毕业设计开题报告小型卧式制样破碎机的设计.doc

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：王朝率学 号：1102034149学 院：机械与动力工程学院专 业：过程装备与控制工程设计题目：小型卧式制样破碎机的设计指导教师:闫宏伟（副教授）2015年04月02日毕 业 设 计 开 题 报 告1选题依据：文献综述一、研究的目的和意义随着我国经济的发展和世界地位的提高，世界经济的一体化，我国钢铁工业和矿业得到快速的发展，各种金属，非金属和化合物等物料的需求量得到了大大的提高，生产规模日益扩大，破碎的物料的增加，需要破碎的设备也需要大大提升其生产率和性能。常用的破碎机有颚式破碎机、旋回式破碎机、圆锥式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机和辊式破碎机等几种12。各种规格破碎机的开发和发展与我国工业和矿业息息相关，开发一种低能耗，性能好的破碎机可以大大减少我国能耗和资源的浪费。如今它广泛使用与建筑，桥梁，高等级的公路和水坝等领域。锤式破碎机是矿山和水泥加工的主要设备之一，近年来随着科技的发展，加工理论的完善，我们需要更细更均匀，块度更好的矿石产品34。此外，随着全球矿产资源的缺乏，我们急需减少资源的浪费，因此对破碎设备的要求越来越高，也面临着更大的挑战。总结破碎机的设计和结构，了解前辈的生产经验和各种实验参数，查找更多的相关资料，选择和设计更有利于我国现状的带刀锤式破碎机，提高我国破碎机的设计水平，并超越世界先进水平5。我国自50年代生产锤式破碎机以来，经历了破碎机的类比、仿制、图解法设计阶段，目前正向计算机辅助设计阶段过渡6。生产和制造的锤式破碎机越来越大，性能越来越好，品种越来越多，并在国际上取得认可，市场越来越大。目前各国锤式破碎机的发展趋势都是采用PCZ单片重锤式，它是在普通锤式破碎机、反击式破碎机、立轴式破碎机等的基础上进行优化改善设计出来的，它结合了各种锤式破碎机的优良性能78。实现了破碎机技术方面的重大突破。二、国内外发展背景和趋势（一）国内发展概况2009、2010这两年中，中国矿山机械行业连续两年增速在30%以上。发展速度之快，令业内人士看到了矿山行业的美好发展前进。但是由于2011年初九开始的让人意想不到的的通货膨胀使矿山机械行业面临着一次大危机。猛烈的行业竞争让市场秩序变得异常混乱，为此一些企业也在面临着巨大的挑战。有报道声明：作为矿山机械企业，应该采取相对稳健的交易策略才能稳定发展。所以无论对于企业发展来说，还是针对国内市场，都应该有着合理的发展策略。据一些专业业内人士分析，到2015年我国的矿山机械行业的销售规模将达到9000亿元人民币，出口将占到200亿美元，将会是名副其实的矿山机械第一大国910。随着国家这些年来一直实行的西部大开发、南水北调、城镇化建设这一系列惠国惠民的政策逐步实施，矿山机械砂石料生产设备销量也在不断发展。破碎机械的发展自然也不会落后，尤其是适用于破碎石灰石、煤炭、石膏等中等硬度的锤式破碎机，销量更是逐步攀升。俗话说：要想富，先修路。国家近几年来对于高铁的建设、高速公路的建设可谓是非常重视，而矿山机械与高铁的发展两者相互推动。在建材市场无论如何都离不开混凝土、砂石料、水泥等，而这些生产制作的前期则都是由破碎机生产而成。无论颚式破碎机、反击式破碎机还是锤式破碎机的需求量都在不断上长。近年来，水泥增长势头一直保持良好，市场前景良好，所以锤式破碎机的销售量也不会减少。随着经济的发展，破碎机市场也在不断的发展着，近几年来生产的破碎机，是在传统破碎机的基础上采用了拉破理论、差速理论、硬性破碎理论等新的理论，形成了高效、环保、节能的破碎机，并且粒度均匀可调，无论物料和水分有多少，都不会发生粘堵，而且非常节能，是传统同等出力的锺式破碎机消耗的三分之一，噪声在85分贝以下，过粉量、振动及扬尘器很小，以至在破碎系统设计时可以零标高设计，节省了场地、建筑物高度、除尘器、筛分设备等。正在广泛用于循环流化床锅炉，其系列产品正广泛应用于电厂、煤炭、化工、矿山、冶炼、制糖、造纸等行业1112。近年来我国破碎机矿山行业的技术与生产能力的大幅提高，破碎机上的高强度耐磨锤头与衬板，已在国内成功的生产出来。