机械毕业设计（论文）-冲击式破碎机设计【全套图纸】

1 摘 要 冲击式破碎机是广泛运用于特硬、中硬及磨蚀性物料的粗碎与细碎作 业的高效破碎机械设备。在设计初，先查阅资料，了解了冲击式破碎机在 国内外的现状。然后按照破碎机的一般设计步骤进行了以下设计：破碎机 总体方案确定及主轴等主要零件结构参数的计算和选择；破碎机工作参数 的计算；破碎机结构设计；破碎机的受力分析和主要零部件的强度校核。 最后完成破碎机装配图，主要部件及零件图，设计说明书一份。 关键词：冲击式破碎机；传送带；叶轮；轴 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 2 Abstract The impact crusher is widely used in special hard, hard and abrasive materials, rough broken and mechanical crushing operations efficiency impact crusher. Through this graduation project, to study on the consolidation of book knowledge. Early in the design, to inspect the information about the impact crusher at home and abroad. Then follow the impact crusher of the general design steps of the following design: the overall plan of impact crusher and calculation and choice of the main shaft and the other major parts to determine structural parameters; the calculation of impact crusher working parameters; impact crusher structural design; check of the stress analysis and strength of major components. Finally complete a assembly drawings of impact crusher, parts diagram , the design of a paper. Key words: impact crusher; conveyor belt; impeller; shaft 3 目 录 摘摘 要要 ABSTRACT 第 1 章 绪 论 1 1.1 选题背景1 1.2 国内外发展现状2 1.3 历史发展过程与未来发展方向3 第 2 章 破碎机的总体方案设 计5 2.1 冲击式破碎机的总体方案设计5 2.2 冲击式破碎机的结构7 2.3 冲击式破碎机的工作原理9 2.4 冲击式破碎机的特点10 2.5 冲击式破碎机的主要部件11 2.5.1 叶轮12 4 2.5.2 反击板13 第 3 章 破碎机的结构设计与计算15 3.1 破碎机主要工作参数的确定15 3.1.1 冲击速度的确定 15 3.1.2 冲击时间的确定 15 3.1.3 电机功率的确定 16 3.1.4 叶轮结构参数的确 定16 3.2 破碎机主要零件设计及其参数的选定 18 3.2.1 多楔带设计 18 3.2.2 主轴设计 20 3.2.3 轴承设计 22 3.2.4 键的选择与校核 24 3.2.5 反击板设计 24 3.2.6 螺栓强度校核 25 3.3 机架设计 26 3.3.1 机架的类型、材料及制造方法选择 26 3.3.2 机架结构的设计 27 第 4 章 破碎机的安装和维护 30 4.1 冲击式破碎机的安装、调整与试运转说 明30 4.1.1 设备的安装 30 4.1.2 设备的调整 30 4.1.3 机器的试转 31 4.2 冲击式破碎机的使用与维护要求31 结 论34 致 谢35 参考文献36 5 CONTENTS Abstract Chapter 1 Introduction1 1.1 Research background1 1.2 Development Status2 1.3 The historical development and future development direction 3 Chapter 2 Crushing machine overall plan design5 2.1 