PC16破碎机主要零部件的设计

3 碎机主要零部件的设计计算 头的设计 正确选择锤头的重量对锤式破碎机的破碎效率、生产能力和能量消耗都有官接的影响。锤头越重，动能越大，破碎效率越高。但是锤头超重，旋转的惯性矩越大，传动、联接件的负荷也越大，结果造成整机笨重。因此，锤头的重量要适中，最理想的锤头重量，应满足锤击一次，物料就粉碎、无用功降到最小值，同时锤头不应向后倾斜即使锤头向后倾斜也不应影响下一次锤击效果。锤头的重量大小，由破碎物料硬度和破碎时所消耗能量多少来决定。 头结构的设计 锤头磨损失散分析 锤式破碎 机的工作原理是由转子带动锤头高速回转，冲击物料，使物料沿着自然裂隙、层理面和节理面等脆弱部分而破碎。具体过程是高速回转的物料撞击，继而物料与破碎板撞击，物料之间相碰撞而破碎，若物料尚达不到需要的粒度时，在转子下部敷设的出料篦子上，继续施以打击和研磨，直到需要的粒度排出机外为止。 锤头的工作条件 从锤式破碎机工作原理可知，锤头在粗碎区，所具有的动能产生破碎效应把物料击碎抛出，同时锤头受到高应力多次冲击的凿削磨损和冲击疲劳磨损。因此锤头要有较高的韧性和强度。在细碎工作区物料受锤头、破碎板、篦子的挤压、剪切 作用，这时锤头主要是受物料的显微切削。因此要求锤头具有较高的硬度。头的质量、形状对破碎机的生产能力有很大的影响，锤头动能大小与其质量成正比，质量愈大，破碎效率愈高。锤头质量一定要满足锤击一次使物料破碎，并使无用功消耗达到最小值，使锤头不过度向后偏倒。锤头质量取决于物料粒度、产量、转速等因素。一般锤头质量是根据进料尺寸决定，并与装机功率相适应。小型破碎机锤头重 12料粒度为 100120量 1 0 30t/h；中型破碎机锤头重 12 50200量 30 50t/h，大型破碎机锤头 52 125料粒度为 250 1000量 50 100t/h。在锤头质量确定的条件下，破碎机的转速是锤头磨损又一个重要参数。合理的转速能使锤头处于最佳的碰撞状态，最理想的磨损部位。如转速高，物料无法进入锤头之间，锤头的顶部磨损严重，转速低时物料进深于锤头之间，锤头根部磨损较大，容易从根部磨断，理想的磨损部位应该在锤头伸出锤盘部分侧面切线点处。 锤头的结构如图 3 图 3碎机锤 头结构 头材料的选用与说明 锤头的选材 锤头使用条件苛刻，根据破碎机规格不同，承受高应力冲击磨损和切削磨损程度不同，要求锤头既要有高韧性，使用安全，又要有高硬度，使用寿命长。但作为每种材料，韧性和硬度是相互矛盾的，所以应该根据锤头磨损工况条件选择技术经济合理的耐磨材料。 分析确定锤头的磨损机制是合理选材的根据 水泥熟料、石英石磨料以切削磨损为主，则选材时要充分考虑材料的硬度。如以高冲击的塑性变型或疲劳磨损为主，则要充分考虑材料的韧性。 冲击载荷大小是选材要考虑的关键 锤头重量大小，转速高低， 造成的冲击力差异很大，锤头重量大，破碎的物 料块度也大，一般为 800 1000所承受的冲击载荷也大。因此，应选择合金化的高强高锰钢，因其韧性可保证安全使用，初始硬度高，屈服强度高，奥氏体内有弥散碳化物，可保证其高耐磨性。对于中小型锤头，重量在 5 15磨粒度为 100采用高锰钢不能发挥其加工硬化的特性，不耐磨，应选择高中碳低合金钢和中合金钢材质。 物料的特性是选材要考虑的重要因素 选择锤头材质时除要了解设备转速、锤头大小外，还要充分了解破碎的物料组成及其硬度、粒度、尖角锐度，水分。经人们多年研究和实践经验证明，在 (a 范围内提高材料硬度 (金属硬度； 物料硬度 )耐磨性会得到提高，因此锤头的材质硬度应该大于物料硬度的 此基础上，兼顾锤头的大小、转速等情况，选择硬度韧性匹配合理的材料。