慣性圓錐破碎機(jī)是俄羅斯圣·彼得堡“米哈諾布爾”科技股份公司經(jīng)過四十多年研究，在大量的理論和試驗(yàn)工作的基礎(chǔ)上，不斷地改進(jìn)和完善，于20世紀(jì)80年代發(fā)明的新型細(xì)碎設(shè)備。
    慣性圓錐破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理不同于其他圓錐破碎機(jī)，前者的電機(jī)和主機(jī)之間是由皮帶傳動(dòng)柔性連接，工作力是由高速旋轉(zhuǎn)的偏心質(zhì)量產(chǎn)生，動(dòng)錐相對(duì)機(jī)體的運(yùn)動(dòng)軌跡是隨機(jī)的，而后者是齒輪傳動(dòng)剛性連接，工作力是由偏心軸套旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，動(dòng)錐相對(duì)機(jī)體的軌跡是固定的．慣性圓錐破碎機(jī)能破碎其他圓錐破碎機(jī)不易處理的抗壓強(qiáng)度很高的脆性物料，如硬質(zhì)合金、鐵合金、碳化硅、鋼渣等．它開路破碎得到的最大產(chǎn)品粒度約為國(guó)外先進(jìn)的新型圓錐破碎機(jī)相近機(jī)型破碎產(chǎn)品最大粒度的60%，約為國(guó)內(nèi)普通圓錐破碎機(jī)破碎產(chǎn)品最大粒度的40%．它的優(yōu)異性能和技術(shù)指標(biāo)是其他圓錐破碎機(jī)所不能比擬的，得到了專家學(xué)者的一致認(rèn)可，在礦山破磨領(lǐng)域使用，能大大降低入磨粒度，實(shí)現(xiàn)“多碎少磨”．
    俄羅斯、日本、美國(guó)和中國(guó)的學(xué)者對(duì)慣性圓錐破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理和應(yīng)用情況進(jìn)行了研究，由于慣性圓錐破碎機(jī)的機(jī)體、激振器、動(dòng)錐等自由度較多，它的動(dòng)力學(xué)情況非常復(fù)雜，而且工作中必須擠滿給料，設(shè)備的振動(dòng)非常大，不易進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，因此國(guó)內(nèi)外目前還沒有關(guān)于它的動(dòng)力學(xué)分析和測(cè)試的詳細(xì)研究，這為進(jìn)一步掌握和優(yōu)化該設(shè)備帶來了難度，
    本文以ADAMS為平臺(tái)，建立慣性圓錐破碎機(jī)的三維模型，在改變激振力、工作間隙、減振器剛度等參數(shù)情況下，對(duì)它的工作情況進(jìn)行基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究，為慣性圓錐破碎機(jī)的優(yōu)化和應(yīng)用提供理論依據(jù)．
1、慣性圓錐破碎機(jī)系統(tǒng)建模
1.1幾何建模
    慣性圓錐破碎機(jī)由動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分和工作部分組成，動(dòng)錐的外表面和定錐的內(nèi)表面皆安裝有耐磨襯板，定錐襯板和動(dòng)錐襯板之間形成空腔，即慣性圓錐破碎機(jī)的工作部分——破碎腔．慣性圓錐破碎機(jī)的工作動(dòng)力由激振器產(chǎn)生，激振器裝在軸承套上，動(dòng)錐主軸裝在軸承套里．工作時(shí)電動(dòng)機(jī)通過皮帶輪、皮帶、萬向聯(lián)軸節(jié)等使激振器高速旋轉(zhuǎn)，由于激振器的偏心質(zhì)量產(chǎn)生離心激振力．激振力通過裝在軸承套里的動(dòng)錐主軸傳遞給動(dòng)錐，在激振力的作用下動(dòng)錐繞動(dòng)錐球面支承的球心作運(yùn)動(dòng)，動(dòng)錐和定錐之間的間隙改變，在靠近偏心塊的一方的間隙變小，沖擊和擠壓物料產(chǎn)生破碎力．在遠(yuǎn)離偏心塊的一方間隙變大，被破碎的小粒度物料落下，通過排放口排出．當(dāng)有較大的不可破碎物進(jìn)入破碎腔，而動(dòng)錐因被卡住暫停振動(dòng)，激振器繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，不會(huì)破壞傳動(dòng)系統(tǒng)．它的機(jī)體安裝在減振器上，減振器吸收、釋放能量，加強(qiáng)系統(tǒng)的振動(dòng)，增大系統(tǒng)的破碎力，