Impact crusher design argument5 2.2 Impact crushers structure7 2.3 Impact crusher working principle9 6 2.4 Impact crusher features10 2.5 Main components of the impact crusher Profile11 2.5.1 Impeller12 2.5.2 The counterattack plate13 Chapter 3 Crusher structure design and calculation15 3.1 Impact crusher main working parameters of the selected counter board 15 3.1.1 Impact velocity15 3.1.2 To determine the impact of time15 3.1.3 Motor Power16 3.1.4 Impeller structural parameters16 3.2 Parts and its parameter selection18 3.2.1 Multi wedge belt design18 3.2.2 Spindle design20 3.2.3 Bearing design22 3.2.4 The key choice and verification24 3.2.5 The counterattack plate24 3.2.6 Bolt strength checking25 3.3 Frame design26 3.3.1 Frame type, material and manufacturing method choose26 3.3.2 Frame structure design27 Chapter 4 Crushing machine installation and maintenance30 4.1 Impact crusher installation, adjustment and operation30 4.1.1 Equipment installation30 4.1.2 Adjustment of the equipment30 4.1.3 Machine test switch31 4.2 Impact type crushing machine use and maintenance31 Conclusion34 Thanks35 References36 7 第 1 章 绪论 1.1 选题背景 随着国内需求的拉动，各地公路，铁路等基建的投入日益增大，迫切 需要大量的砂石。为了保护生态平衡，国家明文禁止擅自开挖天然砂 （清理河道除外）， 天然砂供量大大跟不上需 求。因此，机械制砂机器 的开发和和设计就十分必要。鉴于机械制砂是岩石爆破后，经机械破碎或 卵石经机械破碎并筛分而成的，其强度等性能都较天然砂优越。另一方面， 有些金属与非金属矿山在采矿与加工过程中，产生出大量尾矿，迫切需要 8 综合利用。故生产机械制砂代替天然 砂是一个必然趋势。一方面可以使大 量的尾矿和卵石可利用，另一方面可 通过机械加工，生产出质量好，能适 应各种标号混凝土的需要。实践也证明，机械制砂无论在物理性能还是化 学性能上都优于天然砂。我国的机械制砂技术和设备的研究和研发工程起 步较晚，发展较缓慢，一些大型水利工程建设中使用人工砂，其关键的制 砂设备不少是国外引进的。国内的机械制砂设备开发与国外先进水平相比 还存在一定差距。 目前，在国内采石场成套设备用做二破或细破的设备主要是细碎鄂式 破碎机、卧式冲击式破碎机或圆锥破碎机。采石场成套设备主要为修建高 等级（高速）公路等工程项没提供高品质（立方形颗粒含量80%）各种 粒级的骨料。细碎鄂式破碎机和圆锥破碎机在实际使用中存在的主要问题 是产品中立方形颗粒含量偏低，而且前者的处理能力也较小，不能适应日 益发展的市场要求。卧式冲击式破碎机虽然具有处理能力大、立方形颗粒 含量高等优点，但机器的磨耗较高，特别是破碎硬物料一时更显突出。近 十年来，国外逐步采用冲击式破碎机作二破和细破，与细碎鄂式破碎机， 其在工作原理上显得更为合理，除了具有更大的处理能力、高含量的立方 形颗粒外，设备磨耗也有所改善，市场前景逐年看好 1。 本次毕业设计通过对冲击式破碎机进行研究和设计，能够极大的巩固 机械专业基本理论和专业理论知识，并应用于实际情况下的设计和制造中。 还能够培养我由实际生产情况出发分析、解决机械方面问题的能力和动手 能力以及在机械设计过程中的创新思想和创新能力，同时我也了解目前整 个矿山机械制造行业的现状和发展前景，为毕业后可能从事矿山机械制造 行业打下一定的基础。 