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G104 破碎 设计

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鄂式破碎机设计Design of jaw crusher专 业：机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 日 期：二0 0九年六月十日 鄂式破碎机设计摘 要作为工业的原料，矿石材料是不可缺少的。现在我国的矿山工业发展的比较迅速，因而对破碎机的需求量也是十分巨大，对于大型鄂式破碎机的设计是符合我国的客观需要的，将对我国的破碎事业有所帮助。目前，国内各制造厂的产品技术水平相差悬殊，有少数厂家的产品已接近世界先进水平，大多数厂家的产品差距很大。为缩短差距和赶上世界先进水平，发展和提高现有鄂式破碎机技术水平是当务之急。本毕业设计满足的生产需求：破碎石灰石，入料粒度最大400mm，加权平均350mm；产品粒度加权平均70mm；生产能力30t/h。本毕业设计对鄂式破碎机的主要部件，如：破碎机衬板、弹簧、偏心轴、动鄂、飞轮等进行设计、计算；对电机进行选择，对破碎机的结构进行改造。达到了使各机构更加简单，合理，鄂板的寿命进一步增加，破碎得到的产品粒度更佳均匀等效果。关键词：颚式破碎机；动鄂；破碎板；磨损 - - 鄂式破碎机设计ABSTRACTAs a raw metiral of industy, the rock metiral is indespensable. In todays time our country has a boom in its rocky industy, so it will be a big need for the crusher. The design of jaw crusher can meet with the need of our country,so it is helpful to our country . Nowadys tere are a lot of factry are making jaw crusher ,but there are big distence among these factry. Some poduction of thess factry has caught the international level, but others has a big distence to follow it. To catch up with the international level, we must do our best to develop the technology of jaw crusher as soon as possible.This design should adapt to the need:firstly, it will be used to crush the limestone, the feeding block greatest size is 400mm, the everage size is 350mm, the everage size of the product is about 70mm; the productivity of the machine is about 30t/h. The design of the jaw crusher has a done a lot of work on the culculate and the