垃圾破碎機的設(shè)計含SW三維及14張CAD圖帶開題,垃圾,破碎,設(shè)計,sw,三維,14,cad,開題 編號： 畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯 （譯文） 院 （系）： 機電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 謝雄雁 學(xué) 號： 0800110231 指導(dǎo)教師單位： 機電工程學(xué)院 姓 名： 黃美發(fā) 職 稱： 教授 2012年5月19日 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 22 頁 共 21 頁 （一）機器和機器零件的設(shè)計 機械設(shè)計 機械設(shè)計是一門規(guī)劃或設(shè)計新的或改進的機器來完成具體目的的藝術(shù)。一般說來,一個機器是由幾種不同的機械零件合理設(shè)計安排組合起來一起工作，作為一個整體。在機器的最初規(guī)劃期間，基本的要點必須要相關(guān)地載入，運動元素的類型使用，和合適的工程材料的使用。當新的機器被承接下來時，經(jīng)濟考慮通常是最重要的。一般來說，總體經(jīng)濟成本最低就會被用來設(shè)計。不僅要考慮設(shè)計的成本，還要考慮必要的安全特性和美好的外觀特征。生產(chǎn)這樣一個機器的目的不僅是為了長久正常的功能使用來滿足日常的生活，也同時是為了減少足夠成本滿足經(jīng)濟可行性。工程師負責機器的設(shè)計不僅要有足夠的技術(shù)培訓(xùn)，還必須要有正確的判斷力和豐富的經(jīng)驗，而才能通常是在相當長的實際操作之后獲得的。 機器零件的設(shè)計 設(shè)計的原則當然是普遍通用的。同樣的理論或方程可應(yīng)用于一個非常小的一部分，在一臺儀器，或者一個更大的但是很相似的部分卻可用于一架重型設(shè)備。然而，毫無爭議的是數(shù)學(xué)計算被看做是絕對的和決定性的。它們都受到各種假設(shè)的準確性，因此在工程工作上就更加有必要。有時候只有機器部件上的一部分是在分析和計算的基礎(chǔ)上設(shè)計的。剩下部件的形式和尺寸是在分析計算的基礎(chǔ)上設(shè)計。另一方面,如果機器是非常昂貴的，或者如果質(zhì)量是一個問題，比如在飛機上，設(shè)計計算可能就會是全部部件。 這個設(shè)計計算的目的，當然，是嘗試預(yù)測部件的受壓與變形以便能夠很好地承受強加于部件的載荷，和能夠持續(xù)預(yù)測機器的壽命。所有的計算，當然是依據(jù)作為實驗室測試的結(jié)構(gòu)材料的物理特性。一個合理的設(shè)計方法可以試圖以結(jié)果的相對簡單和基本測試如拉張、壓縮、扭矩，和疲勞和把它們應(yīng)用到所有復(fù)雜混亂情況下的當代機器。 此外，這些細節(jié)如表面狀態(tài)、圓角、切口、制造公差已經(jīng)被廣泛的證明，和熱處理在機器部件強度和使用壽命上已經(jīng)有了一個市場效應(yīng)。設(shè)計和起草部門必須完全區(qū)分所有這些事項,必須指定所有這些資料完全,從而可以靈活必要地關(guān)閉和控制成品。 如上所述，機械設(shè)計是一個寬廣的工程技術(shù)領(lǐng)域。同樣地，它開始于一個想法的概念和遵循通過各階段設(shè)計分析，制造，市場和消費。下面是一個在一般機械設(shè)計領(lǐng)域的主要考慮因素的清單： ① 初始設(shè)計概念； ② 強度分析； ③ 材料選擇； ④ 外觀 ⑤ 制造 ⑥ 安全 ⑦ 環(huán)境影響 ⑧ 可靠度和使用壽命 強度是檢驗抵抗能力的一項措施，沒有破壞，外力能夠引起壓力和拉力。這個外力可以是： ① 逐漸應(yīng)用； ② 突然應(yīng)用； ③ 沖擊應(yīng)用； ④ 連續(xù)不同方向倒轉(zhuǎn)應(yīng)用； ⑤ 在低、高溫作用下應(yīng)用。 如果機器的一個關(guān)鍵部件破壞了，整臺機器必須停下來進行修理。因此，當設(shè)計一臺新的機器時，這個關(guān)鍵部件制造得足夠強度以防止破壞是相當重要的。設(shè)計者應(yīng)該盡可能精確地決定所有外力的性質(zhì)、大小、方向和著力點。機械設(shè)計不是技術(shù)管理，然后卻是一門精確科學(xué)，因此，很少能夠準確確定所有應(yīng)用外力。此外，一個指定材料的不同樣品將會給我們展示不同的抗負載、溫度和其它環(huán)境條件。盡管如此，依據(jù)適當?shù)臈l件下的設(shè)計計算在正確的機器設(shè)計上還是很可貴的。 此外，一個設(shè)計工程師知道為何部件會破壞以便能夠設(shè)計出需要最少維修的可靠機器是絕對必要的。有時候，失敗可能會很嚴重，比如在告訴行駛的汽車爆胎。在另一方面，失敗可能不再是一個障礙。一個例子就是在汽車冷卻系統(tǒng)中放松散熱器軟管。后面一種失敗的影響通常是一些散熱器失去，這是很容易發(fā)現(xiàn)和修正的。 部件吸收載荷的類型有大有小的。一般來說，帶有方向倒轉(zhuǎn)的動態(tài)載荷比靜態(tài)負荷能夠引起更大的影響，因為，疲勞強度必須予以考慮。另一個關(guān)心的問題是材料是否柔軟或者易碎。例如，脆性材料在涉及到疲勞強度時被認為是不可接受的。 一般來說,設(shè)計工程師必須考慮所有可能的失敗模式,包括以下幾點： ① 壓力； ② 變形； ③ 磨損； ④ 腐蝕； ⑤ 振動； ⑥ 環(huán)境損害； ⑦ 連接松動現(xiàn)象。 