錘式破碎機(jī)是廢鋼破碎生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，銷軸的斷裂嚴(yán)重影響破碎機(jī)的破碎效率，進(jìn)而降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)效率。由于破碎機(jī)銷軸工作的復(fù)雜性，其他設(shè)備上的銷軸規(guī)律并不適應(yīng)于破碎機(jī)銷軸。因此，很有必要對破碎機(jī)銷軸進(jìn)行研究，找到破碎機(jī)銷軸大應(yīng)力分布規(guī)律，延長銷軸使用壽命。

一、理論分析

銷軸作為襯板和錘頭的連接件，不僅要傳遞來自主軸的動(dòng)力，還要承受來自破碎物料的沖擊力。襯板和銷軸之間的作用力的方向和大小都是不確定的，根據(jù)銷軸在破碎過程中的變形，各個(gè)襯板和銷軸表面接觸，相互作用。如果銷軸變形小，可能不和襯板接觸。因此，退役汽車車身破碎過程中襯板對銷軸的作用力也是在不斷的變化著。

通過對破碎機(jī)斷裂銷軸進(jìn)行實(shí)際考察，發(fā)現(xiàn)很多銷軸都是疲勞斷裂的。國內(nèi)外對不同金屬的疲勞損傷研究已經(jīng)很豐富，對有限元方法和實(shí)驗(yàn)方法對齒輪之間的疲勞損傷的研究也很多，但是很少對破碎機(jī)銷軸進(jìn)行疲勞分析。文中對破碎機(jī)銷軸進(jìn)行疲勞分析，為進(jìn)一步研究提高銷軸疲勞壽命的方法具有重要借鑒意義。

二、有限元分析

1、有限元模型的建立

在錘式破碎機(jī)中，襯板、護(hù)板以及錘頭往往是高錳鋼材料，銷軸的材料為40Cr。而轉(zhuǎn)子系統(tǒng)以及錘頭的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)大于銷軸的，運(yùn)動(dòng)過程中其微小變形對銷軸的影響可忽略，可將其視為剛體。銷軸運(yùn)動(dòng)過程要考慮到銷軸的斷裂，銷軸采用雙向性隨動(dòng)強(qiáng)化模型。

根據(jù)破碎機(jī)的實(shí)際運(yùn)行速度594r/min，在模擬銷軸運(yùn)動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、銷軸和錘頭都有594r/min繞主軸的初始角速度，在運(yùn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的速度不變，即受到594r/min的角速度載荷。運(yùn)動(dòng)過程中考慮銷軸和錘頭質(zhì)量的影響。由于銷軸運(yùn)動(dòng)過程中，破碎物料對錘頭的沖擊力受到的影響因素很多，破碎物料的材料屬性、破碎物料在破碎腔中的密度以及破碎物料的尺寸等，很難確定破碎物料對破碎錘頭的沖擊力。因此，該仿真過程中不考慮錘頭受沖擊載荷的作用力，只考慮銷軸的空載情況。

2、大應(yīng)力分布規(guī)律

從獲得的數(shù)據(jù)中可知，大的應(yīng)力是在中間錘頭安裝附近的位置。雖然中間錘頭安裝位置處受力比兩端的要小，但是這里的沖擊力大，更容易達(dá)到銷軸的斷裂極限，容易損傷斷裂。因此，銷軸上各錘頭安裝的位置以及Path1都是易斷的位置。Path1上的應(yīng)力總是高于其他路徑，是因?yàn)殇N軸工作過程中，錘頭不僅僅繞著主軸做勻速運(yùn)動(dòng)，而且還繞著銷軸做勻速運(yùn)動(dòng)。在主軸逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)過程中，Path1相對于其他路徑總是處于銷軸運(yùn)動(dòng)軌跡的前端。錘頭附近受力大，是由于運(yùn)動(dòng)過程中錘頭受到很大的離心力，傳遞給銷軸后，造成銷軸表面很大的應(yīng)力。

3、疲勞壽命分析

基于疲勞累積理論，提取銷軸在0.22s和0.27s時(shí)兩個(gè)應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析。為了防止銷軸斷裂破壞破碎機(jī)或是影響破碎效率，破碎機(jī)銷軸平均工作70～100h更換一次，而破碎機(jī)的速度為594r/min，可計(jì)算出破碎機(jī)銷軸整個(gè)工作過程中至少要旋轉(zhuǎn)3.56×106圈。因此，銷軸的疲勞安全系數(shù)為0.20，符合銷軸的疲勞設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

利用有限元方法對錘式破碎機(jī)銷軸運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行了有限元分析，發(fā)現(xiàn)了破碎機(jī)空載時(shí)大應(yīng)力分布規(guī)律以及延長銷軸使用壽命的方法，并且通過對斷裂銷軸進(jìn)行了宏觀斷口分析，發(fā)現(xiàn)其為疲勞斷裂，斷裂前不僅承受著彎曲載荷，還承受著扭轉(zhuǎn)載荷，工作時(shí)工況十分惡劣。如果定期以90°大小旋轉(zhuǎn)銷軸或者按一定順序更換銷軸的位置，能有效延長銷軸的壽命。