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    “高效超細(xì)破碎機(jī)CAD系統(tǒng)”是針對(duì)成都科達(dá)高新技術(shù)有限公司的PGXJ -Ⅱ節(jié)能型產(chǎn)品，進(jìn)行其運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)分析，參數(shù)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并基于AutoCAD和VB平臺(tái)進(jìn)行研制的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。以實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和智能化，提高破碎機(jī)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，從而開發(fā)出高質(zhì)量的破碎機(jī)系列產(chǎn)品。
1、系統(tǒng)功能要求
    在建立系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)之前，必須先對(duì)待處理的產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研。經(jīng)過對(duì)超細(xì)破碎機(jī)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)和特征進(jìn)行分析，得出超細(xì)破碎機(jī)CAD系統(tǒng)主要要求如下。
    (1)總體功能要求。完成從最初原始設(shè)計(jì)條件如電動(dòng)機(jī)選擇等一系列設(shè)計(jì)步驟，最終到破碎機(jī)的裝配圖和全部零件圖的工程設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)資料產(chǎn)生的全部過程。
    (2)其他功能要求。超細(xì)破碎機(jī)各零部件結(jié)構(gòu)完成參數(shù)化設(shè)計(jì)；完成對(duì)超細(xì)破碎機(jī)各運(yùn)動(dòng)零部件的強(qiáng)度校核，安全分析和壽命計(jì)算；人機(jī)交互環(huán)境友好，使用方便可靠。
    (3)軟件運(yùn)行環(huán)境。超細(xì)破碎機(jī)CAD系統(tǒng)要求用戶預(yù)裝有WINDOWS95/98/2000，或WINDOWSNT4.0以上版本的操作系統(tǒng)，AutoCAD 2000版本繪圖環(huán)境和Visual Basic for Application二次開發(fā)工具，系統(tǒng)能在此使用環(huán)境下正常運(yùn)行。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    該系列機(jī)型為反擊式與沖擊式結(jié)合大大延長易損件壽命，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。(1)漸開線反擊板設(shè)計(jì)。反擊板的作用是承受被板錘擊出的物料在其上沖擊破碎，并將沖擊破碎后的物料重新彈回錘擊區(qū)，再次進(jìn)行沖擊破碎。其目的是確保整個(gè)沖擊過程進(jìn)行，最終獲得所需的產(chǎn)品粒度。
    反擊板的結(jié)構(gòu)形式很多，主要有折線型和弧線型兩類。
    漸開線形反擊面的主要特點(diǎn)是：在反擊板各點(diǎn)上物料都是以垂直的方向進(jìn)行沖擊，因此可獲得最佳的破碎效果。本系統(tǒng)采用漸開線型結(jié)構(gòu)提高了破碎效率。
    (2)后側(cè)護(hù)板和篩板的設(shè)計(jì)。后側(cè)護(hù)板和篩板的設(shè)計(jì)為恒力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，這樣在錘頭磨損后，可通過調(diào)節(jié)后側(cè)護(hù)板和篩板有效控制了出料粒度，提高了錘頭的利用率。
    (3)分流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該分流系統(tǒng)使大小物料自動(dòng)分流，符合要求的物料從專用通道排出，這樣大幅度增加了破碎機(jī)的產(chǎn)量，明顯降低了能耗，延長了易損件的壽命。
    (4)篩板的設(shè)計(jì)。篩面矢徑變化從大到小，這樣錘頭與篩面的間隙就由大變小，即下部破碎腔容積由大變小。有利擠壓、研磨和排料，減少了因排料不暢引起的無效功耗。
    (5)破碎腔的設(shè)計(jì)。上部破碎腔比普通細(xì)碎機(jī)大，充分利用了物料所獲得的功能。同時(shí)，物料互相碰撞破碎的幾率增加，減少了錘頭的磨損。
    (6)轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)。縮短了轉(zhuǎn)子主軸的無效長度，改善了主軸和軸承的受力狀態(tài)，延長了軸承使用壽命；增加了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，對(duì)減少裝機(jī)容量有利。
    (7)錘頭的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的錘頭結(jié)構(gòu)經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，完全避免從變截面處斷裂的缺陷，其表面形狀的改善也有利于減少磨損；材質(zhì)選用了新型耐磨合金，延長了使用壽命，提高了錘頭的利用率。
    為降低制造成本，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了分類設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)子直徑∮≤1000mm時(shí)，轉(zhuǎn)子為實(shí)心結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)子直徑∮≥1000mm時(shí)，轉(zhuǎn)子為輪輻結(jié)構(gòu)。
3 、CAD系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與開發(fā)環(huán)境
    超細(xì)破碎機(jī)CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件采用VB編程語言開發(fā)完成。繪圖軟件除具備上述條件外，還利用AutoCAD 2000繪圖環(huán)境和Visual Basic for Application及AutoCAD中的ActiveX技術(shù)完成。
    本系統(tǒng)分為設(shè)計(jì)計(jì)算和自動(dòng)繪圖兩大部分，每個(gè)部分均自成體系，可以單獨(dú)運(yùn)行。兩大組成部分在主控模塊下劃分若干個(gè)子模塊。模塊分別完成機(jī)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算、工作參數(shù)計(jì)算、運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬、受力分析、皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)、零件強(qiáng)度計(jì)算和繪畫等工作（圖2）；通過主程序段的不同調(diào)用方法，各子模塊既可以按順序執(zhí)行，以相互之間設(shè)置的公用變量來完成數(shù)據(jù)間的交換和傳遞；也可以直接調(diào)用其中的任一模塊執(zhí)行，其初始參數(shù)則人為地給定輸入。采用結(jié)構(gòu)化編程，對(duì)于程序調(diào)試，維護(hù)和使用都比較靈活方便。同時(shí)，各模塊之間雖然相互獨(dú)立，但又彼此聯(lián)系，用戶進(jìn)入破碎機(jī)CAD系統(tǒng)后，按提示完成各項(xiàng)操作，各功能模塊間數(shù)據(jù)傳遞主要通過數(shù)據(jù)文件聯(lián)系。
