基于MATLAB的破碎机动力学参数优化设计术.pdf

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1、机械设计与制造第3期MachineryDesign&Manufacture2012年3月文章编号：1001—3997(2012)03—0028—03基于MATLAB的破碎机动力学参数优化设计黄大明杨春兰蒋顺梅2(’广西大学机械工程学院，南宁530004)(上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州545007)OptimaldesignofthedynamicalparameterofthecrusherbasedonMATLABHUANGDa-ming，YANGChun—lan，JIANGShun—mei(CollegeofMechanical

2、Engineering，GuangxiUniversity，Nanning530004，China)(ShanghaiGMWulingAutomobileCo．，Ltd，Liuzhou545007，China)、￡十十一十一十t十t十十巾十十、”十一十一十斤十一十p^0十1、t斤十{一+q、tL，^l’、tdpi叶、t／卜十d汁十一卜十斤十JH、．【摘要】破碎机动力学参数设计包含机构平衡重、拉杆弹簧计算载荷、飞轮转动惯量等动力学参数的优化设计，是破碎机设计极其重要的内容。破碎机在运转过程中，其偏心轴、动颚、肘板等运动件都具有一定的加速度，

3、会产生很大的惯性力而且大小、方向呈周期性变化。这些惯性力在运动副中引起附加动载荷，是破碎机零件磨损、机器振动的主要原因。破碎机动力学参数优化设计就是通过优化计算，中图分类号：TH122，TD457文献标识码：A机构运动件惯性力的有害影响。1引言破碎机动力学参数优化设计就是为减小和消除工作机构因破碎机在运转过程中，偏心轴、动颚、肘板等运动件都具有运动件惯性力引起的附加动载而进行的设计计算，包含机构平衡一定的加速度，会产生很大的惯性力，而且大小、方向呈周期性变重、拉杆弹簧计算载荷、飞轮转动惯量等的计算确定。对于作平面化。运动件的惯性力会在机器

4、的运动副中引起附加动载，是引起往复运动或复合运动的构件，由于构件的惯性力或惯性力矩是机机座振动、造成破碎机零件早期磨损的主要原因。因此，为保证破构位置的函数，因此单个构件的平衡是没有意义的。减小或消除碎机工作机构工作稳定、可靠，降低机器的振动和噪声，提高设备它们在运动中的惯性力而引起的附加动载，只能通过整个机构的的使用寿命和工作效率，必须设法消除破碎机在运转过程中工作平衡来实现。平面运动机构惯性力的平衡，工程中通常采用部分★来稿日期：2011-05—19★基金项目：广西自然科学基金项目(桂科自0832025)，广西南宁市科技项目(2009

5、01024A)第3期黄大明等：基于MATLAB的破碎机动力学参数优化设计29平衡的方法，其平衡重的确定主要有质量替代法、广义质量替代对式【2)求导，得到c点的加速度分量及冥矩l珲方程：法和最优动力平衡法三种。『=—fc。s—fc。s妒：：2f6c。s(90。+妒)最优动力平衡法是一种运用优化设计方法求解最佳机构平in,P2-~2f6si∞z’(衡重的方法。MATLAB是目前在工程领域中广泛应用、求解优化【225)=一zsin2f5sinf6sin(90。岬2)22设计问题的有效工具】。以国内广为生产、使用的复摆颚式破碎l+占215cos2

6、2／6cos(90。+2)机为研究对象，利用MATLAB的优化功能，在MATLAB环境下，采用最优动态平衡法，对破碎机机构平衡重进行优化设计，通过优化计算获得平衡块质量和方向角的最佳值，使随机构位置而变【J[／scos~麓：／6cos(9‘0。+：)’]J[一￡2]化的振动力降低到最小，并通过振动力曲线分析其平衡效果。f0s2+[-isintp-l5-l6sin(90㈦2破碎机运动学分析llsin2。岬2)Jl破碎机运动分析是进行动力学参数设计的基础。通过运动分将加速度分量合成求得动颚质心c的加速度和方向角析建立机构的运动方程，进而导出机

7、构的速度方程和加速度方程，=V+求解各构件的角位移、角速度、角加速度，以及构件上给定点的位(7)＼移、速度和加速度。复摆颚式破碎机的工作机构是—个典型的平面-arctan【。cyJ四杆机构。由于偏心轴偏心距及肘板的重量者艮／J、，破碎机动力学参数设计通常只考虑动颚产生的惯陛力和惯I生力矩，因此运动分析J破碎机动力学分析可以归结为针对动颚质心进行的计算分析，如图1所示。设动颚的质量为m，，对质心C的转动惯量为．，'。则作用在动颚上的惯性力及其方向角和惯性力偶矩为：__m2Olc02='f4~c(8)=82采用动静法，把动力学问题转化为静力学

8、问题。根据达朗贝尔原理，将动颚产生的惯性力作为虚拟外力加在动颚上，按静力学平衡条件进行分析，如图2所示。图中：一质心c的矢径与AB的夹角。由力的平衡条件列出动颚的力平衡方程式。图1机构运动分析