複擺颚式破碎機的運動及動能學分析

由偏心軸、動颚和肋闆等構件組成的運動機構，是颚式破碎機的主要工作裝置，不僅結構特殊，而且受力複雜。破碎機在負荷下運轉時，各運動件都具有一定的加速度，會産生很大的慣性力，而且大小、方向呈周期性變化。運動件的慣性力會在機構的運動副中引起附加動載，是引起機座振動，造成零件早期磨損的主要原因。因此，對破碎機運動機構的載荷特性進行計算分析，了解各構件的受力狀況和規律，對提高和改善破碎機工作性能和使用壽命具有重要意義。

以目前廣泛使用的複擺颚式破碎機為研究對象，在對其運動機構進行簡化的基礎上，進行運動機構的受力分析，建立機構的動能學模型和表征機構動能學特征的數學模型，求出各構件在機構運動中的受力大小及變動規律，為複擺颚式破碎機的結構設計和動能學參數優化提供載荷依據。

1、運動分析

複擺颚式破碎機的工作原理是，由電動機帶動偏心軸轉動，懸挂在偏心軸上的動颚随着偏心軸的轉動做周期性的上下擺動。物料進入由動颚與定颚構成的破碎腔後，動颚上行時，肋闆與動颚間的夾角增大，從而推動動颚闆向固定颚闆靠攏，破碎腔橫截面寬度減小，破碎腔内的物料被壓碎或劈碎，從而達到破碎的目的；動颚下行時，肋闆與動颚間夾角減小，動颚闆遠離固定颚闆，已破碎物料從破碎腔下口排出。

根據機構學原理，破碎機運動機構可以簡化為一個平面四杆機構。偏心軸偏心距、動颚軸承中心到動颚肋闆襯墊中心距離、肋闆長度、偏心軸固定支座中心到肋闆固定支承點距離，分别對應于四杆機構的曲柄、連杆、搖杆和機架。

2、機構的動能學分析

（1）機構受力分析

破碎機運動機構在載荷工況下各構件的受力分析是一個已知質點的運動規律求質點所受的力的問題。達朗伯原理提供了研究非自由質系動能學的一個普遍方法，由動能學問題轉變為“靜力學”問題，用靜力學研究平衡問題的方法來解決動能學問題。運用達朗伯原理，将慣性力、慣性力矩作為虛拟外力施加到構件上，建立達朗伯平衡力系，運動機構在外力及慣性力系作用下處于平衡。

注意到受力分析中沒有構件重力和物料摩擦力的作用，這是因為破碎機運動機構屬于高速運動機構，重力、摩擦力等與慣性力相比很小，一般忽略不計。此外，肋闆相對于主軸和動颚的質量及轉動慣量亦很小，其慣性力和慣性力矩與其他構件相比亦可不予考慮。

（2）破碎力的計算

破碎力是破碎機的外載荷，是作用于破碎機破碎腔内動颚齒闆上的分布載荷的合力，随主軸轉角而變化。有研究表明，當物料種類确定時，物料受壓縮時的壓縮比是決定破碎力的主要因素，單位面積的破碎力與壓縮比一般呈線性關系。

設想将破碎腔沿高度方向分成許多薄層，則總的破碎力等于所有薄層破碎力的總和。而物料的壓縮比是指物料被壓縮前後體積的變化率，等于被壓縮的體積與原體積的比。因為破碎腔寬度是固定的，故每個薄層壓縮前後體積的變化可以近似等于其長度的變化。

（3）慣性力的計算

慣性力是由于物體的慣性引起了對外界抵抗的反作用力。破碎機工作時運動機構産生的慣性力主要為主軸和動颚的慣性力和慣性力矩。

破碎機工作時主軸通常被視為在平衡力矩的作用下做等速回轉運動，故角速度為常量，角加速度為0，質心處隻有法向加速度。

3、分析得出結論

通過優化設計，盡可能減少由于運動構件的慣性力引起的附加動載對機械性能和壽命的影響，是破碎機設計研究的重要内容。以複擺颚式破碎機為研究對象，在對其運動機構進行運動學分析的基礎上，依據達朗伯原理對機構進行動态靜力分析，建立在負載工況下的破碎機運動機構的動能學數學模型，求解破碎機在負載工況下的載荷特性。

結果顯示，破碎機在負載工況下，機座所受作用力主要取決于破碎力，且大部分載荷作用于肋闆端支座。機座上産生的振擺力和振擺力矩随主軸轉角呈不同步周期性變化，這個結果對破碎機的結構設計和動能學參數的優化具有重要的理論參考價值。