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2 5 0 0 t h 矿用新型双齿辊破碎机参数研究 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、节能新型破碎设各、替代进口、满足国内大 型矿山的需要势在必行。 我国大型露天煤矿可移式破碎站始于9 0 年代，其主机设备参照德国 a u b e m a 公司产品开发的单齿辊给料式破碎机，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。而美国m m d 公司 开发的高效、节能新型双齿辊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，因此，在国外大型煤 矿、金属矿、非金属矿、水泥厂、采石场、选煤厂等得到了广泛的应用，是一 种发展前途广阔的高效破碎设备。 本文对新型双齿辊破碎机的原理、结构进行了概括介绍，重点围绕2 5 0 0 t h 新型双齿辊破碎机的开发，按照相似理论相似准则关系研制了小型双齿辊破碎 机试验台。以邦德功理论为基础，通过不同物料的破碎试验，对破碎机参数与 不同物料间的关系及各参数之间的相互关系进行了试验研究，为开发2 5 0 0 t h 新型双齿辊破碎机开发提供了重要依据，同时对于开发新型双齿辊破碎机系列 产品，填补国内空白、替代进口、满足大型矿山的需要、扩大其使用领域具有 十分重要的意义。为矿山机械大型新产品开发探索了一条系统的开发思路。 关键词：矿用新型双齿辊破碎机参数研究 p a r a m e t e r s t u d yo f 2 5 0 0 t hn e wm i n ed o u b l e t o o t h e dc r u s h e r a b s t r a e t w i t ht h e d e v e l o p m e n tt r e n d o fc h i n e s ec o a la n dm e t a im i n et o w a r d st h e u p s i z i n g ，t h eh a l fc o n t i n u o u sm i n i n gt e c h n o l o g yf e a t u r i n gal a r g e s c a l ec r u s h i n g s t a t i o na st h ek e ye q u i p m e n th a sb e e nu s e dw i d e l y c o n s i d e r i n gt h em a i nm a c h i n e o ft h el a r g e s c a l ec r u s h i n gs t a t i o na l w a y sd e p e n do np r o d u c t sf r o mt h ed e v e l o p e d c o u n t r i e ss u c ha se u r o p e a nc o u n t i e sa n du s a ，i ti s i m p e r a t i v et od e v e l o pan e w h i g h e f f i c i e n c ya n de n e r g ys a v i n gc r u s h i n ge q u i p m e n tt o s u b s t i t u t e i m p o r t e d e q u i p m e n ta n dm e e t t h en e e d sf o rt h ed o m e s t i cl a r g e - s c a l em i n e t h em o b i l ec r u s h i n gs t a t i o nb e g a nt ob eu s e di nc h i n e s el a r g e - s c a l eo p e n - p i tc o a l m i n ei nt h e19 9 0 s i t sm a i nm a c h i n er e f e rt ot h es i n g l e t o o t h e df e e d t y p ec r u s h e r d e v e l o p e db ya u b e m ac o m p a n y ，g e r m a n y i t sc r u s h i n gp e r f o r m a n c ec a no n l y m e e tt h ec r u s h i n gr e