包括反擊式破碎機在內的粗破、細破設備在高速公路、高鐵、冶金、礦山、建材、市政建設等行業(yè)內已經(jīng)得到了廣泛的應用。我們最常見(jiàn)到的高速公路、市政道路、房地產(chǎn)建設等用到的各規格的公分石、瓜米石等都是由破碎機破碎而成的。昆明反擊破廠(chǎng)家滇重礦機生產(chǎn)的反擊式破碎機則是一種目前得到普遍應用的破碎設備，它有機地集打擊、反擊、離心沖擊、剪切、研磨等破碎機能于一體，破碎比大、產(chǎn)品顆粒性好，能效和內部大破碎腔得到充分、高效利用，可破碎各類(lèi)300Mpa的硬物料而不僅僅是只能破碎中軟物料，目前在各類(lèi)二段破碎工藝中已經(jīng)全面取代了圓錐破碎機。

但時(shí)根據云南昆明滇重礦機的碎石機項目組市場(chǎng)調查和技術(shù)統計，在云南反擊式破碎機市場(chǎng)上，由于部分廠(chǎng)家技術(shù)實(shí)力、生產(chǎn)工藝等問(wèn)題，造成一些反擊破用戶(hù)的設備在實(shí)際生產(chǎn)中一些關(guān)鍵部件屢屢出現各類(lèi)問(wèn)題，常見(jiàn)的包括轉子、板錘部件上出現裂紋、甚至發(fā)生斷裂，破碎機破碎效率低等問(wèn)題。基于這種情況，昆明反擊破技術(shù)工程師特別將我們在反擊式破碎機設備研發(fā)過(guò)程中，三維建模及碰撞系統的動(dòng)力學(xué)有限元分析選擇公布，希望可以對同類(lèi)的反擊式破碎機廠(chǎng)家有所啟示，同時(shí)也讓碎石機用戶(hù)對影響破碎效果的各個(gè)影響因素有個(gè)明白的認知，在選擇產(chǎn)品時(shí)可以做到有的放矢。

1、昆明反擊破專(zhuān)家組建立的3D模型及仿真分析的參數設置

眾所周知，反擊式破碎機關(guān)鍵的破碎系統的包括轉子、板錘、反擊板組成，作業(yè)過(guò)程可以看作是板錘與石塊、石塊與反擊板、石塊與石塊這三個(gè)碰撞作用過(guò)程不斷交替往復進(jìn)行的過(guò)程。云南反擊式破碎機技術(shù)工程師建立的3D模型入下圖所示。

需要說(shuō)明的是，為了幫助看到這篇文章的碎石機用戶(hù)更加方便簡(jiǎn)潔地了解，昆明反擊破技術(shù)工程師在不影響整體結構、性能的前提下對3D模型做了適當的簡(jiǎn)化處理，主要包括涉及到的部件上的倒角、螺栓孔等。同時(shí)在做有限元模型時(shí)，由于轉子、板錘、反擊板的形狀較為復雜，為了提高網(wǎng)格質(zhì)量和后期計算的準確率，我們先對各轉子、板錘、反擊板以及進(jìn)入破碎腔內的大塊物料的幾何實(shí)體做分區處理，將復雜的幾何實(shí)體劃分成許多六面單元的小區域，之后再進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

昆明反擊破工程師在有限元分析模型中的轉子體設置為16Mn合金鋼，板錘則采用40Cr合金鋼，反擊板采用16Mn強化合金鋼，材料屬性都采用Plastic Kinematic材料模型，破碎的物料澤采用花崗巖作為材料參數，其屬性采用彈脆性材料模型。單元屬性設為常應變。

反擊式破碎機轉子、板錘、石塊、反擊板之間各碰撞對之間的界面采用接觸算法，沖擊力輸出參數設置為1，設定接觸對之間沖擊力文件輸出參數為1。轉子-板錘之間的靜動(dòng)摩擦系數設置為0.15，其余動(dòng)摩擦系數均設置為0.6。

