本文探討了對復擺顎式破碎機調整座有限元方法的優化設計分析。

　　1調整座三維實體模型的建立

　　以PEF400x600型顆式破碎機調整座為例，用SolidWorks2001 plus軟件對其進行三維建模。

　　調整座是破碎機中較復雜的零件，調整座建模的主要步驟是:先設計調整座的橫截面，將其進行拉伸到總長的一半，通過切除特征形成各種槽和螺紋孔，再利用圓角特征倒出鑄造圓角，最后通過鏡向特征完成整個調整座的建模。用SolidWorks2001 plus軟件建立的PEF400 x 600型領式破碎機的調整座三維模型如圖1所示。

　　2調整座有限元分析

　　2.1調整座有限元分析前處理

　　(1)材料選擇調整座采用ZG35，力學性能為:彈性模量為2E+5 MPa，泊松比為0.32NA,剪切模量為7.6e+4 MPa,拉應力為482 MPa,屈服應力達248MPa.

　　(2)添加約束 如圖1所示調整座工作時平面I是通過調整墊片與機架固定在一起，另外為了調整方便，調整座的兩端分別有T形槽，工作時是用螺栓及螺母將其與機架固定，所以調整座的后平面約束為XYZ三個方向不能移動，T形槽的上端面(Y方向)不能移動。

　　(3)添加載荷根據復擺額式破碎機的機構受力分析，得出PEF400 x 600型顆式破碎機調整座在計算破碎力下，肘板的推力為2 172 kN，將此力按均布的形式加載到受力表面。

　　(4)網格劃分設置網絡單元為四面體單元，雅可比為4point，取單元尺寸為20 mm，容差為1。經過網格劃分后為25 642個節點數，15 938個單元。

　　2.2調整座有限元計算結果

　　(1)強度分析

　　調整座(圖略)的最大應力值為228.6 MPa，位置在調整座后部開方孔的圓角處及中間平面上存在應力集中，其結構不夠合理。

　　(2)剛度分析

　　從調整座的合成位移中可知，最大變形量為0.093 96 mm，位置在開出方孔的中部，其中X方向為0.079 16 mm, Y方向為0.080 20 mm, Z方向為0.023 20 mm，可看出在調整座后部開方孔，中間平面上的剛性較差。

　　3調整座結構優化設計

　　3.1調整座優化設計

　　為了使調整座能更好地承受破碎力，減少彈性變形，使其能更好滿足礦石破碎要求，對其結構進行有限元優化計算。采用Cosmosl Works工程分析軟件對調整座進行結構優化。其步驟為:

　　(1)優化目標 定義調整座體積最小為優化目標函數。

　　(2)設計變量 由于破碎機的結構所限，調整座的外部尺寸不能變化。從有限元計算結果得知，應力最大的位置在開出方孔的圓角處，如圖2所示。定義設計變量為:尺寸25作為第1個設計變量D1.優化時程序推薦范圍是12.5-37.5;開槽上下端厚度30尺寸作為第2個設計變量D2和第3個設計變量D3，推薦值為15-45 ;圓角半徑R10作為第4個設計變量R1，推薦值為5-20，以推薦值作為設計變量的變動范圍。

　　(3)定義行為 約束為保證調整座在結構優化前后的強度和剛度不變，即應力值相近，取優化前經有限元計算出的最大應力值228.6 MPa作為行為約束尺寸。

　　(4)網格劃分 第1次優化循環前的網格采用優化前創立靜態分析的網格，在優化的每一次循環中都對網格重新劃分。

　　(5)運行優化 程序在優化的過程中，當確定了優化循環次數，點擊運行優化程序后，優化自動進行，在優化過程中可以直接從模型中看到設計變量在每次設計周期中改變的數值，直到程序計算出最優結果為止。

　　(6)顯示結果 當模型完成優化分析后，得出原始和最后設計、某周期的設計歷程、收斂(迭代)圖、局部趨勢圖解等項目。

　　3.2調整座優化結采分析

　　經有限元優化模塊對調整座結構優化后設計變量的最后結果如圖3所示，優化后:尺寸D1明顯增大，因為肋板的作用力直接作用在這個面上，加大這個尺寸就相當于加厚受力面，對應力的合理分布是有顯著作用的;圓角半徑R，也明顯加大。

　　3.3調整座結構改進方案

　　通過對調整座結構進行優化設計分析，增加肋板力承受面的厚度，減小上、下兩壁的厚度既可減輕調整座重量，同時又增強了調整座的強度、改善了應力集中現象。調整座結構的設計要考慮很多因素，如調整座為鑄鋼件，各個壁厚應盡量均勻。所以調整座的3個壁厚優化尺寸D1調整為30，而D2和D3調整為25,圓角半徑調整為R15。這樣既可增加強度和剛度，又可減小其體積，并使鑄件的壁厚盡量均勻。

　　3.4結構改進前后的調整座有限元計算結果對比

　　對結構改進后的調整座進行有限元分析，材料、約束、載荷、網格劃分都與結構改進前相同，將結構有限元優化計算結果與改進前的計算結果比較如表1所示。

　　4結語

　　調整座經結構優化設計后，其性能得到了改善。

　　(1)強度增加改進結構后最大應力值下降了10%，即強度增加了 10%;

　　(2)剛度提高改進結構后合成位移最大值減小了10%，即剛度提高了10%;X.Y.Z三個方向的變形都相應減小;

　　(3)應力集中區域數值的比較通過探測應力集中的部位，發現改進結構后其應力較大值的分布與改進前基本相同，但相應處的最大值都下降了10%~13%;

　　(4)體積減小了2%。