q u i r e m e n t sf o rt h ec o a la n dt h es o f t e rd e l a m i n a t i o ns ot h a tt h e a p p l i c a t i o n i sr e s t r i c t e da n dt h em i n ea p p l i c a t i o nr e q u i r e m e n t sc a nn o tb em e t t h en e w h i g h e f f i c i e n c ya n de n e r g ys a v i n gd o u b l e t o o t h e dc r u s h e rd e v e l o p e db y m m d ，u s af e a t u r e sh i g hc a p a c i t y ，h i g hc r u s h i n gh a r d n e s s ，h i g hc r u s h i n gr a t i o ， u n i f o r md i s c h a r g eg r a i n s i z ea n das m a l la m o u n to fo v e r - c r u s h i n gb e c a u s eo fi t s u n i q u e s t r u c t u r a la d v a n t a g e s a sar e s u l t ，i th a sb e e nu s e dw i d e l yi nt h el a r g e s c a l e c o a lm i n e ，m e t a lm i n e ，n o n m e t a lm i n e ，c e m e n tp l a n t ，q u a r r ya n dc o a lp r e p a r a t i o n p l a n to v e r s e a s i ti s a h i g h - e f f i c i e n c yc r u s h i n ge q u i p m e n tw i t hab r o a dd e v e l o p i n g f u t u r e t h i sa r t i c l eg i v e sag e n e r a ld e s c r i p t i o no ft h ep r i n c i p l ea n ds t r u c t u r eo ft h e n e wd o u b l e t o o t h e dc r u s h e r as m a l l s c a l ed o u b l e t o o t h e dc r u s h e re x p e r i m e n t a l b e n c hi s d e v e l o p e d b a s e do nt h e s i m i l a r i t yt h e o r y a n d s i m i l a r i t yp r i n c i p l e r e l a t i o n s h i pf o l l o w i n gt h ed e v e l o p m e n to ft h e 2 5 0 0 t hn e wd o u b l e t o o t h e d c r u s h e r b a s e do nt h eb o u n dp o w e rt h e o r y ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec r u s h e r p a r a m e t e r s a n dt h ed i f f e r e n tm a t e r i a l sa n dt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e np a r a m e t e r s h a v eb e e nt e s t e da n ds t u d i e dt h r o u g ht h ec r u s h i n gt e s to fd i f f e r e n tm a t e r i a l s ， p r o v i d i n ga ni m p o r t a n tr e f e r e n c ef o rt h ed e v e l o p m e n to f t h e2 5 0 0 t hn e wd o u b l e ” t o o t h e dc r u s h e