部件尺寸和形狀的選擇必須考慮許多產(chǎn)生外部載荷影響的尺寸因素例如幾何間斷，所需輪廓產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，和干涉配合接頭的應(yīng)用。 材料的機械性能 材料的性能可以分為三大類：（1）物理，（2）化學(xué)，（3）機械 物理性能 密度或者比重，含水量等等，可以歸屬于這一類。 化學(xué)性能 許多化學(xué)性能歸屬于這一范疇。這些包括酸性或堿性，放射性和腐蝕性。這些性能中最重要的是腐蝕性，可以用外行的術(shù)語解釋了復(fù)合材料的抗衰退而持續(xù)使用在一個特定的氛圍。 機械性能 機械性能包括在強度特性如拉伸、壓縮、剪切、扭矩、沖擊、疲勞和蠕變。材料的拉伸強度可以通過試件的橫截面積出試件承受的最大載荷得到。 這是一個在拉應(yīng)力實驗中沿Y軸表示壓力沿X軸表示應(yīng)變的曲線坐標軸。當受到載荷時，材料趨于改變或者改變尺寸，依據(jù)載荷的大小。當載荷消除時變形也隨之消失了。許多材料當壓力達到一個確定值時叫做彈性極限Ap。這個通過直線關(guān)系和微小偏差描述，在應(yīng)力——應(yīng)變曲線上（圖3.1）。 在彈性范圍內(nèi)，壓力的有限值依據(jù)壓力與應(yīng)變的比例，叫做比例極限Ap。在這個區(qū)域，金屬服從胡克定律，它表明壓力和應(yīng)變在載荷彈性范圍內(nèi)，（當載荷移除之后，材料完全恢復(fù)它最初的尺寸）。曲線中的實際點，比例極限在彈性極限處。這可以認為是材料恢復(fù)初值時落后于前者。這種影響在不含鐵的材料中經(jīng)常提到。 應(yīng)力 應(yīng)變 圖3.1 應(yīng)力——應(yīng)變曲線 鐵和鎳有明顯的彈性范圍，而銅、鋅、錫，即使在相對低的應(yīng)力下也表現(xiàn)為不完全彈性。實際上，區(qū)分彈性極限和比例極限更多取決于測量設(shè)備的靈敏度。 當負載超過彈性極限時，塑性變形開始，逐漸地試件被硬化。變形比負載增加得更快時的點。這個點被稱成為屈服點Q。金屬開始抵抗負載轉(zhuǎn)變成快速變形，這個屈服力叫做屈服極限Ay。 試件的延伸率繼續(xù)由Q到S再到T。在這種塑性流動時，應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系在曲線上處于QRST區(qū)域。在試件發(fā)生破壞且這種負載稱為破壞負載。最大負載S的值除以試件初始的截面積被定義為這種金屬的拉伸極限或試樣的拉伸強度Au。 按邏輯說，在應(yīng)力不增加的情況下，一旦超出彈性極限，金屬開始屈服，并最終破壞。但是當超出彈性極限后，在紀錄曲線上應(yīng)增大。這種變化主要有兩個原因： ①材料的應(yīng)力硬化； ②由于塑性變形而引起的試件橫截面積的變??； 由于加工硬化，金屬塑性變化越大，硬化越嚴重。金屬拉伸越長，他的直徑（橫截面積）越小。直到到達點S為止。 S點之后，面積減少的速率開始變化，超過了應(yīng)力增加的速率。應(yīng)變很大以至于在局部一些點的面積減少。這種被稱為頸縮。 橫截面積減少得非?？?，以至于負載值下降。這叫做ST階段。破壞發(fā)生在T點。 延伸率A和截面積變化率W被描述成材料的延展性和塑性： A=(L-L0)/L0*100% W=(A0-A)/A0*100% 在這里，L0和L分別是試件的最初和最終長度，A0和A分別是試件的最初截面積和最終截面積。 質(zhì)量保證與控制 產(chǎn)品質(zhì)量是生產(chǎn)中最重要的。如果放任質(zhì)量惡化，生產(chǎn)者會很快發(fā)現(xiàn)銷售量銳減從而會導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)破產(chǎn)。用戶期望他們買的產(chǎn)品質(zhì)量性能好，而且如果制造商想建立和維持生意信譽，必須在產(chǎn)品建立和維持前產(chǎn)品制造過程中進行質(zhì)量控制和質(zhì)量保證。一般來說，質(zhì)量保證包括所有的活動旨在維持質(zhì)量控制，包括質(zhì)量控制，質(zhì)量保證可以被分為三個主要領(lǐng)域，這些如下所述： ①制造之前的原材料的檢查； ②在制造加工過程中的質(zhì)量控制； ③制造之后的質(zhì)量保證。 生產(chǎn)制造后的質(zhì)量控制包括保證書和面對產(chǎn)品用戶的服務(wù)。 生產(chǎn)制造之前的原材料檢驗 質(zhì)量保證常常在實際生產(chǎn)制造之前就開始了。這些都是生產(chǎn)者在供應(yīng)原材料、散件或配件的車間里進行檢驗。生產(chǎn)制造公司的原材料檢驗員到供應(yīng)廠并且檢查原材料和用于制造的零配件。原材料檢驗為生產(chǎn)者提供了一次機會，那就是在原料及散件被運到生產(chǎn)車間之前先進行篩選。 原料檢察員的責任是去檢查原料和零件是否達到設(shè)計規(guī)格并且淘汰那些未達到特殊指標的原料。原料檢驗在生產(chǎn)中可能包括很多相同的檢測。其如下所述： ①目測 ②冶金測試 ③尺寸測試 ④損傷檢驗 ⑤性能檢驗 目測 目測檢驗一種產(chǎn)品或原料的某些特征，如顏色、紋理、表面光潔度，或部件的總體外觀，從而判斷其是否具有明顯的缺損。 冶金測試 冶金測試常常是原料檢測中一個很重要的部分，尤其是像棒料、建筑材料毛坯一些原材料。金屬測試包含所有主要的檢驗類型，包括目測，化學(xué)檢驗，光譜檢驗和機械性能檢驗，其包括硬度、伸縮性能、剪切性能、壓縮性能和合成成分的光譜分析。冶金測試既可用于成品件也可用于預(yù)制件。 尺寸檢驗 質(zhì)量控制的一些領(lǐng)域與生產(chǎn)中的尺寸要求一樣重要。