基于ADAMS根基土样破碎器的设计与仿真研究李亚丽湛小梅崔晋波曹中华摘要针对目前在农业土壤研究中土壤超细粉碎技术难、相应机械缺乏等问题，本研究设计了一种根基土样破碎机，通过四杆运动机构驱动粉碎罐进行往复运动，其核心装置破碎罐半径为60mm，碎土研磨球直径为25mm，且通过弹簧卡位安装在摇杆上。借助MATLAB自带的fsolve函数得到了破碎罐的实时线速度方程，并基于ADAMS对该四杆机构进行仿真分析，得到该机构呈现垂直方向呈现抛物线式往复运动，运动周期为0.5s，振幅为60mm，运动轨迹较为理想，可为物理样机的研制提供参考。关键词根基土样;破碎器;ADAMS;设计;三维建模;仿真分析：S-3文献标志码：ADOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.28.016植物根基土样的研究需要土壤颗粒直径在0.1～10μm的超细粉体，将土壤破碎为所需的超细粉体及相应的破碎技术可称超细破碎[1]。随着工业的快速发展，超细破碎作为一门新技术也在迅速发展。超细破碎大多用在药物的使用，药物可通过超细破碎机械使其超细化，使物质的界面性能和表面性能同时发生变化，但物质的化学成分不会被改变，从而达到一般物质粉体所无法达到的超常使用效果[2]。目前在生态技术领域所采集的植物根部土样或者是各种试样等都是采集完送到实验室进行各种分析和技术处理以获取相应的实验数据，这其中许多的试样需要进行粉碎处理，许多实验室所采用的破碎机械都是利用垂片式刀具或者是旋转的锤子敲击的粉碎方法，采用这种方式进行粉碎的机具结构比较复杂，维修起来比较困难，而且对整机的密封条件要求极高，因此这种结构的破碎机械价格普遍较高，并且这种破碎机械对刀具的材料要求极高，这些问题给实验带来了许多的不便，造成不必要的经济损失。国内外制备超细粉体的机械粉碎设备主要有高速机械冲击式磨机、气流磨、介质搅拌磨、振动磨等[3-8]。其中，高速机械冲击式磨机和气流磨属于干法超细粉碎设备，而介质搅拌磨和振动磨既可用于干法超细粉碎也可作为湿法超细粉碎[9]。陈宇红进行的黄芪超细粉碎试验，使用功率为1.5kW、频率为90Hz的REGAKU高频振动磨，主要是通过正向压力和剪切力的联合作用对黄芪进行破碎[10]，由于初期破碎时的速度较快，物质的分布范围会收缩，破碎后期分布范围会加大，且高频振动磨的成本较高。李成华和曹成奎进行的黑木耳超微粉碎试验，采用额定功率为1.5kW的ZM-2型振动磨，主要是将物料和磨介质装于由弹簧支承的粉碎筒体内，电机通过挠性联轴器驱动偏心激振器产生扰动力，驱动粉碎筒体高频振动，使筒体内的物料和磨介质产生抛射、冲击、剪切、摩擦和旋转运动而被粉碎[11]。由于以上的超细破碎机械，破碎物质的过程中机械会受到强烈的冲击、碰撞、摩擦等作用，不仅降低了设备的使用寿命，又对产品造成了污染，且大多数破碎机械被广泛应用于高档涂料、医药、高技术陶瓷、微电子及信息材料、高级耐火及保温材料、填料和新材料产业等[12]，价格较高，目前暂缺适宜用于小型科研如土壤研究等的价格不高的超细破碎机械。本文设计一种根基土样破碎器，以解决目前生态技术领域对土壤分析时土壤粒度问题。采用CATIA软件对根基土样破碎机进行三维建模，并借助ADAMS软件对所建模型进行仿真分析，提高根基土样破碎器的铰链四杆机构可靠性，合理匹配破碎器，达到根基土样破碎的标准。1结构组成及工作原理1.1设计思路1）偏心板和摇臂的长度均不能太大，尽量减小根基土壤破碎器的整体结构尺寸;2）要保证破碎器在破碎根基土壤时偏心板不能反转，以免破坏电动机;3）要保证碎土罐中的钢珠高速往复运动将根基土壤超细破碎;4）要保证偏心板转动灵活;5）偏心板和摇臂要有足够的强度和硬度;6）要保证其结构简单，方便维修维护;7）要适用于各种物料，粉碎比大，能干法生产也能湿法生产;8）要保证有很好的密封性，可防止粉尘飞扬;9）尽量减小整体的能量消耗。1.2结构组成如图1所示，根基土壤破碎器主要由机架、电动机、偏心板、连接板、摇杆和碎土罐等部件组成，其中碎土罐由密封盖、托网和碎土研磨球等部件组成，且密封盖与碎土罐之间采用螺纹连接。机架与摇杆通过摇杆中部的孔连接由挡圈限定其位置，摇杆的一端与碎土罐...