并且拓宽了自己的眼界，使得 自己今后的工作前 景更加乐观 。 1.2 国内外发展现状 我国从 20 世纪 90 年代开始引进冲击式破碎机，目前技术上还与国外 有较大的差距。仍采用硬质合金和高铬铸铁材料作为耐磨材料，质量不稳 定，易腐蚀和磨损，且易被金属件击碎。国内机型破碎比较小只能作为三 级或四级破碎设备使用。叶轮直径上国内规格很少，故国内高端市场，如 9 规模较大的砂石场仍是进口设备占多 数。 国内外破碎机械存在差距的原因很多，其中市场需求不同是造成差距 的客观原因。国正处于大规模的基本建设时期，各地对砂石料的需求剧增， 引起投资砂石场热，遍地开花的砂石场往往规模小，只求上马快、投资少。 供不应求的市场使粗制滥造、技术水平低下、耗能高、污染环境严重的产 品纷纷进入。而这些设备只能以低价来占领市场。因此与国际上先进水平 差距明显 。 目前国内的破碎机械制造商无论国有企业还是民营企业，在科技开发 上的投入不足是产品差距的主观原因。既缺乏科研手段（例如几乎没有一 家制造商具备岩石实验室），又缺少先进技术支撑，自主产权的开发力量 十分薄弱。因而近 10 年来，国内破碎机械企业不是相互仿制就是测绘国 外产品，以此作为更新换代的主要手段，技术进步甚慢。 尽管国内外破碎设备差距很大，但纵观国外的破碎设备制造商由于本 土市场日渐缩小，生产成本高，纷纷开拓本国以外的市场，而且作为传统 工业在资金、人才等方面获得新的投入甚少，因此，近年来兼并重组频繁， 这种局面给国内破碎机械制造商以很大的发展机遇。毕竟我国的制造成本 较低，又有较好的重工业基础，通过引进国际上先进技术，产学研相结合， 同行企业合作与分工，加大科研投入，一定能克服技术上的差距，使我国 的破碎设备产品更好的进入国内外市场 。 随着经济的增长，各种金属与非金属矿、水泥厂、建筑、砂石冶金等 行业生产规模的扩大，冲击式破碎机在其发展中占有十分重要的地位和作 用，使其成为国民经济的支柱行业 。 据调查分析，目前，冲击式破碎机是矿山机械的支柱产品之一，是国 家建立独立工业体系的基础，也是衡量一个国家工业实力的重要标志。其 为煤炭、金属和非金属矿山的开发提供更多的具有国际先进水平的优质、 高效设备，满足国民经济发展对能源和原材料的需要。 改革开放 30 年来，我国冲击式破碎机械行业经历了引进消化吸收国 外先进技术、合作设计和制造、自主设计的发展道路，从产品开发由仿制 型向自主创新型转变，经济的运行也由粗放型向效益型转变。 如今，在国内基础工业和基础建设大发展的拉动下，冲击式破碎机市 10 场需求旺盛，从而促进了整个冲击式 破碎机行业的技术进步，涌现了一批 具有自主知识产权的重大新产品，如5X 系列新型冲击式破碎机， VSI 系列冲击式破碎机， PCL 系列冲击式破碎机等，其引进国外先进的技术， 为国民经济建设做出了积极贡献，同时缩小了与先进国家的差距，提升了 参与国际竞争的能力，我国矿山机械行 业在国际矿山工程建设中正在发 挥越来越大的作用。 冲击式破碎机的发展是与人类的技术进步、现代科学技术和整体工业 水平息息相关，在国民经济建设中发挥着重要的作用。经济在不断的发 展，社会在不断的进步，同时对冲击式破碎机行业提出了新的要求和期望， 其面向国家经济建设重大需求，以科学发展观为指导，实现国民经济可持 续发展 2。 1.3 历史发展过程与未来发展方向 1942 年，德国人 Andreson 在总结了鼠笼型破碎机、锤式破碎机的结 构特性和工作原理基础上，发明了和现代冲击式破碎机结构形式类似的 AP 系列冲击式破碎机。这种冲击式破碎机因其有生产效率比较高、可以处 理种类较多的物料、形式结构上比较简单、移动方便等优点，而得到了迅 速发展。随后伴随着破碎筛分破碎理论的日益完善与技术的进一步发展， 各种各样高性能的冲击式破碎机开始大量出现。 冲击式破碎机的发展史可以追溯到19 世纪 50 年代，当世界上第一台 颚式破碎机诞生于美国时，不久以后随着生产力的发展，颚式破碎机已经 不能满足破碎技术的需要，于是，在颚式破碎机的基础上，人们又设计出 了冲击式破碎机 。 冲击式破碎机在中国的发展比较晚，到上个世纪50 年代，我国才真 正拥有破碎机。因此，我国的破碎筛分设备大都是50 年代问世的。在上 个世纪 80 年代之前，我们国产的冲击式破碎机仅局限于处理煤和石灰石 之类中硬物料。直到上世纪八十年代末我国引进KHD 型硬岩冲击式破碎 机，才填补了国内无 高硬度破碎机空白，但技术落后国外二十多年。 与传统的冲击式破碎机相比，新型的冲击式破碎机能破碎抗压强度 300MPa 以上的硬物料。冲击式破碎机在行业中销售量大，使用范围广， 11 设备性能强。 