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4000TH差动分级齿辊式破碎机设计【6张图纸】【优秀】

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关键词：: 4000TH 差动分级齿辊式齿辊式破碎机设计图纸

资源描述：

4000TH差动分级齿辊式破碎机设计

74页 34000字数+说明书+6张CAD图纸【详情如下】

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第一章绪论1

1.1煤用破碎机的国内外技术发展及现状1

1.2选题的目的和意义6

1.3新型双齿辊破碎机开发的意义7

1.4新型双齿辊破碎机发展综述8

1.4.1露天矿破碎煤和岩石的破碎机技术发展现状8

1.4.2新型双齿辊破碎机技术发展趋势9

第二章总体方案的确定10

2.1设计要求10

2.2参数的选取10

2.3方案确定10

第三章差动分级齿辊式破碎机破碎机理的研究12

3.1差动分级齿辊式破碎机的用途、结构组成及基本原理12

3.1.1用途及基本原理12

3.1.2结构组成及特点12

3.2差动分级齿辊式破碎机的破碎机理13

3.3差动分级齿辊式破碎机所采用的破碎理论15

3.4齿形结构、齿的布置形式及制造材料16

3.4.1齿形结构及其与产品粒度的关系16

3.4.2齿的布置形式及其与产品粒度的关系17

3.4.3制造破碎齿的材料18

第四章差动分级齿辊式破碎机的总体设计19

4.1参数理论计算分析19

4.1.1 4000吨差动分级齿辊式破碎机破碎能力的估算19

4.1.2 4000吨差动分级齿辊式破碎机破碎功率的估算20

4.1.3 4000吨差动分级齿辊式破碎机破碎动力源选择21

4.1.4液力偶合器的选型21

4.1.5驱动滚轴筛以及高破碎辊运动的减速系统的选型22

4.2主传动中及驱动低破碎辊运动减速系统的确定及设计22

4.2.1减速器的选用23

4.2.2总传动比及传动比分配23

4.2.3减速器的设计24

4.3主传动结构中破碎辊轴及偏心轴的结构设计44

4.4差动分级齿辊式破碎机颚板的材质及选择46

4.4.1颚式破碎机的工作原理46

4.4.2颚板磨损机制47

4.4.3颚板材质48

4.4.4颚板材质选择的几点建议49

第五章筛分设备的分类、用途、筛面及有关设计50

5.1筛分设备分类50

5.2筛分设备的用途50

5.3筛分设备的筛面51

5.4滚轴筛结构中闭式齿轮传动的设计52

5.5滚轴筛辊轴的结构设计及有关参数计算55

5.5.1最小直径的确定56

5.5.2滚轴筛辊轴的强度校核57

5.2.3滚轴筛辊轴的轴承校核60

第六章破碎物料对筛分、破碎过程的影响62

6.1影响筛分过程的因素62

6.1.1煤的水分对筛分过程的影响62

6.1.2煤的粒度对筛分的影响63

6.1.3筛孔尺寸和形状的影响63

6.1.4筛面长度和宽度63

6.2入料粒度组成对破碎效果的影响64

6.3入料水分对破碎效果的影响64

第七章破碎机械的操作和维修65

7.1破碎机械的操作65

7.2破碎机械的维修65

第八章润滑和密封66

8.1减速器的润滑与密封66

8.2破碎机的润滑与密封66

8.2.1滚动轴承的润滑和密封66

8.2.2破碎机所选用的轴承67

总结68

参考文献69

致谢70

摘要

随着我国煤炭、冶金矿山向大型化发展，以大型破碎站为关键设备的半连续开采工艺得到了广泛的应用。而大型破碎站的主机设备一直依赖于欧、美发达国家的产品。因此，开发高效节能新型破碎设备、替代进口、满足国内大型矿山的需要势在必行。

本文对差动分级齿辊式破碎机的原理、结构进行了概括介绍，重点围绕4000t/h差动分级齿辊式破碎机的研制、开发。传统破碎机依靠工作部件运动时施加与被破碎物料上的冲击压力实现破碎，效率低、能耗高、机器笨重，这些缺点限制了破碎机破碎能力的提高。为了提高破碎机的破碎能力，研制了一种差动分级齿辊式破碎机。介绍了该破碎机的工作原理、结构组成和技术特点

我国大型露天煤矿可移式破碎站始于90年代。其破碎性能仅能满足煤及较软剥离物的破碎，使用受到了限制，不能满足矿山使用要求。而本论文研究的高效、节能差动分级齿辊式破碎机由于其结构上独特的优点，使得生产能力大、破碎硬度高、破碎比大、排料粒度均匀、过粉碎小，同时，该破碎机具有分级破碎的能力。因此，是一种发展前途广阔的高效破碎设备。

关键词：差动分级；齿辊式破碎机；分级破碎；结构；工作原理

ABSTRACT

With the development trend of Chinese coal and metal mine towards the upsizing, the half continuous mining technology featuring a large-scale crushing station as the key equipment has been used widely. Considering the main machine of the large-scale crushing station always depend on products from the developed countries such as European counties and USA, it is imperative to develop a new high-efficiency and energy saving crushing equipment to substitute imported equipment and meet the needs for the domestic large-scale mine.

This article gives a general description of the principle and structure of 4000t1h differential classification toothed roll crusher .When the traditional crushers material , it depends on the impact pressure which the working parts move to impose on the cracking material , the efficiency is low , energy consumption is high and weight is heavy . These disadvantages limit the improvement of its breaking ability. In order to improve the breaking ability of the crusher, a differential classification toothed roll crusher is studied and developed, and the operating principle, structure and technique characteristics are introduced.

The mobile crushing station began to be used in Chinese large- scale open- pit coalmine in the 1990s. Its crushing performance can only meet the crushing requirements for the coal and the softer declaim nation so that the application is restricted and the mine application requirements can not be met .The new high-efficiency and energy saving differential classification toothed roll crusher developed by this article, features high capacity, high crushing hardness, high crushing ratio uniform discharge grain-size and a small amount of over- crushing because of its unique structural advantages .While, the crusher have the breaking ability of classification . As a result, it is a high-efficiency crushing equipment with a broad developing future.

Keywords: differential classification; toothed roll crusher; graded brokenly; structure; operating principle