design of the main part of the machine, such as: the line of the crusher, the spring,the eccentric shaft, the mobile jaw, the flywheel and so on; It also has done something about the select of the electrical machinery, the reform of the jaw crushers construction. The reslut of this reform is that the constrution of the machine is more simble and fitable. The life of the jaw is longer than before. The size of the product is more equlity.Key words：jaw crusher；movable jaw；the line of the crusher；abrasion目 录摘 要IABSTRACTII1前言12绪论22.1概述22.1.1破碎的目的22.1.2破碎的原理22.1.3破碎机分类32.2破碎机的发展概况42.2.1破碎机的发展42.2.2鄂式破碎机的特点52.3选题的目的、意义83破碎相关理论93.1物料破碎特性93.2粒度表示方法93.2.1单个颗粒的粒度表示法103.2.2多个颗粒的粒度表示法103.2.3颗粒特性曲线表示法113.3有关破碎耗能的理论的发展124破碎机的设计及其相关理论144.1破碎机的运转144.2选择破碎机的主要参数144.2.1生产要求及入料口144.2.2动鄂行程144.2.3钳角的选取154.2.4传动角154.2.5偏心距154.2.6破碎腔高度154.3破碎机各生产参数的计算164.3.1计算主轴转速164.3.2计算生产能力164.3.3最大破碎力的计算164.3.4所需功率的计算174.4破碎机各主要零件尺寸的设计以及计算174.4.1带传动的设计174.4.2动鄂设计224.4.3衬板设计224.4.4肘板及肘板座234.4.5调整装置234.4.6机架244.4.7偏心轴24结 论29致 谢30参 考 文 献31- III -1前言目前，国内鄂式破碎机类型很多，但得到广泛使用的还是传统复摆鄂式破碎机。各制造厂的产品技术水平相差悬殊，有少数厂家的产品已接近世界先进水平，大多数厂家的产品差距很大。为缩短差距和赶上世界先进水平，发展和提高现有鄂式破碎机技术水平是当务之急。 鄂式破碎机（颚式破碎机），具有破碎比大、产品粒度均匀、结构简单、工作可靠、维修简便、运营费用经济等特点。鄂式破碎机广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等众多部门，破碎抗压强度不超过320兆帕的各种物料。鄂式破碎机主要是由两块鄂板（活动鄂板和固定鄂板）组成。活动鄂板相对固定鄂板周期性的往复运动，时而靠近，时而分开，由此使装在二鄂板间的石块受到挤压、劈裂和弯曲作用而破碎。复摆鄂式破碎机的机器重量较轻，结构简单（少了一件连杆、一块肘板、一根心轴和一对轴承），生产效率较高（比同规格的简摆鄂式破碎机生产效率高20%30%）。复摆鄂式破碎机适合破碎中硬度石料。在工程中，多用他做中、细碎设备，起破碎比较大，可达。随着机械工业的进步，近年来，复摆鄂式破碎机正朝着大型化发展。所以，一个合理的传动装置可以使鄂式破碎机运行的更加顺利，合理有效。