锤式破碎机锤头销孔碰撞反力的定量计算.pdf

第 2 7卷第 2期 2 O O 6 年 2 月 煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e ry V0 1 ． 2 7 No ． 2 ．2 00 6 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 { 2 0 0 6 } 0 2 ． 0 1 8 5 ． 0 2 锤式破碎机锤 头销孔碰撞反 力的定量计算 李正峰 无锡商业职业技术学院，江苏 无锡 2 1 4 1 5 3 摘要 应用理论力学的碰撞理论， 求证 了锤式破碎机锤头对矿石的打击偏 离碰撞中心时。 在 锤头销孔处产生的碰撞反力的大小和方向。 给 出了计算公式。从 而为合理确定碰撞 中心的位置度 销轴等相关零件的强度计算提供了理论依据 。 也可望在锤式破碎机的动力学研究中得到应用。 关键词 锤式破碎机 ；锤 头；碰撞反力；碰撞中心；定量计算 中图号 T I M5 1 文献标识码A F i x i n g Qu a n t i t y C a l c u l a t i o n o f I mp a c t Re v e r s e F o r c e o f Ha mme r Cr u s he r LI Zh e n gf e ng Wu x i I n s t i t u t e o f C o mme r c e -Wu x i 2 1 4 1 5 3， C h i n a Ab s t r a c t T h e c a l c u l a t i o n e q u a t i o n o f i mp a c t r e v e r s e f o r c e v e c t o r i S o b t a i n e d w h e n t h e e x i s t e n c e o f d e p a r t u r e b e t we e n s t r i k e p l a c e o f h a mme r o f c r u s h e r a n d i mp a c t c e n t e r b a s e d O i l t h e t h e o r y o f me c h a n i c s ．I t p res e n t s a t h e o ret i c a l f o u n d a t i o n t o c o n f i r i l l r a t i o n a l l y t h e i mp a c t c e n t e r a n d t h e s t ren g t h c a l c u l a t i o n o f p i n． a x l e a n d rel a ． t i v e c o mp o n e n t s．T h e r e s u l t s c a n b e a p p l i e d i n t h e f i e l d o f k i n e mi C S o f h a mme r c r u s h e r ． Ke y wo r d s h a mme r c r u s h e r ；h a mme r h e a d；i mp a c t r e v e rse f o r c e ；i mp a c t c e n t e r ；fi x q u a n t i t y O 前 言 锤式破碎机是利用高速回转锤头的冲击能， 对 中硬物料进行破碎的主要设备之～。根据理论力学 的碰撞理论 ， 当锤头对矿石 的打击正好发生在锤头 的碰撞 中心 或称打击 中心 时， 可以完全消除锤头 销孑 L 与销轴之间的碰撞反力。本文应用理论力学的 碰撞理论 ， 求证出了锤头销孑 L 所受碰撞反力 的计算 公式。文献[ 1 ] 所给的实验数据与公式基本符合。 1 基于动力学分析的锤头销孔碰撞反力计算 锤式破碎机 的锤头铰接悬挂在转子体上的销轴 上，当锤头打击矿石时，在锤头碰撞点上将作用着 冲击力 P。如果冲击力 P未通过碰撞中心，则有碰 撞反力 作用于锤头销孑 L 见图 1 ，根据作用力与 反作用力相等原理 ， 亦有一反作用力 J7、 r ， 。 作用于销 轴。 设锤头为具有对称平面的刚体， 可绕垂直于图 面的销轴 O Z转动， 锤头的质量为 m， 锤头绕销轴 O Z的转动惯量为 - ， 。 ， 质心位于 C点， 并令 O Cb 。 设在锤头对称平面内， 作用一冲击力 P， 此冲击力的 作用线与 O C的延长线交于 点， 且垂直于 O C的 连线， 令 O Kh ， 求锤头销孔处的约束反力 J7 、 r 。 和 N o y 。其 中 J 7、 r。 即是由冲击力所引起的碰撞反力。 下面以锤头作为研究对象， 并应用理论力学中 的动静法进行求导。 如图 1 所示， 在锤头上添加向销孔中心 O点简化 的惯性力系主矢 Q m和 Q 及惯性力系主矩 后， 应 和原来作用在锤头上的冲击力 P构成平衡力系。 