内容简介：: 第77页摘要随着我国煤炭、冶金矿山向大型化发展，以大型破碎站为关键设备的半连续开采工艺得到了广泛的应用。而大型破碎站的主机设备一直依赖于欧、美发达国家的产品。因此，开发高效节能新型破碎设备、替代进口、满足国内大型矿山的需要势在必行。本文对差动分级齿辊式破碎机的原理、结构进行了概括介绍，重点围绕4000t/h差动分级齿辊式破碎机的研制、开发。传统破碎机依靠工作部件运动时施加与被破碎物料上的冲击压力实现破碎，效率低、能耗高、机器笨重，这些缺点限制了破碎机破碎能力的提高。为了提高破碎机的破碎能力，研制了一种差动分级齿辊式破碎机。介绍了该破碎机的工作原理、结构组成和技术特点。我国大型露天煤矿可移式破碎站始于90年代。其破碎性能仅能满足煤及较软剥离物的破碎，使用受到了限制，不能满足矿山使用要求。而本论文研究的高效、节能差动分级齿辊式破碎机由于其结构上独特的优点，使得生产能力大、破碎硬度高、破碎比大、排料粒度均匀、过粉碎小，同时，该破碎机具有分级破碎的能力。因此，是一种发展前途广阔的高效破碎设备。关键词：差动分级；齿辊式破碎机；分级破碎；结构；工作原理ABSTRACTWith the development trend of Chinese coal and metal mine towards the upsizing, the half continuous mining technology featuring a large-scale crushing station as the key equipment has been used widely. Considering the main machine of the large-scale crushing station always depend on products from the developed countries such as European counties and USA, it is imperative to develop a new high-efficiency and energy saving crushing equipment to substitute imported equipment and meet the needs for the domestic large-scale mine.This article gives a general description of the principle and structure of 4000t1h differential classification toothed roll crusher .When the traditional crushers material , it depends on the impact pressure which the working parts move to impose on the cracking material , the efficiency is low , energy consumption is high and weight is heavy . These disadvantages limit the improvement of its breaking ability. In order to improve the breaking ability of the crusher, a differential classification toothed roll crusher is studied and developed, and the operating principle, structure and technique characteristics are introduced. The mobile crushing station began to be used in Chinese large- scale open- pit coalmine in the 1990s. Its crushing performance can only meet the crushing requirements for the coal and the softer declaim nation so that the application is restricted and the mine application requirements can not be met .The new high-efficiency and energy saving differential classification toothed roll crusher developed by this article, features high capacity, high crushing hardness, high crushing ratio uniform discharge grain-size and a small amount of over- crushing because of its unique structural advantages .While, the crusher have the breaking ability of classification . As a result, it is a high-efficiency crushing equipment with a broad developing future.Keywords: differential classification; toothed roll crusher; graded brokenly; structure; operating principle目录第一章绪论11.1煤用破碎机的国内外技术发展及现状11.2选题的目的和意义61.3新型双齿辊破碎机开发的意义71.4新型双齿辊破碎机发展综述81.4.1露天矿破碎煤和岩石的破碎机技术发展现状81.4.2新型双齿辊破碎机技术发展趋势9第二章总体方案的确定102.1设计要求102.2参数的选取102.3方案确定10第三章差动分级齿辊式破碎机破碎机理的研究123.1差动分级齿辊式破碎机的用途、结构组成及基本原理123.1.1用途及基本原理123.1.2结构组成及特点123.2差动分级齿辊式破碎机的破碎机理133.3差动分级齿辊式破碎机所采用的破碎理论153.4齿形结构、齿的布置形式及制造材料163.4.1齿形结构及其与产品粒度的关系163.4.2齿的布置形式及其与产品粒度的关系173.4.3制造破碎齿的材料18第四章差动分级齿辊式破碎机的总体设计194.1参数理论计算分析194.1.1 4000吨差动分级齿辊式破碎机破碎能力的估算194.1.2 4000吨差动分级齿辊式破碎机破碎功率的估算204.1.3 4000吨差动分级齿辊式破碎机破碎动力源选择214.1.4液力偶合器的选型214.1.5驱动滚轴筛以及高破碎辊运动的减速系统的选型224.2主传动中及驱动低破碎辊运动减速系统的确定及设计224.2.1减速器的选用234.2.2总传动比及传动比分配234.2.3减速器的设计244.3主传动结构中破碎辊轴及偏心轴的结构设计444.4差动分级齿辊式破碎机颚板的材质及选择464.4.1颚式破碎机的工作原理464.4.2颚板磨损机制474.4.3颚板材质484.4.4颚板材质选择的几点建议49第五章筛分设备的分类、用途、筛面及有关设计505.1筛分设备分类505.2筛分设备的用途505.3筛分设备的筛面515.4滚轴筛结构中闭式齿轮传动的设计525.5滚轴筛辊轴的结构设计及有关参数计算555.5.1最小直径的确定565.5.2滚轴筛辊轴的强度校核575.2.3滚轴筛辊轴的轴承校核60第六章破碎物料对筛分、破碎过程的影响626.1影响筛分过程的因素626.1.1煤的水分对筛分过程的影响626.1.2煤的粒度对筛分的影响636.1.3筛孔尺寸和形状的影响636.1.4筛面长度和宽度636.2入料粒度组成对破碎效果的影响646.3入料水分对破碎效果的影响64第七章破碎机械的操作和维修657.1破碎机械的操作657.2破碎机械的维修65第八章润滑和密封668.1减速器的润滑与密封668.2破碎机的润滑与密封668.2.1滚动轴承的润滑和密封668.2.2破碎机所选用的轴承67总结68参考文献69致谢70第一章绪论1.1煤用破碎机的国内外技术发展及现状破碎是当代飞速发展的工业矿物加工领域中一个重要的环节，破碎机就是矿山机械中应用非常广泛的一种设备。在各种金属、非金属、化工、建材、电力等工业部门占有非常重要的地位。从经济角度来讲，在选矿厂，破碎与磨碎作业的生产费用占全部选矿费用的40%以上，设备投资占总投资的60%左右。从能源与环保角度讲，破碎作业要消耗巨大的能量，物料破碎过程中由于作业中产生发声、振动、摩擦、粉尘等，使能源大量消耗，作业环境严重污染。因而多年来国内外的界内人士一直在研究如何达到节能、高效地完成破碎过程，从理论研究到新产品研制 (包括改造旧的设备)直至改变生产工艺流程，以求达到节约投资、低耗能、少污染、高效率、过粉碎量小、产品粒度均匀并满足与之相配套的新设备、新技术系统的工艺要求。煤矿是破碎机应用最广泛的行业，露天煤矿的原煤破碎和选煤厂入厂原料的预处理都离不开破碎设备。由于煤炭属中硬岩石并具脆性以及破碎技术经过长期的发展，所采用的破碎设备包括:鄂式破碎机、旋转式破碎机、锤式和环锤式破碎机、反击式破碎机、选择性破碎机、齿辊式破碎机等。最近 10多年来，破碎技术取得了较重大的进展，随着人们对破碎过程认识的不断深入，新的破碎方法和破碎设备不断涌现，各国不断把新工艺、新技术、新材料用于自己的破碎机工业，产品可靠性不断提高，在产品的耐磨损、减少过粉碎量、严格控制碎后产品的粒度等方面都取得了有效的进展。特别是煤用齿辊式破碎机以其制造简单、维修方便、低能耗、成本低、高破碎能力和经久耐用等优点，无论是从产品的结构、技术性能还是工业应用都成为煤用破碎机的佼佼者。1858年埃里布雷克(ELBlake)取得专利权，制造双肘板鄂式破碎机。19世纪40年代，北美的采金热潮对鄂式破碎机的发展有很大的促进作用，19世纪中叶，多种类型的鄂式破碎机研制出来并获得广泛的应用，上个世纪末，全世界己有70多种不同结构的鄂式破碎机取得专利权。并由此引发了对破碎理论的较深入研究，但一直未形成规模。直到20世纪50年代，艾利斯一查尔默斯公司才开始大规模研究破碎工作。60年代得出重大意义的结论。随着研究的深入，人们知悉了高功率破碎作业可以用来改善能源效率和降低成本冈。现代最常用的鄂式破碎机是布雷克的鄂式破碎机和更近代制造的单肘板鄂式破碎机。鄂式破碎机的最大弱点就是它们在一个工作循环内只有一半时间工作。B H * Bergstrom在研究单颗粒破碎机时发现，在空气中一次破碎的碎片撞击金属板时明显产生二次破碎，一次破碎的碎片具有的功能占全部破碎能量的45%，如能充分利用二次破碎能量，则可提高破碎效率。也有人指出，较小的持续负荷比短时间的强大冲击更有希望破碎物料。Schonert研究表明，如果使大批脆性物料颗粒受到50Mpa以上的压力，就能够由“料层粉碎”节约出可观的能量。目前的“料层粉碎的理论”己为粉碎界所公认，根据料层理论研制的新设备有美国诺德伯格公司的旋盘圆锥破碎机、俄罗斯的惯性圆锥破碎机等等。 1982年BMandelrot提出分形理论应用在岩石理论研究方面。进入80年代以来，我国对破碎理论和破碎机的研究才有较重要的关注并取得了较大的成果。