动鄂的优化可使磨损大大的降低，冲击、噪声、振动都相应的减少，也减少工作人员的劳动强度，提高生产的质量，降低制造成本和缩短生产周期。2绪论2.1概述破碎机是用来破碎物料的机械，根据物料的物理性质、粒度、生产量、用途等选择不同类型的破碎机进行破碎。2.1.1破碎的目的（1）分离矿石中含有的有用矿物矿石有单金属矿和多金属矿，并且原矿多为较低的矿石。将原矿破碎后，可以使有用金属与矿石中的脉石和有害杂质分离，作为选矿的原料，除去杂质而得到高品位的精矿。（2）工业矿石的制备大块石料经破碎筛分后，可得到不同要求粒度的碎石。这些碎石可制备成水泥。它们在建筑、水电等行业中广泛应用，铁路路基建造中也需要大量的碎石。 （3）提供磨矿的原料磨矿工艺所需粒度不大于15mm的原料，是有破碎产品提供的。例如在炼焦厂、烧结厂、制团厂、粉末冶金、水泥等部门中，都是由破碎工艺提供原料，再通过磨碎是产品达到要求的粒度和粉末状态。2.1.2破碎的原理物料的破碎是指当外力如挤压、冲击、摩擦和劈等机械力作用在物料上，克服了物料本身的内聚力时，物料从大块变成小块的过程。物料的破碎方法主要有以下几种：（1）劈裂矿石受两个楔状物体的劈力作用被粉碎，这是对矿石的破碎种最有利的方法。（2）挤压破碎将矿石置于两个破碎表面之间施加压力后矿石因压应力达到其抗压强度极限而被破碎。（3）物料的折断用两个带有多个尖棱的工作表面挤压矿石时，矿石就象受集中载荷的两支点或多支点梁，当矿石内的弯曲应力达到弯曲强度极限时矿石被折断。（4）磨碎矿石与运动丁作表面之间受到一定压力和剪切力时，矿石内的剪切应力达到其剪切强度极限时，矿石粉碎。（5）冲击破碎矿石受高速回转机件的冲击力作用而破碎。由于破碎力是瞬间作用的，所以优点是破碎效率高，破碎比大，但其缺点是能量消耗大，锤头磨损严重。2.1.3破碎机分类（1）按破碎机粒度分类：组碎破碎机 一般使1500500mm的物料破碎到350100mm。 中碎破碎机 一般使350100mm 的物料破碎到14040mm。 细碎破碎机 一般使10040mm的物料破碎到3010mm。（2）按构造与工作原理的不同分类：锤式破碎机：物料受高速回转的锤头的冲击和物料本身以高速向固定衬板冲击而使物料粉。按结构特征可分类如下：按转子数目，分为单转子锤式破碎机和双转子锤式破碎机；按转子回转方向，分为可逆式和不可逆式；按锤子牌数，分为单排式和多排式；按锤子在转子上的连续方式，分为固定锤式和活动锤式。固定锤式主要用于软质物料的细碎和粉磨。鄂式破碎机； 它是依靠活动鄂板作周期性的往复运动，把进入两鄂板间的物料压碎。现有鄂式破碎机按动鄂的运动特征，分为简单摆动式复杂摆动式破碎机和混合摆动式破碎机。反击式破碎机： 物料受高速运动的板锤的打击，使物料向反击板高速撞击，以及物料之间相互撞击而粉碎。按其结构特征可分为单转子反击式破碎机和双转子反击式破碎机。圆锥破碎机： 它是靠内锥体的偏心回转，使处在两锥体间的物料受到弯曲和挤压而粉碎。辊式破碎机： 物料落在两个相互平行而旋向相反的辊子间，物料在辊子表面的摩擦力作用下，被扯进转辊之间，受到辊子的挤压而破碎。链式破碎机： 按安装形式分为立式链式破碎机和卧式链式破碎机两种结构形式。立式链式破碎机为单转子，卧式链式破碎机为双转子。链式破碎机的主要工作部件为带有钢制环链的转子，环链一端与转子相连，环链的另一端安有耐磨钢制成的环链头。链式破碎机属冲击式破碎机，通过高速旋转的链条对料块的冲击进行粉碎。环锤式破碎机 它是一种带有环锤的冲击转子式破碎机。环锤不仅能随转子旋转，还能绕锤销自转。