r i ti sa l s oo fg r e a ts i g n i f i c a n c et od e v e l o pan e ws e r i e so fd o u b l e - t o o t h e dc r u s h e rp r o d u c t ，f i l li nt h eg a p so fd o m e s t i cm a r k e t ，s u b s t i t u t ei m p o r t e d p r o d u c t ，m e e tn e e d sf o rt h el a r g e - s c a l em i n ea n de x p a n di t sa p p l i c a t i o nf i e l d s i t p r o b e sas y s t e m a t i c a lw a y o f d e v e l o p i n gt h en e wl a r g e s c a l em i n i n gm a c h i n e r y k e y w o r d ：n e wm i n ep r o d u c t d o u b l e t o o t h e dc r u s h e r p a r a m e t e rs t u d y 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学 硕士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) l 夕 导师：力 九， 驴碜一 、 巍么争 七t ? 。一杉 席 员 主 委 哞 z 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得盒胆工些盍堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签字曼么畏氏签字日期矗帕年护肆j 一臼 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金月王、业态堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权盒 肥工些盘堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：胤 签字日期跏) z 年f 口月j r 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名 彳嘶 签字日期：p t 年c 。月l 了日 电话： 邮编： 致谢 在研究生的学习中，自始至终得到了赵韩教授的大力支持，所有的课题研究工 作都是在赵韩导师的指导下完成的，赵老师为此付出了很大的心血，在本阶段学习即 将结束的时刻，我谨以个人的名义，向赵韩教授致以深深的敬意和诚挚的感谢 在学习的过程中，张荣宽教授级高工也给予了具体指导和帮助，在此，也向他 表示衷心的感谢! 在这里，还要感谢洛阳矿山机械工程设计研究院采掘所、检测中心的有关技术 人员，三年来，他们在试验、测试等方面予以配合给予了极大的支持，在资料的收集 与整理的过程中给我以极大的支持。 最后，我谨向曾经在我的学习中和将要在论文答辩中给予我帮助的所有老师和 同学们表示深深的谢意! 作者：王春民 2 0 0 4 年6 月 第一章绪论 1 1 新型双齿辊破碎机用途、结构组成及基本原理 新型双齿辊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。 新型双齿辊破碎机由电机、液力偶合器、减速器、机体、破碎辊、破碎棒、 润滑系统、电控系统等部分组成。 该机由2 台高压电机分别经液力偶合器、减速器驱动两个破碎辊相向转动 破碎由两辊子上部沿轴向给入的物料，在两辊子中间下部装有可上下调整位置 的破碎棒、从而调整排料粒度。该机采用了螺旋交叉布齿、小辊径大齿形，充 分利用岩石的抗弯和抗剪强度低的特点，破碎岩石并设有可调整的破碎棒来控 制排料的大小，采用具有高过载能力特殊设计的减速器。因此，该机具有生产 能力大、破碎硬度高、破碎比大、结构紧凑、排料粒度均匀、过粉碎小的特点， 是一种高效、节能的新型破碎设备。 1 2 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，形成了单车一一汽车一一破碎站一一胶带机的运输系统，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k r u p p 公司已经生产了1 0 0 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1 9 8 6 年从德国a u b e m a 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，1 9 9 2 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8 5 m p a ) 。 