如我国的破碎机专家王宏勋教授提出了“动态啮角”的概念，开发了GXPE系列深腔鄂式破碎机，当时在国内引起一定的轰动。该机与同种规格破碎机相比，在相同的工况条件下，处理能力可提高20%-25%,齿板寿命可提高1-2倍。北京矿冶研究总院林运亮等人与上海多灵一沃森机械设备有限公司合作开发了PED低矮可拆式鄂式破碎机，该机是一种适用于井下作业特殊条件下的新型鄂式破碎机。设备本身高度低，动鄂位置低，固定鄂位于动鄂和偏心轴之间。多灵一沃森机械设备有限公司设计了目前国内最大的 1200 x 1500复摆鄂式破碎机。1996年第四届全国粉体工程学术会议上邓跃红、张智铁发表了物料粉碎分形行为的研究，作者认为破碎理论的研究应归结为三大方面:强度理论的研究，破碎效果的评价，破碎功耗的研究。长期以来，粉碎理论的研究主要停留在经验应用和统计推测上，人们了解粉碎的规律尚不明确、不系统，人们期待新理论的出现会给破碎领域带来一次革命。回转式破碎机最初见于60年代的联邦德国，由于国外大型矿山要求大型机械，而刚刚问世的回转式破碎机没有得到发展。80年代初期，由于中小型矿山的迅速发展，我国有些研究工作者开始对回转破碎机进行进一步的研制。众所周知，破碎设备的好坏主要取决于破碎腔的设计，破碎腔能够体现设备的生产能力、功耗、钢耗及破碎产品质量等重要性能指标等。回转式破碎机具有变啮角、高密度破碎、依次渐进破碎、高频破碎和强制排料等优点。旋盘圆锥破碎机、惯性圆锥破碎机因其结构复杂、笨重、造价高、碎后产品的过粉碎量大等问题基本己退出煤炭破碎的行业，但在有色金属矿山行业且得到了较广泛的应用。但近年来，巴马克公司的“石打石”冲击式破碎机，JCI的新型圆锥破碎机，德国的KRUPP公司，美国的MCLANAHAN公司又有新产品问世。锤式破碎机自问世以来就因其结构使其的应用受到了限制。过粉碎量较大，蓖板易堵塞、对入料的水分要求较严格，对入料上限要求小，出料下限又达不到精细破碎的要求等。目前锤式破碎机应用较多的是电力行业和建筑石料、水泥行业，煤炭行业应用较少。反击式破碎机适用于粗、中、细碎等中硬度脆性物料，如石灰石、白云岩、页岩、砂岩、煤、石棉、石墨和岩盐等。其工作原理是当物料进入机壳内板锤作用区时，受到板锤高速冲击而破碎，同时被抛向安装在转子上方的反击板进行再次破碎，然后从反击板弹到板锤作用区被重新破碎。这个过程反复进行，直到物料全被破碎至所需粒度而排出机外。该型破碎机广泛地应用于建材、化工、煤炭等工业部门。其优点是:破碎比大，一般为10-20,高的可达50-60，简化破碎流程，结构简单，制造容易，使用和维修方便，以及能够作选择破碎等。但由于板锤的集中磨损，限制了在破碎坚硬物料上的应用。目前对我国生产研究反击破碎机的厂家、研究机构及成果报道较少，国外的如德国KHD公司对反击式破碎机研究成果较多。选择性破碎机（也称碎选机）具有分离破碎煤和选出研石的作用。在选煤厂曾得到普遍的推广应用。碎选机是根据煤和研石硬度的不同，即可碎性的差异而设计的。工作时，容易破碎的煤被击碎后漏到筛下，而坚硬的研石则由筛上排出。因此，当煤和研石在硬度上相差悬殊，即可碎性的差异显著。碎选机用于处理经过预先筛分后的块煤，也适用于原煤。它可同时进行筛分、破碎、选出大块歼石、金属杂物和木块等作业，达到一机多用的目的。用碎选机代替人工拣研，实现一机多用的目的。对解放工人笨重的体力劳动，提高劳动效率具有重要的意义。碎选机在80年代的初期之前，我国曾进行过研究和应用，到90年代初期曾有过此方面报道，但90年代中后期由于新的破碎技术的出现未见再有此方面的报道和成果。齿辊式破碎机可以说是一种古老的机械。由于具有构造简单、工作可靠、成果低廉等优点，至今仍然被广泛的应用于大、中、小型厂矿，对脆性物料和韧性的中硬和软矿石进行细碎。如煤、焦炭、石灰石、泥页岩、长石、泥灰土等。齿辊式破碎机按照辊子的数目可分为:单齿辊破碎机、双齿辊破碎机和多齿辊（三辊、四辊和六辊）破碎机。单齿辊破碎机采用较长的齿辊，主要用作粗碎，双齿辊破碎机的齿辊一般较短，用于中碎，多齿辊破碎机主要用于细碎。对于齿辊式破碎机，由于其上述的优点，可以说自50年代以来，各方面对其一直比较关注，但50-70年代期间研究进展不大，其主要代表成果是带弹簧保险装置的单齿辊和双齿辊破碎机，带有弹簧保险装置的目的的是为了防止入料中的木、铁、研石，岩石等硬物损坏破碎齿。当大块硬物落到破碎腔不能被破碎时，破碎板或齿辊受力增大，从而压缩弹簧增大破碎腔的间隙，以使排出硬物，然后借弹簧的恢复力使可动破碎板或齿辊回到原来的位置，由此便不能严格控制碎后产品的粒度。同时受当时基础材料工业、制造技术和相关配套技术的限制，当时的破碎机存在破碎齿易损坏、碎后产品过粉量大、机体受到的冲击载荷大、整体噪声大、维修量大等缺点。改革开放后，1987年原充州煤矿设计院 (现南京煤矿设计研究院)在消化吸收美国雷克斯诺德(REXNORD)公司生产的冈拉克36DAM型 CGundlach36DAM)破碎机的基础上，设计出的4PGC-380/350 X 1000型齿辊破碎机，是当时技术上较先进的破碎机。该型破碎机在技术上有两个突出点:一是将破碎齿由整体铸造的齿板改为单一的齿板，便于了制造维修;另一个突出点是采用了“Nitroil”控制系统，该系统可以独立地调整上段齿辊的间距来控制下段的给料粒度。这样，可根据破碎工艺要求灵活地调整破碎程序。同时，此型破碎机把调整齿辊间距装置和保险装置做成一个系统，采用液压气动系统:油缸的活塞杆与可动齿辊相连，在有活塞杆的油缸腔内，泵入一定可变量的液压油，同时在油缸的无活塞杆的腔内泵入一定压力的气体，形成空气柱弹簧。这样可以根据泵入油量的多少来改变活塞的位置，从而确定齿辊间的距离，达到控制产品粒度的目的。当硬物或不可碎物进入破碎机后，由于破碎力增大，可动齿辊压缩空气柱使硬物通过，随后又可使动齿辊复位.但同样存在不能严格控制碎后产品粒度的问题。进入90年代后，随着我国改革开放力度的加大，煤的销售市场也发生了较大的变化，人们对选煤技术及设备提出了更高的要求。其中包括对煤碎后产品中降低细颗粒的含量、产品粒度的均匀性、减少过限粒度、增大处理能力等。特别是具有分选效率高、处理能力大、适合于处理难选煤的重介质选煤工艺的出现，由于其非常适合我国高硫、难选煤多的国情，已成为国内重点推广的主要选煤工艺方法。作为重介选的主洗设备重介质旋流器对洗选的入料粒度有严格要求，一旦超限粒进入旋流器极易造成系统堵塞，影响系统的运转。由此方方面面，都对煤用破碎机提出了新的技术要求，从而也推动了破碎机技术的发展和进步。首先煤炭科学研究总院唐山分院在90年代初期开发了2PL系列强力破碎机。该破碎机在技术上的进步主要是取消了原双齿辊破碎机的退让弹簧保险装置，将双破碎辊固定，破碎齿使用新的技术和材料来防止难碎硬物损失破碎齿，从而可较严格控制碎后产品中的过大颗粒。同时提出了强力破碎的的概念。华北工学院针对单齿辊破碎机存在效率低、结构复杂、受力不均匀特点，开发了新一代的4)915单一齿辊破碎机。这种破碎机有两种结构形式。第一种结构形式主要是将原来调整破碎板位置的拉力弹簧改为推力弹簧，弹簧的弹性力为490KN，在弹簧的两端分别装有两组螺母，外侧的螺母用于调整破碎板位置，从而调整排料口间隙，内侧的螺母用于调整弹簧的弹性力。安装弹簧的拉杆插在装于机体的支座上，支座孔沿垂直方向为长方孔，用此调整产品的粒度。这种结构降低了机体高度，缩短了拉杆长度，使结构更为紧凑。第二种结构是利用颗式破碎机的楔形调整机构和双辊破碎机的主动辊轴相结合，吸收了两者的优点，如:进料口大，破碎辊表面可装有不同尺寸的破碎齿板，领板上镶有可更换的耐磨衬板，出料口大小可通过推力板上的长方形螺孔调整。与同规格的颗式或双齿辊破碎机相比，破碎能力明显增大，效率可提高30%。同时，由于这种破碎机有预碎和破碎两个区域，破碎后的物料受齿辊拨动而被强制排出机体外，所以更适用于处理含水份较大的煤。1994年平顶山选煤设计院和郑州长城冶金设备厂研究开发出了FP500系列分级破碎机，该系列破碎机采用单电机驱动，液力偶合器过载保护。其传动系统是电机驱动液力偶合器并带动一对锥齿轮，改变转动方向并驱动主动破碎辊转动，主动破碎辊通过另一端的一组直齿轮驱动被动辊转动。破碎齿呈螺旋形布置，入料中的小颗粒很容易通过破碎辊之间的间隙排出，大块则利用齿的剪切和拉伸力来进行破碎，改善了传统破碎机中物料不受控制一律破碎的情况。九十年代中期，山东莱芜煤矿机械厂通过从德国技术引进，开发生产了2PGL系列双齿辊强力高效破碎机。该系列破碎机采用双电机、双液力偶合器、双套齿轮箱直联式驱动，一侧壁和一破碎辊用手动液压系统可移动，用来调整齿辊间的间距，从而控制排料粒度。破碎机有液力偶合器过载保护和电控过载保护，可有效的防止难碎硬物损坏破碎齿。整机结构紧凑，机体高度低，冲击负荷小。同一时期，煤炭科学研究总院唐山分院相继开发了2PLF系列分级破碎机、2FJP600系列强力分级破碎机、4PGG系列强力破碎机和DP系列单齿辊破碎机，2PLF系列分级破碎机在传动形式上采用三角带大带轮传动，传动结构简单、故障率低，由于大带轮有蓄能作用，故所需的电机功率比直联式传动的小。双齿辊采用对转方式，破碎齿采用子弹头式或鹰嘴式，表面堆焊硬质合金，强度大，破碎效率高并且磨损后便于修复。2FJP600系列强力分级破碎机的双齿辊分别各自向两侧壁方向转动，齿辊上的破碎板采用拼装式，破碎齿为在韧性较好的铸基体上堆焊硬质合金，不但强度大，可破碎难碎硬物，而且破碎齿 “宁弯不折”，当难碎硬物卡弯破碎齿后，生产现场无需更换破碎板而可将破碎齿直接修复。在两侧壁上分别装有梳齿板，其有两个作用:使破碎过程完全为剪切、拉伸破碎，不易产生过粉碎物。起棒条筛的作用，可通过不需破碎的物料，而对需破碎的大块物料，可严格的控制碎后产品的粒度，使碎后物料的三维尺寸都能得到控制。两齿辊分别向各自的侧壁方向旋转也可以保证入料中已经达到要求粒度的物料不再二次破碎，从齿辊间的排料口和齿辊与梳齿板间的排料口直接排出，从而减少能量消耗和因挤压破碎产生的过粉碎。两破碎辊有两套独立的驱动装置使两破碎辊各自独立工作，在实际破碎时，可根据入料量改变工作制度，即入料少时开单机，入料多时开双机，用户更加节能。每台破碎机可配有A, B, C三种齿型，每种齿型对应一种产品粒度，用户可通过更换齿型来调整产品粒度而不需更换破碎机，真正实现一机多用，减少用户的重复投资。另外，由于该系列破碎机为强力破碎工艺布置时不需要手选皮带人工拣歼，原煤也不需要预先筛分而直接入破碎机简化了选煤工艺流程，降低了厂房高度，减少了选煤厂建设投资与生产费用。4PGG系列四齿辊破碎机和DP系列单齿辊破碎机是在2FJP系列基础上派生而出的，除4PGG系列破碎机的机体采用积木式结构，上下机体可组可分，可根据生产现场实际来安装，破碎比增大外其它结构和破碎原理和2FJP系列基本相同。北京矿冶研究总院研制出了PWZS256型筛分破碎机，该破碎机将破碎和筛分合为一个机体，最小排粒度可达3mm。特别是近年来，国际上破碎机新产品发展迅速。英国MMD矿山机械集团公司开发了500, 605, 750, 1000, 1300和1500共6个系列的分级破碎机，每个系列有短箱型、标准型和长箱型3种不同工作长度，以满足不同的处理要求。1990年，由美国的FFE矿业基建设备公司和澳在利亚ABOH工程公司合资开发的ABOH系列分级破碎机将破碎过程分为三段，而且可视入料粒度上限的不同而选择不同的齿辊轴间距。当入料上限为 l000mm时，齿辊轴间距为1000mm左右，粗碎段将 l000mm的入料破碎到350mm，二段由350mm破碎至 100 mm，三段由100 mm破碎至50, 45, 35mm或用户要求的粒度。与之类似的还有澳大利亚爱邦机械工程公司的齿辊型破碎机、美国MCLANHAN的DDC-Sizer型破碎机等。