红星机器设备根据客户的要求，结合国内外破碎机生产地先进技术，研制生产整套石料破碎筛分设备、机制建筑砂成套设备，不仅提供石料生产线、制砂生产线等各种生产线配置流程，而且为客户提供了高效低能、配套合理、性价比高的破碎机设备，满足您的生产需要！河南方大机器矿山机械设备制造业要在国家政策的指导下加快机械设备企业技术改革的步伐，按市场需求组织生产、配置资源，在市场需求下优化产品结构、开拓市场、增收节支以求更长远的发展将通过不断的研究发现制造出更优质的破碎机械设备1314。（2）国外发展概况最近 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15。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16。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。科学家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。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17。 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18。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1920。三、带刀锤式破碎机的优点和缺点3.1 带刀锤式破碎机的优点 （1）结构简单、尺寸紧凑、自重较小，单位产品功率消耗低。 （2）生产率高，破碎比大（单转子式的破碎比可达i=1015）,产品的粒度小而均匀，呈立方体，过渡破碎现象少。 （3）工作连续可靠，维护修理方便，易损部件容易检修和拆换2122。 3.2 带刀锤式破碎机的缺点 （1）锤头和蓖条筛磨损快，检修和找平衡时间长，特别是破碎较硬物料时磨损更快23；（2）破碎粘湿物料水分含量超过12%或含有黏土时，易堵塞蓖条堵塞，为此容易造成停机物料的含水量不应超过10%），从而降低生产率，且增加能量消耗和锤头等零件的消耗24。四、破碎的目的和意义（1）目的：在生活服务、化工、水泥等工业部门，每年都有大量的原料和再利用的废料都需要破碎机进行加工处理，如在矿厂，为使矿石中的有用矿物达到单体分离，我们就需要破碎机将矿石破碎到磨矿工艺所需要的粒度。再水泥厂，需要将原料破碎，然后再烧成熟料，最后经过磨机加工成水泥。在建筑和高等级公路业，我们需要破碎机将原料破碎到下一步加工的粒度等25。 （2）意义：在化工、电力等部门，破碎后可增加物料的表面积，为缩短物料的化学反应时间提供了条件26。随着工业的快速发展和资源的减少，各部门在生产中的废料再利用是非常重要的，这些废料加工需要破碎机的破碎，所以破碎机应用的到了推广，破碎机械的研究更有价值和意义。五、带刀锤式破碎机工作原理大小型锤式破碎机是由箱体、转子、锤头、反击衬板、筛板等组成。锤式破碎机主要是靠冲击能来完成破碎物料作业的。锤式破碎机工作时，电机带动转子作高速旋转，物料均匀的进入破碎机腔中，高速回转的锤头冲击、剪切撕裂物料致物料被破碎，同时，物料自身的重力作用使物料从高速旋转的锤头冲向架体内挡板、筛条，在转子下部，设有筛板、粉碎物料中小于筛孔尺寸的粒级通过筛板排出，大于筛孔尺寸的物料阻留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨，直到破碎至所需出料粒度最后通过筛板排出机外。六、破碎的方法粉碎机械虽然类型繁多，但按施力方法不同，对物料粉碎有挤压、弯曲、冲击、剪切和研磨等方法。而在破碎机械中，施力情况很复杂，往往是几种施力同时存在，当然在某一种破碎机械中也只有一种或两种主要施力。由于物料形状是不规则的，而且物料的物性不同，所以采用的破碎方法也不同，利用机械力破碎物料按施加外力不同有如下几种方法。（1）压碎 将物料置于两块工作面之间，施加压力后物料因压应力达到其抗压强度而破碎。这种方法一般应用于破碎大块物料，如图1（a）(c) F F F F F F(a) (b) (c)F F F F F（d） (e) (f) (g)图 1 物料的粉碎方法（2）劈碎 将物料置于一个平面和一个带尖棱的工作平面之间，当带尖棱的工作面对物料挤压时，物料将沿压力作用线的方向劈裂。