   利用Pro/E wildfire 2.0軟件，根據(jù)系統(tǒng)的幾何模型參數(shù)，建立系統(tǒng)的三維模型。
1.2約束
    動(dòng)錐放置在動(dòng)錐支承的小半球面上，理論上有6個(gè)自由度．實(shí)際工作中，動(dòng)錐受到重力和物料破碎的反作用力，不會(huì)脫離球面，只有3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，因此可當(dāng)作球面副連接．
    半聯(lián)軸節(jié)和傳動(dòng)軸、節(jié)軸是通過萬向節(jié)連接，有2個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和1個(gè)移動(dòng)自由度，工作中，偏心質(zhì)量產(chǎn)生巨大的激振力，故連接副只能在激振力方向上相對(duì)偏轉(zhuǎn)，實(shí)際只有1個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和1個(gè)移動(dòng)自由度．為減少裝配及仿真計(jì)算的工作量，把它們分解為圓柱副、移動(dòng)副連接．
    破碎力可用ADAMS力工具庫提供的接觸力來模擬這2個(gè)實(shí)體間的碰撞作用力與摩擦力，略去存在的虛約束，各構(gòu)件之間的約束關(guān)系見表1．
1.3虛擬樣機(jī)的建立
    利用MDI公司開發(fā)的Mecluuuca／Pro專用接口模塊將建立的三維裝配模型導(dǎo)人ADAMS平臺(tái)．
    根據(jù)實(shí)際工作情況，用STEP函數(shù)定義系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)約束，Velocity=STEP (time,O,O,6,58. 2)+ STEP (time,13，0，15，-58.2)，即系統(tǒng)開機(jī)后經(jīng)過6s降壓?jiǎn)��?dòng)，角速度從0rad/s增加到58.2 rad/s，達(dá)到正常工作狀態(tài)，保持角速度為58.2 rad/s，運(yùn)行7 8后停機(jī)，停機(jī)過程為2 8．系統(tǒng)從角速度為58.2rad/s到靜止．施加載荷，按照表l定義運(yùn)動(dòng)副約束，再進(jìn)行仿真預(yù)處理，設(shè)置仿真輸出、仿真控制參數(shù)（如仿真類型、時(shí)間周期方式、仿真時(shí)間等）和測(cè)量．完成虛擬樣機(jī)后，進(jìn)行仿真分析，得到仿真結(jié)果，并且修改系統(tǒng)的工作參數(shù)，反復(fù)仿真，得到各種情況下系統(tǒng)的性能和輸出．
2、虛擬樣機(jī)仿真結(jié)果分析
    就動(dòng)錐的受力情況，仿真分析結(jié)果顯示見圖2，力的統(tǒng)計(jì)值見表2，動(dòng)錐體對(duì)動(dòng)錐支撐的作用力Z方向分力始終向下，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)最小絕對(duì)值為16111.687 lN，而動(dòng)錐部件的質(zhì)量為1.661 9×l03kg，即這個(gè)值接近動(dòng)錐的重力，兩個(gè)值的差異是由軸套和動(dòng)錐軸存在+Z向摩擦力引起的．