尺寸在檢驗過程中，像其在生產(chǎn)過程中一樣重要。如果這些零件是為總成供應(yīng)的，那尺寸尤其嚴格。一些尺寸在生產(chǎn)車間用標準測量工具進行檢驗，像特種接頭、造型和需求的功能標準度量。符合尺寸規(guī)格對所制造多部件的互換性和對多部件成功組裝成復(fù)雜的裝置，如汽車、輪船、飛機和其他多部件產(chǎn)品都極其重要。 損傷檢驗 在一些情況下，對原材料或零部件采取損傷測試的原始測驗是很必要的。特別是涉及到大批的原材料時。例如，在被運到生產(chǎn)車間作最終機器之前，對鑄件進行X-射線、電磁離子、染色滲透劑技術(shù)的探傷是很必要的。機器總成的電子或持久運作測試而確定的規(guī)格是無損測試的又一例證。 有時對材料及零件的測試是很必要的，但由于無損測試的花費和成本及時間不是任何時候都允許的。例如，有壓力測試決定其在設(shè)計中是否安全。損傷測試經(jīng)常用于設(shè)計樣機的測試，而不是原材料或零件的常規(guī)檢驗。一旦設(shè)計達到了所希望的材料強度，通常對零件做進一步的損傷測試是不必要的，除非他們確實存在疑點。 性能測試 性能測試在零部件安裝到其它產(chǎn)品之前，檢查部件的功能，尤其是那些機械構(gòu)造復(fù)雜的部件。例如電子設(shè)備零件，飛機和汽車發(fā)動機，泵、閥及其他需要在裝運和最后安裝前進行性能測驗的機械系統(tǒng)。 電力液壓塊式制動器應(yīng)用 YWW系列電力液壓塊式制動器是一種常閉、臥式安裝的制動器。它主要用于門座式起重機、斗輪堆取料機以及中大型塔式起重機回轉(zhuǎn)機構(gòu)的制動。 YKW系列電力液壓塊式制動器是一種常開、臥式安裝的制動器，推動器為閉合驅(qū)動裝置，它通過腳踏開關(guān)控制，司機在司機室內(nèi)可隨意操作。它主要用于門座式起重機和塔式起重機等回轉(zhuǎn)機構(gòu)的減速制動。當需要在非工作狀態(tài)進行制動時，可通過增設(shè)手動閉合來實現(xiàn)。 RKW系列制動器為常開式，通過腳踏式液壓泵進行控制，臥式安裝的制動器。它主要用于中小型門座式起重機和塔式起重機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)。在有需要時，制動器可通過帶有手動閉合的裝置進行維持制動。 主要設(shè)計特點 聯(lián)鎖式均等裝置（專利技術(shù)）在使用過程中可始終保持兩側(cè)制動兩邊貼緊制動輪和做出不必要的調(diào)整，這樣就避免制動襯墊的一方緊抱剎車輪。制動器設(shè)有瓦塊自動隨位裝置。 主要擺動鉸點均設(shè)有自動潤滑軸承，傳動效率高，壽命長。在使用過程中無需潤滑。 可調(diào)式支撐裝置確保制動器工作靈活自如。 制動彈簧被安放在方管內(nèi)并在一側(cè)設(shè)有標尺。用戶可十分方便的讀出制動力距值，免去測量和計算的麻煩。 制動襯墊為卡裝式整體結(jié)構(gòu)，更換十分方便。它備有半金屬（無石棉）硬質(zhì)和半硬質(zhì)，軟質(zhì)（含石棉）等不同材質(zhì)的制動襯墊供用戶選擇。 全部采用本公司新型推動器配套，工作靈敏，壽命長。 液力傳動 動力傳動的兩種類型 在液力傳動中，用來將機械能（電能、化學(xué)能）轉(zhuǎn)化成液力能的裝置（泵）被布置在傳動鏈的輸入端，而用來將液力能轉(zhuǎn)化成機械能的裝置（馬達）被布置在輸出端（圖2-1）。 這種能量轉(zhuǎn)化的理論上設(shè)計依據(jù)是液力傳動的各部分的伯努里方程。 在系統(tǒng)中，流體靜壓力主要用來替代泵和馬達，而在某些方面，流體動力是作為液力能轉(zhuǎn)化后的力傳動而被利用的（如離心泵）。 這種能量轉(zhuǎn)換的特征取決于單位力的傳動。它能說明這種微小力的液體靜壓力能轉(zhuǎn)換和高壓力的液體動力能轉(zhuǎn)換更受人們的歡迎（圖2-2）。這是液力轉(zhuǎn)換被應(yīng)用于工業(yè)器械的主要原因。液力傳動的能量轉(zhuǎn)換。 1、原動機（電機、內(nèi)燃機） 2、機械能 3、泵 4、液力能 5、液壓馬達 6、機械能 7、單位質(zhì)量在流體靜力能和流體動力能中的負載變化 1、流體靜力學(xué)；2、流體動力學(xué) 替代能量轉(zhuǎn)換僅應(yīng)用以下幾方面。相關(guān)的替代執(zhí)行元件提供一個或數(shù)個尺寸。泵的工作室在外部能量進入時伸長，馬達是靠液力能。工作是伸長時液體流入，而收縮時實現(xiàn)流體流出。這些裝置通常被稱為能量轉(zhuǎn)換裝置。 流體靜力學(xué)能量 液體充滿一個體積為V1的容器，在壓力下所作的功是壓縮功W1和改變液體的功組成的。為了分析這個過程，讓我們假設(shè)一個活塞機構(gòu)（圖2-3（a）），它是有兩個閥Z0、Z1和貯液器連接而成，表面壓力為P0，貯液器內(nèi)部壓力為 P1，活塞處于上部的X=X0處，Z0打開，液體充滿體積為V0的汽缸，壓力為 P0，現(xiàn)在關(guān)閉閥Z0，并且開始向下移動活塞。如果 Z1關(guān)閉，當活塞下降到 X=X1處液體體積由V0變?yōu)閂1，此時壓力升至P1。驅(qū)動活塞所作的外部功是（假設(shè)熱量改變） W1=-∫0X0(P-P0)Adx=-∫V1V0(P-P0)dv （二）花崗巖的一些強度特性對顎式破碎機性能的影響 摘要：巖石強度特性對顎式破碎機性能的影響決定于巖石的破碎時間和巖石晶體的大小。調(diào)查了四個不同的巖石樣本即大理石、白云巖、石灰?guī)r、花崗巖，這些都是在礦山分裂的碎片中比較典型的。