工况条件不同，选材不同。不同规格的锤头，如物料性能不同，应选择不同材质的锤头。 式破碎机电动机功率的确定 要 目前，锤式破碎机的电动机功率尚无一个完整的理论计算公式。在设计时，常根据经验来确定，但取值变化范围大，特别是大型锤式破碎机，更不易选择合适的电动机功率。从力能关系着手，密切联系锤式破碎机结构特点和力学性能，提出电动机功率的计算公式，同时分析降低锤式破碎机无用能耗的途径。 颗粒矿石与锤头碰撞时冲 击功率的计算 4 单颗粒矿石与锤头碰 撞时冲击功率的计算单颐粒矿石与锤头碰撞力学模型如图 3据动力和动力矩定理，得以下列方程： 1rS 301 ()r c M V V (30 0 1 0 1( ) ( )r c kS h x S x I (30 1 0 ()r I (31 ()()r hk (3 图 3头与单颗粒岩石的碰撞 (3 0()cV r x(3 00r x (3式 中 01 m M c 的转动惯量， 2kg m 0包括锤头）绕轴心 o 的转动惯量， 2kg m 1V ， m r o 到锤头销轴中心 1o 之距， m k 25 /v m s ， k = 在设计锤头形状时，必须满足如下条件，锤头与矿石的冲击碰撞发生在碰撞中心。即有： 01S=0 (3把 3代入 （ 3（ 3式中得 ()r c V V (300( ) ( )r k kS h x I （ 3 （ 3 联立方程 （ 3（ 3（ 3得 ( 1 ) ( )k r （ 3 01S=0 （ 3 220(1 ) ()k ck m h m h M x （ 3 r（ 3 010( 1 ) ( )k r （ 3 在整个碰撞过程中，转子体的能量损失为： E （ 3 式中 E 2 2 2 2011( ) ( )22k c c k V V I （ 3 2 201 ()2r r （ 3 当冲击发生在碰撞中心时，0 把（ 3 3 3入（ 3中得： 221 (1 ) 2 (1 )2 ( )r k M m k （ 3 式 中 p 的质量， 202 () x （ 3 单颗粒矿石与锤头的冲击功率为： 1 6 0 1 0 0 0 （ 3 其中 1n 5 击功率 在锤式破碎机中，每个锤头冲击物料的平 均质量可按下式计算 100060 Qm （ 3 1 0 0 0 1 0 5 9 0 06 0 7 0 0 2 8 式中 Z 锤头个数 则在锤式破碎机中冲击功率为 ： 1 6 0 1 0 0 0Z （ 3 2 8 9 7 0 7 0 060000 式中 1N 冲击功率， 图 3头拖拉物料的受力分析 锤头拖拉物科的摩擦功率 如图 3示，移动物料与静止物料之间的摩擦力和锤头与物料之间的摩擦力都消耗了功率。这部分功率可按下式计算： 2 6 0 1 0 0 0（ 3 2 8 2 6 6 6 6 . 7 7 0 0 0 . 860000 式中 2S m N 2 （ 3 20 0 4 01 式中 f f = m 风功率 鼓风功率可按下式计算： 3 1000N （ 3 1 4 . 2 3 8 0 . 