錘式破碎機(jī)是一種常用的礦石破碎機(jī)械，廣泛用于煤炭和水泥廠的原料加工。當(dāng)?shù)V石進(jìn)入破碎機(jī)后，將受到高速回轉(zhuǎn)錘頭的沖擊而破碎。普通錘式破碎機(jī)的錘頭是以鉸接的方式固定在轉(zhuǎn)盤上的，在破碎礦塊時(shí)，錘頭會(huì)向后偏倒，從而避免了轉(zhuǎn)子主軸受到強(qiáng)力沖擊。
轉(zhuǎn)載機(jī)用錘式破碎機(jī)主要用于煤礦井下順槽內(nèi)，與轉(zhuǎn)載機(jī)配套使用，對(duì)通過轉(zhuǎn)載機(jī)的大塊原煤進(jìn)行破碎。轉(zhuǎn)載機(jī)用錘式破碎機(jī)的錘頭與轉(zhuǎn)盤或錘體是通過螺紋剛性地聯(lián)接在一起的，錘頭的沖擊將會(huì)直接傳遞到錘體、軸及軸承等。轉(zhuǎn)載機(jī)用錘式破碎機(jī)是普通錘式破碎機(jī)的變形，主要變動(dòng)是活動(dòng)錘頭改為固定錘頭，采用沖擊破煤的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)煤的破碎。
沖擊式破煤是一種效率較高的破煤方式，它在破煤機(jī)理上完全不同于采煤機(jī)的切削式破碎和銑削式破碎。這種破煤方式較好地利用了煤體本身的物理力學(xué)特性。此外，沖擊作用可以在瞬間傳遞較多的能量，這類沖擊機(jī)具的共同特點(diǎn)是能量集中，傳出的作用力峰值是同重量的靜加載機(jī)具的幾倍到幾十倍；再者，沖擊力以脈沖形式輸出，與煤體的躍進(jìn)性破壞過程可以互相諧調(diào)，達(dá)到較高的能量利用率；而且，脆性的煤體在劈裂式的沖擊力作用下，易于形成較為穩(wěn)定的煤塊，從而可大大地提高塊煤率。
轉(zhuǎn)載機(jī)用錘式破碎機(jī)是由兩大部分組成：電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)構(gòu)成破碎機(jī)的動(dòng)力部分，錘頭與錘體、軸以及軸承等構(gòu)成破碎機(jī)的執(zhí)行部分。電機(jī)和減速器構(gòu)成的動(dòng)力部分為破碎機(jī)提供力矩，對(duì)破碎機(jī)的空載起動(dòng)、空載運(yùn)行有較大的影響，而以錘頭與錘體為主的執(zhí)行部分則對(duì)破碎機(jī)正常工作時(shí)的負(fù)載特性有較大影響。
由于錘式破碎機(jī)的工作負(fù)載是不連續(xù)的，它會(huì)有沖擊，因此以錘頭與錘體為主的執(zhí)行部分與動(dòng)力部分不能采用剛性的機(jī)械聯(lián)接方式，對(duì)于大功率的破碎機(jī)采用液力耦合器聯(lián)接執(zhí)行部分與動(dòng)力部分。對(duì)于中小功率的破碎機(jī)采用皮帶聯(lián)接方式聯(lián)接執(zhí)行部分與動(dòng)力部分。
轉(zhuǎn)載機(jī)用錘式破碎機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是錘頭，而錘頭與錘體是通過螺紋剛性地聯(lián)接在一起，因此，對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)用錘式破碎機(jī)的受力分析主要包括錘頭與錘體的受力分析、軸的受力分析以及軸承的受力分析等。將錘頭與錘體、軸以及軸承，包括鍵作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，以下將此整體稱為錘軸。錘軸實(shí)際上是一個(gè)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的剛體，是錘式破碎機(jī)的主要執(zhí)行部分。
錘軸是錘式破碎機(jī)的關(guān)鍵部件，既要求高精度，又要求高剛度，既要進(jìn)行精加工工序，又要進(jìn)行一定的粗加工，因此，對(duì)錘軸的靜、動(dòng)態(tài)特性提出了更高的要求。主軸的中部裝有錘頭，直接參與沖擊破碎，它的性能在錘式破碎機(jī)中是舉足輕重的。因而錘軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)方法引起了工程師們的重視。
傳統(tǒng)的公式法、能量法和當(dāng)量直徑法來設(shè)計(jì)和校核軸的剛度、扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形時(shí)一般都能滿足工程上的精度，但在實(shí)際中應(yīng)用都受到一定的限制，原因在于這些方法計(jì)算都較為繁瑣。彎曲變形一次只能計(jì)算某一截面，如果有多個(gè)截面都需要校核，則設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、工作量非常大。這時(shí)利用有限元分析軟件計(jì)算主軸的剛度、扭轉(zhuǎn)變形和彎曲可以同時(shí)得出多個(gè)截面的多種變形，給再設(shè)計(jì)和修改提供可靠的依據(jù)。