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 5 0 m p a ) 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 3 新型双齿辊破碎机发展综述 新型双齿辊破碎机是英国m m d 公司8 0 年代末9 0 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 3 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颚式、旋回式、普通辊式、喂 给式和m m d 双齿辊式。 颚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 )在两个破碎辊下设有破碎棒，形成破碎齿和破碎棒三级破碎过程，破 碎比大，破碎后的物料粒度均匀，可以调整碎后粒度尺寸。 3 ) 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 破碎站上。 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。 m m d 公司新型双齿辊破碎机已形成中心距5 0 0 、6 2 5 、7 5 0 、1 0 0 0 、1 3 0 0 m m 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 3 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，产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。 1 4 本课题来源及研究内容。 本课题以元宝山露天煤矿拟采用的m m d l 2 5 0 双齿辊破碎机为研究对象， 作为开发产品的基型，通过对破碎机参数与物料之间的关系研究，并找出参数 间的相互关系，为开发研究2 5 0 0 t h 双齿辊破碎机及系列产品提供依据。 主要研究内容： 1 ) 不同物料破碎功指数测试，研究确定破碎功指数的修正系数和破碎机 功率参数。 2 ) 试验台架设计研制。 3 ) 物料破碎试验，验证生产能力，研究确定充填系数。 4 )破碎机堵转冲击负荷试验研究，找出与有关因素的函数关系 5 ) 不同物料破碎试验，测量排料粒度分布构成，研究排料粒度与其它诸 因素的最佳匹配。 6 ) 根据试验结果，分析计算确定开发基型破碎机设计主要参数，为新产 品开发提供依据。 第二章新型双齿辊破碎机参数研究方案设计 2 1 研究的基本方法思路 图2 1 研究流程框图 当用户给定参数：q 一产量：d 一给料粒度；d 一出料粒度。 f 一物料硬度后，需要确定新型双齿辊破碎机主要参数：n 一功率。 r l 一破碎辊转数，d ，一破碎辊直径；b 一破碎机腔体宽等参数， 而这些参数相互关联，互为影响，仅仅靠某一项参数试验则无法综合反映与参 数之间的相互关系。要使试验机与实际工况较为接近，按相似理论相似规则的 关系设计小型的双齿辊破碎机试验台。以邦德功理论为基础，通过物料破碎试 验，数据的分析及相似理论来确定双齿辊破碎机设计参数。 2 2 破碎机参数理论分析计算 2 2 1破碎机破碎功率计算 以邦德理论为基础，根据破碎功指数而确定破碎功率计算。 11、 n = 1 1 【面1 一方j q kk w ( 2 - 1 ) q 一生产能力 t 1 1 u i 一物料破碎功指数 k w h t 由于破碎状态等因数的差异，破碎功率计算的修正量。 n = k 6 9 q 4 其中：k 就是通过试验确定的修正系数，它随物料，破碎齿的形状布局而 异。 1 破碎功指数的修正。 w ：( 击一去 k u 一邦德功指数由双摆锤或哈式磨机确定。 1 64 f ! 二曼型 u 。= 2 5 9 l 箬一( 2 - 3 ) 图2 2双摆锤式冲击试验机工作原理图 b 摆锤的提升角；b 一试样厚度。r 一岩样的容重。 在破碎软的物料时由哈氏可磨度指数换算为邦德功指数。 4 3 5 叭2 丽 ( 2 4 ) h g i h a r d g r o v e 可磨性指数，由哈氏磨机试验确定。 