0 8 51000 式中 3N P 2/ 2m 承窜擦功率 轴承摩擦损失功率的计算如下式： 4 6 0 1 0 0 0（ 3 21428570 70060000 式中 4N 动机功率 考虑列传动效率，电动机功率按下式计算： 1 2 3 4 1( ) /N N N N N （ 3 式中 N 1 1 0 0 由于在普通型锤式破碎机中 34约占电动机功率的14% 20% ，因此式 (29)为： 12( ) /N N N （ 3 式中 锤式破碎机效率系数，一般取 锤式破碎机电动机功率的计算比较见表 锤式破碎机计算的功率比较 4 型 号 子直径 长度 D L（ 1600 1600 1000 1000 800 800 1000 800 800 600 600 400 转子速度n（ r/ 600 1000 1000 970 975 1000 最大产量Q（ t/h） 280 80 45 90 24 10 电机功率（ 480 135 75 115 55 17 机的选型 Y 系列三相异步电动机是全国统一新系列电动机、与六十年代中期投产的 列电动机相比， 1性能优良： 效率高：效率的加权平均值提高 ，节约电能。起动性能好：堵转 ， 转距平均提高 30% ，易于起动。噪音低：噪声指标比国际电工协会 规定还要低 5 15 分贝。 弧或危险性气体，使用起来安全可靠。在这种电机中，采取适当措施，如降低个部分的温升极限，增强绝缘，提高导体的连接可靠性，以及提高对固体异物与水的防护等级等，可以提高防爆安全性。 3体积小，重量轻：当输出功率相同时，体积平均缩小 15% ，重量平均减轻 12% 。 4运行可靠：采用 B 级绝缘，温升格度大有较高的运行可靠性。 5外形美观、结构简单、便于使用和维修。 6便于外贸出口：功率等级，安装尺寸符合国际电工协会 国际上同类产品有较好的互换性，便于外贸出口及引进设备的维修配套。 要应用不正常情况下才能形成爆炸性气体混合物的场合。 由破碎机电动机的功率要求与工作环境特点出发，选择 Y 系列三相异步电动机是 比较合 适的。在本论文中采用 号电动锤子个数 40 48 48 48 36 20 式（ 31）计算（ 470 140 60 130 41 12 式（ 26）计算（ 392560 90160 6390 128180 420 机。 轴的设计计算 本设计主轴所采用的材料是 37 i n M V 锤头在破碎过程中受力为 F ，则根据力矩公式 T F R，又 2P ， n 为转子的转速，/p 为转子传递的功率， 于是可得到转子所承受的力矩，其简图如3示 轴的外层纤维的最大剪应力为 31 6 ( ) 根据计算得出转轴直径 376 ,d 取 380d 图 3轴力矩图 头质量的确定 锤式破碎机破碎物料的原理是击碎，如图 3物料在瞬间受到外来的冲击力作用达到破碎。物料的破碎过程是：开始产生变形，变形达到一定值后由于物料继续被挤压而产生裂纹。直到物料被破碎离开锤头，其击碎 过程如图 3 图 3这一破碎过程瞬间，设锤头给物料的冲量为2S，物料结锤头的冲量为1S， 锤头的质量为1m，冲击物料前后的速度分别为1v、1u。 最大物料块的重量为2G，物料受到锤头 冲击物料前和物料破碎后将离开锤头瞬间的速度分别为 2u 、 2v 。 则有： 1 1 1 1()S m u v（ 3 2 2 2 2()S m u v（ 3 式中2 1 20,v u u u ，10 12， 则 1 0 2()m u v m u （ 3 图3 0 1 1 2( ) / ( )u v m m m（ 3 冲击物料前锤头和物料的动能为： 2 2 20 1 0 2 2 1 0/ 2 / 2 / 2T m v m v m v （ 3 物料受到冲击刚好被破碎离开锤头前瞬间锤头和物料的动能：2 2 21 0 2 2 1 2/ 2 / 2 ( ) / 2T m u m u u m m （ 3 故在锤头冲击破碎物料过程中动能的损失为： 220 1 0 1 2/ 2 ( ) / 2T T T m v u m m （ 3 将 (4人 (4： 2 2 21 0 0 1 1 2/ 2 / 2 / ( )T m v v m m m (3 整理上式得： 21 220 2Z T mm m v T （ 3 或 21 2202 2T G v g T （ 3 由 （ 3式得 0112 式中 0( 0 0 是 0 0 1 1 2( 0 . 