m 、 一厂T i ] r| I删 一 1 t I ， 图 1 锤头销孔约束反力计算 图 Fi g． 1 Ca l c ul a t i o n mmt r a tio n o f c o m t r a i nt r e v e r f o r c e c o c a l ed i n t he p i n h ole o f ha mme r h e a d Q m a ， ， 作用于 0点， 其方向与质心 切向加速度 相反 ， 垂直 于 O C， 式 中 ￡为角加 速 度。Q 。 ， 作用于 0点。 指向锤头外端， 式中 0 ． 7为锤头角速度。M。J 。 e ， 其方向与角加速度方 向相反。 ∑F x 0 Q 0 I ∑F 0 PQ 。 N 。 0 2 ∑Mo 0 P hM 0 3 分别将 Q 。 、 Q ． ， 和 ￡代入 式 1 ． 式 2 和式 3 ， 解方程组得 维普资讯 1 8 6 锤式破碎机锤头销孔碰撞反力的定量计算李正峰 第 2 7 卷第 2 期 N甜 一 r ， Ⅳ 。 y m b h 1 P J O 令 N 。 0 ， 整理后得 4 面高度 d1 1 0 IT l l n ， 销孔 中心到锤头顶 部 的距 离 ⋯ R2 7 0 m m， 设碰撞 中心到销孔 中心 的距 离 h 一 2 4 0 I T l l n ， 设破碎矿石的冲击力为 P， 求作用于销孔上 的最大碰撞反力 Ⅳ 0 。 h 6 m 0 当 O Kh ， 则称 为碰擅 中心， h ’ 即为碰撞 中心 到销孔 中心 0点 的距离 于是 ， 可得如下结 论 如冲击力 P垂直于轴心 0与质心 G的连线并通 过碰撞 中心 ， 则销孔处不会由于碰撞引起碰撞反力。 锤式破碎机工作时 ， 锤头侧面实施对矿石的打 击。设打击面或称工作面的高度为 d ， 则碰撞点会 随机落在打击面 内。只有 当碰撞发生在碰撞 中心 上， 销孔才不产生碰撞反力。实 际上无论碰撞中心 设在何处 ， 受矿石大小、 下落高度等影响 ， 不可能保 证百分之百作用在碰撞中心上。下面计算当锤头对 矿石的打击偏离碰撞 中心时， 作用于锤头销孔的碰 撞反力 Ⅳ。 。 ‘ 由 式 6 得去 代 入式 5 ， 则得到另一 表 O 达式 Ⅳ 。 一1 P P 7 l l 讨论 ’ 1 hh ， N 0 r 0 即当冲击力 P作用线位于碰撞 中心上方时， 作 用于锤头销孔的 Ⅳ 0 力与图 l 所示方向相同。 2 h0 ； 当打击点 hh 时 ， N 0 0 ； N 0 y 与h成线性关系。 3 实例计算 为了便于分析 比较 ， 采用某一型号锤式破碎机 的参数做具体计算 。已知锤头质量 m1 1 k g ， 工作 4 0 3 0 2 0 z 1 0 ≥ o 一 1 0 ’ 2 0 3 0 ／ ． ，， ， l3 。 3 。 4 。 44 图 2 N o r 与打击点位置 的关 系 F i g． 2 Re l a ti o n b e t we e n ND y a n d p l a c e ． 锤头顶部和工作面高度的底部为锤头的 2个极 限位置 ， 即 h 2 7 0 IT l l n ， h l 1 6 0 I T l l n 。分别 代人式 7 进行计算。 N u 一1 P 一1 p0 ． 1 3 P n U Ⅳ 一1 e 一1 e_ 0 ． 3 3 P 凡二 叶 U 计算表 明， 锤头销孔上的最大碰撞力与冲击力 之比甚至高达 3 0 ％以上 。即使对锤头进行 了碰撞 平衡计算 ， 也会产生很 大的碰撞反力 。在对销轴等 零部件进行强度计算时 ， 应作为主要考虑因素。 4结语 1 当锤式破碎机工作时， 如矿石与锤头的碰撞 偏离碰撞 中心时， 锤头销孔所受 的碰撞反力与锤头 所受冲击力成正比， 与偏离碰撞 中心的距离成正 比， 与碰撞 中心到锤头销孔中心的距离成反比。 2 当打击点位于碰撞中心上方时， 锤头销孔所 受碰撞反力的方 向与冲击力 的方 向相同； 当打击点 位于碰撞 中心下方时 ， 锤头销孔所受碰撞反力的方 向与冲击力方向相反。 3 文中所求证的公式 ， 为合理确定碰撞中心的 位置及销轴 等相关零件 的强度计算 提供 了理 论依 据， 也可望在锤式破碎机的动力学研究中得到应用。 参考文献 [ 1 ] 谭青， 张 美蓉 ． 锤 式破 碎机 销轴 冲击 实验 研 究 [ J ] ． 矿冶 工 程 ， 2 0 0 0 ， 2 0 1 3 63 7 ． [ 2 ] 胡仰馨 ． 理论力学[ M] ． 北京 高等教育 出版社 ． 1 9 8 2 ． 作者简介 李正峰 1 9 6 0一 ， 辽宁朝阳人 。 副教授。 主要研 究方 向 矿 山机械设计， Em a i l e y d d l fl ff 1 6 3 ． c o l n或 j s t wl w q 1 6 3 ． C O W 1 ． 收 稿 日期 2 0 0 5 ． 1 1 - 1 4 维普资讯