综上所述目前破碎机理论、工艺和设备的研究主要着重于:研究在破碎中节能、高效的理论，也力求找出新理论来突破人们已熟知的三大破碎理论;研究新的非机械力的高能或多力场联合作用的破碎设备，目前还未见有工业化的设备，只是研究阶段，并且在煤炭行业未见有关报道。改进现有设备，这方面经常是根据用户需要来进行而不是市场上大规模生产。1.2选题的目的和意义中国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，煤炭的生产量和消费量占世界首位。煤炭作为中国的主要能源及钢铁、化工领域的原料在相当长的时间内不会有大的改变，因此煤炭在中国国民经济中的地位是举足轻重的。然而，在中国的煤炭消耗中，煤炭的加工利用处于低水平阶段，存在着高能耗、高污染、低效率的利用现状，也产生一系列的环境污染问题，如:燃煤产生烟尘和S02排放量分别占80%和90%，中国的大气污染属典型的煤烟型大气污染。全国己有62.3%的城市S02年平均浓度超过国家二级标准，日平均浓度超过国家三级标准。S02排放量的持续增加使中国酸雨覆盖面积占国土面积的40%，酸雨污染给森林和农作物造成的损失每年达数百亿元。大气中的S02的主要来源于高硫煤的使用，而中国的高硫煤约占总产量的10%,按每年 10亿吨的产量算，每年约有1亿吨的高硫煤，而去硫的最基础设备就是将硫及其伴生物从煤中的解离也就是说要将煤充分破碎，破碎煤就需要破碎机，这是选择本题的目的之一。其二如前所述，新的选煤技术和工艺需要新型的破碎机，否则影响新的选煤工艺和方法的技术水平。其三多年来，选煤厂广泛采用的各式破碎机由于结构与机理的原因，破碎后的产品或者过粉碎严重，排料粒度不能有效的控制，同时伴有大量粉尘或者破碎机的破碎强度低，不能适应含煤研石的煤炭破碎，且破碎后粒度不均匀，容易超粒，不但使得后续的洗选难度加大，分选效果变差，同时难以满足目前市场的需要。由此造成的损失每年数亿人民币。为解决此问题，在国内的破碎机技术尚未满足国内使用条件的技术下，目前大量从国外进口破碎机，如山西的平塑、安家岭煤矿、神华集团的神木矿区、大柳塔选煤厂、贵州盘江集团的老屋基选煤厂、永城煤电集团、晋城无烟煤矿业集团等等，国外破碎机的价格是国内同类价格的6-8倍，如果研制的破碎机能替代进口产品，每年可为国家节约外汇至少1亿美元。因此，无论从环保的角度、社会效益的角度、直接经济效益的角度，还是解决生产实际问题的角度，研究新型的分级破碎机，具有较重大的现实意义。1.3新型双齿辊破碎机开发的意义半移动式破碎站是我国露天矿山半连续开采工艺的关键设备，也是我国露天矿山急需解决的大型设备。而新型双齿辊破碎机是破碎站的关键设备。在半连续开采工艺中，半移式破碎站有机地将胶带输送系统与挖掘运输设备衔接起来，形成了单车汽车破碎站胶带机的运输系统，既有效地利用了汽车运输的灵活性，缩短汽车运距，又发挥了胶带输送适于长距离运输的特点，降低系统的成本。这种工艺以其提高劳动生产率、降低开采成本的优势迅速发展，德国、英国、俄罗斯、美国等国家破碎站的制造业发展很快，其中德国Krupp公司己经生产了100余台半移式破碎站，最大的小时生产能力达万吨。我国的霍林河露天煤矿于1986年从德国AUBEMA公司引进了一台给料式半固定破碎站，在第一台引进的基础上，针对其使用中存在的问题，洛阳矿山机械工程设计研究院、洛阳矿山机器厂、沈阳煤矿设计院合作，经消化、吸收、创新、开发研制了第二台破碎站，1992年投入使用，运行状态良好，该破碎站适用于破碎煤及中硬以下的物料(抗压强度不大于85MPa)。根据我国露天煤矿的发展要求，采用半移动式破碎站不仅需要破碎煤，更需要破碎剥离物、要求破碎机具有破碎高抗压强度物料(小于1 SOMPa )的能力。因此，研制开发适用于破碎岩石的新型双齿辊破碎机，满足国内矿山急需、替代进口迫在眉睫，具有非常重要的意义。1.4新型双齿辊破碎机发展综述新型双齿辊破碎机是英国MMD公司80年代末90年代初开发的高效、节能破碎设备，因其结构上的独有特点，迅速广泛用于露天煤矿、金属矿、非金属矿、水泥厂、采石场、选煤厂等粗碎或中碎物料。1.4.1露天矿破碎煤和岩石的破碎机技术发展现状对于露天矿破碎煤和岩石的破碎机型主要有颗式、旋回式、普通辊式、喂给式和MMD双齿辊式。颗式破碎机系间断破碎，国内外产品均存在设备自重大、功耗高、生产能力小的缺点，满足不了生产能力大的要求。旋回式破碎机是我国冶金矿山应用广泛的一种粗碎设备，具有连续破碎、生产效率高、能力大、破碎物料硬度高、使用可靠的特点，但设备重量大、高度高、要求基础大、移动相当困难。喂给式破碎机是消化国外技术而开发的应用较广泛的一种破碎中硬以下物料的破碎机，具有结构紧凑、适于移动式、半移动式破碎站。但对中等以上硬度物料破碎适应性差，破碎岩容易出现超限排料。普通齿辊式破碎机应用较多，辊径大破碎齿小，破碎片小，过负荷能力差，破碎能力小。不适用于破碎岩石和大块物料。新型双齿辊破碎机由于结构紧凑，破碎物料机理合理，适应性强等突出的优点，在露天矿物料粗碎应用中很有发展前途，是较为理想的露天矿岩石破碎机，其主要特点如下: 1)采用长齿，小辊径，螺旋布齿，多盘四齿结构，通过剪切，弯曲，挤压综合作用破碎物料，比普通辊式破碎机破碎机理合理，破碎齿受力均匀，允许入料力度大，特别适于粗碎。 2)设备结构紧凑，布置灵活，所占空间尺寸小，尤其是破碎高度小，能够有效地降低整体布置高度，大大降低破碎站的造价。 4)破碎辊转速低，磨损小，噪音低，灰尘小。 5)破碎机基础设计简单，由于采用整体式结构，驱动减速器直接连接到破碎机框架上，使得传到基础上的力大大减小，设备振动小，有利于设在移动。 6)采用特殊设计过载能力强的减速器，对物料的适应性强，与普通辊式和喂给式破碎机相比，破碎物料的硬度大，同时由于长齿的交叉布置得到相互梳理作用，也可破碎粘性物料。 MMD公司新型双齿辊破碎机已形成中心距500, 625, 750, 1000, 1300mm系列产品，可以满足不同生产能力的需要，同时具有不同的齿型结构，可以满足不同物料的破碎。1.4.2新型双齿辊破碎机技术发展趋势 1)进一步完善产品系列规格，产品向大型化发展。 2)破碎齿新型耐磨材料及结构研究，释品向冶金矿山高硬度物料破碎领域推广。 3)减速器润滑技术研究，研究减速器内部结构，采用自润滑取消润滑站。第二章总体方案的确定2.1设计要求破碎物料抗压强度：160MPa 入料粒度：1200mm出料粒度：400500mm 处理量：35004000t/h参考功率：380450KW 参考中心距参考齿辊转速：90120r/min 齿辊直径：800mm齿数：每个齿环上为4个齿2.2参数的选取齿辊转速：=94r/min =120r/min 入料粒度：mm 出料粒度：mm齿辊直径：mm 齿数：4滚轴筛辊轴的转速： r/min滚轴筛辊轴的有效长度： mm破碎辊轴有效长度： 1200mm2.3方案确定本论文设计的差动分级齿辊式破碎机具有以下特点：利用剪切原理以及分级方法对矿料进行破碎，和国内外同类产品比较，能耗低、效率高，满足高产高效矿井生产的需要，并已经在煤矿井下得到实际应用，取得良好的效果。由于该破碎机特有的工作机理和机构，使得该破碎机可以高效地破碎各种湿、干、粘、软、硬矿石和岩石且不堵料，生产能力可以达到5000t/h以上，特别适合于煤矿高产、高效工作面的高效破碎。差动分级齿辊式破碎机具有高处理能力、能耗低、产品粒度均匀、不过度破碎、设备体积小、重量轻、可靠性高等优点，是一种高效节能的破碎设备。传动方案的确定：采用防爆电机作为驱动源，同时采用液力偶合器实施软启动。1.筛分机构传动方案如下：2.破碎机构传动方案如下：附图破碎机传动方案简图第三章差动分级齿辊式破碎机破碎机理的研究3.1差动分级齿辊式破碎机的用途、结构组成及基本原理3.1.1用途及基本原理差动分级齿辊式破碎机是破碎站的关键设备。该机与料仓、给料机、卸车平台、排料机、机架组成破碎站系统，可用于破碎岩石、煤、石灰石、金属矿石、焦炭、石膏等物料，广泛应用煤矿、金属矿、非金属矿及水泥建筑等行业物料的粗碎和中碎。差动分级齿辊式破碎机由机架、滚轴筛分机构驱动装置、滚轴筛分装置、机箱、衬板、破碎齿辊、颚板、破碎驱动装置、电机软启动装置等几部分组成。当矿料进入破碎机时，首先由滚轴筛分装置对物料进行筛分，符号要求的矿料直接由筛分机构的间隙漏下，实现“一级”筛分；大块的矿料由滚轴筛分装置的滚轴滚入破碎腔，过大的矿料被颚板以及衬板挤压，实现预破碎，满足粒度要求的矿料由两齿辊之间的间隙漏下，实现“二级”筛分；较大的矿料受到两齿辊剪切和拉伸的作用而破碎，并被强制排出。滚轴筛的筛面由很多根平行排列的,其上交错地装有筛盘的辊轴组成,滚轴通过齿轮传动而旋转,其转动方向与物料流动方向相同。为了使筛上的物料层松动以便于透筛，筛盘形状有偏心的和异形的。为防止物料卡住筛轴，装有安全保险装置，滚轴筛全部为座式，本滚轴筛为右传动。3.1.2结构组成及特点1) 传动单元传动单元是破碎机的动力部分，且起到将电机的转速到满足设计要求的适宜的破碎转速，其中液力偶合器能够缓冲破碎时产生的超限冲击力和扭振，具有过载保护作用，能够带动负荷平稳启动，改善启动特性，并在启动时减少对电网的冲击电流。减速机为硬齿面，具有较大的过载能力和较长的使用寿命，能够正反转使用。2) 机架焊接结构件，为滚轴筛分机构、破碎机构、驱动装置等部分的装配平台。3) 滚轴筛分机构驱动装置实现辊轴的运动，并且两相邻辊轴同向转动。4) 滚轴筛分装置由电机、减速器驱动若干辊轴旋转运动，当矿料进入该部分时，满足粒度要求的矿料首先由辊轴间的间隙漏下，不符合粒度要求的矿料将随辊轴滚动进入破碎腔。该部分结构具有“一级”筛分和驱动矿料快速进入破碎腔的作用。5) 机箱焊接结构件，内部装配破碎机构，为滚轴筛分机构和破碎机构提供支撑。6) 衬板装配于机箱前壁，与颚板一起实现大块矿料的预破碎。7) 破碎辊破碎辊主要由滚轴、涨套、齿帽等组成。滚轴为合金材料，能够在破碎时承受高抗压强度物料时所产生的弯曲应力。涨套在滚轴靠端部的位置，起着轴向固定齿环的作用，根据不同的处理能力，每根轴上放置不同数量的合金钢齿环，根据入料粒度、碎后产品粒度的不同，每套齿环上有不同的齿座，用齿座来固定齿帽。8) 齿辊轴两齿辊轴相向、不等速运动，实现矿料的剪切和拉伸破碎，由颚板预破碎后的矿料进入两破碎齿辊区域，满足粒度要求的矿料由两破碎辊轮齿之间的间隙漏下，实现“二级”筛分，大块矿料在两齿辊轮齿间被夹注受到剪切和拉伸作用被进一步破碎，并被强排漏下。9) 齿环装配于两齿辊轴上，每个齿环上包含若干破碎齿，齿套和齿牙可以更换。10) 齿帽由微合金化的高锰刚制成，具有高强度、高耐磨性、比普通的高锰刚更耐冲击、耐磨损，使用寿命长。他用螺栓固定在齿环上（或焊接上）每个齿帽间都是独立的。在使用过程中可以方便更换任一个齿。11) 颚板该结构有四连杆结构，连接于齿辊轴和机架上。大块矿料进入破碎腔后，首先受到颚板和衬板之间的挤压作用，实现预破碎。12) 破碎齿辊轴驱动装置该部分结构由两台电机组成，实现破碎齿辊轴的相向运动，提供破碎动力。13) 退让机构通过该部分机构调节，可以实现颚板和衬板之间间隙调节。14) 电机软启动装置实现电机软启动，减少振动和冲击，防止电机过载，延长设备寿命，减少闷车现象。3.2差动分级齿辊式破碎机的破碎机理所谓破碎，就是将物料分为更小部分的过程，也就是利用各种机械方法，克服物体颗粒的内聚力，使其互相分离而形成具有新表面的较小粒度的过程。从各类破碎机的破碎机理来看，大致有压碎、劈裂、折断、磨碎、冲击等等。目前在工业生产上采用的破碎和磨碎方法，主要是借助机械力的作用，最常见的有:(1)挤压破碎，是利用两破碎工作面靠近时对物料施加压力，使其破碎作用力逐渐加大。