抗壓強度與點載荷測試與破碎時間與尺寸分析一樣在每個巖石樣本中實行。每個樣品的強度參數(shù)結(jié)果與破碎時間和巖石類型的晶體尺寸分布有關(guān)。強度測試的結(jié)果表明花崗巖有著最高的強度值為101.67MPa，點載荷為6.43MPa，同時白云巖獲得最低的強度值是30.56Mpa和點載荷是0.95MPa。根據(jù)國際巖石力學(xué)學(xué)會標準，花崗巖樣本可能被分為擁有最高的強度而白云巖樣本被認為是擁有最小強度。也就是說，花崗巖有著最長的破碎時間（21.0s）和白云巖有著最少的破碎時間（5.0s）。根據(jù)調(diào)查的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)巖石類的強度最破碎時間有很大的影響。 關(guān)鍵字：巖石強度；顎式破碎機；破碎時間；晶體尺寸分布；效能 1 介紹 材料的的強度是指它抵抗外力的能力。巖石的強度性能是指巖石材料抵抗外力破壞而沒有屈服和破裂的能力。巖石的機械性能取決于材料組成中的晶體、顆粒和滲碳組織之間的相互作用。材料的屈服強度是材料機械強度的一個充分指標且是預(yù)測材料塑性變形的技術(shù)參數(shù)，據(jù)此我們就可以根據(jù)材料的微觀結(jié)構(gòu)特性和最終要求知道如何提高材料的強度。強度主要考慮的是壓應(yīng)力強度、拉伸強度和剪切強度，即分別是極限條件下的壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和剪切力。依據(jù)參考，動載荷的影響可能是材料強度中最重要一個部分。重復(fù)性的載荷經(jīng)常會造成脆性裂紋，而后慢慢惡化直至發(fā)生破壞。 為了讓巖石和巖石材料在加工工業(yè)可以有益和經(jīng)濟性，在實驗室進行一定量的巖石和巖石材料破碎試驗而掌握第一份數(shù)據(jù)是相當重要的。這就需要參數(shù)的確定如破碎大小、可磨度、在破碎機和破碎設(shè)備中的粗細比例，巖石粉末的比例。顎式破碎機在礦山和采石場是用來破碎巖石的。在重型破碎機設(shè)計上它提供了最新技術(shù)且實現(xiàn)了高產(chǎn)，寬大的設(shè)備調(diào)整，用螺栓連接主機的大下料口，下架固定和適應(yīng)安裝需要可任意調(diào)整的粉碎機齒片。這種破碎機是專門為高強度和持續(xù)作業(yè)而設(shè)計的最佳和使用壽命長的設(shè)備，這個可能是因為受到了巖石強度性能的影響。這個影響導(dǎo)致了規(guī)定功能失去了表現(xiàn)而顎式破碎機也就因此被設(shè)計了。UCS是巖石材料強度性能的最主要定量方法。點載荷測試在巖土工程實踐中備用做確定巖石強度指標。巖石巖性被分為一般類別和轉(zhuǎn)換因素確定于每個類別。這就允許完整的巖石強度數(shù)據(jù)可以通過點載荷巖土工程數(shù)據(jù)分析和經(jīng)驗巖石質(zhì)量分類系統(tǒng)如煤礦最高評級有效地獲得。 破碎是煤礦加工操作的組成部分，同時在煤礦加工操作下游礦石準備中至關(guān)重要。在礦場上把采集的礦石用顎式破碎機進行最初的破碎階段，而后進行（第二階段和第三階段）。從一個方面可以看出，破碎階段的次數(shù)越多，貫穿整個生產(chǎn)的好的產(chǎn)量比例也會越高。這種破碎機被直接用來控制好產(chǎn)品的數(shù)量。一個關(guān)于礦場粉末的最新研究指出在礦場運行與礦場粉末之間存在的可能關(guān)系。這個結(jié)論被批判性地報道說硬巖石采集廠的產(chǎn)品值正比于破碎階段的數(shù)目；它是隨著產(chǎn)品階段的增加而增加。在每個階段降低和減少粉末量特別是易碎的巖石和煤礦，然而，這個累計粉末量可能高于使用較少加工階段的高減少量。 粒度分析法是用作確定巖石材粒度分布或者晶體尺寸分布的方法。在實際上，要求關(guān)閉面向礦物加工設(shè)計的尺寸控制是為了減少尺寸影響和使顆粒間相互運動獨立。材料顆粒尺寸分布對于了解物理和化學(xué)性能是重要的。它會影響巖石強度和承載性能。最常見的確定巖石顆粒尺寸的方法是篩選分析法，顆粒尺寸通過篩選機分出不同的尺寸。于是，顆粒尺寸分布依據(jù)離散尺寸范圍以微米為單位定義。它通常可以在幾乎包括樣品所有尺寸范圍的列表中確定出來。有一些確定方法允許更加細小尺寸范圍的顆粒通過篩網(wǎng)且可以確保顆粒尺寸在篩網(wǎng)的篩選范圍內(nèi)。然而，概念篩子的想法只是留住超過設(shè)定的尺寸和通過小于設(shè)定尺寸的顆粒，這個尺寸通常是各類顆粒尺寸分布數(shù)據(jù)的代表。尺寸分布可以表達為一個值域分析，每一個尺寸范圍的數(shù)值按顆粒尺寸細度排列。它也可以用累計形成表達，在這種累計形成中，所有由概念篩子阻止或者通過顆粒的尺寸都是在給定的尺寸范圍。當找到一個特別理想的中間值時范圍分析是合適的，同時當在尺寸之下或者尺寸之上的數(shù)量得到控制時累積分析是使用的。 2材料和方法 2.1樣品收集、準備和測試 用于研究觀察的巖石樣品是從尼日利亞不同的礦場中獲得的。白云巖、石灰?guī)r和大理石樣品的收集于埃多州，花崗巖巖石樣品收集于翁多州。每5個90X50X50cm尺寸的大巖石是通過巖石的爆破有代表性地選擇出來的，而不是從自然風化中獲得，也就是說，諸如裂縫、接縫、斷裂等處的間斷點被很好的包裝起來是為避免在運輸?shù)倪^程中損壞。為了進行抗拉壓強度測試，巖石樣品被用石工用鋸鋸成60X60mm的方塊形狀且通過游標卡尺測量尺寸。同時，為了進行點載荷測試，巖石樣品被用大錘打碎成不規(guī)則的形狀。游標卡尺用來測量從不同點上取得的不規(guī)則形狀的巖石的直徑和長度。