5 0 . 4 4 ) ( ) / ( )v v m m m整理上式得 212( 0 . 5 0 . 4 ) ( 0 . 7 1 )1 ( 0 . 5 0 . 4 )（ 3 即 12( 0 1)中 111G 222G m g0 0 2v 6 . 2 8 1 6 2 0 7 0 0 5 8 /2 0 0 0 6 0 R n 综上推导，求得： 1 90m 2 130m 是粉碎物料时所消耗的能量。如果按裂缝理论计算： (1 / 1 / )T A k d D (3从 (3中可看出、锤式破碎机锤头重量只与最大物料的质量有关。实际上，利用 (3来确定锤头的重量就能保证破碎机的性能，尤其对弹性或脆性物料，在粗碎或中碎时，利用 (3求得的锤头重量比较合理：设计过程中用 (3 (3式分别求得的 锤头重量1G，应取较大者。 由 (3求得的锤头重量，是假定破碎机在理想状态下工作，即锤头冲击物料过程中损失的全部能量，都转化到被粉碎物料上。实际破碎机在工作过程中、有机械损失、热量损失等。因此，在确定锤头重量时，应当考虑到各种能量损失的影响。还有一种确定锤头重量的方法、称为经验推算法。此法通过锤头速度的损失来推算锤头的重量。锤头冲击物料后，其速度损失过大。这会使锤头统自己的悬挂不回转而向后倾斜过大。在下一次与物料相遇时，会空载而不破碎 物料。因而会降低破碎机的生产能力和增加无用功的消耗。当然，锤头冲击物料产生的倾斜在离心力的作用下能迅速复原，不影响第二次冲击物料这也是合理的。所以锤头冲击物料后只能允许速度损失不大于 5060。 保证有效的预碎作业下 ,尽可能提高转于转速 3 终碎条件差是此类破碎机的弊端。在保证预碎作业条件下尽可能提高转子速度可以改善终碎作业。堆积在盛科筐内的科块被击碎后从弧形篦缝排出。排空区又披上部料块重新填补。由堆积物料垂直压力产生的填补速度： 2 2 9 . 8 0 . 4 1 6 2 0 / 4 5 6 /fV g H m s (3式中： H 致为转子直径 1/4倍， 由于击碎排空的空间小于下落填补块的体积 ,料块是在四周受约束的条件下向下移动的 ,难以产生较大的加速度 ,加之下移速度小 ,加速 度的是影响忽略不计 ,填补时间： 170 3 . 0 356f (3式中： L 观察表明，弧形篦条与转子轴线呈 45o 角的部位磨损严重。因此锤头伸入盛料筐内的长度 5，则 1 7 0 c o s 4 50 . 0 6 4 0 . 0 6 4 3 . 0 31 . 6 2 0 . 4 (3另一方面，锤头打击料块的间隔时间： 6 0 6 0 0 . 7 0 . 97 0 0 4 / 6 0 (3式中： 1 . 6 2 4 1 7 0 / 1 0 0 00 . 81 . 6 2R RD z (3n ； z 常为 2、 3、 4只； c 如果在打击料块的间隔时间内，上部料块能及时填补排空区，则预碎作业可正常进行。使 可求出转子的最大转速： m a 8 1 . 6 2 0 . 49 3 7 . 5 9 3 7 . 5 7 3 6 / m i 1 2 4 (3由于预碎筐空间小，料块间阻力大，一般 （转子直径大时取大值）。 