总的来说，未来国内外冲击式破碎机的发展方向主要表现在以下几个 方面： 第一，需要对现有的冲击式破碎机结构进行改进，提高冲击式破碎机 对中硬矿石的破碎能力和设备维护的方便性，其主要集中在冲击板、转子 结构的改进以便于冲击板的更换和装卡；破碎腔的结构优化；提高矿石的 一次破碎率和能量的利用率。 第二，研究开发具有高耐磨 、高韧性的新型冲击板材料提高冲击板 的使用寿命，提高生产率。 第三，应用现代机电一体化技术和现代控制方法（如液压技术、电子 技术） ，不断提高冲击式破碎机的自动化程度，减少工人的劳动强度，提高 生产率。例如：应用现代计算机辅助设计优化冲击架的结构参数，提高对 能量的利用率和矿石的一次破碎率。 第四，为适应市场和客户的需要，使冲击式破碎机向系列化、规格 化、大型化发展。 第五，坚持技术创新，逐渐摆脱对产品的单一引进和模仿 3。 第 2 章 破碎机的总体方案设计 2.1 冲击式破碎机的总体方案设计 冲击式破碎机的设计方法很多，按物料给入破碎的形式可分为叶轮给 料、瀑落给料、双给料三种类型。按破碎腔的形式可分为物料自然床层型、 金属刚性内衬型、格栅型。按叶轮的形式，可分为圆形叶轮和带冲击板的 三角形叶轮。按叶轮的通道可分为双通道型、三通道型、四通道型和多通 12 道叶轮。按叶轮有无上盘可分有上 盘型的闭式叶轮、无上盘的开式叶 轮。 按在破碎腔内叶轮的个数可分 为单叶轮型、双叶轮型和多叶轮型。按 物 料的循环方式，可分为物料内循环型和物料外循环型 4。 （1） 叶轮给料物料全部通过叶轮加速，以高速进入破碎腔，这是冲 击破碎机的最基本形式，国内外均普遍采用，其它类型的冲击破碎机均为 在此基础上的变种。 （2） 瀑落给料进入破碎腔的物料，除部分通过叶轮被加速外，还有 另一股料直接进入破碎腔，此机型可获得更大的通过能力，可获得比叶轮 给料在相同的能耗下更多的产品，两股料之间存在一个合理的分流比。 （3） 双给料将小于某一尺寸的物料进入叶轮加速后进入破碎腔，将 大于某一尺寸的物料直接给入破碎腔，形成硬衬，反射叶轮发出的物料， 增加了给入破碎机的粒度及通过量，使破碎机的使用范围更宽，可省去二 破，进一步降低能耗和投资，简化工艺。 （4） 物料自然床层型 (涡动破碎腔 )为一有下底的环形腔体，物料靠 自然休止角堆积在下底上，形成一个从下到上逐步扩大的倒锥型腔体，具 有一定速度的物料冲击在此床层上，产生摩擦、劈裂和磨削，使之产生大 量细粉。 （5） 金属刚性内衬型 (反击板、颗板 )，在破碎腔下正对叶轮发射口 方向，安装耐磨、耐冲击的金属内衬，形状有倒锥形、圆柱面形、内齿面 形和与发射方向垂直布置形。主要用于韧性较大的物料或混合料的分别破 碎。 （6） 格栅型在破碎腔的下底板，开有一定尺寸的孔，或使用强度好 的筛网，使腔内合格的细粉尽快排出，大块物料驻留底部形成承受物料冲 击的硬性衬垫，消除了物料自然床层中的软垫层，可以防止在腔内冲击频 率低时，由于物料均在料层上，空中撞击次数少而影响破碎效果。但由于 腔底上的孔易于堵塞，往往不能发挥其功能。 （7） 圆叶轮型为立式冲击破碎机最基本形式，其上部具有供物料进 人的开口，下部与传动装置相连，圆周方向有若干个供发射物料的通道， 形状为有利于物料驻留的弯臂形，使叶轮通道不受磨损。 （8） 二角叶轮具有三个发射物料通道的叶轮，除保留圆形叶轮的通 13 道外，其余部分用三块可更换的冲 击板代之，将返回叶轮的物料给予 有 力的打击，改善了破碎效果，但 磨损较大。 （9） 两通道叶轮在叶轮的圆周方向对称设置两个物料发射通道，用 于小型的冲击破碎机。由于转速较高，同样有较高的能量密度。 （10） 三通道叶轮在叶轮的圆周方向均布三个形状相同的物料发射通 道，用于大中型的高速立式破碎及小型低速冲击破碎。 （11） 四通道叶轮在叶轮圆周方向设置四个对称的物料发射口，用于 大型低速冲击破碎。 （12） 多通道叶轮用于磨蚀性低的物料粉碎，一般不设计成自衬，而 带有反击板。 （13） 有上盘叶轮一般立式冲击破碎机采用的叶轮均由上盘、下盘、 叶片和发射刃边组成，外部堆焊耐磨层，用于给料小于60mm 的物料。 （14） 无上盘叶轮没有上盘和外部堆焊耐磨层，用于给料较大的物料 破碎，给料可达到 100mm500mm，破碎腔采用刚性衬板。 （15） 单叶轮型是立式冲击破碎机最常用的形式，结构简单，易加工、 制造和维修。 （16） 多叶轮型的物料从上一个叶轮发射出，进行一次冲击，再进入 下一道叶轮重新被加速，获得再次或多次冲击，一般下一道叶轮直径大于 其上部叶轮的直径，从而使物料受冲击的强度越来越大，可获得更大的破 碎比。 （17） 物料外循环是物料在破碎机内进行破碎，失去动能后，由排料 口排出，排出物料的粒度还不能百分之一百满足要求，一般有 30%50%的 料要返回破碎机的叶轮重新被加速，此时需要一个分级设备将合格成分分 离出来，目前国内外的立式破碎机均采用外循环。 （18） 物料内循环则在破碎机内部设置分级装置和能将大块提升到叶 轮的提升系统，在破碎机的内部将合格的物料选出并排出破碎机外，而将 大块物料重新送入叶轮。 比较各种结构，并满足任务书的要求选择： 叶轮结构从给料粒度上选用有上盘叶轮，叶轮数选用最常见的一个即 可，从磨损上考虑选用圆型叶轮。通道数选用三通道数。给料方式选用最 14 普通的给料方式 叶轮给料，由破 碎物料为鹅卵石破碎腔选用金属刚 性 内衬型。 2.2 冲击式破碎机的结构设计 冲击式破碎机用途：本产品广泛应用于各种矿石、水泥、耐火材料、 铝凡土熟料、金刚砂、玻璃原料、机制建筑砂、石料以及各种冶金矿渣， 特别对碳化硅、金刚砂、烧结铝矾土、美砂等高硬、特硬及耐磨蚀性物料 比其它类型的破碎机产量功效更高。 冲击式破碎机的结构：冲击式破碎机主要由进料斗、分料器、涡动破 碎腔、叶轮体、主轴总成、底座、传动装置及电机等七部分组成，如图 2-1 所示。 1. 进料斗 进料斗的结构为一倒立的棱台体（或圆筒体） ，进料口设置耐磨环， 从给料设备的来料经给料斗进入破碎机。 2. 分料器分料器 安装在涡动破碎腔的上部，分料器的作用就是将从给料斗来料进行分 流，使一部分物料经由中心入料管直接进入叶轮被逐渐加速到较高速度抛 射出去，使另一部分物料从中心入料管的外侧，旁路进入涡动破碎腔内叶 轮的外侧，被从叶轮抛射出来的高速度物料冲击破碎，不增加功率消耗， 增大生产能力，提高破碎效率。 3. 主轴总成 主轴总成安装在破碎机底座上，用以传递电动机经由三角皮带传来的 动力及支撑叶轮旋转运动。主轴总成由轴承座、主轴、轴承等组成。 4. 涡动破碎腔 涡动破碎腔的结构形状为上、下两段圆柱体组成的环形空间，叶轮在 涡动破碎腔内高速旋转，涡动破碎腔内也能驻留物料，形成物料衬层，物 料的破碎过程发生在涡动破碎腔内，由物料衬层将破碎作用涡动破碎腔壁 隔开，使破碎作用仅限于物料之间，起到耐磨自衬的作用。观察孔是观察 叶轮流道发射口处耐磨块的磨损情况及涡动破碎腔顶部衬板的磨损情况， 破碎机工作时必须将观察孔密封关严。分料器构形状为上、下两段圆柱体 15 组成的环形空间，叶轮在涡动破碎 腔内高速旋转，涡动破碎腔内也能 驻 留物料，形成物料衬层，物料的 破碎过程发生在涡动破碎腔内，由物 料 衬层将破碎作用涡动破碎腔壁隔开，使破碎作用仅限于物料之间，起到耐 磨自衬的作用。观察孔是观察叶轮流道发射口处耐磨块的磨损情况及涡动 破碎腔顶部衬板的磨损情况，破碎机工作时必须将观察孔密封关严。分料 器固定在涡动破碎腔的上部圆柱段。叶轮高速旋转产生气流，在涡动破碎 腔内通过分料器、叶轮形成内部自循环系统。 5. 叶轮结构 由特殊材料制作的一空心圆柱体，安装在主轴总成上端轴头上，用圆 锥套和键联接传递钮距，高速旋转，叶轮是立式冲击破碎机的关键元件。 物料由叶轮上部分料器的中心入料管进入叶轮的中心。由叶轮中心的布料 锥体将物料均匀的分配到叶轮的各个发射流道，在发射流道出口，安装有 特殊材料制成的耐磨块，可以更换。叶轮将物料加速到60m/s75m/s 速 度抛射出去，冲击到涡动破碎腔内的物料衬层，进行强烈的自粉碎，在锥 帽和耐磨块之间装有上、下流道板，保护叶轮不受磨损。 6. 传动装置 采用单电机或双电机驱动的皮带传动机构 (75kW 以上，为双电机传 动)，双电机驱动两台电动机分别安装在主轴总成两侧，两电机皮带轮用皮 带与主轴皮带轮相连，使主轴两侧受力平衡，不产生附加力矩。 7. 底座 底座涡动破碎腔、主轴总成、电动机、传动装置均安装在破碎机底坐 上，底座结构形状，中部为四棱柱空间，四棱柱空间的中心，用于安装主 轴总成，两侧形成排料通道。双电动机安装在底座纵向两端，底座可安装 在支架上，也可直接安装在基础上。 8. 支架 根据破碎机工作场所不同 露天作业或室内作业，可以考虑配置支架 或不配置支架。 9. 润滑系统润滑系统 本设计采取特级集中润滑方式，润滑部位为主轴总成上部轴承和下部 轴承两处，为使注油方便，用油管引到机器外侧，用于油泵定期加油 5。 16 1-给料斗；2-分料器；3-叶轮；4-涡流破碎腔；5-电动机； 6-主轴总成；7-机架；8-排料斗 图 2-1 冲击式破碎机结构图 2.3 冲击式破碎机的工作原理 如图 2-2 所示，物料由输送设备连续均匀地送入破碎机的给料斗，再 进人缓冲漏斗，由于缓冲漏斗的特殊结构，物料在斗内部分通过导料筒进 人叶轮，部分由缓冲漏斗外进人涡流破碎腔。