巖石長度和直徑的平均值也就確定了。 這些巖石樣品在國家社會巖石動力學(xué)標準實驗室準備和測試，每一項強度測試分別通過砌體鋸機、壓縮試驗機和點載荷測試機進行測試。這些實驗值被記錄下來。相同質(zhì)量的巖石樣品尺寸的減小可以通過實驗用的顎式破碎機實現(xiàn)。顆粒尺寸分布可以通過搖動篩粉器的篩網(wǎng)實現(xiàn)。破碎時間被記錄下來。這些留在篩上的樣品就記錄為尺寸分布。這些巖石樣品被砌體切機切成方塊的形狀，被切的樣品很光滑，避免過于不規(guī)則和過于強硬。每5個巖石樣品進行試驗，每個失效載荷都會被記錄下來，與在抗壓測試儀器中失效載荷被橫向觀測一樣。 一些塊狀的不同巖石類型隨后會被實驗室顎式破碎機破碎然后記下破碎時間。破碎后的巖石樣品會被實驗室篩搖裝置進行篩選。篩網(wǎng)按遞減的順序4700,2000,1700,1180,850,600,425和212um進行排列，篩網(wǎng)的最大開口在頂部，最小開口在底部。一個密封裝置盤或者接收器被安放在篩網(wǎng)的下面是為了接受被認為是不符合尺寸的顆粒。破碎樣品放在篩網(wǎng)頂部且用一個蓋子覆蓋在上面防止在加工過程中樣品篩出。這個篩網(wǎng)裝置被安放了一個篩網(wǎng)振動器進行合適的篩選。這個操作在每個巖石樣品中執(zhí)行5分鐘。這個可以通過使用一個篩網(wǎng)自動定時控制器實現(xiàn)。篩選分析之后，每個篩網(wǎng)上留下的巖石樣品進行質(zhì)量平衡測量還有記下每個篩網(wǎng)孔徑。 3結(jié)果和討論 表格1——6是進行不同巖石樣品抗拉壓強度測試、破碎時間和顆粒尺寸分布的結(jié)果，圖1和圖2分別表示抗拉壓強度和巖石類型尺寸分布的。 表1 巖石樣品抗拉壓強度測試結(jié)果 巖石樣品 UCS值（Mpa） PLI值（MPa） 大理巖 86.11 5.28 白云巖 34.72 1.98 石灰?guī)r 81.94 3.68 花崗巖 125.00 8.61 表2 巖石樣品破碎時間結(jié)果 巖石樣品 破碎量（kg） 破碎時間（s） 大理巖 5 14.0 白云巖 5 5.0 石灰?guī)r 5 11.0 花崗巖 5 21.0 表3 大理巖樣品顆粒尺寸分布結(jié)果 篩選范圍（um） 標稱孔徑（um） 篩分粒度級 累積減少（%） 累積過量（%） logN logM Wt (g) Wt (%) +4700 4700 2420 40.33 59.67 40.33 3.68 1.78 ?4700 ~ +2000 2000 696 11.60 48.07 51.93 3.30 1,68 ?2000 ~ +1700 1700 546 9.10 38.97 61.03 3.23 1,59 ?1700 ~ +1180 1180 600 10.00 28.97 71.03 3.07 1.46 ?1180 ~ +850 850 576 9.60 19.37 80.63 2.93 1.29 ?850 ~ +600 600 610 10.17 9.20 90.08 2.78 0.96 ?600 ~ +425 425 192 3.20 6.00 94.00 2.63 0.78 ?425 ~ +212 212 140 2.33 3.67 96.33 2,33 0.56 ?212 220 3.67 表4 白云巖樣品顆粒尺寸分布結(jié)果 篩選范圍（um） 標稱孔徑（um） 篩分粒度級 累積減少（%） 累積過量（%） logN logM Wt (g) Wt (%) +4700 4700 2340 39.00 61.00 39.00 3.68 1.79 ?4700 ~ +2000 2000 830 13.83 47.17 52.83 3.30 1.67 ?2000 ~ +1700 1700 380 6.33 40.84 59.16 3.23 1.61 ?1700 ~ +1180 1180 410 6.83 34.01 65.99 3.07 1.53 ?1180 ~ +850 850 190 3.17 30.84 69.16 2.93 1.49 ?850 ~ +600 600 230 3.84 27.00 73.00 2.78 1.43 ?600 ~ +425 425 280 4.67 22.33 77.67 2.63 1.35 ?425 ~ +212 212 380 6.33 16.00 84.00 2.33 1.20 ?212 960 16.00 表5 石灰?guī)r樣品顆粒尺寸分布情況 篩選范圍（um） 標稱孔徑（um） 篩分粒度級 累積減少（%） 累積過量（%） logN logM Wt (g) Wt (%) +4700 4700 4300 71.67 28.33 71.67 3.68 1.45 ?4700 ~ +2000 2000 570 9.50 18.83 81.17 3.30 1.27 ?2000 ~ +1700 1700 100 1.67 17.16 82.84 3.23 1.23 ?1700 ~ +1180 1180 190 3.16 14.00 86.01 3.07 1.15 ?1180 ~ +850 850 110 1.83 12.17 87.84 2.93 1.09 ?850 ~ +600 600 130 2.17 10.00 90.01 2.78 1.00 ?600 ~ +425 425 160 2.67 7.33 92.68 2.63 0.87 ?425 ~ +212 212 245 4.08 3.25 96.76 2.33 0.51 ?212 195 3.25 表6 花崗巖樣品顆粒尺寸分布情況 篩選范圍（um） 標稱孔徑（um） 篩分粒度級 累積減少（%） 