d 一8 0 重量通过的排料粒度( m ) d 一8 0 重量通过的给料粒度( 1 - tm ) 从上述理论依据可以看出，只要知道给料粒度、排料粒度，测出邦德功率指数， 即可计算出处理每吨物料所需的功率。根据有关资料介绍，邦德功指数在计算破碎功 时是按照中碎物料试验，在细碎和粗碎物料时必须有一个换算系数，粗碎物料系数小 于l 。细碎物料系数大1 。 2 2 2 生产能力计算方法 辊式破碎机的生产能力一般是用下式计算： q = 3 6 0 0 v f o ( 2 5 ) 式中：v破碎齿的平均线速度 f破碎齿间物料通过的面积 p 物料松散系数 由于双齿辊破碎机与辊式破碎机有着本质的不同，因此使用公式( 2 ，5 ) 来求算 双齿辊破碎机生产能力将会导致很大的误差，事实上在辊式破碎机的生产能力计算 中，较符合实际生产能力的妒值，在o 2 5 o 4 之间，( 见国外破碎机与粉磨设备的 发展概况与结构计算，p 1 5 2 ) 。说明双齿辊破碎机的生产能力计算不能简单地套用公 式( 2 5 ) 。 公式( 2 5 ) 不适用于双齿辊破碎机生产能力计算的根本原因是该公式没有考虑到 双齿辊破碎机具有强制排料机理，即双齿辊破碎机的大部分粉碎物料是由于被齿的咬 入而排出的，而少部分的粉碎物料则是由齿侧和齿顶空隙下漏的。为此我们提出一种 较符合实际的计算方法。 1 双齿辊破碎机破碎和排料机理 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。 图2 3 破碎机理示意图 经第一段破碎后，物料已被初步破碎至粒度能被齿辊咬入的情况，但仍不能满足 6 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。 2 双齿辊破碎机的生产能力理论估算 由前述的破碎和排料机理不难看出，双齿辊破碎机的生产能力在辊子转速一定 时，取决于齿辊在运转中咬入物料的能力，而这一能力在两辊上相对应齿环的旋转相 位保持不变时取决于两个因素，一个是因素是齿的几何形状，即生产能力与前一对齿 和当前一对齿形成的封闭多边形的面积有关，另一因素是破碎物料的矿岩特性。当物 料极易粉碎时，每次咬入物料的量将达到齿辊几何构造所允许的最大值。因此我们完 全有理由据下面公式求算双齿辊破碎机的理论生产能力： q = 4 6 0 k 1 3 a l ( m 3 m ) ( 2 6 ) 式中： k决定于矿岩特性的系数，该参数的取值与矿岩特性的关系尚待取得实验 数据后确定。 n齿辊转速( r r a i n ) a 多边形的面积( m 2 ) l 沿齿辊轴向布齿长度，其大小决定于齿环数和齿的厚度( m ) 考虑到少部 分物料是从齿的间隙下漏的，进一步将公式( 2 ) 进行如下修正： q = 4 6 0 x k - r l a l + 3 6 0 0 v f 妒 ( 2 7 ) 7 辨 ：。h抖：_ j 甜翳礤?憋糙叫寻 睁 唯搿球 ；m ： f 一 1 誊：鼯 r 挺 燮 p 1 ： 匪酴 ：! ， p r 、 隆 袋 未 警确j t 眦 嘉 ：- 、太 正 。 一”镬j瓣- 慕 划 高 一7 ，1r _ 霞j + 甘 乙1 _ ：+ 辩蘩 娄 _ 一一 0 ：j j二j ； 。毖 l i ：3 、 搿 j 礤 上l 净 i ： 巡 、 ：氏r * 筮 毽 获斟 卜 之 ，却 豫： 藿 悟巨 ：卜f r 、j k 巨 挲翻 ：蛰 ， 、， 一1 二li ：土|j 一 f _ 尊 ： l l f 一一 j 卜：i 图2 4 生产能力计算示意图 公式( 3 ) 的后半部即为齿间隙的下漏量，式中v ，f 的含义同公式( 2 一，妒的取 值范围为o - 2 5 0 ，4 。 2 2 3测量堵转冲击负荷，找出与有关因素的函数关系 冲击转矩计算与测试 冲击是新型双齿辊破碎机不可避免的，在极端情况下，当齿辊间落入非破碎物料 时齿辊有可能出现突然卡死的情况，这时破碎机处于最恶劣的工况，在这一工况下作 用于齿辊上的冲击转矩达到最大，与传统的以齿辊破碎机不同的是遇到坚硬物料时， 不是由保护装置躲开，而是强制工作，直至不能破碎。 由于冲击时作用时间极为短暂，且情况比较复杂，目前尚无精确计算的方法，为 了避开冲击的复杂过程，工程上常用能量法来解决冲击问题。能量法只需考虑冲击过 程的开始和终止两个状态时构件上作用的最大冲击载荷。 1 、计算模型的简化 为了便于理论分析计算，我们对双齿辊破碎机作如下的简化： ( 1 ) 由于双齿辊破碎机为双驱动形式，并且结构对称，因此在分析时仅考虑单个 辊子的冲击情况。 ( 2 ) 考虑到辊齿为螺旋布置，且中间齿环的受载机会远比两边齿环要大，所以认 为在冲击时仅中间环上单个齿受载。 ( 3 ) 由于齿的结构形式特殊，且为了偏于安全，认为最大冲击载荷作用于齿尖， 方向沿切向。 在此基础上，我们可以把轴作为简支梁来考虑，而固定在轴上的齿则作悬臂梁 来考虑。 