物料进入破碎机后，在破碎腔内受到随转子高速旋转的环锤的冲击而破碎，被破碎的物料同时从环锤处获得动能，高速度地冲向破碎板，受到节二次破碎，然后落到筛板上，受环锤的剪切挤压研磨以及物料与物料之间的相互碰撞作用，物料得到进一步的破碎，并通过筛孔排出机外。不能破碎的杂物则由环锤推入金属收集器，由操作人员清楚。立轴式破碎机 它可分为PL立式冲击破碎机、PFL系列立式复合破碎机、HLP型立式破碎机、LCP型立轴锤式破碎机、SM型立式破碎机、SN型片式破碎机。笼式破碎机 笼式破碎机的破碎件为一个高速旋转的圆框，圆框的一端为一个封闭的板结构，板中心与旋转轴相连，旋转轴支承在轴承上，轴的另一端装有带轮，有电动机提供传动带传动，使轴高速旋转。除此之外，还有其他类型的破碎机，在此就不一一的在介绍。2.2破碎机的发展概况2.2.1破碎机的发展在破碎机的家族中，主要有立式破碎机、卧式破碎机、辊式破碎机、颚式破碎机，以及由立、卧、辊、颚派生出的其他破碎机，种类繁多、叫法各异。但无论是哪种破碎机均各有所长，其结构特性、工作原理及工艺安排各有所不同。 立式破碎机（即主轴是垂直的），该机从20世纪80年代推出后即成为以破代磨的热销产品，作为细碎破碎机，平均出料粒度34mm，90%为细粉状，使球磨机的入料粒度降低，产量提高了20%30%。经过20 多年的发展和演变，立轴破碎机从第一代到第五代，由单一的打击破碎演变成冲击反击破碎，一字之差锤头的使用寿命比老式机型提高了4倍以上。立式破碎机的代表产品立轴冲击式细碎机，被广泛应用在铁矿、金矿、水泥、玻璃、陶瓷、电力、钢铁行业的物料细碎。但是如果选择立式破碎机用于公路建设材料的破碎，那就是选型错误，这就要用我们下面要谈的卧式破碎机。卧式破碎机 （即主轴是横卧使用的）。其类型有：卧轴锤式破碎机、环锤式破碎机、卧轴反击式破碎机等。卧式破碎机的结构特点是：生产能力高、单位产品能量消耗低、破碎比大、替代多级破碎，即在工艺条件受限时，该机型能从粗破到细破完成产品生产的全过程。特别是应用在公路建设材料方面，通过更换筛板（条）的间隙和几何角度，就能够生产出所需要的各种规格物料，且物料的形状好（呈六棱形）、抗压强度高。 辊式破碎机（靠辊子的挤轧和磨剪力进行破碎）。主要优点是：结构简单、紧凑、轻便、工作可靠、调整破碎比较方便，无需基础就能使用。缺点是：生产能力低，要求喂料连续均匀，辊面的磨损不均产品粒度也不易均匀，需要经常修理。一般辊式破碎机辊面有固定和可换两种，另外还有一种带齿的辊面（即齿辊式破碎机），将其应用在大块物料破碎至小块物料（含一定水分）的场合，是其他破碎机所望尘莫及的。最后谈谈颚式破碎机。其结构坚固、构造简单、工作可靠，处理物料粒度范围大、破碎力强，广泛应用于石灰石、铁矿石等抗压强度极限不超过320兆帕的各种矿石和岩石。在美国工程师布雷克发明鄂式破碎机后，经过100多年的发展，鄂式破碎机有了长足的进步，在发展过程中，其结构得到不断地完善，鄂式破碎机性能得到改善和工作效率不断提高，以下列举世界各国研制过各种鄂式破碎机。德国：Kun-kan简摆鄂式破碎机，冲击式鄂式破碎机，液压驱动式鄂式破碎机，简摆双腔鄂式破碎机；前苏联：液压驱动的鄂式破碎机，惯性鄂式破碎机，双动鄂鄂式破碎机，单轴倒悬挂的双动鄂破碎机；美国：复摆双腔鄂式破碎机，斜式鄂式破碎机等。在以上破碎机的推动和促进作用下，国内破碎机行业也有了迅速的发展，但是由于我国的破碎事业起步较晚，所以主要生产和使用的还是简摆式破碎机和复摆鄂式破碎两种传统的破碎机。因此，对我国的鄂式破碎机进行改进，使鄂式破碎机技术水平不断提高，与世界发达国家进行接轨，扩展我国破碎机的市场，是破碎机发展的主要任务。2.2.2鄂式破碎机的特点破碎机的大致结构：（1）机架部分：箱体、底座等组成。（2）偏心轴转动部分：主要由动鄂、偏心轴、轴承、皮带轮等组成。