累積過量（%） logN logM Wt (g) Wt (%) +4700 4700 3800 63.33 36.67 63.33 3.68 1.56 ?4700 ~ +2000 2000 940 15.67 21.00 79.00 3.30 1.32 ?2000 ~ +1700 1700 118 1.97 19.03 80.97 3.23 1.28 ?1700 ~ +1180 1180 210 3.50 15.53 84.47 3.07 1.19 ?1180 ~ +850 850 160 2.67 12.86 87.14 2.93 1.11 ?850 ~ +600 600 200 3.33 9.53 90.47 2.78 0.98 ?600 ~ +425 425 170 2.83 6.70 93.30 2.63 0.83 ?425 ~ +212 212 210 3.50 3.20 96.80 2.33 0.51 ?212 190 3.20 注：logN and logM分別表示篩網(wǎng)范圍和累積過量的logs。 大理巖 白云巖 石灰?guī)r 花崗巖 圖1 巖石樣品強度值分布 圖2 巖石類型尺寸分布的logN對logM的分布 表格1的測試結(jié)果分析指出了大理巖、白云巖、石灰?guī)r和花崗巖的抗拉壓強度值分別為86.11,34.72，81.94和125.00MPa；大理巖、白云巖、石灰?guī)r和花崗巖的點載荷指數(shù)分別為5.28,1.98,3.68和8.61MPa。巖石樣品的破碎時間如表格2所示，大理巖是14.0s，白云巖是5.0s，石灰?guī)r是11.0s，花崗巖是21.0s。從這個結(jié)果我們可以看出花崗巖有著最高的強度值和破碎時間而白云巖有著最低的。拉壓強度和破碎時間有著增長趨勢且表明了破碎時間正比于巖石的拉壓強度，也就是說，巖石越堅硬，顎式破碎機作用的時間就越長。 圖2中表示一般尺寸分布線圖的每條線圖都具有上升的趨勢，每條線變化是顆粒分析中顆粒尺寸維持在每個篩網(wǎng)中的結(jié)果。從這個圖我們可以看出主要的尺寸分布點和其他一些相似趨勢的參數(shù)，也就是說巖石樣品的記錄圖有著很好的相關(guān)性。同樣地，從這個可以知道產(chǎn)品尺寸分析可以用來決定最大高效率加工最合適的尺寸，也可以決定場內(nèi)顆粒度尺寸范圍最小化。巖石強度對破碎機性能的影響可以歸因于巖石的硬度，也可以指在巖石樣本或者巖體成分破裂的情況。在一個集中的采礦場上巖石強度一般影響破碎機的性能。巖石強度的影響是基于破碎時間和尺寸分布影響破碎機的性能。這個強度參數(shù)可以指出在破碎過程中對破碎機有較少影響的巖石類型。 4總結(jié) 強度參數(shù)與巖石類型相關(guān)，與破碎時間一致，本文報道指出在一臺破碎機的作用影響下，巖石擁有越高的強度值，破碎時間就越長。依據(jù)ISRM的巖石分類，花崗巖被認為是有著最高的強度和白云巖有著最低的，它們有著相當?shù)妮^高和較低破碎值。本文可以幫助預(yù)測當破碎機用來破碎不同類型的巖石時的效率和性能，就如同巖石強度的影響基于破碎時間和顆粒尺寸分布。這個強度參數(shù)可以指出在集中礦場中對破碎機性能有較少影響的巖石類型和這也會幫助礦場經(jīng)營者選擇合適的巖石破碎裝置。 （三）差齒輥式破碎機遺傳算法多目標優(yōu)化設(shè)計 摘要：差齒輥式破碎機混合了輥式破碎機和顎式破碎機的有利條件，擁有高的破碎能力，高的破碎效率，多功能篩網(wǎng)，同時彌補了輥式破碎機的不足。破碎機的的下顎是曲柄搖桿機構(gòu)的移動。為了能夠優(yōu)化動態(tài)性能和提高破碎機的破碎能力，需要建立數(shù)學(xué)模型去優(yōu)化傳動角γ和最小化下顎傳動特性值m。 遺傳算法運用多目標優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化破碎機的性能且得到一個最佳的結(jié)果。根據(jù)實施的結(jié)果可以看到破碎機的性能和下顎移動破碎的能力有了提高。 關(guān)鍵字：差齒輥式破碎機；曲柄搖桿機構(gòu)；遺傳算法；多目標優(yōu)化設(shè)計 1 介紹 在許多工業(yè)加工中材料的粉碎是不可缺少的環(huán)節(jié)（如礦山、冶金、化工）。傳統(tǒng)的破碎機（如顎式破碎機、沖擊錘式破碎機、扶輪破碎機、錘磨）為了粉碎主要是通過安放在材料上的工作部件進行破碎。這樣的破碎機是笨拙的，低效率和高消耗的。這些不利條件對提高它們的破碎能力有著限制性的影響。我們現(xiàn)在所擁有的傳統(tǒng)破碎機還不能滿足當今的生產(chǎn)需求。最近的幾年，許多英國MMD制造的齒輥破碎機已經(jīng)被使用。但是從隨機的調(diào)查中，我們可以返現(xiàn)這種齒輥破碎機的一些缺點：1）材料的破碎是通過嚙合齒實現(xiàn)。所有需要破碎的原始物料被放到一個破碎室且通過嚙合齒力量排出包括那些達到標準的顆粒。這些破碎機并不能完成真正的分級破碎，卻使用了較多的能量，效率不高且破碎齒因為金屬疲勞很容易損壞。2）這種混碎的現(xiàn)象發(fā)生在以下兩個條件。一個就是大塊煤礦石混合小顆粒的高流量。另一個就是在齒上覆蓋高濕度煤礦石。因為這種齒輥式破碎機沒有有效的分級機制，這樣的結(jié)果不是很理想和我們不能僅僅依靠這種超負荷的嚙合齒。依據(jù)對一些使用MMD齒輥破碎機的煤礦廠的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)它們中沒有一個可以達到所謂的破碎物料的要求。3）MMD破碎機是通過提高傳動部件的力量和強度來提高破碎能力的，這樣就導(dǎo)致了高消耗和高花費?