头质量和合理排列 3 此类破碎机的锤长只有转子直径的 1/6 左右，锤厚又受到弧形篦条缝宽的限制，因此它的质量也受制约，但要在有限的空间内使锤头有足够的质量，以保证其打击大块的能力。单个锤头的质量可按下式估算： 220 , 式中： m 合理地排列锤头，可提高终碎腔中打击物料的机会。此类破碎机的锤头本已很稀，采取并排排列较之交错排列的效果为佳。现将国产破碎机与苏联 2 0 0 0 1 5 0 0 破碎机的对比列于表 种破碎机轴向锤头的打击率分别为 然后者效果最佳。 表 子上锤头排列对比表 3 机型 转子上锤头排 列展示图 主要数据 轴向锤头打击率 2 1 1 3 0 1 1 5 0 1150B 144p 65t 511b 2/ 2000 1200 1200B 300p 150t 450b 2/ 2 0 0 0 1 5 0 0苏 1500B 240p 85t 155b 6/ 机功率与配锤质量 3 一些试验和生产都表明，在正常工作状态下装机功率的大小与破碎机的生产能力成正比。而破碎机的锤头质量应与装机功率相适应。 甘井子石灰石矿 一台 1 4 3 0 1 2 2 8 可逆转细碎机进行的改造取得很好的效果。该机破碎 石灰石，破碎机与振动筛组成闭路系统，生产 细料。由于锤头由 70只增至 270只，至 2268锤头的动能增大，分布更为合理，单位产品电耗由 2/t 降到 t 。前述那台慢速锤式破碎机的改造措施之一也是将锤头质量增加了 60% 。当然，配锤质量过大，运转阻力增大，金属磨耗增加、单位电耗会提高。 常见的锤头质量与装机功率的关系式是 2 3 29 0 1 . 6 2 7 0 0 4 0 . 0 38 1 0 0 0 0 0 8 1 0 0 0 0 0 0 . 8G R n i (3式中： R m ； G i 大约等于从受料口到排料篦子中部的锤数，只； k 有关的系数 当 V =17 23 30 40 / 则 k =n ； 由于此式没有考 虑到机型不同对配锤质量的影响，也没有考虑到规格不等最佳工作区随之变化对配锤质量的影响，按此式确定装机功率或配锤质量与实际出入甚大，难以应用。 根据前人通过研究大量实际资科的分析研究，提出可接近最佳工作状态的装机功率与配锤质量的关系式。设单个锤头质量为 运动速度为 V ，则转子上全部锤头的动能等价动能22/ 2 2 8 9 0 4 0 / 2 V 。转子通过锤头打击和抛掷物料作的功： 2( / 2 )GA k E k M V (321 . 4 5 2 8 9 0 4 0 / 2 241920 当转子以转速 n 工作时，所需功率： 2 4 1 9 2 0 7 0 0 3826 0 1 0 0 0 6 0 0 0 0T k W (3装机功率： 23322 6 0 1 0 0 0 (3令 322 6 0 1 0 0 0k 则 23 2371 . 6 2 7 0 02 8 9 03 5 0 1 01 . 4 5450 式中： ； 与机型、转子直径、速度有关。 / ， a 和 分别由图 3得。 图 3慢速锤式破碎机锤速与 a 值关系图 3 表 速锤式破碎机的3 转子直径 m .0 速锤式破碎机的 3 转子直径m .7 常中随机的锤头质量 最大进料质量 M 应保持如下关系 ： 头的排数和排列方式 3 在既定转速下，锤头排数和排列方式与其破碎效率和锤头磨损状态有密切关系。排数过少将造成锤根的磨损，锤头的能量不能充分地利用，破碎效率降低。排数过多，料块不易进入转子工作圆内，易使锤头顶磨损，锤头的能量也不能充分利用。 对平击式破碎机，锤头的排数： 801 2 0 1 2 0 0 . 82 2 0 1 . 