圓錐破碎機作為一種重要的破碎機械，廣泛應用于冶金、礦山、煤炭和化工等工業領域，并在相應的生產工藝中起著關鍵性作用。圓錐破碎機工作時，電動機通過傳動軸和錐齒輪帶動偏心軸套旋轉，主軸自由地插在偏心套的錐形孔內，在偏心套的迫動下繞一固定中心做懸擺運動，使軋臼壁時而靠近時而遠離定錐表面，物料在破碎腔內不斷受到沖擊、擠壓和彎曲作用而被破碎。由于動錐和偏心軸套質心均不在其回轉中心線上，故在其運轉過程中，必然產生周期性慣性力和對回轉中心的慣性力矩，引起機械的有害沖擊振動，當慣性力的頻率與破碎機的固有頻率相近或者相同時可引發共振，使破碎機產生故障，甚至損壞。

近年來，許多 對破碎機振動問題的研究取得了很多成果。分別對圓錐破碎機機架、顎式破碎機機架進行了模態分析；還對H8800圓錐破碎機的主軸、動錐和軋臼壁進行了模態分析，建立了動錐、主軸和機架構成的整機模型，并進行了模態分析。針對破碎機的有限元分析，大多數 偏重于機架、主軸和動錐等單一零件，整機分析時，對機身底面施加全約束，默認破碎機與地基間無減震器，不存在振動。

1、整機模態分析

（1）有限元模型的建立

因破碎機附件種類繁多，形狀復雜，建模時可忽略對整機模態分析影響不大的凸臺、圓角等。為保證分析的準確性，簡化后的模型質量和質心應與實際一致。根據實際情況定義各零件的材料屬性，由于模態分析中非線性接觸行為（粗糙和無摩擦類型）只能為線性模式，因此它們會自動轉化為綁定或者無間隙接觸方式。在定義破碎機各零件接觸時遵循以下原則：①如果零件之間存在相對滑動，定義為不分離接觸；②如果零件之間不存在相對滑動，定義為綁定。采用自動劃分網格方法劃分網格，共生成節點108429個，單元40889個，對4個橡膠減震塊下的鋼板施加完全固定約束。

（2）求解結果及分析

低階振型對結構動態特性起決定作用，設置求解前6階固有頻率和振型，采用BlockLanczos方法進行分析求解。圓錐破碎機固有頻率是否相近由整機結構的對稱性決定，對應頻率相同但相位不同，振型表現為正交，可視其為一對重根。將破碎機固有頻率轉化為臨界轉速，求出與工作轉速330r/min的相對差值。當部分臨界轉速小于工作轉速，機械啟動時經過共振區，振動加劇。穩定運行時，轉速相對差值均大于10%，破碎機能有效避開共振區，保證正常工作。

2、響應分析

（1）諧響應分析前處理

諧響應分析是用于確定線性結構在承受已知按正弦規律變化的載荷時穩態響應的一種技術。諧響應分析時須 系統頻率范圍，設置求解頻率為5.5Hz。根據數據求出激振力為18265N，作用點距回轉中心795mm。將慣性力在水平面內分解，分別為Fx=18265N，Fy=18265N。

（2）求解結果及分析

破碎機空載運轉時，下支架與液壓缸部分發生位移較大，橡膠減震塊發生剪切變形。破碎機不只發生水平振動，還伴隨著輕微的搖擺，稱為水平-搖擺耦合振動。下支架上某點沿各軸的位移分量，其合位移為2.1mm，與實際相符；豎直方向位移為0.35mm。因此，圓錐破碎機的振動以水平圓振動為主。

3、動平衡分析

（1）配重方案確定

為了減小因慣性力和慣性力矩所引起的沖擊振動，保證破碎機正常運轉，圓錐破碎機都采用安裝配重的方法進行平衡。由于破碎機內部結構的限制，配重的慣性力無法與動錐和偏心鋼套慣性力合力完全平衡，常用方法是在偏心鋼套的上下方安裝配重，并對配重進行灌鉛處理，以增大其慣性力。事實上，根據破碎機大小錐齒輪相對位置的不同，對動平衡方案選擇也不相同。下面以PYD600型圓錐破碎機為例，通過對工作狀態下整機及各零件位移的有限元分析，確定上佳平衡方案。

隨著慣性力的逐漸減小，力的作用位置不斷升高，其中，圓錐破碎機的質心距離回轉中心為950mm。力的作用點靠近質心時，破碎機在水平方向平動加強；遠離質心時，破碎機在豎直方向擺動加強。平動和擺動是構成圓錐破碎機振動的兩個分運動。因此，對不同動平衡方案進行分析，并對整機及各零件的位移情況進行 ，綜合考慮其在現實生產中的可行性與實用性后，最終確定很好的動平衡方案。

（2）求解結果及分析

圓錐破碎機以水平振動為主，擺動振幅較小。其中，利用下方配重或灌鉛后配重對振動影響不明顯（與無配重相比），這是因為PYD600型圓錐破碎機大錐齒輪位于小錐齒輪上方，由于內部結構的影響，下方配重大小受到限制，同大錐齒輪在下方情況相比，平衡 減小；上方配重的使用有效降低了水平位移，但對豎直位移影響不大，灌鉛后則 。考慮到下方配重在制作、安裝過程中的不便，可不考慮下方配重的使用。結合實際數據并綜合考慮可行性，采用合理方案可有效降低破碎機振幅，延長使用壽命。

4、結論

（1）利用BlockLanczos方法對整機及轉子體進行模態分析。結果表明，轉子體較低階固有頻率遠大于工作頻率，不會發生共振。整機有部分固有頻率小于工作頻率，啟動時會經過共振區。發生共振時，破碎機會在水平方向移動和扭動，在豎直方向移動和擺動，橡膠減震塊是主要變形部位，設計時應進行合理計算，同時工作時需加強檢測，避免由于疲勞導致減震塊被破壞。

（2）諧響應分析表明，圓錐破碎機在有載工作時，機架產生2mm的振幅，既有水平面內的圓振動，也有擺動，稱之為水平-搖擺耦合振動，以水平圓振動為主。

（3）圓錐破碎機啟動階段約耗時1.6s，轉速曲線可近似認為是二次函數。瞬態分析表明，機架處振動幅值約為7.0mm，底部液壓缸處較大振幅為8.7mm。

（4）動平衡分析時，結合圓錐破碎機內部結構及配重生產安裝的可行性，可對固定大錐齒輪上的配重進行灌鉛處理，降低振幅。針對不同型號的破碎機，對配重的選擇應綜合考慮配重個數、是否灌鉛及搭配使用等因素。

（5）圓錐破碎機動能學研究結果為 破碎機現有結構動態特性提供了理論依據，對破碎機的結構設計和優化具有指導意義和參考價值。

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