；谶@些考慮，結(jié)合中國神華能源有限公司和申東煤炭分公司的需求，我們研究團隊設(shè)計了一種新型的、高效率的差齒破碎機來彌補傳統(tǒng)破碎機的不足。 如圖1所示，這個破碎部分由不同的齒和一個曲柄搖桿機構(gòu)組成。這個移動顎式曲柄搖桿機構(gòu)的描述在圖2中指出。在曲柄搖桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計研究中，很多文獻資料都旨在對傳動角γ的優(yōu)化設(shè)計。例如，李作者等人就是選擇對顎式破碎機的移動顎傳動值m進行優(yōu)化設(shè)計。但是在實際和典型的破碎加工過程中，移動顎的能力都緊緊地跟傳動角和移動顎傳動值有關(guān)。我們用GA（遺傳算法）對差齒輥式破碎機曲柄搖桿機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計其目的也是最優(yōu)化傳動角γ和最小化移動顎傳動特征值m。 1.篩網(wǎng)馬達；2.輥子篩軸；3.驅(qū)動齒輪； 4.破碎齒；5.移動顎；6.調(diào)整裝置；7.機架 8.曲軸馬達；9. 齒輥軸馬達 圖1 差齒輥式破碎機總體結(jié)構(gòu)圖 圖2 差齒輥式破碎機破碎機構(gòu)描述 2 曲柄搖桿機構(gòu)的動力學(xué)分析 鉸鏈四桿機構(gòu)的性能依據(jù)它鉸鏈條的長度。我們設(shè)定搖臂的長c=1，曲柄相對長度、連桿和支架長度分別為a、b和d。曲柄搖桿機構(gòu)的設(shè)計的數(shù)學(xué)模型是實際長度是相對的，這樣便于通用。 2.1 傳動角γ的優(yōu)化 曲柄搖桿機構(gòu)的傳動力量主要是依靠傳動角γ。傳動角越大，傳動力性能越好。傳動角在傳動過程中改變。每一個部分選擇合適的尺寸就可以優(yōu)化最小傳動角。因此，為了能夠提高傳動力和破碎效率，提高傳動角是很必要的。 圖3指出了最小傳動角可能出現(xiàn)的位置： 其中 圖3 線性曲柄和機架 2.2 移動顎傳動性能值 移動顎的傳動分為水平部分s和垂直部分h。水平運動的功能是破碎材料，垂直運動不能幫助破碎卻可以增強下顎的耐磨。m值的減小可以減小能量消耗和磨損，同時這樣也能提高生產(chǎn)率和破碎比。一些減小m值的措施應(yīng)該被實施。 為了簡化計算，拿C點來做分析。其幾何關(guān)系如圖4所示： 圖4 線性曲柄和連桿 所以，C點距離的運動值是：m=h/s;推力角為：β=γ+α–90°；推力擺角為： 其中α是連桿的傾斜角，它取決于移動顎的結(jié)構(gòu)和強度。它的范圍通常在15°到20°。S是水平運動值，h是垂直運動值。 3 差齒輥式破碎機移動顎的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)上面的運動學(xué)分析，傳動角γ和C點的傳動值與曲柄搖桿機構(gòu)的曲柄、連桿和機架的長度有關(guān)。設(shè)計變量為： 移動顎傳動角最大最小化的目標函數(shù)為： 移動顎傳動值m最小化目標函數(shù)為： 約束應(yīng)用： 1） 設(shè)計變量的邊界約束條件： aimax和bimax分別表示設(shè)計變量的最大和最小約束值。 2） 曲柄搖桿機構(gòu)控制曲柄的條件： a ≤ b , a ≤ 1, a ≤ d , a + b ≤ 1+ d , a +1 ≤ b + d , a + d ≤ b +1 3)傳動角的約束：提高傳動角可以提高傳動效率和增強水品傳動。但是太大的傳動角也會對移動顎和主軸壓力產(chǎn)生反作用影響。普遍條件是： 4）傳動性能值約束：根據(jù)經(jīng)驗，m的范圍在1.5和2.5之間。 5）移動顎的運動：水平運動s對生產(chǎn)率有著明顯的影響。如果s過小就會減小生產(chǎn)率，但是相反地它卻可以增強破碎力，進而因為超負荷而損害設(shè)備。水平運動的約束為： 其中dmin是排放口的最小尺寸。 6）推力板的角約束：通常，β的范圍18°到23°。 總之，曲柄搖桿機構(gòu)的最優(yōu)化問題可以歸結(jié)為下面的雙積分： 其中 多目標優(yōu)化問題最傳統(tǒng)的解決方法會得到低的效率和很容易導(dǎo)致明顯的局部優(yōu)化。但是GA的研究方法可以迭代在局部優(yōu)化方法減小的可能上且這個求解過程通過在總體中許多個體的解決方法同步地加速。通過使用可傳遞原則指出研究方向，GA沒有特別的需要對于研究空間（如連通性、凸面等）和不需要其他更多的信息。我們已經(jīng)運用了GA對差齒輥式破碎機的曲柄搖桿機進行優(yōu)化并作為一個多目標設(shè)計。 4 遺傳算法 遺傳算法是一種隨機的研究方法，效仿自然進化規(guī)律。GA首先是被荷蘭人在1975提出的，主要有以下主要特點：直接在結(jié)構(gòu)化對象上操作，函數(shù)的推導(dǎo)和連續(xù)性沒有任何限制；擁有隱含并行性和整體優(yōu)化的提高能力；利用隨機優(yōu)化的方法，可以自動獲得且為優(yōu)化引導(dǎo)研究空間，還可以適應(yīng)性地沒有規(guī)則地調(diào)整研究方向。GA最近在智能計算上有一個重要技術(shù)。GA的主要方法是：1）編碼：在搜集解空間的數(shù)據(jù)之前，GA用基因串結(jié)構(gòu)表達這個數(shù)據(jù)且各種組合可以從不同的點獲得。2）創(chuàng)建初始化類組：GA隨機生成N初始化字符串數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)叫做一個個體和這些個體形成了類組。