我們設置約束條件為：石塊不施加任何位置約束，也就是說(shuō)石塊在整個(gè)破碎過(guò)程中都是自由的，對轉子中心施加X(jué)、Y、Z三個(gè)方向的平移約束和兩個(gè)方向的轉動(dòng)約束，對反擊板的各個(gè)固定部位也分別施加X(jué)、Y、Z三個(gè)方向的平移和轉動(dòng)約束；由于板錘被牢牢固定在轉子上，對板錘澤則僅施加Z向的平移約束即可。

2影響反擊式破碎機破碎效果的因素分析

2.1反擊破轉子的旋轉速度

根據昆明反擊破技術(shù)專(zhuān)家組在產(chǎn)品研發(fā)之初的研究報告，在破碎不同粒徑、不同材質(zhì)的物料時(shí)應選取合適的轉子旋轉速度，可在保證破碎效果的同時(shí)，防止物料過(guò)粉碎，同時(shí)也可較高程度上優(yōu)化反擊破碎機的整機能耗。我們設定在其它條件不變的情況下，來(lái)對比轉子的旋轉速度分別為1000r/min、700r/min和400r/min時(shí)破碎力的不同表現。

圖3是700r/min轉速時(shí)板錘物料動(dòng)態(tài)接觸力的曲線(xiàn)圖，可以從中看出，石塊與板錘首次碰撞粉碎在30-40ms區間，石塊飛出與反擊板碰撞返回再次與板錘碰撞發(fā)生在40-47ms區間，第二次的動(dòng)態(tài)接觸力小于第一次這是因為石塊的反彈過(guò)程要消耗一部分能量。在之后的47-60ms區間，石塊在板錘和反擊板聯(lián)合作用下發(fā)生剪切破碎。圖4反映了石塊與反擊板之間的動(dòng)態(tài)接觸力。

綜合圖3、圖4，我們可以看到破碎時(shí)作用力曲線(xiàn)相對作用時(shí)間間隔短，而剪切破碎時(shí)作用力作用時(shí)間長(cháng)。圖3中70~110ms時(shí)間段內的作用力曲線(xiàn)是石塊與二級反擊板發(fā)生沖擊和剪切破碎作用時(shí)的作用力曲線(xiàn)，120~150ms之間的作用力曲線(xiàn)是物料與三級反擊板發(fā)生碰撞時(shí)的作用力曲線(xiàn)。由于發(fā)生破碎后，石塊的粒度、質(zhì)量較未破碎時(shí)要小，所以?xún)蓤D中作用力的峰值呈逐級下降趨勢。

我們再來(lái)參照圖5-圖8中不同轉速下板錘與物料、物料與反擊板接觸碰撞受力曲線(xiàn)圖，對比分析可以得出：轉子轉速越高，板錘與物料接觸碰撞時(shí)的沖擊力就越大。400r/min時(shí)在時(shí)間段60ms附近的沖擊力峰值大約為500000N，而700r/min時(shí)在時(shí)間段30~40ms之間的沖擊力峰值大約為720000N，1000r/min時(shí)在時(shí)間段20~30ms之間的沖擊力峰值大小大約為1000000N，隨著(zhù)轉速增加物料與反擊板碰撞時(shí)的沖擊力越大，物料沖擊破碎效果就越好，物料損傷程度越高，因此在隨后發(fā)生剪切破碎時(shí)板錘與物料、物料與反擊板之間的相互作用力就越小，可以從圖中相應時(shí)間區域內發(fā)生剪切破碎時(shí)的作用力對比看出。

2.2碎石機轉子的轉動(dòng)慣量

昆明反擊破廠(chǎng)家云南滇重礦機的各型號反擊式破碎機都有各自最佳的入料粒度范圍，這個(gè)參數的設置與各個(gè)型號轉子的轉動(dòng)慣量大小有關(guān)，在轉子轉速特定的條件下，不同轉動(dòng)慣量的轉子所能提供的破碎力不一樣，這就直接決定了碎石機的破碎效率。我們設定在其它條件不變（700r/min）的情況下，轉子3種不同大小的轉動(dòng)慣量2.44624e7 kg·mm2、4.66679e7 kg·mm2和7.80593e7 kg·mm2所產(chǎn)生破碎力的大小分別進(jìn)行計算，并據此分析轉動(dòng)慣量對破碎力的影響。