劈裂的原因是由于劈裂平面上的拉应力达到或超过物料拉伸强度极限。物料的拉伸强度极限比抗压强度极限小的多，其工作原理见图1（b）。（3）折碎 物料受弯曲应力作用而破碎。被破碎物料承受集中载荷作用的二支点简支梁或多支点梁，当物料的弯曲应力达到物料的弯曲强度时，即被折断而破碎，其工作原理见图 1 (d) (e)27。（4）冲击破碎 物料受冲击力作用而破碎。见图1（F）它的破碎力是在瞬间作用的，具有破碎效率高、破碎比大、能量消耗小,冲击破碎有如下几种情况28：1）、运动的工作体对物料的冲击；2）、高速运动的物料向固定的工作面冲击；3）、高速运动的物料互相冲击；4）、高速运动的工作体向悬空的物料冲击；（5）磨碎 物料与运动的工作表面之间受一定的压力和剪力作用后，其剪切力达到物料的剪切强度极限，物料便破碎，或物料彼此之间的剪切、磨削作用而使物料破碎，见图1（g）2930。目前通用破碎机的结构应保证满足上述的破碎方式。每一种破碎机都应具有上述的一种或多种破碎方式。随着现代化工艺的发展和技术要求的提高，破碎物料有可能需要多种破碎方式的结合。参考文献1高强，张建华破碎理论及破碎机的研究现状与展望 J机械设计，2009，26(10)：7374.2成大先机械设计手册：第 5 版 M北京：化学工业出版社，2010.3 黄冬明.挤压类破碎机工作机理和工作性能优化研究：硕士学位论文.上海：上海交通大学，20094 段希祥.碎矿与磨矿.北京：冶金工业出版社，20065 王进军，穆晓梅.筛分破碎机的设计研究.煤矿机械，2010（11）6 G. P. Sobolev，V. G. Fedorov.New cone and jaw crusher designs.Chemical and Petroleum Engineering 1972，Vol 08 (12)：104310457 J. O. Olawale， S. A. Ibitoye，M. D. Shittu.A Study of Premature Failure of Crusher Jaws.Journal of Failure Analysis and Prevention，2011，Vol 11 (6)：7057098 S. K. Lapin.A block for automatic regulation of the loading of a jaw crusher.Soil Mechanics and Foundation Engineering，2000，Vol 37(6)：1982019 Lindqvist M，Evertsson，C.M. Liner wear in jaw crushers.Minerals Engineering:2003,Vol.16 (1)：11210 Golikov, N.S. Analysis of the single toggle jaw crusher operation mode parameters. In Innovations in geoscience，geoengineering and metallurgy；Technische Universitat Bergakademie,2008：1616311 Kobialka. R.， Wlodarczyk W. An effect of jaw stroke of jaw crusher on final fineness. In Nowoczesne rozwiazania techniczne i technologiczne w przerobce surowcow mineralnych i odpadow；Wyawnictwo Politechniki Slaskiej，2000：10511212 R.B.DeDIEMRA. New Concept in Jaw Crusher.Technology Minerals Engineering，1990,3(1/2)：677413 郎宝贤，郎世平.破碎机.北京：冶金工业出版社，200814 赵昱东.新型高效破碎设备综述.