复摆颚式破碎机的运动及动能学分析

由偏心轴、动颚和肋板等构件组成的运动机构，是颚式破碎机的主要工作装置，不仅结构特殊，而且受力复杂。破碎机在负荷下运转时，各运动件都具有一定的加速度，会产生很大的惯性力，而且大小、方向呈周期性变化。运动件的惯性力会在机构的运动副中引起附加动载，是引起机座振动，造成零件早期磨损的主要原因。因此，对破碎机运动机构的载荷特性进行计算分析，了解各构件的受力状况和规律，对提高和改善破碎机工作性能和使用寿命具有重要意义。

以目前广泛使用的复摆颚式破碎机为研究对象，在对其运动机构进行简化的基础上，进行运动机构的受力分析，建立机构的动能学模型和表征机构动能学特征的数学模型，求出各构件在机构运动中的受力大小及变动规律，为复摆颚式破碎机的结构设计和动能学参数优化提供载荷依据。

1、运动分析

复摆颚式破碎机的工作原理是，由电动机带动偏心轴转动，悬挂在偏心轴上的动颚随着偏心轴的转动做周期性的上下摆动。物料进入由动颚与定颚构成的破碎腔后，动颚上行时，肋板与动颚间的夹角增大，从而推动动颚板向固定颚板靠拢，破碎腔横截面宽度减小，破碎腔内的物料被压碎或劈碎，从而达到破碎的目的；动颚下行时，肋板与动颚间夹角减小，动颚板远离固定颚板，已破碎物料从破碎腔下口排出。

根据机构学原理，破碎机运动机构可以简化为一个平面四杆机构。偏心轴偏心距、动颚轴承中心到动颚肋板衬垫中心距离、肋板长度、偏心轴固定支座中心到肋板固定支承点距离，分别对应于四杆机构的曲柄、连杆、摇杆和机架。

2、机构的动能学分析

（1）机构受力分析

破碎机运动机构在载荷工况下各构件的受力分析是一个已知质点的运动规律求质点所受的力的问题。达朗伯原理提供了研究非自由质系动能学的一个普遍方法，由动能学问题转变为“静力学”问题，用静力学研究平衡问题的方法来解决动能学问题。运用达朗伯原理，将惯性力、惯性力矩作为虚拟外力施加到构件上，建立达朗伯平衡力系，运动机构在外力及惯性力系作用下处于平衡。

注意到受力分析中没有构件重力和物料摩擦力的作用，这是因为破碎机运动机构属于高速运动机构，重力、摩擦力等与惯性力相比很小，一般忽略不计。此外，肋板相对于主轴和动颚的质量及转动惯量亦很小，其惯性力和惯性力矩与其他构件相比亦可不予考虑。

（2）破碎力的计算

破碎力是破碎机的外载荷，是作用于破碎机破碎腔内动颚齿板上的分布载荷的合力，随主轴转角而变化。有研究表明，当物料种类确定时，物料受压缩时的压缩比是决定破碎力的主要因素，单位面积的破碎力与压缩比一般呈线性关系。

设想将破碎腔沿高度方向分成许多薄层，则总的破碎力等于所有薄层破碎力的总和。而物料的压缩比是指物料被压缩前后体积的变化率，等于被压缩的体积与原体积的比。因为破碎腔宽度是固定的，故每个薄层压缩前后体积的变化可以近似等于其长度的变化。

（3）惯性力的计算

惯性力是由于物体的惯性引起了对外界抵抗的反作用力。破碎机工作时运动机构产生的惯性力主要为主轴和动颚的惯性力和惯性力矩。

破碎机工作时主轴通常被视为在平衡力矩的作用下做等速回转运动，故角速度为常量，角加速度为0，质心处只有法向加速度。

3、分析得出结论

通过优化设计，尽可能减少由于运动构件的惯性力引起的附加动载对机械性能和寿命的影响，是破碎机设计研究的重要内容。以复摆颚式破碎机为研究对象，在对其运动机构进行运动学分析的基础上，依据达朗伯原理对机构进行动态静力分析，建立在负载工况下的破碎机运动机构的动能学数学模型，求解破碎机在负载工况下的载荷特性。

结果显示，破碎机在负载工况下，机座所受作用力主要取决于破碎力，且大部分载荷作用于肋板端支座。机座上产生的振摆力和振摆力矩随主轴转角呈不同步周期性变化，这个结果对破碎机的结构设计和动能学参数的优化具有重要的理论参考价值。