因為轉速均恒定為700r/min，通過(guò)對比不同轉動(dòng)慣量時(shí)板錘與物料動(dòng)態(tài)接觸受力（圖3、圖9、圖10）以及物料與反擊板接觸受力（圖4、圖11、圖12）我們可以分析得知：轉速一定時(shí)，轉子的轉動(dòng)慣量越大，板錘對物料以及物料與反擊板發(fā)生沖擊破碎力越大。圖3中物料發(fā)生沖擊破碎的30?40ms時(shí)間段的沖擊力峰值大約為720000N，圖9中在50~60ms時(shí)間段的沖擊力峰值只有500000N，圖10中在20~30ms時(shí)間段的沖擊力峰值大約為880000N，隨后物料發(fā)生剪切破碎時(shí)，反擊板受到物料的反作用力越小，物料越容易發(fā)生剪切破碎。

2.3反擊式破碎機的反擊板角度

根據昆明反擊破專(zhuān)家的產(chǎn)品優(yōu)化報告，垂直于碰撞接觸界面的分力才是真正有效的破碎力，才能夠對石塊產(chǎn)生破碎效果，其他方向的分力則只能讓石塊產(chǎn)生運動(dòng)變向。這個(gè)過(guò)程中最理想的情況是石塊每次與反擊板發(fā)生碰撞時(shí)能夠垂直于反擊板。但這是假定的理想狀態(tài)，在實(shí)際情況中不可能100%的石塊都做到，所以要盡量?jì)?yōu)化反擊板的角度，以使得整臺碎石機達到最優(yōu)化的沖擊與剪切破碎效果。調大角度、初始角度、調小角度的一級反擊板有限元模型見(jiàn)圖13。

我們對調小（圖14）、調大（圖15）角度之后石塊與一級反擊板之間的碰撞接觸力曲線(xiàn)圖對比分析可以看出：在40ms時(shí)石塊發(fā)生沖擊破碎時(shí)以及在50ms附近剪切破碎時(shí)的受力情況，減小一級反擊板的角度對物料剪切破碎效果較好但不利于石塊發(fā)生沖擊破碎，增大一級反擊板角度能夠增加沖擊碰撞的次數，增強沖擊破碎的效果，但不利于剪切破碎。

對二級反擊板和三級反擊板調整角度，分別進(jìn)行仿真計算分析，可得到與上述結論相同的結果。

3.云南反擊式破碎機項目組的分析綜述

通過(guò)昆明反擊破廠(chǎng)家技術(shù)工程師對反擊式破碎機核心破碎系統中轉子、板錘、反擊板和石塊之間的動(dòng)力學(xué)有限元分析，我們可清晰地了解到轉速、轉子轉動(dòng)慣量、反擊板角度對碎石機破碎效果的影響：轉子轉速越高，轉動(dòng)慣量越大，板錘與石塊碰撞、石塊與反擊板碰撞沖擊力就越大，沖擊破碎效果越好，剪切破碎時(shí)板錘與石塊、石塊與反擊板之間的相互作用力就越小；減小反擊板角度對石塊剪切破碎有利，但不利于物料發(fā)生沖擊破碎，增大反擊板角度能增加沖擊碰撞的次數，提升沖擊破碎的效果，但不利于物料發(fā)生剪切破碎。這些參數在昆明反擊破廠(chǎng)家云南滇重礦機的碎石機設計中都充分地得到考慮，最終的出最優(yōu)化的設計方案。希望這篇文章可以為其他云南反擊式破碎機生產(chǎn)廠(chǎng)家提供理論依據，生產(chǎn)出品質(zhì)更好反擊式碎石機。