是传递动力的主要部分。（3）破碎腔工作部分：主要由定鄂板、动鄂板、侧衬板等组成，是破碎物料的工作零件。（4）保险装置：由肘板、肘板座、弹簧、弹簧拉杆等组成，是破碎机在非正常情况下起保险作用的零件。（5）调整装置：该装置用来调整排料口的大小尺寸，控制出料粒度。主要由锲块、调整滑动块、顶丝螺栓、滑块锁紧拉杆等组成。鄂式破碎机按运动形式分为两种基本型式：简摆式破碎机和复摆式破碎机。如图2.1所示，简摆鄂式破碎机是因为动鄂绕机架上的固定支座作简单运动而得名的。破碎腔是进行破碎的主要空间，物料在破碎腔内进行破碎，破碎腔是由是定鄂（2）、动鄂（4）以及侧面衬板（3）围成的，其内部形状为近似的梯形体。在动鄂运动的过程中，破碎腔的形状发生改变，物料被压碎或劈碎，然后由排料口排出。 电机通电后发生转动，首先由电机轴带动电机上的小皮带轮转动，然后带动皮带进行传动，与皮带直接相连的是皮带轮（8），皮带轮带动偏心轴（9）进行旋转，它带动拉杆（11）进行上下往复运动，拉杆带动前推力板（15）相左进行挤压，动鄂（5）随之积压物料，进行破碎。图2.1简摆式破碎机1箱体2定鄂3侧板4衬板5动鄂6心轴7连杆8带轮9偏心轴10弹簧11拉杆12锲铁13后推力板14肘板座15前推力板动鄂（5）悬挂在心轴（6）上，可做左右运动。偏心轴（9）旋转时，拉杆（11）做上下往复运动，实现破碎和卸料。此种破碎机采用曲柄双连杆机构，虽然动鄂上受有很大的破碎反力，而其偏心轴和连杆却受力不大，所以工业上多制成大型机和中型机，用来破碎坚硬的物料。此外，这种破碎机工作的时候都是以心轴为中心的圆弧，圆弧半径等于该点至轴心上的距离，上端圆弧小，下端圆弧大，破碎效率较低，其破碎比i=36。由于运动轨迹简单，故称为简单摆动式鄂式破碎机。简单摆动式鄂式破碎机由电动机用过V带带动偏心轴转动，所用的电动机有高压和低压两种。工程上，这种破碎机多用做粗碎和中碎各种坚硬的矿石。简单摆动式鄂式破碎机的优点是：结构紧凑简单：偏心轴等传动部件受力较小；由于动鄂垂直位移较小，加工时物料较少有过度破碎的现象，但动鄂鄂板的磨损较小。简单摆动式鄂式破碎机的动鄂的摆动幅度上小下大，一般上部进料口的水平位移与垂直位移只有下部出料口的12左右，不利于对已经装入物料块的夹持与破碎，也不能够对下部充分供料，造成破碎腔下部盛料不足，降低了生产率。此外，由于下端摆动幅度大，卸出的物料块大小不均匀，造成质量欠佳。应考虑运转中的速度波动调节，以使运动平稳并能合理利用原动机能量。在破碎过程中，破碎腔内可能落入非破碎物料（如断裂的钢钎、铲齿），所以必须考虑机器的过载保护。当要求产品粒度改变时、应考虑由排料口的调整装置进行调整。图2.2复摆式破碎机1电动机2弹簧拉杆3锲铁4滑块5推力板6飞轮7动鄂8动鄂板（衬板）9边护板（侧板）10定鄂复摆鄂式破碎机如图2.2所示。电机（1）通电后发生转动，首先由电机轴带动电机上的小皮带轮转动，然后带动皮带进行传动，与皮带直接相连的是皮带轮（6），皮带轮带动偏心轴进行旋转，它带动拉杆（2）进行上下往复运动，拉杆带动前推力板（5）相左进行挤压，动鄂（7）随之积压物料，进行破碎。为了使动鄂不在重力的作用下落到竖直位置，要用（5）肘板进行支撑。在螺钉的作用下锲铁（3）上下移动，推动滑块在轨道中左右移动，这样做可以使排料口尺寸发生变化。复摆鄂式破碎机使用的机构为四杆机构中曲柄摇杆机构的应用， 主动件为曲柄。和简摆鄂式破碎机相比较，复摆鄂式破碎机具有的重量轻，结构简单（少了一件连杆、一块肘板、一根心轴和一对轴承），生产效率较高（比同规格的简摆鄂式破碎机生产效率高20%30%）等优点。