如辊式破碎机、颚式破碎机、圆锥破碎机等。(2)劈裂破碎，是利用尖齿楔入物料时产生的劈力，力的作用较集中，使物料沿劈裂面破碎成两块，并在劈力作用点处产生局部破碎。如单、双齿辊式破碎机。(3)折断或弯曲破碎，在破碎工作面之间的物料，如同承受集中负荷两支点(或多支点)梁。除在作用点处受劈力之外，主要是使物料受弯曲力而破碎。(4)磨碎，它是破碎工作面在物料上相对滑动，对物料施加剪切力，这种力作用于物料的表面部分，因此适用于细物料的磨碎。(5)冲击破碎，冲击力瞬时作用于物料上，物料急剧粉碎。物料破碎方法的选择主要是根据物料的粒度、物理机械性质，所要求的破碎比等因素，所选择的破碎方法应该是最经济的，破碎后的产品最符合下道工序所要求的粒度组成。在常规的破碎方法中，纯粹的压碎、磨碎、冲击碎等一般不适宜选煤厂的煤炭破碎。劈裂是破碎机上具有刃型面的部位楔入物料中，于是被破碎的物料便出现了拉应力，该拉应力达到了物料的拉伸强度极限时，物料便被劈裂而破碎，如辊式破碎机的破碎。众所周知，大部分岩矿物料的抗压强度远高于其抗剪和抗拉强度。抗剪和抗拉强度低的原因是由于在剪切力和拉力的作用下，岩矿物料的内部存在缺陷(节理和裂纹)易产生应力集中而破裂。因此物料或是在相互垂直应力下被拉裂，或是在剪切力的作用下产生滑移，或是在两者共同作用下破碎。因此利用剪切和拉伸的力量来破碎物料具有更高的破碎效率。由于煤炭一类物料的拉伸或剪切强度大大低于抗压强度，所以劈裂和剪切的破碎方法能耗最低，且是靠低速剪切或拉伸来破碎，冲击能量较小，一般来说，破碎后的产品粒度较均匀，超粒与粉碎均较少，非常适合选煤厂煤炭的破碎。但目前国内的老式辊式破碎机大多是50年代一70年代设计的，与国外的破碎机相比其传动形式落后，破碎强度低，不但超粒较多，而且都会经受研磨或破碎，也就是说，大量符合产品粒度要求的限下物料会遭受二次破碎，致使生成大量的过细粒级产品。分级破碎机正是在接受国外先进技术的基础上研制而成。其破碎机理的基础是利用煤的自然节理将其 “劈开”，是真正意义上的破碎，入料中限下粒级部分会像沙子通过手指缝一样顺畅地通过破碎齿间的间隙而不会遭受再破碎，所破碎的只是限上粒级入料，这不仅提高了设备的利用率，加大了处理能力，而且将过粉碎现象控制在最低限度。现以双齿辊破碎机的两辊上对应的旋转相位相同的一对齿为例，探讨对物料进行破碎的机理。齿对物料的作用过程可分为三段，第一段是齿对大物料的冲剪撕拉破碎，在这一段，运动中的齿突遇大块物料，靠交错的齿尖首先对物料进行冲击剪切，若大块物料未被击碎则进一步进行撕拉。破碎后的物料即被齿咬入，并进行第二段破碎。若物料仍未被粉碎，则齿沿物料表面强行滑过，靠齿的螺旋布置，将物料进行翻转，等待下一对齿的继续作用，直到破碎至物料能被咬入为止。破碎机理示意图如图3.1所示：图3.1 破碎机理示意图经第一段破碎后，物料己被初步破碎至粒度能被齿辊咬入的情况，但仍不能满足要求，因而进入第二段破碎。在第二段主要靠当前一对齿的下棱和前一对齿的上棱的挤压、剪切作用而破碎物料，这一破碎段从物料被咬入开始，到前一对齿脱离咬合终止。表现为一对齿包容的截面由大变到最小的过程，这一过程是边破碎边排料的过程，粒度大的物料由于包容的体积逐渐变小而被强行挤压剪碎，破碎的物料被挤出，从齿侧间隙漏下。当前一对齿开始脱离咬合时，齿间包容的截面积开始从最小逐步增大，经第二段破碎物料，由于前对齿的分离而大量下漏排出，在排料过程中，个别粒度较大的物料将被破碎棒阻挡，当齿运动到破碎棒附近时，进一步将搁置于破碎棒与齿辊间的大块物料劈碎，并将其强行排出。这就是第三段破碎。到此，一对齿的破碎行程结束，每对环上有四对齿，因此在齿辊运转一周时，这样的过程将进行四次，循环往复，将给入的物料冲剪撕拉一咬入一挤压剪切一劈碎后强制排出。3.3差动分级齿辊式破碎机所采用的破碎理论通过对现有的三大破碎理论的阐述，对差动分级齿辊式破碎机的破碎机理的分析，可以总结出:差动分级齿辊式分级破碎机适用于邦德的第三破碎理论即裂缝假说的理论。这是因为:（1）差动分级齿辊式破碎机的破碎机理主要是利用煤的自然节理将其 “劈开”和剪切，“劈开”自然是 “顺缝”劈开，适合裂缝假说的理论。（2）裂缝假说是介于面积假说和体积假说之间，考虑了“变形能”和“表面能”两项，也是面积假说和体积假说的科学综合，在目前没有新的破碎理论的情况下，其更适用。（3）通过大量的实践证明，裂缝说所确定的功指数计算是指导设计最为行之有效的破碎理论。用其公式计算的破碎机安装功率最接近生产实际。但分级破碎机在实际工作过程中，可能遇到两种情况:一种情况是入料全是限上颗粒，即入料全部是大于碎后要求粒度的颗粒，也就是人们常说的全破碎。这种情况较少但有，在港口码头的煤炭装船破碎时较常遇到。第二种情况是入料中有相当一部分符合粒度要求的物料无需破碎而直接通过破碎机，并不是第三理论说的80%。所以实际功耗与计算数值还有一定的出入，可根据实际情况和经验做适当的调整。作者按自己的经验认为:选取功率时不要太保守，要留出安全系数。以防止入料系统的不稳定。3.4齿形结构、齿的布置形式及制造材料3.4.1齿形结构及其与产品粒度的关系（1）齿形结构破碎齿的齿形结构应满足：在满足产品粒度要求的前提下生产出大粒度产品，最大限度的减小过粉碎，破碎齿磨损容易更换或修复，降低生产维修费用。根据国内外调研资料和经验，试验室试验着重研究了子弹头式和鹰嘴式两种齿形结构。1）子弹头式破碎齿齿体母体为40Cr，齿头堆焊耐磨焊条，磨损后可堆焊修复，恢复生产快，维修费低，设备适用寿命长，适用于产品粒度3580mm的破碎。2）鹰嘴式破碎齿次种破碎齿采用高锰钢或低合金刚直接铸造而成，破碎齿与齿盘通过螺栓连接，次种齿磨损后，更换方便，生产维修费用低，适用于产品粒度大于80mm的破碎。其齿形图如图3.2所示。（2）破碎齿齿形与产品粒度的关系经过理论分析后认为：齿的外形尺寸包括齿宽、齿高不大于产品要求的粒度尺寸，应等于或稍小于要求粒度尺寸。齿根部的宽度大致为齿高的4/51倍。齿厚度（即齿沿圆周向尺寸），根据破碎物料的强度而定，一般大于或稍大于齿高。在保证齿的强度的前提下，应尽量减小该尺寸。因齿形过大会使产品粒度超限，失去分级作用，同时还影响破碎机的通过能力，而齿形过小不但会使齿的强度降低，而且会使过粉碎现象加剧，同时也不利于啮入物料。破碎物料的硬度、韧性也直接影响产品粒度，对于韧性高的物料，破碎齿的尺寸及破碎空间尺寸都应相应的减少。如破碎焦炭时，因其韧性较高，破碎空间就应基本等于或稍大于破碎要求粒度，对于煤而言，因其韧性低，脆性较高，破碎空间应稍大一些。同时，不同的煤其韧性、脆性也有很大区别，则应针对不同的情况而定。对于硬度较高的物料，除破碎空间相应减少外，齿根部的宽度应相对增加，提高破碎齿的强度。图3.2 齿形图3.4.2齿的布置形式及其与产品粒度的关系整机破碎齿布置的一个原则是：两齿辊在做运动的过程中形成的任何空间尺寸都应得到相应的控制。破碎辊齿的布置包括径向（即圆周方向）布置、轴向布置、相邻齿盘间齿的交错角度和齿的安装倾角。（1）圆周方向布置破碎齿在圆周方向的布置直接决定着产品的粒度，破碎齿齿前空间尺寸基本等于破碎要求粒度的1.5倍。相邻两个齿间所能包含的空间尺寸大致为破碎粒度的1.21.6倍，两齿顶弧长为破碎粒度的2.22.5倍。这一经验关系，随着具体破碎物料的韧性、硬度及破碎特性而定。如前所述，韧性强、硬度高的物料破碎空间相应减少，韧性弱、硬度低的物料破碎空间相应增加。（2）轴向布置相邻两排齿间的轴向距离大致为破碎粒度的2/33/4，韧性强、硬度高的物料距离取小值，韧性弱、硬度低的物料距离取大值。（3）相邻齿的交错布置角度破碎齿沿轴线方向采用螺旋布置，相邻齿盘沿圆周方向错开一定角度。这样布置，首先利于连续啮入物料，整个破碎过程为一线性过程，不容易卡住物料，尤其是破碎齿形较大时，如不采用螺旋布置，均匀入物料，极易造成卡堵现象。其次，破碎机载荷均匀，所受冲击小，有利于减少破碎功耗节约能源，提高设备使用寿命。第三，啮入大块物料时，辊齿如不能将其一次啮入，便会在其表面强行滑过，靠辊齿的螺旋布置迫使物料翻转，等待下一对齿的再次作用。（4）齿的安装倾角破碎齿的安装倾角是指破碎齿的中心线同破碎辊切线的夹角，实际应用中应根据所破物料的破碎性和粒度大小而定。3.4.3制造破碎齿的材料破碎齿是破碎机上的一个关键易损零件，其质量的优劣直接影响到破碎机的生产效率和使用寿命。英国MMD公司的双齿辊破碎机的破碎齿有两种材质，一种为高锰钢，一种为合金钢。（1）破碎齿生产工艺破碎齿的生产工艺为：整体铸造成型退火、机加工淬火低温回火。由于碳和合金元素含量低，在热处理淬火时不会出现淬裂现象。故破碎齿有较好的韧性和耐磨性。（2）两种材料破碎齿的耐磨性比较30CrMnSi和Mn13齿帽的磨损属于磨料磨损，磨料对破碎齿的磨损与磨料的磨损性有关，这种性能取决于磨料与辊齿的相对硬度。试验表明，当磨料硬度低于或高于材料硬度时，材料的磨损很小，属软磨料磨损。当磨料硬度比材料硬度高许多时，材料的磨损就会相当严重，属硬磨料磨损。在破碎煤的工况下，30CrMnSi破碎齿属于软磨料磨损，Mn13破碎齿属于硬磨料磨损。由此可知，破碎煤时，30CrMnSi的耐磨性高于Mn13。（3）结论1）在破煤时，当入料粒度不大时，且给料均匀充分时，破碎齿的破损方式主要是擦伤、犁沟，表层只发生微量的塑性变形，属低冲击、低应力工况条件，齿帽或破碎齿应采用低合金钢。2）在破碎硬度比煤大的物料时（如石头、矿石等）或在露天煤矿的粗碎时，工况恶劣，破碎齿应采用高锰钢。第四章差动分级齿辊式破碎机的总体设计破碎机的工作环境恶劣，工作状况不稳定，不便维修。所以在设计过程中应使整机在保证工艺性能指标的前提下尽量提高使用寿命，简化结构，减少故障点，最大限度的降低维修量。整机结构大致分为:电动机、减速系统、滚轴筛分系统、破碎辊、动颚、传动系统、安全保护系统、机体等。4.1参数理论计算分析4.1.1 4000吨差动分级齿辊式破碎机破碎能力的估算：破碎机的生产能力（T/h）k1、k2：物料的填充系数，取值范围0.40.6V1：单位时间内通过滚轴筛分机构筛分的物料总体积（m3/h）V2：将辊齿看作是物料时单位时间内通过两齿辊之间的物料的总体积（m3/h）V3：单位时间内通过两辊之间的所有辊齿的体积（m3/h）：煤的密度T/m3：滚轴筛辊轴的转速（r/min）：滚轴筛辊轴的直径（m）：滚轴筛辊轴的有效长度（m）：两个相邻辊轴之间的距离（m）（m3/h）v线：齿辊轴平均线速度（m/min）a3：齿辊轴之间距离（m）l2：齿辊轴有效长度（m）mm：两个齿辊轴上安装的总齿数：齿辊轴转速（r/min）V0：单个齿的体积（m3） m3 （吨）4.1.2 4000吨差动分级齿辊式破碎机破碎功率的估算对于功率的计算采用如下的近似理论计算方法。本方法是基于电机的功率应与单位时间的破碎物料的功耗相同的原则，即认为电机的功率应如下求得：Q：破碎机的生产能力t/hW：单位生产量的功耗KW.h/t：破碎机的传动效率目前有4种不同的理论计算方法可以确定单位生产量的功耗,即Rittinger法，Kick-Kirpichev法，Bond法和Holmes法，其中Rittinger法适用于细磨，Kick-Kirpichev法适用于粗碎，Bond法介于二者之间，Holmes法是对上述3种方法的统一。m：Bond功指数，煤的Bond功指数为7.91KW.h/tE：占排料粒度80%以上的组成部分的粒度尺寸（um）A：占给料粒度80%以上的组成部分的粒度尺寸（um）i：常指数，取0.450.5。 (KW)4.1.3 4000吨差动分级齿辊式破碎机破碎动力源选择根据4000吨差动分级轮齿式破碎机破碎功率的估算，在设计方案中，主运动结构应采用双电机驱动，我们选择主运动电机总功率应大于298KW。