液压圆锥破碎机是红星机器研制的一款中细破碎设备，它具有优良的性能优势和破碎效果，对物料的破碎程度起到关键作用。本文以液压圆锥破碎机为例，对液压圆锥破碎机的主要零部件进行设计及模态分析，对液压圆锥破碎机的结构优化具有重要作用。
一、液压圆锥破碎机的工作原理
液压圆锥破碎机利用圆锥面间隙的周期性碾压进行物料破碎，电机通过带轮、联轴器、水平传动轴将旋转力矩传递给锥齿轮，再通过齿轮将驱动力传递给偏心轴套，动锥借助偏心套的驱动作旋摆运动，动锥衬板周期性地靠近又离开定锥固定衬板，使矿岩在破碎腔内不断遭到挤压，实现物料破碎。液压破碎机整机机构如图1所示。
二、液压圆锥破碎机零部件设计
1、结构性能参数的确定
为确保液压圆锥破碎机结构的合理性，提高液压圆锥破碎机的生产能力，必须确定合理的液压圆锥破碎机结构性能参数。本文参考相关资料及已有液压圆锥破碎机拟定以下参数：给料口尺寸为500mm；排料口调整范围在50~60mm之间；最大给料粒度为425mm；破碎圆锥直径准1500mm；破碎圆锥摆动次数设置为240次/min；破碎圆锥底部行程为25mm；电机功率250kW偏心度0°29′26″。
2、破碎圆锥部设计
液压圆锥破碎机的圆锥部装配示意图如图2所示。破碎圆锥部由主轴、躯体和衬板等组成。主轴上有2段锥形的设计，躯体是圆锥形的铸件，铸件外套上衬板，衬板上方用紧锁螺母与主轴上的螺纹配合。主轴下段被液压缸直接顶住，所以主轴下方通过螺丝固定上一个碗状摩擦片，保证不直接摩擦主轴。为了方便主轴的安装或者更换衬板，主轴上拧入一个带圆环的螺栓，方便吊装。动锥躯体底部有一圈凹槽，其四周有一周胶皮圈，防止粉尘进入偏心套部分。
3、偏心套部设计
液压圆锥破碎机的偏心套部装配示意图如图3所示。偏心套能够有效实现动锥的旋摆运动，但动锥旋摆时力量极其不平衡，所以要在偏心套上增加平衡环来平衡掉部分离心力。偏心套部有2个键分别与锥齿轮和动锥周向固定。
三、液压圆锥破碎机关键部件模态分析
1、模态分析
模态分析是用来确定液压圆锥破碎机结构振动特性的一种技术，通过它可以确定自然频率、振型和振型参与系数。本文进行的模态分析基于ANSYS Workbench，首先使用Creo2.0建模，将对圆角及棱角进行简化处理。使用软件中的自动划分网格软件划分网格，添加约束条件后，进行前4阶的模态分析，输出云图。
2、主要零部件网格化分和施加约束求解
动锥是液压圆锥破碎机的主要零部件，本文对动锥部的主轴和躯体简化后进行模态分析。分析结果表明固有频率与结构的质量和刚度分布有关，分析时采用均匀网格化分，可使结构刚度矩阵的元素不会相差太大，同时减小数值计算误差。根据躯体和主轴的运动状态，对主轴上下2个端面施加全位移约束，共计2个面；躯体与主轴接触的表面施加全位移约束，共计16个面；约束完成后进行求解。
液压圆锥破碎机零部件的结构对生产效率的提高具有重要影响，因此，要确定合理的零部件的参数指标。通过以上对液压圆锥破碎机主要零部件的设计及模态分析，为液压圆锥破碎机的结构优化提供依据，对提高液压圆锥破碎机的破碎性能具有重要意义。
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