影響顎式破碎機(jī)破碎腔分層的參數(shù)研究

熊紹俊，何志敏，姜俊雄

（南昌礦山機(jī)械有限公司，江西 南昌 330004）

以顎式破碎機(jī)作為研究方向，以往行業(yè)多以工作人員工作經(jīng)驗(yàn)作為整機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)，并沿用簡擺式破碎機(jī)相關(guān)方法，但是近年來，以行業(yè)技術(shù)發(fā)展作為背景，該方法的應(yīng)用將難以滿足當(dāng)前顎式破碎機(jī)設(shè)計(jì)精確性要求，因此，工作人員應(yīng)以破碎腔分層著手，明確具體影響參數(shù)，應(yīng)引進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，完成數(shù)學(xué)模型構(gòu)建，落實(shí)主軸轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)工作，提升顎式破碎機(jī)性能。

1 顎式破碎機(jī)破碎腔分層概述

1.1 顎式破碎機(jī)工作原理

在各類顎式破碎中，復(fù)擺顎式破碎機(jī)常見度較高，也是本文的研究項(xiàng)目。其組成主要包括定顎板、動(dòng)顎板兩個(gè)部分，前者主要在機(jī)架前壁安裝，而后者主要負(fù)責(zé)完成周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。兩者之間另外存在18°～22°的夾角，其中，如果設(shè)備為中型，則取值為18°～20°，如果設(shè)備屬于中小型設(shè)備，取值為20°～22°。兩者之間還另外存在工作區(qū)間，完成物料破碎處理[1]。

該設(shè)備工作原理如下：可將設(shè)備進(jìn)一步向曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡化。其中，曲柄部位、動(dòng)顎部位以及肘板分別為主軸以及連桿、搖桿，借助曲柄，可有效推動(dòng)動(dòng)顎工作，并完成周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在給料口中，設(shè)置其與定顎之間的最遠(yuǎn)距離為E0，將動(dòng)顎松邊設(shè)置為E0MO。在排料口中，將其與定顎最遠(yuǎn)位置設(shè)置為M1，則動(dòng)顎緊邊設(shè)置為E1M1。當(dāng)動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)趨勢為從緊邊到松邊，則在這一階段，物料處于下降狀態(tài)，而反之物料將會受到擠壓影響，導(dǎo)致破碎，最終在破碎腔中排出。

1.2 破碎腔分層理論

針對傳統(tǒng)破碎腔分層，如果動(dòng)顎向緊邊運(yùn)動(dòng)，在擠壓的作用下，物料將會被破碎處理，并在動(dòng)顎返回過程中，呈現(xiàn)下落狀態(tài)，直到再次相遇，在這一過程中，掉落距離與破碎層高度相符。分層理論存在以下問題，例如：①如果動(dòng)顎、動(dòng)顎在物料下落過程中高度相同，不考慮動(dòng)顎對物料造成的影響，保持定額不動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)物料進(jìn)入到定顎處，在重力的作用下，物料將會呈現(xiàn)下拋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致不同位置物料位移不同。②傳統(tǒng)分層形式對壓實(shí)點(diǎn)的認(rèn)識相對偏頗，認(rèn)為不同動(dòng)顎點(diǎn)位進(jìn)入壓實(shí)點(diǎn)時(shí)刻相同，而本文研究顯示，對比進(jìn)入壓實(shí)點(diǎn)時(shí)間，排料口優(yōu)先于給料口。

2 影響破碎腔分層參數(shù)

通過在分析動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)方式的同時(shí)，完成物料運(yùn)動(dòng)方式分析，經(jīng)實(shí)時(shí)仿真，可對物料下落情況進(jìn)行模擬，并完成破碎腔分層工作，確保能夠建立出完整的分層模型。下文將進(jìn)一步對分層影響參數(shù)進(jìn)行分析，并借助相應(yīng)的軟件，完成權(quán)重分析。

