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1調(diào)整座三維實(shí)體模型的建立
以PEF400x600型顆式破碎機(jī)調(diào)整座為例，用SolidWorks2001 plus軟件對(duì)其進(jìn)行三維建模。
調(diào)整座是破碎機(jī)中較復(fù)雜的零件，調(diào)整座建模的主要步驟是:先設(shè)計(jì)調(diào)整座的橫截面，將其進(jìn)行拉伸到總長(zhǎng)的一半，通過(guò)切除特征形成各種槽和螺紋孔，再利用圓角特征倒出鑄造圓角，最后通過(guò)鏡向特征完成整個(gè)調(diào)整座的建模。用SolidWorks2001 plus軟件建立的PEF400 x 600型領(lǐng)式破碎機(jī)的調(diào)整座三維模型如圖1所示。
2調(diào)整座有限元分析
2.1調(diào)整座有限元分析前處理
(1)材料選擇調(diào)整座采用ZG35，力學(xué)性能為:彈性模量為2E+5 MPa，泊松比為0.32NA,剪切模量為7.6e+4 MPa,拉應(yīng)力為482 MPa,屈服應(yīng)力達(dá)248MPa.
(2)添加約束 如圖1所示調(diào)整座工作時(shí)平面I是通過(guò)調(diào)整墊片與機(jī)架固定在一起，另外為了調(diào)整方便，調(diào)整座的兩端分別有T形槽，工作時(shí)是用螺栓及螺母將其與機(jī)架固定，所以調(diào)整座的后平面約束為X\Y\Z三個(gè)方向不能移動(dòng)，T形槽的上端面(Y方向)不能移動(dòng)。
(3)添加載荷根據(jù)復(fù)擺額式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)受力分析，得出PEF400 x 600型顆式破碎機(jī)調(diào)整座在計(jì)算破碎力下，肘板的推力為2 172 kN，將此力按均布的形式加載到受力表面。
(4)網(wǎng)格劃分設(shè)置網(wǎng)絡(luò)單元為四面體單元，雅可比為4point，取單元尺寸為20 mm，容差為1。經(jīng)過(guò)網(wǎng)格劃分后為25 642個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)，15 938個(gè)單元。
2.2調(diào)整座有限元計(jì)算結(jié)果
(1)強(qiáng)度分析
調(diào)整座(圖略)的最大應(yīng)力值為228.6 MPa，位置在調(diào)整座后部開(kāi)方孔的圓角處及中間平面上存在應(yīng)力集中，其結(jié)構(gòu)不夠合理。
(2)剛度分析
從調(diào)整座的合成位移中可知，最大變形量為0.093 96 mm，位置在開(kāi)出方孔的中部，其中X方向?yàn)?.079 16 mm, Y方向?yàn)?.080 20 mm, Z方向?yàn)?.023 20 mm，可看出在調(diào)整座后部開(kāi)方孔，中間平面上的剛性較差。
3調(diào)整座結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
3.1調(diào)整座優(yōu)化設(shè)計(jì)
為了使調(diào)整座能更好地承受破碎力，減少?gòu)椥宰冃�，使其能更好滿足礦石破碎要求，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元優(yōu)化計(jì)算。采用Cosmosl Works工程分析軟件對(duì)調(diào)整座進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。其步驟為:
(1)優(yōu)化目標(biāo) 定義調(diào)整座體積最小為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。
(2)設(shè)計(jì)變量 由于破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)所限，調(diào)整座的外部尺寸不能變化。從有限元計(jì)算結(jié)果得知，應(yīng)力最大的位置在開(kāi)出方孔的圓角處，如圖2所示。定義設(shè)計(jì)變量為:尺寸25作為第1個(gè)設(shè)計(jì)變量D1.優(yōu)化時(shí)程序推薦范圍是12.5-37.5;開(kāi)槽上下端厚度30尺寸作為第2個(gè)設(shè)計(jì)變量D2和第3個(gè)設(shè)計(jì)變量D3，推薦值為15-45 ;圓角半徑R10作為第4個(gè)設(shè)計(jì)變量R1，推薦值為5-20，以推薦值作為設(shè)計(jì)變量的變動(dòng)范圍。