根据设计要求我们选用防爆电机作为驱动源，因为防爆电机适用于有爆炸危险的环境中，如油库、矿井中。采用双电机驱动时，每个电机的功率应选用160KW。选型：型号：YBC3-160 额定功率：160KW 工作电压 1140V 额定转速：1485 r/min同步转速1500r/min 额定电流 289.1 A效率（%）：94.5 功率因数：0.89 滚轴筛分结构由一台防爆电机作为驱动源，选型如下：型号：YBC3-15 额定功率：15KW，额定转速：1460 r/min 同步转速：1500 r/min额定电流：31.6 A 效率（%）：89.5功率因数：0.814.1.4液力偶合器的选型液力偶合器是利用液体动能和势能来传递动力的一种液力传动设备。具有以下优点：（1）无级调速。在电机转速恒定下可以无级调节工作机的转速，与传统的节流调节相比可以大量节省电能。（2）轻载或空载启动电动机和逐步启动大惯量负载，提高异步电机的启动能力。（3）防护动力过载。偶合器泵轮和涡轮之间没有机械连接，转矩是通过来传递的，是一种柔性和有滑差的传动。当负载的阻力矩突然增大时，其滑差可以增大，甚至制动，电机可继续运转而不致停车。（4）均为多台电机的负载分配。在多台电机驱动同一负载时，允许各台电机的转速稍有差别，使各台电机的负载分配均匀。（5）可隔离振动，缓和冲击。（6）可方便实现离合。偶合器流道充油即接合，将油排空即行脱离。（7）除轴承外无磨损件，工作可靠，寿命长。因此，在冶金、发电、矿山、市政工程、化工、运输、纺织和轻工等部门中，等到了广泛的应用。在本论文设计中，所选用的液力偶合器为限矩型液力偶合器。限矩型液力偶合器是一种动力式液力传动元件、由于它效率高，结构简单，能够带动负载平稳起动，改善起动性能，提高起动能力；具有过载保护作用；能隔离扭振和冲击；在多台电机传动链中均衡各电机的负荷；并减小电网的冲击电流；所以在矿山机械、化学工业、冶金工业、食品、建筑、交通等部分得到了广泛应用。YOX型主要由主动部分和被动部分组成。主动部分包括后辅室、前半联轴节、后半联轴节、弹性块、泵轮和外壳。从动部分主要包括轴和涡轮。主动部分与原动机联接，被动部分与工作机联接。（1）主运动电机采用两台液力耦合器实施软启动。选型：型号：YOX560 传递功率120270KW输入转速：1500 r/min 过载系数T g=22.5 效率（%）：0.96 处理尺寸D=634mm, A=447mm 最大输入孔径及长度（mm）：=100 =210mm 最大输出孔径及长度（mm）： =100 =210mm （2）滚轴筛分机构采用弹性套柱销联轴器实施启动。选型：型号： TL6型公称转矩Tn=250 Nm许用转速：3800 r/min 效率（%）：0.96 处理尺寸mm,45mm 输入孔径及长度（mm）：=42 =112mm输出孔径及长度（mm）：=35 =82mm4.1.5驱动滚轴筛以及高破碎辊运动的减速系统的选型根据工作要求，驱动滚轴筛辊轴运动的减速系统选用三级圆锥圆柱齿轮减速器，其型号为YKS型；驱动高破碎辊运动的减速器应选用二级锥圆柱齿轮减速器，型号为YKL型。4.2主传动中及驱动低破碎辊运动减速系统的确定及设计4.2.1减速器的选用减速器作为闭式传动，其主要破坏形式是齿面疲劳，在齿面疲劳计算通过的情况下，齿轮弯曲破坏强度较为富余，常规可不进行齿轮弯曲强度校核。由于在过载情况发生时，齿辊和减速器转动件的转动惯量较大，所以在选用减速器时应提高一个档次，另外，减速器上的所有齿轮均应采用硬齿面齿轮，在本论文设计中选用二级锥圆柱齿轮减速器。4.2.2总传动比及传动比分配（1）总传动比初定低破碎辊及带颚板齿辊转速为94r/min，电机转速1500r/min。则总传动比等于:（2）分配传动比减速器为二级锥圆柱齿轮减速器，为使大锥齿轮尺寸不致过大，高速级传动比按下式计算：则: （3）传动装置的运动参数计算各轴转速计算：第1轴转速 r/min r/min r/min齿辊轴的转速 r/min各轴功率计算：第1轴功率 KW KW KW齿辊轴的功率 KW 各轴扭矩计算：第1轴扭矩 Nm Nm Nm齿辊轴的转矩 Nm4.2.3减速器的设计a、高速级直齿锥齿轮传动设计已知参数：KW r/min Nm r/min已知：两锥齿轮轴交角，小齿轮悬臂布置，大齿轮两端支承，长期工作，闭式锥齿轮传动，先按接触疲劳强度计算，再按接触疲劳强度和抗弯强度校核计算。i、接触强度估算：（1）选材料大、小齿轮均采用20Cr经渗碳，淬火，5863HRC（2）许用接触应力由表4-26及表4-27、图2-12 MPa MPa（3）载荷系数由表4-26得（4）齿数比暂取（5）齿宽系数取（6）估算大端分度圆直径 mmii、主要几何尺寸计算（1）齿数, 取，圆整成整数（2）实际齿数比（3）分锥角（4）大端模数按标准取mm（5）分度圆直径 mm mm（6）变位系数（7）齿宽中点分度圆直径 mm mm（8）齿宽中点数,mm（9）外锥矩 mm（10）齿宽圆整为76mm（11）大端齿顶高 , 因,故mm（12）大端齿根高 , 因，故mm（13）大端全齿高， mm（14）齿顶角, （15）齿根角, （16）顶锥角（17）根锥角（18）大端齿顶圆直径: mm mm（19）冠顶距mmmm（20）大端分度圆齿厚 mmmm（21）大端分度圆弦齿厚 mm mm（22）大端分度圆弦齿高 mm mmiii、齿宽中点分度圆圆周速度 m/siv、按上述初步估算结果，对该直齿锥齿轮传动用简化计算方法作校核计算（1）齿面接触强度简化计算1）系数参见表4-34 按表4-34查得按图4-34及表4-34查得，按表4-34查得按图4-22查得 2）试验齿轮的接触疲劳极限，MPa3）材料系数按表2-46查得 4）计算许用传递功率 KW5）计算允许传递的名义功率按取（见表2-30） KW6）计算传递的名义转矩 Nm Nm故满足接触强度要求（2）齿根弯曲强度校核计算由式齿形系数由当量齿数查图得和应力修正系数查图得许用弯曲应力弯曲疲劳极限应力 MPa弯曲寿命系数 , 尺寸系数安全系数 MPa MPa MPa齿根弯曲强度满足要求b、低速级直齿圆柱齿轮传动设计已知参数如下： KW r/min（1）选择齿轮材料大小齿轮均采用20Cr，渗碳淬火 5863HRC（2）按齿面接触强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度 m/s查表选取公差组8级小轮分度圆直径，由式得: 齿宽系数查表8-23按齿轮相对轴承为非对称布置，取=0.6（硬齿面）小轮齿数在推荐值1720中选取 =18大轮齿数, 齿数比传动比误差 , 误差在5%范围内，合适小轮转矩 ,得 N mm载荷系数 , 使用系数，查表8-20，得动载荷系数，查图8-57，得初值齿向载荷分布系数，查图8-60，得齿间载荷分配系数，由式及，得查表并插值则载荷系数的初值弹性系数、查表8-22 节点影响系数查图8-64 重合度系数查图8-65 许用接触应力得接触疲劳极限应力查图8-69 MPa根据应力循环次数查图8-70得接触强度的寿命系数，硬化系数查图8-71及说明接触强度安全系数查表8-27，按一般可靠度查=1.01.1，取=1.1 MPa故的设计初值为： mm齿轮模数 , mm 查表8-3 取 mm小轮分度圆直径的参数圆整值 mm圆周速度 m/s与估取m/s 很相近，对取值影响不大，不必修正 , 小轮分度圆直径: mm大轮分度圆直径: mm中心距: mm齿宽 mm 圆整取大轮齿宽 mm小轮齿宽 mm（3）齿根弯曲疲劳强度校核计算由式齿形系数查图8-67 小轮大轮应力修正系数查图8-68 小轮大轮重合度系数许用弯曲应力弯曲疲劳极限应力查图8-72 ，MPa弯曲寿命系数，查图8-73 尺寸系数查图8-74 安全系数查图8-27 则： MPa故 N/mm N/mm 齿根弯曲强度足够（4）齿轮的几何尺寸计算：已知：齿顶高系数，顶隙系数小齿圆柱齿轮的几何尺寸分度圆直径： mm齿顶高： mm齿根高： mm齿顶圆直径： mm齿根圆直径： mm大齿圆柱齿轮的几何尺寸分度圆直径： mm齿顶高： mm齿根高： mm齿顶圆直径： mm齿根圆直径： mmc、轴的设计（1）输出轴的设计1）输出轴上的转矩 N mm2）求作用在齿轮上的力输出轴上大齿轮的分度圆直径为： mm圆周力、径向力的大小如下： N N 3）确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。初估轴的最小直径，取，可得:mm轴的结构如图4.1所示：图4.1 输出轴的结构图轴段用于安装联轴器，其直径应该与联轴器的孔径相配合，因此要先选用联轴器。联轴器的计算转矩，根据工作情况选取，则N mm ,根据工作要求选用挠性联轴器，型号为：GIICL11，公称转矩为N mm与输出轴连接的半联轴器孔径=140mm，因此取轴段的直径=140mm，取=115mm轴段为了半联轴器的轴向定位，轴段的右端制出定位轴肩，取轴肩高度mm（），所以轴段的直径mm；轴段该轴段安装滚动轴承，考虑轴承同时承受径向力和轴向力，选择圆锥滚动轴承。取轴段直径mm，选用2007930型圆锥滚子轴承，尺寸取齿轮距箱体内壁的距离mm，考虑到箱体的铸造误差，滚动轴承应距箱体内壁有一段距离，现取mm轴段 mm轴段轴肩高度取12，取mm，则轴环直径mm轴段该轴段安装齿轮，齿轮右端套筒定位，左端采用轴环定位，取轴段直径mm，mm轴段该轴段与轴段相同，取mm 齿轮与轴的轴向定位采用型普通平键联接，平键的尺寸，为了保证齿轮与轴具有良好的对中性，取齿轮与轴的配合为。（2）输入轴的设计1）输入轴上的转矩 N mm2）求作用在锥齿轮上的力输入轴上小直齿锥齿轮的分度圆直径为： mm圆周力，径向力的大小如下： N N3）确定轴的最小直径选取轴的材料为40CrNi ，调质处理。初估轴的最小直径，取，可得: mm轴段用于安装液力联轴器，其直径应该与液力联轴器的孔径相配合。所取液力联轴器的最大输入孔径为，故取轴段的直径mm ,其长度取 mm轴的结构如图4.2所示：图4.2 输入轴的结构图半联轴器的周向定位采用型普通平键联接，按mm，选取平键尺寸轴段为了半联轴器的轴向定位，轴段右端制出定位轴肩，取轴肩高度mm ，所以轴段的直径 mm 。轴段该轴段安装滚动轴承，选用圆锥滚子轴承，取mm，选用7212型圆锥滚子轴承，尺寸 ,mm轴段 mm轴段该轴段直径与轴段相同，取轴段 mm轴段该轴段安装小直齿锥齿轮，mm锥齿轮与轴的周向定位也采用型普通平键联接，其尺寸为（3）中间轴的设计1）中间轴上的转矩 N mm2）锥齿（大）的分度圆直径为： mm圆周力、径向力的大小为： N N直齿（小）的分度圆直径为： mm圆周力、径向力的大小为： N N3）确定轴的最小直径选轴的材料为45钢，调制处理。初估轴的最小直径，取，可得 : mm轴的结构如图4.3所示：图4.3 中间轴的结构图轴段取mm ,该轴段安装圆锥滚子轴承，选用2007918型，尺寸为轴段取轴肩高度mm ,mm ,mm轴段 mm mm轴段该轴段安装小直齿轮,mm ,mm轴段 mm轴段锥齿轮的周向定位采用型普通平键，尺寸为 ,轴段键尺寸为 d、输入轴的校核已知参数：mm ，圆周力 N ，径向力 N1）求轴的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图，在确定轴承的支点位置时，从册中查取值，对于圆锥滚子轴承，查得 mm 。因此，轴的支承跨距为89.88mm 。水平面： N N垂直面：N N弯矩： N mmN mm合成弯矩：N mmD截面的当量弯矩最大，为危险截面，扭矩N mm当量弯矩： N mm 。2）轴的强度校核轴的材料为 40CrNi ，调质处理。