2 4 . 0 81 1 . 6 5 0Z g ， 取整数值 4z 式中： h 800% 时的料块尺寸 ， 承击和仰击式破碎机由斜溜子给料，进料速度和着力方向改变，上式要作适当修改。 除回转面上锤头的排数外，还有沿轴向的排列问题。一般中碎机沿轴向相邻锤列的间隙应不大于出料粒度，此点细碎机难以做到，可采取交错排列实现。如果沿轴向排列过密，发 生交叠现象，这样会阻止料块深入转子工作圆内，锤头顶端磨损加剧，电耗增高、粒度变粗。 锤头分布见图 3 3头分布示意图 5 全文工作总结 锤式破碎机在矿山、冶金、建材等行业得到了越来越广泛的应用。由于其结构简化，造型完美，安装维护方便且破碎比大，效率较高等显著特点，占据了破碎机械设备的重要地位。而大型锤式破碎机，在水泥粉磨车间水泥磨前配置锤式破碎机超细破碎熟料。经多年使用实践，并经多次设备及配件的维修和改进，积累了许多基础资料。这也为以后破碎机的设计与使用奠定了良好的基础。 锤式破碎机本身的工 况就比较复杂，有时候工作环境十分恶劣，这就要求破碎机的性能比较高。就锤式破碎机的设计而言，整个破碎机的设计中，就以下几个方面较难：锤式破碎机的篦条，其结构细长，易弯曲、折断。在设计中就要求考虑其结构特点。还有的就是锤式破碎机的锤头，是最易破损的构件，其结构决定了它的破碎的效率与机器使用寿命，所以，锤头结构的设计也是一个难点。还有一个难点就是锤头材料的选择。材料的选择直接影响锤头的使用寿命和破碎效率。而机器总是要润滑的，尤其是这样的工程机械，在锤式破碎机的设计中，润滑也是一个设计难点。综合以上几点，最后结合仿 真分析结果，就能对机器的结构进行结构改进，以达到优化的目的。 在本篇论文中，主要研究了锤式破碎机的转子在破碎物料过程中的受力情况，以及锤头本身的受力与磨损情况，以这个仿真分析结果对其结构进行改进。其中包括锤头的结构 ,以达到一种优化的目的。几何模型是对设备形状特征的描述，它表达了物理设备的基本形状信息，如破碎机的主轴，锤头以及主轴其他部件的外形。这些几何模型在虚拟运动模型控制下，根据外部输入的控制数据做相应的运动，这些运动可以表示物理设备的实际行为，如转子的转速，锤头的受力等。运动控制模型反映了设备的各种控制 功能，它根据外部输入的控制信息，进行处理、判断，并输出相应的控制信息，驱动相关几何模型位置和运动状态变化，实现设备行为的虚拟化。 通过对锤式破碎机的仿真，了解机械产品的设计过程。尤其是对虚拟设计制造技术在现代设计制造领域的应用有深入的了解。通过对相关专业软件的应用，达到能熟练运用的目的，为以后从事相关工作打好基础。通过这样一个论文的撰写的过程，对自己有个锻炼，在能力上有所提高。 本文以 破碎机的转子结构设计为基础，利用 软件造型，再运用 件进行仿真分析，查看转子在工作过程中的受 力情况和运动情况。 主要做了以下几点工作： （ 1）对相关型号的破碎机进行了大量的分析，特别对它们的结构做了重点剖析，重点对转子结构做了详细的了解，最后决定以单转子锤式破碎机为设计依据，最后定位本论文的设计型号为 。 （ 2）运用 软件建立了 锤式破碎机的转子的三维实体模型，并通过 到了关键的参数，如锤头的运动与受力曲线，锤轴的受力曲线，为更进一步的分析与设计打下了基础。 （ 3）同过适当的简化模型，建立了运动模型，对仿真分析起到了关键性的作用。 本文 还提到了锤头的设计。作为重要零件之一的锤头的设计，也是系列破碎机的一个关键之处。 毕业论文是对大学中所学知识的回顾，是对以往所学知识的综合运用，更是从理论到实际的转变。在这之前，虽然经过四年的学习学到了很多知