(3)定義行為 約束為保證調(diào)整座在結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的強(qiáng)度和剛度不變，即應(yīng)力值相近，取優(yōu)化前經(jīng)有限元計(jì)算出的最大應(yīng)力值228.6 MPa作為行為約束尺寸。
(4)網(wǎng)格劃分 第1次優(yōu)化循環(huán)前的網(wǎng)格采用優(yōu)化前創(chuàng)立靜態(tài)分析的網(wǎng)格，在優(yōu)化的每一次循環(huán)中都對(duì)網(wǎng)格重新劃分。
(5)運(yùn)行優(yōu)化 程序在優(yōu)化的過(guò)程中，當(dāng)確定了優(yōu)化循環(huán)次數(shù)，點(diǎn)擊運(yùn)行優(yōu)化程序后，優(yōu)化自動(dòng)進(jìn)行，在優(yōu)化過(guò)程中可以直接從模型中看到設(shè)計(jì)變量在每次設(shè)計(jì)周期中改變的數(shù)值，直到程序計(jì)算出最優(yōu)結(jié)果為止。
(6)顯示結(jié)果 當(dāng)模型完成優(yōu)化分析后，得出原始和最后設(shè)計(jì)、某周期的設(shè)計(jì)歷程、收斂(迭代)圖、局部趨勢(shì)圖解等項(xiàng)目。
3.2調(diào)整座優(yōu)化結(jié)采分析
經(jīng)有限元優(yōu)化模塊對(duì)調(diào)整座結(jié)構(gòu)優(yōu)化后設(shè)計(jì)變量的最后結(jié)果如圖3所示，優(yōu)化后:尺寸D1明顯增大，因?yàn)槔甙宓淖饔昧χ苯幼饔迷谶@個(gè)面上，加大這個(gè)尺寸就相當(dāng)于加厚受力面，對(duì)應(yīng)力的合理分布是有顯著作用的;圓角半徑R，也明顯加大。
3.3調(diào)整座結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案
通過(guò)對(duì)調(diào)整座結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，增加肋板力承受面的厚度，減小上、下兩壁的厚度既可減輕調(diào)整座重量，同時(shí)又增強(qiáng)了調(diào)整座的強(qiáng)度、改善了應(yīng)力集中現(xiàn)象。調(diào)整座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要考慮很多因素，如調(diào)整座為鑄鋼件，各個(gè)壁厚應(yīng)盡量均勻。所以調(diào)整座的3個(gè)壁厚優(yōu)化尺寸D1調(diào)整為30，而D2和D3調(diào)整為25,圓角半徑調(diào)整為R15。這樣既可增加強(qiáng)度和剛度，又可減小其體積，并使鑄件的壁厚盡量均勻。
3.4結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的調(diào)整座有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比
對(duì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的調(diào)整座進(jìn)行有限元分析，材料、約束、載荷、網(wǎng)格劃分都與結(jié)構(gòu)改進(jìn)前相同，將結(jié)構(gòu)有限元優(yōu)化計(jì)算結(jié)果與改進(jìn)前的計(jì)算結(jié)果比較如表1所示。
4結(jié)語(yǔ)
調(diào)整座經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，其性能得到了改善。
(1)強(qiáng)度增加改進(jìn)結(jié)構(gòu)后最大應(yīng)力值下降了10%，即強(qiáng)度增加了 10%;
(2)剛度提高改進(jìn)結(jié)構(gòu)后合成位移最大值減小了10%，即剛度提高了10%;X.Y.Z三個(gè)方向的變形都相應(yīng)減小;
(3)應(yīng)力集中區(qū)域數(shù)值的比較通過(guò)探測(cè)應(yīng)力集中的部位，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)結(jié)構(gòu)后其應(yīng)力較大值的分布與改進(jìn)前基本相同，但相應(yīng)處的最大值都下降了10%~13%;
(4)體積減小了2%。
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