但复摆鄂式破碎机的鄂板垂直行程大，石料对鄂板的磨削作用严重，磨削较快，且能量消耗也大，工作时易产生较多的粉尘。2.3选题的目的、意义矿产资源的储量及其合理开采与利用是关系国民经济是否可持续良性发展的重要因素之一，近年来随着矿产资源的大量开采，部分资源已逐步出现短缺甚至面临断缺危险。所以怎样合理地生产和使用现有的矿产资源，使其最大程度地得到合理利用是矿业生产中面临和急待解决的课题。目前我国的矿业生产主要分为探矿、 开采、 破碎、 粉碎和冶炼几个步骤。其中破碎是将较大颗粒物料分解成较小颗粒物的生产过程，采用的生产设备多为各种类型的破碎机，而鄂式破碎机是生产中最为常见的一种破碎设备，是目前矿业生产不可或缺的设备之一。为了提高物料的利用率和生产效率，工厂要求破碎的物料粒度控制在某一特定的范围，并可以进行较为连续的生产，以及在故障出现时可以及时的恢复生产。在科研、设计和生产部门的共同努力下，鄂式破碎机已逐步趋于多向化。它在煤炭开发、水泥制造等部门中得以广泛应用。它的重要性无疑是不容忽视的，鉴于此我选择了鄂式辊破碎机的整体设计作为本次毕业设计题目。通过本次毕业设计，我对以前学习的各门基础和专业基础课程中的理论知识有了了更加深入的理解，并且学会了在实际的设计工作中综合的应用这些知识。这次毕业设计为我将来的工程技术工作打下良好的基础，使我的视野更加开阔，使我解决实际问题的能力有所提高，使我对学习和探索实际问题有了更加浓厚的兴趣。在毕业设计中，我将学过的课本知识在设计工作中综合实际地加以应用。实际设计一种破碎机后，我掌握了一般机械设计的基本方法和步骤，我的独立工作能力增强了。随着毕业设计的进行，我逐渐能够熟练应用有关参考资料、计算图表、手册。我对有关的国家标准和部门标准更加熟悉，能够较快地完成一项新的设计工作。 3破碎相关理论3.1物料破碎特性破碎时，由于各种物料性质的不同，对于破碎机的要求也就各不相同，无聊的性质有以下几个方面：（1）硬度硬度表示材料抵抗其他物体刻划或压入表面的能力，也可理解为在固体表面产生局部变形所需的能量。这一能量与材料内部化学键强度以及配为数有关。硬度作为材料耐磨性的见解评价指标，硬度值越大，通常其耐磨性能也越好。（2）强度强度和硬度二者的意义不同，但本质是一样的，皆与内部质点的键合情况有关。事实上，破碎强度愈大的物料也像破碎越硬的物料一样，需要愈多的能量。材料的强度是指其对外力的抵抗能力，通常以材料破坏是单位面积所受的力来表示，单位为Pa。按接受力的方式不同，可分为拉伸强度、压缩强度、扭曲强度和剪切强度等。按材料内部均匀性和有缺陷性分为理论强度和实际强度：不含任何缺陷的完全均质材料的强度称为理论强度。它相当于原子、分子或离子间的结合力。完全均质的材料所受硬力达到其理论强度时，所有原子或分子间结合键将同时发生破环，整个材料将分散为原子或分子单元。实际上，几乎所有材料破坏时都分裂成大小不一的块状，这说明支点间的结合的牢固程度并不相同，即存在找某些结合相对薄弱的局部，使得受力尚未达到理论强度之前，些薄弱部位亦达到及其极限强度，材料发生破坏，这时物料的强度即为实际强度。（3）脆性 与塑性相反的一种性质是脆性。脆性材料受力破坏时，从开始受力直到发生断裂，只出现极小的弹性变形而不出现塑性变形，因此其极限强度一般不超过弹性极限。脆性材料抵抗冲击的能力较差，许多硅酸盐材料如石灰石、玻璃、陶瓷、铸石等都属于脆性材料，它们的抗冲击能力远低于抵抗压能力。正由于脆性材料的抗冲击能力较弱，所以采用冲击破碎的方法可有效地使它们产生破碎。3.2粒度表示方法开采的矿石和各种工艺中用到的矿石，都是尺寸大小不一、形状各式各样的松散矿料，所以应该用一种指标来确定和规范它们，这种规范的手段就是粒度。所谓的粒度，就是矿块（或矿粒）大小的量度，一般用毫米表示。