2 、冲击时能量守恒方程的导出 按照前面简化的数学模型，可以用能量守恒定律写出双齿辊在突然卡死时的能 量守恒方程。为了简化计算，预先假设： ( 1 ) 冲击是发生在线弹性范围内，且认为导致齿辊卡死的非破碎物为刚体，由于 其质量相对于齿辊来说较小，所以忽略不计。 ( 2 ) 冲击过程中只有动能和变形能之间的转换，卡死前齿辊的动能不转换为其它 形式的能量，如：热能、声能、电能等。 ( 3 ) 由于齿辊转动惯量较大，且本身具有强制排料功能，因而在分析计算时不考 虑齿辊在冲击后的回弹。 则 t = u( 2 - 8 ) 式中：t 为冲击发生前齿辊的动能 u 冲击时齿和辊轴内所贮藏的变形能 动能可据下式求得： t = 三j ( i ) 2( 2 9 ) 2 式中：j 单个齿辊的转动惯量 。齿辊的角速度 变形能由辊轴的变形能和被冲击齿的变形能组成，根据冲击时轴和齿的受载情 况可知，轴的变形能包括轴的扭转变形能，轴的弯曲变形能和轴的剪切变形能，齿的 变形能包括齿的剪切变形能和齿的弯曲变形能，所以有： u = u l + u 2 + u 3 + u 4 + u 5 ( 2 - 1 0 ) 式中：u 1 被冲击齿的剪切变形能 u 2 被冲击齿的弯曲变形能 u 3 辊轴的剪切变形能 u t 辊轴的弯曲变形能 u 5 辊轴的扭转变形能 据弹性力学导出的变形能公式，u l ，u 2 ，u 3 ，u 4 和u 5 可表示为： u 1 =( 2 - 1 1 ) u 一乱器a x u 4 _ j t 面葫以 u s 乩黝救 ( 2 - 1 2 ) ( 2 - 1 3 ) ( 2 - 1 4 ) ( 2 - 1 5 ) 式中： a决定于截面形状的系数 g剪切弹性模量 e杨氏弹性模量 h齿的悬臂长度 q 。( x ) 齿上作用的剪力 a l ( x ) 齿的截面积 m 1 ( x )齿上的作用的弯矩 1 1 ( x )齿的惯性矩 q ( x ) 辊轴上作用的剪力 a ( x 1辊轴的截面积 1辊轴的长度 m ( x 1辊轴上作用的弯矩 i f x l辊轴的惯性矩 m 。( x ) 辊轴上作用的转矩 i 。( x ) 辊轴的极惯矩 将式( 2 9 ) ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) ( 2 - 1 3 ) ( 2 1 4 ) ( 2 - 1 5 ) 代入式2 - 8 ，则有 吐黜a x “龋a x 搿a x 器a x + 1 ，：勰a x 救 血 盟脚盟棚 型珥型矧 也 u 上式即为齿辊在突然卡死时的能量守恒方程。 3 、双齿辊动能的计算 ( 1 ) 转动惯量的计算 齿辊的转动惯量由辊轴的转动惯量和n 个齿环的转动惯量组成，即： j 2 j 7 + n j ” ( 2 1 6 ) 式中：j7 辊轴的转动惯量 j ”齿环的转动惯量 n 齿环的数量 ( 2 ) 齿辊的角速度 ( l ) 2 1 3 _ ( 2n 6 0 ) ( 2 - 1 7 ) ( 3 ) 齿辊的动能 t = 妄j 2( 2 1 8 ) 上 破碎机堵转时，动能转化为变形能，测量具有不同的t 时堵转的冲击，负载 m l l a x ，k g m 。并试找出两者的函数关系等。 m m a x = f ( t ) 2 2 4 测量排料粒度分布构成，找出排料粒度与其它诸因素的最佳搭配。排料粒 度直接涉及到功率的计算及实际功耗，通过正交试验找出各因素的最佳搭配，也可以 根据准则试找出它们的函数关系y = f ( v b 中d ) 第三章试验设计 3 1 试验破碎机设计 1 以m m d - - 1 2 5 0 型破碎机为基型，按相似理论设计试验机，根据相似原理找到 以下1 0 个相似准则。 “t2 丽 。q “3 一q d 3 v a “6 2 百 d “9 。西 变形后 “ 其中 d = q ：旦 q d l n 功率 t 扭矩 q 产量 v 速度 q v 产量 a 过流面积 d l 齿辊外径 d 齿辊小径 ( ) i 功指数 q 比重 b 辊距( 中心距) 2 各物理量的相似倍数： 等砥芋码 雾硼v 筹也 罟_ c q 堕：1 矽 d 一。 百一 三耐 产 盟巩旦日 产 一一 丌 h dq口一q 严 俨 丌 h s 庙 n n m 向 m 咖咖仇以珈。 一 一龇一 了 挖 | i 耐一矾 里：c 。 b “ 一d i ：c d d 等咱 3 试验模型所遵守的条件： c n = c q c v c d i c t = c q c d ? c q=c q c v c d i c o =1 c q p 2 c v c d i 现给定 = c 。 