物料在破碎机的叶轮内，由 于分料锥及叶轮的高速旋转、离心力的作用使物料被分配到各个发射通道 内，并在极短的时间内被加速到70m/s100m/s，向着外周的物料或从物 料衬(靠物料自然安息角等因素形成 )反射回落的物料喷射，从而产生强烈 的撞击和磨削作用。同时由于物料衬向上的提升物料作用，物料在破碎腔 内会自然形成相互摩擦，物料之间的碰撞机率较高，使得物料反复经过数 次的撞击，达到剧烈的破碎效果 6。 17 1-转子； 2-叶轮； 3-机架； 4-反击板； 5-空气循环装置； 6-给料斗； 7,8-给料筒 图 2-2 冲击式破碎机原理图 分析冲击式破碎机的破碎作用，主要有： （1） 叶轮内破碎 进入叶轮内部的物料，由分料锥分入叶轮的各个发射通道内。物料之 间相互挤压，摩擦形成一定的破碎，如图2-3 所示。 （2） 与反击板碰撞 物料经过叶轮加速后，从发射通道高速飞出与反击板发生碰撞反弹， 强烈的碰撞使物料发生破碎。 （3） 物料之间碰撞 物料与反击板碰撞后反弹，在破碎腔内形成不规则飞溅。物料与物料 之间发生碰撞，使物料逐渐破碎减小。 2.4 冲击式破碎机的特点 冲击式破碎机具有优点很多，大致可分为以下几点： （1） 机器的适用范围宽 冲击式破碎机的给料粒度不断的加大，使其从以往的只能用于第三级 甚至第四级破碎工艺发展到可以在二级等中破工艺被选中。 18 图 2-3 物料在叶轮内的破碎简图 （2） 机器的使用寿命长 冲击式破碎机采用石打石破碎理论使破碎物料对机器的磨损降低，提 高了反击板等零件的使用寿命。 （3） 良好地粉尘控制 冲击式破碎机大多采用封闭式的设计，对粉尘控制较好，比其他破碎 机械更加环保。 （4） 除此之外立式破碎机还具有生产效率高、破碎率高、破碎比可 变等优点。 此外，立式冲击破碎机易损部件的寿命仍有不足，需要继续提高。 2.5 冲击式破碎机的主要部件 冲击式破碎机主要由反击板 、叶轮和主轴装置等部分组成。其结构特 点是反击板分在转子周围一圈，转子与反击板之间按形成破碎区。 冲击式破碎机机体分为上下两部分，用钢板和型钢焊成。机体内部装 有衬板。该机有超过六十个反击板，以圆周方式排列安装在衬板上。其实 反击板安装方式要求较为特别，为了使从转子高速飞出的物料与反击板碰 撞时效果最好。要求反击板正面与飞来的物料垂直碰撞，使其达到最好的 破碎效果。 转子安装与破碎机中间的主轴上，由上下轴承以及与箱体连接的一些 零件进行支撑。电动机通过窄三角带带动转子作高速回转，物料经过进料 口，由分料锥将物料分散到转子的各个发射通道内。 19 立式冲击破碎机采用焊接的结构 件机械结构，在保证机器整体强度 及刚度的同时，可以降低设备本身 的重量和体积。 破碎机的传动装置视规格的大小和实际的要求，可分别采用单、双电 机驱动，以窄 V 带传动，传动功率大、效率高。 主轴与机架的连接以锥面配合，使用轴向力由四点接触的球轴承或深 沟轴承承载。 叶轮是立式冲击破碎机的心脏部件，它由分料锥、耐磨刀头、耐磨保 护组件等组成。由于它的高速旋转，物料与其发生强烈的摩擦，因此在保 证叶轮整体的安全可靠的同时，需要在叶轮的内部衬以高耐磨性能的耐磨 材料，并在结构上要把机器设计成在转子工作时物料会自然形成料衬的 “自衬自磨 ”形式，使其易损部分只集中在耐磨刀头处。 耐磨刀头应该采用高铬铸铁、镶嵌硬质合金的复合耐磨材料等。处理 不同的物料可以选用不同性能的耐磨刀头，但要进行必要的经济估算 7。 涡动破碎腔是物料破碎的空间位置，破碎腔的作用主要是： （1） 使物料自然形成耐磨料衬 立式冲击破碎机的破碎腔设计分两种，有带反击板和不带反击板之区 别。一般工作条件下，物料都会在破碎腔内自然形成物料料衬，撞击作用 只发生在物料与物料之间； （2） 涡动作用 由于物料料衬的自然形成，转子抛出的物料冲击到料衬上，会向上回 转接受下一次冲击，周而复始，物料在破碎腔内相互撞击的机率远远大于 物料与料衬的撞击 8。 2.5.1 叶轮 1. 叶轮直径 叶轮的直径在立式冲击破碎机上是一个重要的参数，它与叶轮的转速 组成了破碎机的主要性能参数。试验可以得出： （1） 在满足平衡条件要求的情况下，随着叶轮直径和高度的增加， 物料的通过量增大，破碎机的处理能力增大； 20 （2） 随着叶轮直径的增加， 破碎腔尺寸加大，人料粒度可以增 大， 破碎机产品中相同粒极含量增 大，尤其适用于建材碎石用料； （3） 随着叶轮尺寸的增大，叶轮质量加大，转动惯量增大，对给料 不均匀性的适应能力增强，破碎过程中的冲击变载荷减小； （4） 随着叶轮尺寸的增大，破碎机高度要增大，因而支撑轴承承受 负荷的能力就要增大。 2. 叶轮转速 在立式冲击破碎机中的物料是在叶轮内被强制加速后抛入破碎腔的， 叶轮转速的确定应考虑以下几个因素影响： （1） 转速越高，破碎效果越好，但有一个极限； （2） 叶轮转速与振动有着直接的关系，破碎机在制造和使用过程中， 由于加工精度和磨损等因素的影响，会导致叶轮本身的严重不平衡，这会 引起设备发生强烈的振动。