由表4-1查得 N/mm,则，即 N/mm ，取N/mm ，轴的计算应力为：N/mmN/mm根据计算结果可知，该轴满足强度要求。轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图如图4.4所示：图4.4 轴的计算简图e、减速器箱体主要结构尺寸（1）箱座壁厚：式子：所以取=20mm（2）箱盖壁厚：式子：所以取mm（3）箱盖凸缘厚度：式子： =mm所以取mm（4）箱座凸缘厚度：式子： =所以取mm（5）箱座底凸缘厚度：式子： =所以取mm（6）轴承旁凸台的高度：根据低速级轴承座外径确定，以便于扳手操作为准。（7）轴承旁凸台的半径：式子：mm（8）地脚螺钉的直径与数目:式子：= =mm所以取mm (9)定位销的直径：式子： = =mm所以取mm（9）箱盖与箱座连接螺栓的直径：式子： = =mm所以取mm（10）轴承旁连接螺栓直径:式子： = =mm所以取mm(11)视孔盖螺钉直径：式子： = =mm所以取mm（12）连接螺栓的间距：所以取mm（13）到外箱壁距离：由表11-2查得：，（15）到凸缘边缘的距离：由表11-2查得：，（16）外箱壁到轴承座端面距离：式子： mm所以取mm（17）大齿轮顶圆与内箱壁距离、齿轮端面与箱体内壁之间的距离:式子： mm所以取mm（18）锥齿轮端面与内箱壁距离:mm(19)轴承端盖外径：式子： mm（20）轴承旁连接螺栓距离：（21）箱盖和箱座的肋厚：式子： mm mm所以取mm， mm4.3主传动结构中破碎辊轴及偏心轴的结构设计已知参数：KW r/min N mm（1）确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。初估轴的最小直径，取，可得：mm（2）结构设计如图4.5所示：图4.5 偏心轴结构图1）拟定轴上零件的装配方案装配方案如上图所示。2）按轴上定位要求确定各轴段直径和长度轴段用于安装联轴器，其直径应该与联轴器的孔径相配合，因此要先选用联轴器。联轴器的计算转矩 ,根据工作情况选取联轴器的工作情系数，则N mm ,根据工作要求应选用挠性联轴器，所选无弹性挠性联轴器型号为 GCL12 型，许用转矩为：Nm 。与破碎辊联接的半联轴器的孔径mm ,因此取轴段的直径为mm ，长度为mm轴段该轴段安装滚动轴承。考虑轴承同时承受径向力和轴向力，选取调心滚子轴承。取轴段直径 mm ，选用23030型调心滚子轴承，尺寸为，长度mm轴段取轴段直径 mm ，长度mm轴段取轴段直径 mm ，长度mm轴段取轴段直径 mm ，长度mm轴段取轴段直径为 mm ，取其长度mm轴段该轴段安装齿辊，取其直径 mm ，长度为齿辊的有效长度为mm 。4.4差动分级齿辊式破碎机颚板的材质及选择颚式破碎机是冶金、矿山、建材、筑路等行业广泛应用的破碎机械，用于将开采的原矿石破碎成适于运输，使用和粉磨的物料，其工作繁重，工作条件苛刻，且受力情况复杂。颚板是其主要的易磨损件，消耗量极大。如何提高颚板的使用寿命，是生产厂家和使用厂家非常关注的问题，关系到破碎机的利用率、生产成本和厂家的经济效益。而提高颚板的使用寿命，关键在于分析其工况条件及磨损机理，根据工况条件合理地选择颚板材质。本文简要介绍了颚板的研究及使用情况，为颚板的合理选材提供参考。4.4.1颚式破碎机的工作原理颚式破碎机的工作原理如图4.6所示：图4.6 颚板工作原理其由动颚板、定颚板、偏心轴及推力板组成。动颚板上部与偏心轴相连，下部由推力板支撑。偏心轴转动时，动颚板不仅对定颚板作往复摆动，同时还沿定颚板有很大幅度的上下运动。动颚板上各点的运动轨迹如图4.7所示。动颚板上部的运动轨迹接近圆形，越向下水平运动幅度越小，运动轨迹也越呈椭圆形。图4.7 颚板运动轨迹示意图根据颚板的运动轨迹，可以认为：颚板的上部由于有较大的水平运动幅度，因而对物料的挤压作用大于下部，同样，物料对颚板上部的挤压作用也大于下部；而颚板下部由于以垂直运动为主，因而物料对颚板下部的作用以高应力的短程凿削磨损为主。生产实践也表明：颚板下部的磨损速度比上部大。为了充分利用材料，在使用中要将颚板定期调头安装，以便使其上下部分得到充分利用。4.4.2颚板磨损机制从上述分析可以认为，颚板的磨损是高应力短程凿削磨损，对颚板的残体磨损面的微观分析及实验室试验颚板的失效分析，可以得出颚板的磨损机制如下：(1)由于物料多次挤压，在颚板的亚表层或挤压突出部分的根部形成微裂纹，然后裂纹沿晶界、夹杂物等薄弱处不断扩展相连，导致表层材料脱落，形成磨屑。(2)物料挤压颚板造成颚板表面材料被局部压碎或翻起，并使碎裂或翻起部分随碎物料一起脱落形成磨屑。(3)物料相对颚板短程滑动，切削颚板形成磨屑。所以，颚式破碎机颚板的磨损率可以用变形疲劳磨损、脆性断裂磨损和显微切削磨损表示。由上式可以认为控制颚板磨损的主要材质因素是其硬度和韧性。材料的硬度决定了物料压坑的深度和大小。材料硬度高，物料压入颚板的深度浅，颚板表层材料的变形程度小，同时物料短程滑动切削材料量也少。材料的韧性表示了其抵抗断裂的能力。材料的韧性好，可以消除物料挤压过程中的脆性断裂，并使得颚板材料在变形疲劳形成磨屑前的变形过程大大增加。4.4.3颚板材质（1）高锰钢高锰钢是颚式破碎机颚板的传统材质，它具有很好的韧性，也具有良好的变形硬化能力。但由于目前颚式破碎机结构不很合理，动、定颚板间的张角过大，易于造成磨料的滑动而使高锰钢形变硬化不充分，颚板表面硬度较低，磨料短程切削量较大，颚板磨损较快。因此，提高高锰钢颚板的耐磨性，一是在于改进颚式破碎机的结构，尽量减少磨料在颚板表面上的滑动，充分发挥高锰钢形变硬化的潜力；二是对高锰钢进行改性，其途径有两条：第一是高锰钢的再合金化，加入Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等元素，对奥氏体进一步固溶强化以及弥散析出的碳化物产生沉淀强化，提高高锰钢的耐磨性；第二是对高锰钢进行弥散化处理，即水韧处理后，再在300以上时效处理,使碳化物弥散析出，提高高锰钢的耐磨性。破碎铅矿石时，可比普通高锰钢颚板的使用寿命提高1倍以上。但对高锰钢的改性处理却极大地损害了其韧性，在有些工况下使用，改性高锰钢颚板易发生早期断裂而失效。（2）中锰钢由于高锰钢的初始硬度低，屈服强度低，在非强冲击条件下,其加工硬化不充分，易于流变和被切削。为提高颚板的使用寿命，开发了中锰钢。该钢种最早由Climax钼业公司发明，并于1963年正式列入美国专利。其铸态组织由奥氏体、马氏体和少量珠光体组成，经水韧处理后，其组织为单一奥氏体或奥氏体+少量未溶碳化物(取决于含碳量)组织。此后人们对中锰钢进行了大量研究，认为其硬化机理为：含锰量降低后，奥氏体稳定性下降，在受到冲击或磨损时，奥氏体易发生形变诱发马氏体相变，使其耐磨性提高。中锰钢的通常成分为:0.7%1.2%C，6%9%Mn，0.5%0.8%Si，1.2%Cr以及其它微量元素如V、Ti、Nb、RE等。中锰钢颚板在实际应用中也取得了较好的使用效果，如破碎硅石时比高锰钢颚板使用寿命提高20%以上，而成本与高锰钢颚板相当。因此，在中小型颚式破碎机上使用，中锰钢是一种值得推广的颚板材质。（3）高铬铸铁与高锰钢复合高铬铸铁虽然是优良的耐磨材料，但因其韧性较差(通常Ak为58J/cm)，受到物料冲击或挤压时，就会直接碎裂或变形很少几次就发生剥落，因此，用高铬铸铁做颚板并不一定取得较好的使用效果。近几年来,采用高铬铸铁镶铸或粘接于高锰钢颚板上，组成复合颚板，充分发挥高铬铸铁的高耐磨性和高锰钢的高韧性，使颚板的使用寿命得到显著提高，这是提高颚板使用寿命的有效途径，但其制造工艺比较复杂，工艺要求相当严格,因此，制造难度较大，限制了这种复合颚板的应用。（4）低合金铸钢中碳低合金铸钢是目前应用较广泛的一种耐磨材料，主要由于其具有较高的硬度(HRC45)与适当的韧性相配合(Ak15J/cm)，可以抵抗物料的切削作用和物料反复挤压引起的疲劳剥落，因而表现出良好的耐磨损性能。同时中碳低合金铸钢还可以通过成分和热处理工艺的调整，使硬度和韧性在较大范围内变动，以适应不同工况条件的要求。生产运行试验结果表明，成分为0.4%0.8%C、0.7%1.3%Si、0.7%1.1%Mn、1.5%2.5%Cr、0.4%0.6%Ni、0.3%0.7%Mo的中碳低合金钢颚板的使用寿命比高锰钢颚板提高3倍以上。4.4.4 颚板材质选择的几点建议综上所述，颚板在使用中承受塑变磨损和切削磨损，因此，要求使用的材质具有高硬度以抵抗塑变疲劳和切削磨损，同时具有一定的韧性以防止脆性剥落或断裂。在实际选择颚板材质时，一定要充分了解工况条件及磨损机制，合理选用颚板材质。（1）颚式破碎机规格越大，破碎物料的块度就越大，颚板承受的冲击载荷也就越大。此时，在选择材质时，应首先考虑在保证颚板韧性的前提下提高其硬度。（2）破碎不同的物料(如花岗岩、石英岩和石灰石)，颚板材质应有所不同；而物料硬度越高，相应的颚板硬度也应越高。（3）动板和定板受力方式与磨损机制不同，动板承受撞击力较大，因此，首先应考虑韧性；而定板由机架支撑，故可以优先考虑硬度。（4）在选择颚板材质时，还应考虑技术经济效果，力争做到质优价廉,具有市场竞争力。同时还应考虑其工艺合理性，使生产厂易于组织生产和控制质量。第五章筛分设备的分类、用途、筛面及有关设计筛分设备是矿山、选矿、选煤、建材、热电厂、化工等部门所必需的重要设备，其性能的好坏将直接影响这些工业部门的生产能力和技术经济指标，因此我国对筛分设备的生产和研究比较重视。5.1筛分设备分类目前，我国生产多种类型的筛分设备，根据它们的结构和工作特点，大体上可分为下列几种类型。（1）固定筛包括固定格筛、固定条筛和悬臂条筛，在选矿厂中广泛用于大块矿石筛分。（2）滚轴筛主要用于大块煤和石灰石等的筛分。（3）平面摇动筛主要用于煤和非金属矿石的筛分和脱水。（4）筒形筛包括圆筒筛、圆锥筛和角锥筛等，一般用于建筑工业的筛分和清洗碎石、砂子，有的选矿厂也用于洗矿和脱泥。（5）振动筛包括圆振动筛、直线振动筛和共振筛，广泛用于煤炭、选矿、建材、化工等工业部门的分级、脱泥、脱水、脱介作业中。（6）概率筛包括旋转概率筛、直线振动概率筛、等厚概率筛和惯性共振式概率筛等，可用于煤、矿石和其它中细粒物料的干、湿式筛分。（7）细筛其中还包括弧形筛，主要用于细粒物料的分级、脱水和脱介等。5.2筛分设备的用途松散物料通过筛孔分为两种或多种粒度级别，称为筛分。在选矿厂和选煤厂或其它工业部门，筛分设备通常有下述几种用途。（1）预先筛分和检查筛分在破碎前分出粒度符合要求的合格产品称为预先筛分，在破碎后将产品中粒度过大的物料筛出并返回破碎机再破碎称为检查筛分。预先筛分和检查筛分往往通称为辅助筛分。（2）准备筛分为下一加工分选工序而进行的筛分作业称为准备筛分。例如在选矿厂中重选或磁选以前，通常要把矿石筛分成所要求的粒级，然后进行分选。（3）独立筛分物料经筛分后即得到最终产品称为独立筛分。例如品位达到要求的富铁矿石经筛分后分为不同的粒级，分别送炼铁厂、烧结厂或球团厂。（4）脱泥、脱水和脱介筛分将物料中所含有的较多泥质或水分经筛分脱除，即称为脱泥筛分或脱水筛分。在重介质选矿中，用筛分方法将介质分出以便回收利用，便称为脱介筛分。筛分设备除了上述几种最常见的用途外，还有其它一些特殊的用途。例如，当矿物中的有用成分在不同粒级中的分布显著不同时，可用筛分方法将富含有用成分的粒级与其余粒级分离，前者作为粗精矿，后者作为尾矿废弃或送去分选，这种筛分可称为选择筛分或筛选。5.3 筛分设备的筛面筛面是筛分设备的基本工作部分。筛面上均匀地分布着大小和形状一定的孔缝，通称为筛孔。在筛面上筛分物料时，穿过筛孔的物料称为筛下产品，留在筛面上的物料称为筛上产品。