY平面 最大工作范圍 運動仿真軌跡圖 18 根據 液壓破碎機 工作范圍軌跡圖， 研究其工作區(qū)域， 分析可得到破碎 錘 最遠工作位置，破碎錘最低工作 位置與最高工作位置等極限工作尺寸， 現對其 液壓破碎錘位于離回轉平臺最遠位置 并垂直工作 下的 工況進行運動仿真 。 為了模擬實際工作狀態(tài)加入回轉動作。添加簡化回轉裝置，并將其在 UG 運動仿真模塊中設置為固定連桿。將底座與回轉裝置設置為旋轉副。 根據其工況將 液壓缸驅動函數設置如下： 動臂油缸 STEP 函數設置： STEP(time,5,0,10,300)+STEP(time,15,0,30,300) 斗 桿 油缸 STEP 函數設置： STEP(time,5,0,9,700)+STE