2.1 構(gòu)建分層模型

本文研究使用曲柄轉(zhuǎn)速規(guī)格為240r/min。在動(dòng)顎物料中，需要將初始速度設(shè)置為豎直分量，并進(jìn)一步進(jìn)行下拋運(yùn)動(dòng)處理。確定下分界點(diǎn)為排料口，并逐步按照向上方向完成尋找，如果物料在動(dòng)顎附近下落，則需要在一段時(shí)間后，進(jìn)入到下分界點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡中，并在動(dòng)顎擠壓處理下，實(shí)現(xiàn)破碎，進(jìn)而形成上分界點(diǎn)。借助這一方法，可逐步確定動(dòng)顎分界點(diǎn)[2]。

如果定額傾角不計(jì)入到影響因素中，將定顎物料進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)，如果物料層數(shù)相同，則下落時(shí)間也處于相同狀態(tài)。設(shè)置下分界點(diǎn)為排料口，則需要按照向上的方向，尋找分界點(diǎn)位置，連接相同層數(shù)的動(dòng)顎以及定顎，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)破碎腔分層。

2.2 分層影響參數(shù)

2.2.1 主軸轉(zhuǎn)速

保持相同幾何參數(shù)，確保外部條件一致，將曲柄轉(zhuǎn)作為唯一變量，可具體對分層、轉(zhuǎn)速之間的影響進(jìn)行判斷。在曲柄轉(zhuǎn)速中，區(qū)域范圍為150r/min～200r/min，分層可達(dá)到6層，而區(qū)域范圍為200r/min～250r/min，分層在2～5層，區(qū)域范圍低于100r/min，分層受影響較小，區(qū)域范圍高于250r/min，同理。

2.2.2 四桿機(jī)構(gòu)

圖1 復(fù)擺顎式破碎機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)示意圖

在顎式破碎機(jī)中，針對四桿機(jī)構(gòu)，其尺寸以四部分為主，即L1、L2、L3、L4，其中，L1為曲柄，位于主軸AO中，L2為連桿，位于動(dòng)顎AB處，L3為搖桿，位于肘板BC處，L4位于機(jī)架CO處。而上動(dòng)顎板尺寸包括4個(gè)部分，即L5、L6、L7、L8，不改變其他參數(shù)，分別以L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8作為變量，完成破碎腔層數(shù)分析。

不改變其他參數(shù)，單一改變曲柄L1桿長，改變長度范圍為10mm～20mm，觀察破碎腔分層情況。分層數(shù)將會隨著桿長增加而呈現(xiàn)整體縮小趨勢，當(dāng)桿長為10mm～14mm范圍內(nèi)，層數(shù)未出現(xiàn)明顯變化，而當(dāng)桿長為15mm～19mm范圍內(nèi)，層數(shù)出現(xiàn)明顯減少趨勢。

法國加利埃尼將軍巧用摩托化運(yùn)兵術(shù)使法軍化險(xiǎn)為夷。幾天前，他已命令組織一支出租汽車運(yùn)輸車隊(duì)。但是到了1914年9月6日，他看到已經(jīng)組織的出租車數(shù)量實(shí)在是太少了，必須立即將所有可以利用的出租車改做運(yùn)兵車。晚間8時(shí)，將軍決定組織一支出租車大軍，運(yùn)送上萬名官兵趕赴前線。

保留其他參數(shù)不變，單一改變連桿L2桿長，試驗(yàn)調(diào)整范圍為1400mm～1500mm，觀察破碎腔分層情況。結(jié)果顯示，在L2桿長增加的情況下，破碎腔整體呈現(xiàn)減少狀態(tài)。具體而言，當(dāng)桿長處于范圍1410mm～1440mm，層數(shù)并未發(fā)現(xiàn)明顯變化，而當(dāng)范圍提升到1450mm～1500mm，層數(shù)開始逐步縮小。

其他參數(shù)不發(fā)生變化，僅改變搖桿L3桿長，調(diào)整范圍保持在450mm～650mm，對破碎腔分層情況進(jìn)行觀察。當(dāng)桿長范圍為450mm～570mm，分層呈現(xiàn)增加趨勢。當(dāng)桿長范圍為630mm～650mm，則分層將會呈現(xiàn)輕度下降。在桿長增加的情況下，整體分層處于先增大、后減小的狀態(tài)。其中，層數(shù)增加桿長范圍為450mm～550mm，層數(shù)減少桿長范圍為550mm～650mm，層數(shù)峰值桿長長度為550mm。