q d 一r 瓦一 c a2 c d ? c d l = c d l c d = c d ， c d = c d c b = c d c d = 4 4 6 c v = 3 c q 2 1 则c n = c d 。c v = 4 4 6 3c a = 4 4 6 2 c t = c q x c 4 1 = 4 4 6 4c d ，= 4 4 6 c o = 3 4 4 6 2c o24 4 6 c q ，23 x 4 4 6 2 c d24 4 6 c n = 4 4 6 试验机的几何尺寸按m m d l 2 5 0 尺寸的l ：4 4 6 制造。且试验机有以下特 点： ( 1 ) 破碎辊中心距可调( 设有三档) ( 2 ) 转速可调、无级调速( 变频调速) ( 3 ) 破碎齿多种形式和规格 4 、试验机设计 按照研究方案的要求，根据相似比l ：4 4 6 ，以m m d l 2 5 0 为模拟机型， 设计制造了2 p g c 一一2 8 0 ，3 0 7 ，3 4 0 双齿辊破碎试验机，主要技术参数如下： 表3 1 物料种类煤、岩石、矿石等 入料尺寸3 4 0 m mf 0 3 0 7 ) 排料尺寸6 7 m m r 巾3 0 7 ) 破碎辊辊径0 3 0 7 ：中3 8 0 ；3 4 0 r a m 破碎辊辊长l = 4 2 5 m m 辊齿形式4 种 辊速可调 电动机型号y 6 0 1 4 n - - - - - 1 5 k w r l 一- - - 1 4 6 0 r m i nv = 3 8 0 v 生产能力 2 0 3 0 t ，l l 机座 配模拟辊1 5 3 0 k g 配锤齿辊 1 3 7 2k g 配小齿辊1 5 2 2 埏 3 2 正交试验设计 1 破碎同一种物料时，因转速、线速、中心距、入料粒度及齿形的变化要 影响到功率、出料粒度的变化，为找出最佳匹配关系( 或函数关系) ，现采用 l 9 f 3 1 4 即4 因素，3 水平正交表。 表3 2 l 9 ( 3 ) 4 正交表 试验号列号 1234 l 一v lb ld 3c 2 2 v 2b ld 1c l 3 - - v 3b ii z hc 3 4 v lb zd 2c 1 5 t t v 2b 2d 2c 3 6 v 3b 2d ic 2 ，7 v ib 3d ic 3 8 - - t - - - - v 2b 3d 2c 2 9 v 3b 3d ：3c t 线速度中心距入料粒度齿形 1 水平v 1 = o 5 7 3 m s 2 水平 3 水平 现 v ，= 0 6 9 m s v 、= o 4 7 n g s c v 。= 3 b l = 2 8 0 m m b ，= 31 0 m m b 3 = 2 5 0 m m c d = 4 4 6 则v l = 1 7 2 3 = o 。5 7 3 n g sb 1 = 2 8 0 m m d l l = 1 3 5 m mc l 大辊小齿 d 1 2 = 1 9 0 m mc 2 小辊大齿 d 1 3 = 1 1 2 m mc 3 弹头齿 c b = c d i = 4 4 6 = c d d 3 = 5 0 0 4 4 6 2 1 1 2 m m 2 第一组试验，完全模拟m m d l 2 5 0 破碎状况，所需试验物料。 设计制造的试验机小时处理量为2 3 5 m 3 ，一组试验约3 0 秒，需物料o 2m 3 共9 组试验，每组做3 次。 物料：o 2m 3 9 x3 = 5 4m 3 ，总共所需物料 块煤 5 4m 3 岩石 5 4m 5 铁矿石 5 0 0 0 k g 以上几种物料最好有7 0 的粒度为7 0 1 5 0 m m 。 4 1 试验设备安装测试框图 第四章实验室试验 4 2 试验设备、仪器及物料 1 试验设备、仪器 图4 1测试框图 ( i ) 试验台主要设备及仪器； ( 3 ) 筛分机械； ( 5 ) 物料装卸运输器具及车辆 料： ( 2 ) 数据采集及处理系统 ( 4 ) 称重仪器； ( 6 ) 不同型式破碎辊。 按照试验大纲试验项目对破碎物料性质及数量的要求，采购准备了以下物 a 、铁矿石2 5 t b 、石灰石 2 5 t c 、煤 1 5 t d 、粘土 以上几种物料是针对新型双齿辊破碎机应用以及今后拟推广应 用领域而选择的。为模拟在实际应用中进料的粒度状况。我们对石 灰石、铁矿石进行了筛分分级并进行了粒度配比。 4 3 物料功指数测定 破碎所需功率： ( k w ) ul r l q 一生产能力 t h i 一邦德物料破碎功指数 我们在邦德功试验机上对本次试验用的元宝山岩、元宝山煤、 义马煤、青要山石灰石、青要山铁矿石等物料按照规范进行试验测 定，测定结果见表4 1 、4 2 、4 3 、4 4 、4 5 。 