GA開始迭代利用字符串數(shù)據(jù)作為一個字母點。3）估算個體適應(yīng)性：適應(yīng)性函數(shù)值表明個體或方案的質(zhì)量。對不同的情況，適應(yīng)性函數(shù)的定義是不一樣的。4）篩選：篩選的目的是為了在當前這些類組中選出最好的個體且允許它們有機會可以作為母本傳遞下一代。篩選是GA思想的體現(xiàn)。篩選的原則是擁有高適應(yīng)性的個體有更多的可能去為一個或更多下一代做貢獻。5）交叉：這是GA最重要的操作。交叉操作可以形成擁有上一代特性的下一代。它體現(xiàn)了信息交換的思想。6）突變：首先，GA總類組中隨機選擇一個個體。然后在選定的個體中按給出的概率改變串數(shù)據(jù)中的一個數(shù)據(jù)。類似于生物界，GA的突變概率是很小的；通常這個值也就是0.001到0.01之間，突變提供了產(chǎn)生新個體的機會。 5 基于遺傳算法的多目標優(yōu)化 我們將破碎能力為4000t/h的差齒輥式破碎機的曲柄搖桿機構(gòu)作為優(yōu)化對象。當目標函數(shù)(9)獲得最大值時需要知道曲柄搖桿機構(gòu)的曲柄、連桿和機架的長度，在運動速度比系數(shù)為1.25的條件下，連桿長度為300mm和傾斜角為18°。 我們用GA通過設(shè)置類組量為50來解決問題，交叉概率為0.8，突變概率為0.005，進化中的世代數(shù)為1000。 傳統(tǒng)的二進制編碼方法用于理論分析是相對方便的。但是對于多維和高精度的數(shù)值問題，這種方法就會趨于低效率和不精確。我們用自然數(shù)編碼方法設(shè)置3個變量a，b和c作為類組數(shù)，有序地組合到染色體。例如，和是兩個個體。 在初始化時，GA將會產(chǎn)生一個基于變量范圍的50個個體的類組。我們選等式（9）作為目標函數(shù)且其值表示個體適應(yīng)性。我們把個體p和q作為例子替換到等式（9），也就是，f(p)=0.8145，f(q)=0.7887, f(p)>f(q)。這就表明p的個體適應(yīng)性好于q的。 輪盤法被用在篩選操作，我們就效仿一個輪盤游戲和計算出總體適應(yīng)性、相對關(guān)系和每個個體的累積適應(yīng)性。輪盤被轉(zhuǎn)動50次和每次的隨機數(shù)設(shè)置為0和1。這個個體通過在每個個體累積適應(yīng)性的數(shù)目比較中篩選出來。例如，我們讓r為一個隨機數(shù)，fc(i)為個體i的累積適應(yīng)性而fc(i+1)為個體i+1的累積適應(yīng)性。如果fc(i) ≤ r ≤ fc(i+1)，個體i+1就會被選中。類推下去，我們把所有選中的個體組合成一個新的類組和完成交叉、突變操作。 單點交叉方法被用在交叉操作，在類組中搜索時會在0和1之間產(chǎn)生一個隨機數(shù)。如果這個數(shù)小于交叉能力，就會選為個體偶數(shù)，隨機配對之后交叉操作就會執(zhí)行了。拿個體p和q作為配對例子，我們設(shè)定交叉點為2，也就是我們選擇第二個基因作為交叉點。交叉操作之后，個體也就變成了p′和q′。 統(tǒng)一突變方法被用作突變操作，在類組中搜索時會在0和1之間產(chǎn)生一個隨機數(shù)。如果這個數(shù)小于突變概率，當前個體將會突變。突變操作類似于通過設(shè)計變量的邊界重建個體基因的初始化。 篩選、交叉和突變操作之后，求值函數(shù)被用來確保最好個體能夠保留。優(yōu)化結(jié)果（通過轉(zhuǎn)換）如表格1所示。 表格1 遺傳優(yōu)化結(jié)果 優(yōu)化變量 a(mm) b(mm) d(mm) γmin (°) l (m) 優(yōu)化值 10.07 690.54 788.01 52.11 0.48 四舍五入值 10 691 788 52 0.5 優(yōu)化結(jié)果已經(jīng)被應(yīng)用到實際的生產(chǎn)中，能夠滿足約束條件。與我們研究團隊合作的鄭州長城冶金設(shè)備廠已經(jīng)生產(chǎn)了相應(yīng)的破碎機并且銷售到中國的一些礦山。依據(jù)實際工作情況，差齒輥式破碎機擁有高破碎強度、高破碎效率、穩(wěn)定工作狀態(tài)、高處理故障能力、抗疊合性和破碎產(chǎn)品的穩(wěn)定顆粒的特點，所有這些都能滿足他們的設(shè)計目標。 6 總結(jié) 我們用遺傳算法在一定約束條件下通過篩選、交叉和突變操作實現(xiàn)了差齒輥式破碎機破碎裝置的多目標優(yōu)化設(shè)計。在描述的基礎(chǔ)上，我們可以如下陳述： 1）差齒輥式破碎機混合了齒輥破碎機和顎式破碎機的優(yōu)點且擁有高強度破碎、高破碎效率、多篩網(wǎng)的特性，與此同時彌補了齒輥破碎機的缺點。 2）因為它不同于傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，GA實現(xiàn)了探索式全局優(yōu)化。這是一個平行、同步的且逐漸演化的搜索過程而局部優(yōu)化是不能的。 3）優(yōu)化的結(jié)果已經(jīng)應(yīng)用到實際且實際破碎工作狀態(tài)也是穩(wěn)定的。工作應(yīng)用也已經(jīng)證明有好影響。它同時也指出，為了優(yōu)化破碎機曲柄搖桿機構(gòu)多目標設(shè)計而把優(yōu)化傳動角γ和移動顎m最小運動值作為目標函數(shù)，可以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。 鳴謝 作者對黃家興教授給出有價值的建議表達他們最真摯的感謝。同時也感謝鄭州長城冶金設(shè)備廠提供有用的資料。