1、建模
建立三維模型是指進(jìn)行機(jī)構(gòu)構(gòu)件的具體設(shè)計(jì)，首先確定零件的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸和公差等，并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行二維繪圖和三維實(shí)體造型，然后通過裝配模塊完成零件組裝，形成整機(jī)。在Pro/E WILD-FIRE軟件中，零件裝配是依靠所選擇的面及特征來約束零件的。裝配是動(dòng)態(tài)仿真的前提，裝配關(guān)系的正確與否直接影響動(dòng)態(tài)仿真的效果。裝配前，先確定運(yùn)動(dòng)構(gòu)件及構(gòu)件間的運(yùn)動(dòng)副，最后由各機(jī)構(gòu)構(gòu)成整機(jī)，并為仿真做準(zhǔn)備。
本論文以PCM400型錘式破碎機(jī)為例研究錘式破碎機(jī)的三維建模與仿真，重點(diǎn)研究PCM400型錘式破碎機(jī)的執(zhí)行部分。PCM400型錘式破碎機(jī)執(zhí)行部分的主要零部件包括：主軸、錘體、錘頭。PCM400型錘式破碎機(jī)執(zhí)行部分的主要附屬零部件包括：緊固螺母、軸承座、軸承蓋、迷宮壓板。先建立各個(gè)零件的三維模型，然后再進(jìn)行虛擬裝配。
本文選擇有限元分析軟件ABAQUS對(duì)錘式破碎機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步地深入研究，在ABAQUS環(huán)境下，可以選擇ABAQUS/Explicit模塊，因?yàn)樗m用于模擬短暫、瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)事件，如沖擊和爆炸問題。
1.1模型簡(jiǎn)化
簡(jiǎn)化在Pro/E環(huán)境下的錘式破碎機(jī)虛擬裝配體的特征組成，并根據(jù)在ABAQUS環(huán)境下畫出網(wǎng)格的條件，對(duì)重要的主體零部件特征進(jìn)行必要的修改（不會(huì)影響分析的結(jié)果）。簡(jiǎn)化的圖形如圖1。
將簡(jiǎn)化后的模型導(dǎo)人到ABAQUS環(huán)境下，進(jìn)入到ABAQUS組件模塊環(huán)境中，將所有的零件組裝成一個(gè)裝配體。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)要注意單位，由于導(dǎo)人模型的長(zhǎng)度單位是mm，因此使用ABAQUS中的SI/mm量綱。
在“材質(zhì)屬性管理器”中創(chuàng)建材質(zhì)，為計(jì)算方便，材質(zhì)全部選用鋼鐵，主要參數(shù)為：密度：7.8E - 009t/mm3；彈性模量：206000 MPa;泊松比：0.3。
錘式破碎機(jī)的分析過程需要2個(gè)步驟：碎煤之前和碎煤時(shí)。碎煤之前的時(shí)間可任意設(shè)定，為減少計(jì)算機(jī)分析的時(shí)間，在此設(shè)定為0.01 s；碎煤時(shí)的時(shí)間就是Pro/E動(dòng)態(tài)分析中的沖量時(shí)間，在此設(shè)定為0.000 4 s。
1.2設(shè)定連接條件和約束條件
(1)連接條件鍵的2個(gè)側(cè)面為承載面，分別與軸上的鍵槽和錘體上的鍵槽為“面與面接觸”連接，接觸屬性為“法向運(yùn)動(dòng)”和“切向運(yùn)動(dòng)”。
(2)約束條件錘頭與錘體是使用螺栓剛性固定，因此它們使用的是“黏性”約束條件。
3、結(jié)語
本論文首先建立了PCM400型錘式破碎機(jī)三維模型，然后根據(jù)實(shí)際情況對(duì)該模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，定義了約束、邊界條件和其他參數(shù)，在ABAQUS軟件下，進(jìn)行了有限元仿真分析，對(duì)有限元仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可以得到以下結(jié)論：
(1)采用ABAQUS有限元分析計(jì)算，能夠較真實(shí)地反映錘式破碎機(jī)的實(shí)際受力狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)情況，明確應(yīng)力分布區(qū)域，且所得結(jié)果與實(shí)際較吻合。
(2)有限元仿真分析結(jié)果表明，PCM400型錘式破碎機(jī)執(zhí)行部分各主要零件的安全系數(shù)均較大，一方面說明這些零件滿足安全要求，另一方面說明PCM400型錘式破碎機(jī)執(zhí)行部分各零件和運(yùn)行參數(shù)還可以進(jìn)一步優(yōu)化。