如果不變化其他參數(shù)，在150mm～300mm范圍改變桿長L5，在桿長增加的情況下，分層將會出現(xiàn)數(shù)量減少趨勢。而在400mm～500mm范圍內(nèi)改變桿長L6，在桿長增加的情況下，分層呈現(xiàn)整體增加現(xiàn)象。

其他參數(shù)均不作改變，調(diào)整桿長L7，長度調(diào)整范圍為400mm～500mm，分層數(shù)量不變桿長范圍為400mm～480mm，而分層從18層到20層桿長范圍為480mm～500mm。調(diào)整桿長L8，長度調(diào)整范圍為600mm～750mm，分層數(shù)量與桿長呈正相關(guān)關(guān)系，即桿長提升，分層也隨之上漲。

2.3 影響分層因素權(quán)重

以上文參數(shù)分析作為依據(jù)，本文進(jìn)一步對各項(xiàng)因素影響權(quán)重展開分析，因?yàn)槠扑榍环謱由婕皡?shù)較多，影響因素也相對較多，僅通過觀察，難以得到準(zhǔn)確結(jié)論，因此，本文主要借助SPSS Modeler軟件，完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析工作。

具體而言，需要先構(gòu)建出完成的數(shù)據(jù)流模型，并將上文獲取到的表格帶入到SPSS Modeler軟件中，選擇訓(xùn)練分區(qū)（訓(xùn)練函數(shù)模型）占據(jù)70%，選擇測試分區(qū)（校驗(yàn)函數(shù)模型準(zhǔn)確性）占據(jù)30%。前者主要在軟件神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊中訓(xùn)練權(quán)重，將各因素輸入后，隨機(jī)賦予權(quán)重，以W1～W9表示。借助加法器，并配合使用激活函數(shù)，可有效獲取分層數(shù)，由于數(shù)據(jù)與仿真分層數(shù)相對應(yīng)，而借助賦予權(quán)重，兩者將會存在偏差情況。因此，需要合理調(diào)整賦予權(quán)重，確保實(shí)際分層數(shù)與仿真分層數(shù)相接近，在最大程度上控制誤差值。

以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊展開分析，在參數(shù)方面，完成各因素輸入工作，并將實(shí)際分層數(shù)設(shè)置為目標(biāo)，共包括兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即BP、RBP，本文主要應(yīng)用前者，點(diǎn)擊后，經(jīng)處理，模塊自動(dòng)生成預(yù)測變量。

針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱藏層，其共包括破碎層7個(gè)，經(jīng)誤差處理，最終模型準(zhǔn)確度較高。結(jié)合本文研究顯示，對比各類分層影響因素，轉(zhuǎn)速影響最高，可達(dá)到0.46，其余影響因素均處于0.2以下，與動(dòng)顎上尺寸相比，四桿機(jī)構(gòu)影響因子相對較高。

在完成模型構(gòu)建后，為有效實(shí)現(xiàn)賦予權(quán)值檢驗(yàn)工作準(zhǔn)確性，可借助測試分區(qū)完成。其中，以仿真分層數(shù)為水平坐標(biāo)，以預(yù)測分層數(shù)為縱坐標(biāo)，兩組數(shù)據(jù)越接近，則說明準(zhǔn)確性越高，經(jīng)檢驗(yàn)y=x，證明本文研究數(shù)據(jù)具有良好的可靠性。

基于動(dòng)顎分界點(diǎn)尋找，需要確定像雨點(diǎn)位置，并集中對物料下落方式進(jìn)行探索，借助有效方法，確保仿真速度顯著提升。同時(shí)，利用SPSS Modeler，可具體判斷分層影響參數(shù)，最終得到結(jié)論如下：轉(zhuǎn)速與破碎腔層數(shù)呈正比例關(guān)系，如果轉(zhuǎn)速提升，破碎層也會呈現(xiàn)增加趨勢，具體影響因子為0.46。

3 結(jié)語

綜上所述，借助MATLAB，可完成破碎腔分層模型構(gòu)建，并具體對主軸轉(zhuǎn)速與分層之間的影響進(jìn)行分析，判斷相關(guān)幾何參數(shù)。在其他分層影響因素中，其因子均處于0.2以下，并且與動(dòng)顎結(jié)構(gòu)尺寸相比，四桿機(jī)構(gòu)具有更高的影響因子。