因此，要求提高叶轮转速，制造质量、轴承承 载、动平衡等要求就得高，从而叶轮的加工成本会成倍增加； （3） 转速与磨损密切相关，转速太大会引起叶轮与其它易损件的磨 损加剧，增大运转费用； （4） 转速与物料特性一一相关，物料的硬度、脆性、易碎性不尽相 同，应该以不同的叶轮转速区别对待。 2.5.2 反击板 反击板的作用是承受被叶轮加速后飞出的物料在其上冲击破碎，并将 冲击破碎后的物料重新弹回破碎区，也其他飞行的物料再次进行碰撞破碎。 为了使从叶轮飞出来的物料与反击板的碰撞效果最好，故需以图2-4 的 方式螺旋状安装使物料飞出后能与反击板垂直碰撞。 其中物料的抛射角度，以及反击板的安装角度，都与转子的转速等因 素有关系 9。 21 图 2-4 与物料发射方向垂直分布的反击板 第 3 章 破碎机的结构设计与计算 3.1 破碎机主要工作参数的选定 3.1.1 冲击速度 22 在冲击式破碎机中，冲击速度是 最重要的工作参数，它影响破碎效 率、破碎比和生产能力。 冲击速度 v 可用下式求得： （3-1） 2 1 3 1 6 5 v E kv 式中 kv冲击破碎机冲击速度系数； E矿石弹性模数， Pa； 矿石密度， kg /m3； 矿石抗压强度， Pa。 根据破碎物料的 类型，通过参考文献10查表选定 kv=2.02，E=100GPa，=3000kg/M3，=320Mpa ，代入公式（ 3-1）得： m/s97 300010100 10320 02 . 2 2 1 3 1 9 6 5 6 v 从计算结果看，所选速度在48m/s100m/s 范围内，所选用的速度比 较合适。 3.1.2 冲击时间的确定 有理论分析得： （3-2） 5 2 5 1 1t p E v RK t 式中 Kt冲击时间系数； E矿石弹性模数， Pa； 矿石密度， kg /m3； v冲击速度， m/s； R1物料的球半径， m/s。 根据破碎物料的类型， 通过参考文献10查表得选定 23 Kt=2.73，E=100GPa，=3000kg/M3。 将数据代入公式得： s10321. 0 10100 3000 97 103073. 2 4 5 2 9 5 1 3 p t 对高速摄影底片的分析，认为破碎时间小于万分之二秒，与上式计算 相符。 3.1.3 电机功率 冲击式破碎机处理能力与电机功率、叶轮转速和尺寸、分流比以及物 料流动性有关。决定处理能力的主要参数是电动机功率。在叶轮直径、转 速一定条件下，叶轮中的物流量与功率成正比。当物料流动性增加，流量 一定时，功率 消耗量减少，小圆颗粒比大的片状颗粒流动性好 11。 设处理能力为 Q（t/h） 、电机功率为 P（kW） 、能耗为 q（kW.h/t） ， 则电机功率： P=qQ （3- 3） 根据设计要求，采用叶轮入料， q=1.4 kW.h/t，Q=30t/h，代入公式 （3- 3）得： P=1.430=42kW 3.1.4 叶轮结构参数 1. 叶轮直径确定 叶轮直径与破碎机处理能力和给料最大粒度有关。由于影响破碎机处 理能力的因素很多，又比较复杂，故根据给料最大粒度来确定叶轮直径。 一般给料粒度越大，叶轮直径也越大，反之亦然。现给出计算叶轮直径 D（mm）的公式为： D=600+K（dmax-40） （3-4） 式中 K系数，K=20； 24 dmax最大给料粒度，mm，根据设计要求 dmax=35mm。 则 D=600+20（35-40）=500mm。 2. 叶轮转速 叶轮转速越高处理能力越大，反之亦然；叶轮转速越高产品粒度越细， 但叶轮转速越高对同样规格破碎机安装功率也越高，叶轮磨损也越快。因 此，确定叶轮合适转速也是一个重要问题。 根据经验叶轮切线速度 Vx在 5085m/s 范围内，初选叶轮切线速度 Vx=70m/s，故求得叶轮转速 n（r/min）为： （3-5） D V n x 60 代入数据得： min/r2675 1050014 . 3 7060 3 n 3. 叶轮流道板安装方式 叶轮流道板安装方式有三种：前向流向板、径向流道板和后向流道板。 物料在流道出口处的速度与流道板安装角有关，由于安装角不同，物 料的运动方向也不一样，故从磨损角度看，前向流道板磨损较重而后向流 道板磨损较轻，径向流道板磨损居中。综合各种因素结果，对于开式叶轮 采用径向流道板而对闭式叶轮采用前向流道板为宜。初步设计叶轮为闭式， 所以采用前向流道板。