這說明工作中動(dòng)錐不會(huì)向上跳動(dòng)，假定球面副連接的約束是正確的，動(dòng)錐實(shí)際上只存在3個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度．通過分析工業(yè)應(yīng)用中的動(dòng)錐支撐的磨損情況，能判斷出工作中動(dòng)錐不會(huì)跳動(dòng)，這也證明了仿真分析的正確性．因此，個(gè)別應(yīng)用中出現(xiàn)的漏油現(xiàn)象不是因動(dòng)錐跳動(dòng)所致，而是因油密封圈磨損失去密封作用所致，
    破碎力的仿真結(jié)果如圖3，破碎力的統(tǒng)計(jì)值見表3，結(jié)果顯示正常破碎階段破碎力的平均值為6.66×105N，最大破碎力達(dá)8.79 x106N，和理論分析結(jié)果相符．在應(yīng)用中，根據(jù)不同物料的物理性質(zhì)，可依據(jù)此仿真結(jié)果調(diào)整激振器的偏心質(zhì)量，以獲得需要的破碎力．
    橡膠減振器的拉壓彈性模量E和剪切彈性模量G與橡膠的材質(zhì)、處理工藝、工作溫度和形狀尺寸等有關(guān)，用彈性系數(shù)為Ki=3×lo N/m、K2=l.6×l07 N/m分別進(jìn)行仿真，結(jié)果表明當(dāng)減振器的抗剪切彈性系數(shù)為Ki時(shí)，機(jī)體在X方向的位移幅值較大，但機(jī)體對(duì)減振器的Z方向的力較小，且破碎力較小；當(dāng)為K2時(shí)，機(jī)體在X方向的位移幅值較小，但Z方向?qū)�減振器的力較大，表現(xiàn)為機(jī)體的跳動(dòng)，而最大破碎力比前者大12%.工業(yè)應(yīng)用中，根據(jù)不同的破碎要求，使用不同的減振器進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)備的動(dòng)力學(xué)特性不同，可由此選擇合適的減振器M．
  仿真結(jié)果顯示傳動(dòng)軸的有效扭矩為1.52×l07 N．m，而實(shí)際工作中傳動(dòng)軸的有效扭矩約為1.66 x l07 N．m，兩者基本一致，因此電機(jī)選用合理．仿真中用接觸力近似代替破碎力，實(shí)際破碎工作中動(dòng)錐襯板、物料、定錐襯板之間的作用除了沖擊力、擠壓力外，還存在剪切力等，而且所有運(yùn)動(dòng)副間存在摩擦力矩，故實(shí)際所需的驅(qū)動(dòng)扭矩比仿真結(jié)果扭矩要大，在其他參數(shù)不變的情況下，改變減振器的剪切彈性系數(shù)，進(jìn)行參數(shù)仿真分析發(fā)現(xiàn)，減振器的彈性系數(shù)越大，系統(tǒng)需要輸入的扭矩越大．
3、結(jié)論
    (1)工作過程中動(dòng)錐對(duì)動(dòng)錐支撐的作用力始終向下，動(dòng)錐不會(huì)出現(xiàn)跳動(dòng)現(xiàn)象，故不會(huì)因動(dòng)錐跳動(dòng)而出現(xiàn)漏油現(xiàn)象．
    (2)工作階段破碎力平均值達(dá)6.66×105 N，最大值高達(dá)8.79×l06 N，這是該機(jī)能夠應(yīng)用于破碎鐵合金、鋼渣等抗壓強(qiáng)度很大的脆性物料的原因．
    (3)減振器對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)影響較大，當(dāng)抗剪切彈性系數(shù)較小時(shí)，機(jī)體的振幅較大，傳動(dòng)軸輸入的扭矩較小；當(dāng)抗剪切彈性系數(shù)較大時(shí)，機(jī)體振幅較小且不平穩(wěn)，傳動(dòng)軸輸入的扭矩較大，因此，選擇適當(dāng)?shù)臏p振器能使系統(tǒng)的具有更好的動(dòng)力學(xué)特性．
    (4)電機(jī)選擇合理，實(shí)際工作傳動(dòng)軸扭矩要略大于分析計(jì)算值．