矿山机械，2004(4)：222415 郎宝贤.颚式破碎机的现状与发展.矿山机械，2004(1）：91016 傅彩明.新型颚式破碎机动态设计研究：博士学位论文.北京：北京科技大学，200417 饶绮麟.21 世纪矿山机械的研究和开发.矿冶，2003，1(2)：1518 GRASAN Equipment Co. Inc. PORTABLE CRUSHERS. Rock Products, Dec2008, Vol.111(12): 505119 TELSMITH Inc,New Jaw Crushers. Engineering & Mining Journal (00958948), Apr2011, Vol. 212 Issue3：686820 孙永宁，葛继，关航健.现代破碎理论与国内破碎设备的发展.江苏冶金，2007，35(5)：5821 李为，詹肇麟，李松.破碎理论发展浅析.矿山机械，2008，36(19)：969822 周恩浦.矿山机械(选矿机械部分).北京：冶金工业出版社，197923 成大先.机械设计手册第3 卷.北京:化学工业出版社,2007:132724 陈国聪，杜静.机械CAD/CAE 应用技术.北京工业出版社，200525 龚云波，吴义忠，李国新.机械CAD 技术的应用状况及发展趋势.机械制造，2007，45(519):323426 高翠莹.CAD 技术在机械设计中的合理应用.机电信息，2011(27)：11912027 王其芳.三维CAD 技术对机械设计的影响.煤矿机械，2007，28(4)：949628 贾策，李汉明.Solidworks2001 实践与提高.四川：重庆大学出版社，200629 韩化雪，海欣.Solidworks2007 实例分析与提高.北京：电子工业出版社30 黄海，汤升林，赵振华.最优化设计方法及其在机械设计中的应用.应用技术201104(20)：146149 毕 业 设 计 开 题 报 告设计方案： 一、毕业设计的原始资料及设计要求 破碎机的破碎对象：石灰石、煤块、焦炭、石膏等软物料 生产能力：30 m/h 最大物料给料颗粒：小于50mm 最大排料颗粒不超过：6mm 二、 研究内容本论文通过对锤式破碎机结构组成和工作原理进行分析，确定影响破碎机效率的主要因素，再进行数学建模与破碎机的效率优化，最后利用三维软件对破碎机整体结构构进行设计，并对重要部件进行详细分析。本课题设计的主要内容如下（1）对运动和动力参数计算（2）对主要零部件的强度校核及选用计算（3）总装图设计（4）用SoLidwokes对连接轴进行有限元分析（5）建立带刀锤式破碎机的数学模型分析，对整体综合结构进行优化。（6）绘制零部件图不少于5张（7）编写说明书。 三、 优化设计特色通过对带刀锤式破碎机的结构和设计分析，采用经验公式对各参数进行优化设计，同时借助计算机绘图软件绘制破碎机重要部件和零件图，有助于我们对设计产品进行下一步分析和结构的修改。最终达到其机构和性能的最优化。优化设计是根据既定的实际情况和规范的各种约束条件使。提出优化的数学模型(目标函数、约束条件和设计变量),进行优化,最后找到各个参数的最优值或范围,提高效率。优化设计工作包括以下两部分内容: (1)将设计问题的实际模型转变为数学模型。建立数学模型时要合理选取设计变量,列出目标函数,给出约束条件。目标函数是设计问题所要求的优化目标与设计变量之间的函数关系式。该部分工作相对来讲不是很困难,只要能合理地建立模型即可。 (2)采用适当优化条件方法,求解数学模型。可归结为在给定条件(例如约束条件)下求目标函数的极值问题。这一部分工作相对而言要复杂得多,对于不同层次的优化问题需要选用不同的数值方法。结合以上两点运用SOLIDWORKS、ANSYS软件进行整体结构设计和分析。SOLIDWORKS是一个三维的机械设计软件。SolidWorks软件在技术方面一直保持与国际CAD/CAE/CAM/PDM市场同步。SolidWorks是基于Windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。经过多年的推广，CAD技术已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、建筑等行业。