则物料对于前向流道板，在叶轮流道出口处的速度 V 为12： （3-6） 2 1 22 r sin xu VVVV 式中 Vu转子线速度，Vu=Ra，m/s； Vr物料的径向速度，m/s；cos 2 1 22 xiar VRRV Ra叶轮半径， m； Ri分料锥半径， m。 根据计算得： m/s97m/s128 3 2 . 67 70 2 . 67 2 1 2 2 V 25 所以可以采用前向流道板，安装角为 300。 3.2 破碎机主要零件设计及其参数的选定 3.2.1 多楔带设计 本次设计中破碎机由于需要传动较大功率，传动比较小，所以选择多 楔带来传动。 1. 计算传动比 i i=n1/n2 （3- 7） 式中 n1电动机的转速，r/min； n2转子的转速，r/min。 即： i=n1/n2 =2970/2675=1.11 2. 确定带轮有效直径、 1e d 2e d 小带轮有效直径： 1e d mine d 如不考虑弹性滑动： 1221 / pp ddnni 式中： eep dd2 11 （3- eep dd2 22 8） 通过参考文献13查表得： =75mm, =3mm mine d e 由表取小带轮直径=160mm 1e d 则： mm166321602 11 eep dd mm18416611 . 1 12 pp did mm178321842 22 epe dd 大带轮直径取=180mm 2e d 大带轮转速2614r/min 180 01 . 0 116029701 2 11 2 e e d dn n 26 其误差，故允许。 0 0 5 . 0 计算初定有效长度，选择有效长度： 0 L e L （3- 0 2 12 2100 4 57 . 1 2 a dd ddaL ee ee 9） 初选中心距=1100mm。 0 a 则mm 2734 11004 160180 18016057 . 1 11002 2 0 L 取=2800mm e L 中心距 mm1133 2 27342800 1100 a 中心距变动范围： aa 通过参考文献13查表取中心距调整量=34mm,=27mm 即中心距变动范围：1106mm1167mm。a 3. 计算小带轮包角，确定包角系数 1 K （3-10 a dd ee120 1 3 . 57180 ） 即： 00120 1 179 1133 160180 3 . 57180 3 . 57180 a dd ee 根据，通过参考文献13查表取 0.99。 1 K 4. 确定带长系数 L K 由有效长度，取带长修正系数=0.98。 e L L K 5. 确定带每楔传递的基本额定功率和传动比引起的功率增量 根据小轮转速、直径和传动比，通过参考文献13查表可得带每楔传递的 基本额定功率 P1=3.7kW, 传动比引起的功率增量P1=0.09kW。 6. 确定带的楔数 Z （3- L11 d KKPp p Z 27 11） 4 . 11 99. 098 . 0 09. 07 . 3 42 L11 d K KPp p Z 则多楔带的数目取 12。 7. 压轴力 Q 的确定 带传递的有效圆周力 F 为： （3- 1000 V P F d 12） m/s35m/s8 .25 100060 297016614. 3 100060 11p nd V 则 N1063 . 1 8 . 25 1042 3 3 d V P F 压轴力 Q 近似求得： （3- 2 sin 1 21 a FFQ 13） 1 r r 1 K K FF FFF 12 根据小轮包角，通过参考文献13查表取=5 1 a r K 则 N1004. 2 15 5 103 .16 1 33 r r 1 K K FF N1041 . 0 1063 . 1 1004 . 2 333 12 FFF N1045 . 2 2 179 sin1041 . 0 1004 . 2 2 sin 3 0 331 21 a FFQ 3.2.2 主轴设计 28 冲击式破碎机的 转子轴既要承受弯矩，又要承受扭矩，因此 选用转 轴的形式。 轴的材料采用 45 钢，经过调质处 理后，其特性适用于冲击 式 破碎机转子轴要求高耐磨性，高 强度且热处理变形很小的特 点14。 设计主轴必须考虑到主轴上端的叶轮，从同类产品相比较而言，叶轮 的大概重量为 600kg，破碎机械的平衡精度等级可 通过参考文献15查表 得为 16。 需用不平衡量： mm57 16 60 2 2675 1000 1000 Ae 安装不平衡时的惯性力： N2680 60 2 2675572600 2 emF 转子轴的弯矩 M： mFM 转子轴的扭矩 Mn：Mn=T mN150 2675 42 9550 9550 n P T 主轴整个转矩： （3- 2 2 ca TMM 14） （3-14）式中是考虑扭矩和弯矩的加载情况及产 生应力的循环特