b o n d 双摆锤冲击试验 表4 1物料：青要山石灰石比重：3 0 1 克厘米3 样品提升 编号 厚度( 寸)重量( 蓟产品块数冲击功( 尺、磅，寸)功指数( 千瓦、时短吨) 角度 11 7 24 5 824 0 49 7 98 珥2 21 | 8 55 6 934 5 。1 1 4 49 8 1 32 0 46 1 03 3 5 。 6 3 85 4 9 42 2 09 3 43 7 0 。 2 1 5 31 8 5 3 51 6 33 5 84 3 5 4 7 9 96 8 7 6i 7 84 8 823 0 。5 4 2 4 6 6 71 4 53 7 22 3 0 。 6 6 657 2 81 8 15 8 024 0 。9 3 08 0 1 92 ，2 44 7 223 5 。5 - 8 15 0 0 1 02 0 95 3 43 3 0 。 4 6 23 9 7 1 11 3 53 9 534 0 。1 2 4 7 1 0 7 3 1 2l _ 8 97 7 934 5 。1 1 1 69 0 6 1 3i 7 77 1 53 5 0 。 1 4 5 31 2 5 0 1 42 1 16 5 534 5 。9 9 98 6 0 1 52 o l4 1 124 0 。8 3 87 2 1 1 62 5 47 9 53 4 5 。 8 3 07 1 4 1 72 0 l5 5 82 4 5 。 1 0 4 99 0 3 1 81 8 l7 1 124 0 。9 3 08 0 0 1 92 2 06 2 32 3 5 。 5 9 25 0 9 2 01 5 94 9 334 5 。1 3 2 61 1 4 0 2 12 4 08 6 346 5 。1 7 3 21 4 9 0 2 21 6 54 8 23 3 5 。 7 8 9 6 7 9 平均值 8 4 9 最大值 1 8 5 3 最小值 3 9 7 除去最 大，最 8 2 2 小值的 平均值 b o n d 双摆锤冲击试验 表4 2物料：义马煤比重：1 3 0 克厘米3 样品厚度产品块提升冲击功( 尺、磅功指数( 千瓦、h 寸， 编号( 寸) 重量( 克) 数角度寸)短吨、 2 0 。 1l _ 7 72 7 0 3 5 0 2 4 54 8 8 2 4 43 5 6 2 5 。 5 3 41 0 6 3 2 0 03 1 8 9 2 5 。 3 t 3 86 7 8 42 7 54 0 0 2 0 。 2 4 54 8 9 2 3 64 7 61 8 43 ，6 7 62 2 43 2 3 1 5 。 1 0 92 1 8 2 4 03 9 5 2 5 。 2 8 05 6 0 81 8 13 1 l 2 5 。 5 - 3 31 0 6 2 92 1 62 5 2 1 1 5 01 1 32 2 6 1 03 3 45 2 8 8 3 0 0 2 8 95 ，7 5 1 12 7 53 3 4 1 5 。 0 8 91 7 7 1 22 4 03 9 8 2 0 0 1 8 l3 6 0 1 31 8 52 6 6 40 5 91 1 8 1 42 0 44 5 5 1 0 。 2 1 342 4 1 52 1 23 5 4 4 2 0 。 2 0 54 0 9 1 62 3 13 6 0 8 2 0 。 4 1 88 3 3 1 72 6 22 3 0 4 3 0 。4 1 7 8 3 1 1 81 8 12 5 。 平均值5 2 2 最大值 1 0 6 3 最小值 1 1 8 除去最 大、最 小值的 平均值 5 1 3 i 8 b o n d 双摆锤冲击试验 表4 3物料：青要山铁矿石比重：4 3 3 克厘米3 样品厚度产品块提升冲击功r 尺、磅， 功指数( 千瓦、h 寸， 编号( 寸) 重量( 克) 数角度寸1短吨1 l2 2 02 2 0 033 5 05 9 2 3 5 4 22 4 01 0 0 03 7 0 。1 9 7 41 1 8 0 31 7 01 2 0 03 4 5 。1 2 4 07 4 2 4 1 7 35 0 444 5 。1 2 1 97 2 9 51 9 01 2 2 025 5 9 1 6 1 59 ，6 6 62 4 02 3 0 024 0 。7 0 24 2 0 71 8 01 0 6 056 0 。2 0 0 01 1 9 6 82 0 01 5 5 026 5 。2 0 7 91 2 4 4 91 9 l7 1 02 4 5 。 “0 46 6 6 l o1 9 78 0 026 5 。2 1 1 01 2 6 2 1 12 1 17 2 535 5 。1 4 5 58 7 0 1 21 7 67 0 034 0 。9 5 75 7 2 1 32 0 91 1 5 03 5 5 。 1 4 6 98 7 9 1 42 8 71 3 5 026 0 。1 2 5