筛面有效面积是指筛孔所占面积与整个筛面面积之比，有效面积越大，单位面积筛面的生产率就越大，筛面效率也越高。可见它是衡量筛面质量的重要参数。通常，一方面要尽量增加筛面的有效面积，另一方面也要考虑到不致因此而降低筛面强度、明显地缩短其使用寿命。目前，我国一般用低碳钢、高碳钢、锰钢、弹簧钢、不锈钢等材质制成筛面，其主要采用金属筛面；而用橡胶、尼龙、聚氨酯等非金属材质制成的筛面也在发展和不断增加，但与金属筛面相比还很少，不过击振细筛基本上都采用尼龙筛面。根据被筛物料的粒度和筛分作业的工艺要求，一般可将筛面分为下述几种。（1）棒条筛面棒条筛面是由一组平行排列的、具有一定断面形状的钢棒组成。棒条平行排列，棒条之间的间隔即为筛孔尺寸。棒条筛面一般用于固定筛和重型振动筛，适于筛分粒度大于50的粗粒级物料。（2）冲孔筛面冲孔筛面一般是在厚512的钢板上冲制出圆形、方形或长方形筛孔面制成。与圆形或方形筛孔的筛面相比，长方形筛孔的筛面通常有效面积较大、质量轻、生产率较高，适于处理水分含量较高的物料，但筛分产品的分离精度较差。（3）编织筛面编织筛面是由钢丝作经线和纬线编织而成，筛孔形状为方形或长方形。为保证筛孔大小分布均匀、避免网丝错动，在网丝交叉处交替地设有凹槽。编织筛网的有效面积大，质量轻，便于制造，但使用寿命较短。目前，使用不锈钢或弹簧钢作网丝，可延长使用寿命，但价格高。编织筛面通常适用于对中细粒级物料的筛分。（4）波浪形筛面筛条沿横向被压制成波浪形，两筛条并合而组成筛孔。筛条也沿纵向被压制成波浪形，由此种波浪形筛条构成的筛面又称为琴弦式筛面。其波长根据筛孔大小而定。通常，筛孔均为方形，但琴弦式筛面的筛孔为长方形。筛条采用富有弹性的高锰钢制成，产生振幅较小的二次振动，由此可减少粘性物料或微细粒的粘结及堵塞现象。（5）条缝筛面条缝筛面用不锈钢作筛条制成，有穿条式、焊接式和编织式三种结构型式。穿条式条缝筛面是早期的一种，虽然结构可靠，但制造复杂、费料多、有效面积较少。焊接式条缝筛面则比穿条式节约材料30%，且制造简单；而编织式条缝筛面有效面积大、质量轻、装拆方便，但使用寿命较短。（6）非金属筛面我国制造非金属筛面所用的材质有橡胶、尼龙和聚氨酯。这类筛面的共同优点是耐磨、使用寿命长、质量轻、噪声小，可广泛用于金属矿山、煤和建筑材料等的筛分。但目前我国使用尚不够广泛。本论文设计所采用的筛分设备为滚轴筛分设备，滚轴筛主要用于煤炭、冶金、建材等工业部门对原煤、焦炭、石灰石等非金属物料进行分级，还可兼作洗矿机或给料机使用。滚轴筛的筛面由很多根平行排列的、其上交错的辊轴组成，辊轴通过齿轮传动而旋转，其转动方向与物料流动方向相同。辊轴筛全部为座式，有左传动和右传动之分，在本论文中滚轴筛为右传动形式。5.4滚轴筛结构中闭式齿轮传动的设计已知参数如下： KW r/min（1）选择齿轮材料齿轮均采用45钢调制， 245275HRC（2）按齿面接触强度设计计算确定齿轮传动精度等级，按估取圆周速度 m/s查表选取公差组8级小轮分度圆直径，由式得: 齿宽系数查表8-23按齿轮相对轴承为非对称布置，取=0.8（软齿面）小轮齿数在推荐值1720中选取 =20大轮齿数, 齿数比传动比误差 , 误差在5%范围内，合适小轮转矩 ,得 N mm载荷系数 , 使用系数，查表8-20，得动载荷系数，查图8-57，得初值齿向载荷分布系数，查图8-60，得齿间载荷分配系数，由式及，得查表并插值则载荷系数的初值弹性系数、查表8-22 节点影响系数查图8-64 重合度系数查图8-65 许用接触应力得接触疲劳极限应力查图8-69 MPa根据应力循环次数查图8-70得接触强度的寿命系数，硬化系数查图8-71及说明接触强度安全系数查表8-27，按一般可靠度查=1.01.1，取=1.1MPa故的设计初值为： mm齿轮模数 , mm 查表8-3 取 mm小轮分度圆直径的参数圆整值 mm圆周速度 m/s与估取m/s 很相近，对取值影响不大，不必修正 , 小轮分度圆直径: mm大轮分度圆直径: mm中心距: mm齿宽 mm 圆整取大轮齿宽 mm小轮齿宽 mm（3）齿根弯曲疲劳强度校核计算由式齿形系数查图8-67 应力修正系数查图8-68 重合度系数许用弯曲应力弯曲疲劳极限应力查图8-72 ，MPa弯曲寿命系数，查图8-73 尺寸系数查图8-74 安全系数查图8-27 则： MPa故 N/mm 齿根弯曲强度足够(4)闭式齿轮的几何尺寸计算：已知：齿顶高系数，顶隙系数分度圆直径： mm齿顶高： mm齿根高： mm齿顶圆直径： mm齿根圆直径： mm5.5滚轴筛辊轴的结构设计及有关参数计算辊轴的结构如图5.1所示：图5.1 辊轴结构图5.5.1最小直径的确定辊轴的计算简图如图5.2所示：选取轴的材料为45钢，则许用应力为MPa图5.2 辊轴的计算简图由分析可知：辊轴在中点处所受到的弯矩最大由力矩平衡原理，得：又（N）取滚轴筛辊轴的有效长度为：mm 中点处的最大弯矩为： N mm则最大正应力： MPa得 mm因此取辊轴的最小轴段直径为 mm取辊轴中间处即最大轴径处直径为：mm5.5.2滚轴筛辊轴的强度校核已知参数：电机功率 KW ；减速器的传动效率联轴器的传动效率，滚轴筛辊轴的转速 r/min则：辊轴筛辊轴的功率 KW（1）求滚轴筛辊轴的转矩 N mm（2）求作用在齿轮上的力辊轴上齿轮的分度圆直径为 mm圆周力、径向力的大小如下： N N（3）求轴的载荷支反力水平面： N N垂直面：N N弯矩： N mmN mm合成弯矩：N mmD截面的当量弯矩最大，为危险截面，扭矩N mm当量弯矩:N mm轴的材料为45钢，调质处理。由表4-1查得 N/mm,则，即 N/mm ，取N/mm ，轴的计算应力为：N/mmN/mm根据计算结果可知，该轴满足强度要求。轴的弯矩图、扭矩图和当量弯矩图如图5.3所示：图5.3 轴的计算简图5.2.3滚轴筛辊轴的轴承校核查手册，轴承的主要性能参数为：N，N，（1）计算轴承支反力水平支反力 N N垂直支反力 N N 合成支反力 N N（2）轴承的派生轴向力 N N（3）轴承所受的轴向载荷因由式得NN（4）轴承的当量动载荷因查表得由式 N 因查表得由式 N（5）轴承寿命因，故应按计算，由表查得，。按式计算轴承寿命： (h)故轴承寿命满足要求。第六章破碎物料对筛分、破碎过程的影响影响破碎过程的因素很多，除了破碎机的结构参数、运动参数、给料量的有大小和给料的均匀性外，还有被破碎物料的性质 (包括粒度组成、水份含量、颗粒形成等)。其中，物料性质在生产过程中是不能随意改变的，而破碎机的结构和破碎机理、运动参数在设计时是可以改变的，除了满足一般的设计规范外，还必须对物料的性质加以考虑。为此，必须了解物料性质对破碎过程的影响。 6.1影响筛分过程的因素6.1.1煤的水分对筛分过程的影响入筛煤炭的温度是影响筛分过程的重要因素之一，特别对干法筛分更是这样。在筛分过程中煤炭的外在水分是影响煤炭筛分的基本形式，但在物料孔隙和裂缝中的水以及与物料化合的水，则对筛分过程没有影响。例如：筛某些烟煤时，如水分达到6%，筛分过程实际上无法进行，因为这些水是蒙盖在煤的表面上；但是，孔隙很多的褐煤的水分虽然达到45%，筛分过程仍然能够正常地进行。物料在细孔筛网上筛分时，水分的影响尤其突出。由于细级别的比表面很大，所以它的外在水分也最高。物料的外在水分，能使细颗粒粘结成团，并附着在大块上。这种粘性物料会把筛孔堵住。除此之外，附着在筛孔上的水，在表面张力的作用下，可能形成水膜，把筛孔掩盖起来。所有这些情况，都能妨碍物料在筛面按粒度分层，使细颗粒难于透过筛孔，仍然留在筛上产物中。物料所含水分如达到某一范围，筛分效率急剧降低。这个范围取决于物料的性质和筛孔尺寸。物料所含水分超过这个范围以后，颗粒的活动性有重新提高，并逐渐到达湿筛的条件，换句话说，这时物料与水分一起进行筛分了。水分对某种物料的筛分过程的具体影响，只能根据试验结果判断，试验证明，有时候把表面活性物质加到含水物料中，可以提高物料的活动性和分散度，因而改善筛分条件。用不能被水润湿的材料造成的筛面，在某些情况下，也能改善筛子的工作。如果物料含有结团的混合物，甚至在水分很小时，筛分也可能发生困难。因为粘土物料在筛分中会粘结成团，使细泥混入筛上产物中；除此之外，粘土也会很快地堵塞筛孔。粘土质物料和粘性物料，只能在某些特殊情况下用筛孔较大的筛面进行筛分。筛分粘性矿石时，必须采用特殊的措施。这些措施包括：湿法筛分；筛分前预先脱泥；筛分原料进行烘干。最近，以煤用概率分级筛，旋转概率筛和等厚筛筛分潮湿而有粘性的煤炭，得到了较好的效果。在湿法筛分中，筛子的生产能力比干法筛分时高几倍；提高的倍数与筛孔的尺寸有关。湿法筛分所消耗的水量，取决于应该排到筛下产物中的粘土混合物，细泥和尘粒的性质与数量，在一般情况下，每立方米原料耗水1.53左右。如果工艺过程的条件只许湿法筛分，从生产厂房的防尘条件来看，湿法筛分比干法筛分更乐于被人采用。在许多场合下，特别是筛分含砂较多的矿石时，为了减少尘埃飞扬，改善厂房的卫生条件，通常使矿石保持一定的水分。6.1.2煤的粒度对筛分的影响入筛煤炭的粒度组成影响筛分机的处理能力和筛分效率。假如筛下产品占入筛煤炭60%80%以上，原煤的内在水分含量在3%4%则筛分效率将达到最高值。原料中的细粒含量，特别是接近于筛孔尺寸的“难粒”将影响到筛分的困难程度。筛分实践表明，小于3/4筛孔尺寸的颗粒很容易透过粗粒层到达筛面而通过筛孔。这种颗粒称“易筛颗粒”，大于3/4筛孔尺寸的颗粒不容易透过粗粒层和筛孔。物料的颗粒形状，筛孔的结构和形状能影响筛分过程的进行，通常筛分扁平和长方形的物料要比筛分球形和正方形的物料难一些。6.1.3筛孔尺寸和形状的影响筛面的筛分效果首先由筛面的有效面积来确定，即筛孔面积和筛面总面积之比。筛面的筛分性能随筛面的有效面积增加而增加，当减少筛孔之间的间距可以获得大的筛分有效面积，但是，会影响到筛网的寿命。在生产实际上，筛面筛孔常有圆形、方形、矩形、长缝形以及其他形状的筛孔。这些筛孔形状的选择，取决于对筛分产物粒度和对筛分机生产能力的要求。6.1.4筛面长度和宽度筛面长度和筛分机的筛分效率有关，筛面愈长则筛分效率愈高。但是，筛面长度增长到一定值时，其筛分效率接近一个常数。当给料端物料层的厚度给定后，筛面的宽度直接影响筛分机械的生产率，而筛面的长度，直接影响筛分效率。6.2入料粒度组成对破碎效果的影响原煤有不同的粒度组成，精煤也有不同的粒度组成。入料的粒度组成直接影响破碎机的处理能力、破碎效果、过粉碎量 (细粒增量)和功率消耗。如果入料中细粒含量较多，则提高了物料的填充系数，使处理能力得到提高，破碎效率低，碎后产品中细粒增量也小。如果入料中大粒度物料含量比较高，则会降低填充系数，从而降低破碎机的处理能力并增加细粒增量和提高破碎效率。入料中如果细粒含量较多，则需破碎的物料少，则实际消耗的功率也小。如果入料中含有的需破碎大块物料多甚至入料需全破碎，则破碎机工作时实际消耗的功率要大。但由于破碎机的工作条件恶劣，入料中夹杂物较多，系统给料及入料粒度组成不稳定，所以进行实际装机功率计算时要按最坏条件计算。6.3 入料水分对破碎效果的影响目前在我国，由于煤层渗水、井下防尘喷水和水力采煤的应用，常常造成原煤的外在水份在7%以上，有的高达30%。还有的原煤由于其生成的年代较新，属泥质煤。这些都对破碎效果产生了影响，所以必须研究原煤的外在水份对破碎过程的影响。附着在颗粒表面的外在水份对破碎过程影响较大，特别是入料中细颗粒含量较多时。由于细颗粒的比表面积大，在含水一定的物料中，它的外在水份含量比大颗粒物料的要高很多，高水份使细颗粒互相粘结成团，或附在大颗粒上，而且很容易粘在破碎齿和破

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