3.1設(shè)計(jì)模塊
    (1)破碎機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序模塊。這個(gè)程序模塊主要優(yōu)化計(jì)算錘頭的質(zhì)量m，轉(zhuǎn)子的角速度w，轉(zhuǎn)子繞軸心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，破碎機(jī)效率n等參數(shù)，可使破碎機(jī)有良好的運(yùn)動(dòng)特性和破碎效果，采用的優(yōu)化方法為隨機(jī)方向優(yōu)化法。具23個(gè)不等式約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)，數(shù)學(xué)模型為
    其中包括根據(jù)常規(guī)設(shè)計(jì)及一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的變量上下限約束、幾何約束，力的要求、能量要求、錘頭穩(wěn)定性要求、轉(zhuǎn)子軸和滾動(dòng)軸承的強(qiáng)度要求等確定的約束條件。
    (2)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)態(tài)模擬模塊。運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)態(tài)模擬程序模塊是在結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定后，確定破碎機(jī)轉(zhuǎn)子和錘頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，速度和加速度，動(dòng)態(tài)模擬顯示，以分析和檢查破碎機(jī)運(yùn)動(dòng)特性是否有干涉及是否滿足設(shè)計(jì)要求。
    (3)受力分析模塊。受力分析模塊是用解析法計(jì)算破碎機(jī)各部件受力和分析，為強(qiáng)度計(jì)算模塊提供依據(jù)。
    (4)零件強(qiáng)度計(jì)算模塊。強(qiáng)度計(jì)算模塊對(duì)主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，包括軸、機(jī)架、錘柄、錘頭等。
3.2繪圖模塊
    我們采用Visual Basic for Application開發(fā)了參數(shù)化自動(dòng)繪圖模塊，共59個(gè)（8個(gè)部件模塊，如圖3）。
    反擊錘式破碎機(jī)在工業(yè)上應(yīng)用極為廣泛，而它的設(shè)計(jì)也為成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，屬于變參數(shù)型設(shè)計(jì)。
    基于特征設(shè)計(jì)技術(shù)EFeature Based Design Techn-ologyl是一種面向產(chǎn)品制造全過程的描述信息和信息關(guān)系的數(shù)字建模方法。參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有顯式的對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受到尺寸驅(qū)動(dòng)( Dimension driven)。生產(chǎn)中常用于對(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀比較定型的產(chǎn)品。
    參數(shù)設(shè)計(jì)過程中，從已有CAD圖形文件中查找約束關(guān)系，將固定尺寸的圖形自動(dòng)轉(zhuǎn)換成參數(shù)化圖形。對(duì)于系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的定型產(chǎn)品設(shè)計(jì)所采用的數(shù)學(xué)模型及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)都是相對(duì)固定不變的，所不同的只是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸有所差別，而結(jié)構(gòu)尺寸的差別是由于相同數(shù)目及類型的己知條件在不同規(guī)格的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中取不同值而造成的。這類產(chǎn)品可以將己知條件和隨著產(chǎn)品規(guī)格而變化的基本參數(shù)用相應(yīng)的變量代替，然后根據(jù)這些已知條件和基本參數(shù)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)查詢圖形數(shù)據(jù)庫，由專門的繪圖生成軟件在屏幕上自動(dòng)地設(shè)計(jì)出圖形來。例如錘頭的參數(shù)化設(shè)計(jì)過程為：①設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面，界面上有可供用戶選擇或修改的參數(shù)，如錘頭底長L，孔距L，錘頂弧R．，孔徑D，，錘高H等16個(gè)參數(shù)，以及“確定”和“退出”兩個(gè)命令按鈕；②界面初始化，在ComboBox中輸入已有設(shè)計(jì)參數(shù)，可供用戶選擇，并用Label指示所設(shè)參數(shù)的含義；③賦值，在“確定”按鈕中的過程等16個(gè)參數(shù)賦值（如不繼續(xù)運(yùn)行，可由界面上“退出”按鈕中斷）；④定義全局變量和設(shè)計(jì)主程序過程。在模塊的過程之外，定義全局變量。在模塊的過程中分別設(shè)計(jì)圖形繪制、尺寸標(biāo)注、表面粗糙度標(biāo)注、技術(shù)要求、圖幅、標(biāo)題欄等過程程序，以實(shí)現(xiàn)錘頭參數(shù)化設(shè)計(jì)。
4、結(jié)論
    破碎機(jī)CAD系統(tǒng)采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，大大提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。“高效超細(xì)破碎機(jī)CAD系統(tǒng)”主要是針對(duì)科達(dá)公司的破碎機(jī)產(chǎn)品而設(shè)計(jì)開發(fā)的。設(shè)計(jì)人員在使用該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，只需對(duì)一些選擇項(xiàng)進(jìn)行選擇，然后對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，就可生成所需的設(shè)計(jì)方案和零部件圖。使設(shè)計(jì)者從繁瑣的繪圖工作中解脫出來，并提高了設(shè)計(jì)速度和質(zhì)量。該系統(tǒng)采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)技術(shù)，特征設(shè)計(jì)技術(shù)和參數(shù)化造型技術(shù)，具有先進(jìn)性和實(shí)用性。該系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用提高了科達(dá)公司在破碎機(jī)設(shè)計(jì)上的水平。有利于將來對(duì)該系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)充和完善，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工過程的計(jì)算機(jī)仿真和進(jìn)一步的性能分析。