用称量法称出格级别的重量并计算出它们的重量百分率，从而说明这批矿料是由含量各为多少的那些粒级组成，这种就是矿料的粒度组成。将松散矿料借用某种方法分成若干级别，这些级别叫粒级。从粒度组成可以看出各粒级在原料中分布情况，这种确定粒度组成的试验叫做粒度分析。3.2.1单个颗粒的粒度表示法矿块的大小称为粒度。由于矿块形状一般都是不规则的，所以需要用几个尺寸计算出的尺寸参数来表示矿块的大小。单个矿块的平均直径，就是在三个互相垂直方向上量得得尺寸得平均值。设平均直径为d，则 （3.1）式中的参数：a矿块长度，最长得量度；b矿块宽度，次长得量度；c矿块厚度，最短得量度。使用这种方法时，通常是针对大矿块，如选矿厂用来测定破碎机的给矿和排矿中得最大块的粒度。矿块的粒度很小时可用等值直径来表示，等值定径是将细粒物料颗粒作为球体来计算的。其计算公式： （3.2）式中的参数：M矿粒质量（kg）； P矿物密度（kg/m3）； V矿粒的体积（m3）。3.2.2多个颗粒的粒度表示法在选矿、磨矿的研究工作中，有时要计算平均粒度，用它来说明含有各种粒级的混合物料的平均大小。由不同的粒度级别组成的混合物料，求混合物料平均直径的方法，可以用统计上求平均值的方法。式中各参数：各级别的重量百分率；D混合物料的平均直径； 各级别的平均的平均直径计算混合物料平均粒度有下列几种方法：加权几何平均法： （3.3）取对数 （3.4） 加权算术平均法： （3.5）调和平均法： （3.6）结果的比较：调和平均值几何平均值算术平均值3.2.3颗粒特性曲线表示法破碎产品都是由粒度不同的各种粒子所组成的，要分析粒子的组成就应该分析粒子的松散度。表示松散物料粒度组成的图形，称为粒度特性曲线。为了鉴定破碎产品的质量和破碎机的破碎效果，必须确定它们的粒度组成和粒度特性曲线，确定混合物料的粒度组成。表3.1粒度分析结果粒 级（mm）产 率级 别正 累 积（）负 累 积（）（kg）（%）16121288442202.253.004.502.253.0015203015201535658010010085653520共计15.00100粒度特性曲线分为四个粒级，同级别的粒度变化相同，即都等于25mm。直线形粒度特征曲线C表明物料的所有四个级别都有相同的产率。凸形曲线A表明，物料中最粗粒级（10075mm）的产率最大，粒度减小时，粒级的产率也减小，最细粒级（250mm）的产率最少。凹形曲线B表明的物料性质与曲线A刚好相反。图3.1颗粒特性曲线由于部分粒度特性只能确定各筛分粒级的产率，所以是根据部分粒度特性曲线却不能确定任一粒级的产率。而根据累积粒度特性曲线却可以确定。其他粒度级的成年率，仅能假定粒级之间的产率是直线变化，因此，得出的级别产率必然会产生一些计算误差。而如利用累积粒度特性确定任一粒级产率，这种误差就可避免。根据部分粒度特性曲线的形状，不可能判断粗粒和细粒物料的粒度分布，因为部分粒度特性曲线的形状取决于筛分试验所使用的套筛，套筛筛比改变，部分粒度特征的形状页随之而发生变化。3.3有关破碎耗能的理论的发展1867年，F.基克在“对脆性材料的研究的贡献”一文中提出几何上相的物体在同样工艺状态下发生类似变化所需的能量与这些物体的体积或重量成比例，并根据此论点，建立了粉碎功耗的体积学说。其公式为： （3.7）1883年，R.P.雷廷格在德国出版的选矿知识教科说中提出破碎所能量直接与增加的表面积成比例，并根据此论点，建立了粉碎功耗的表面积学说。其公式为： （3.8）1921年A.A.格里弗斯的断裂的能量理论，阐明了断裂过程中弹性形变能与表面能关系。1952年，F.C.邦德对其经验公式加上理论解释，成为第三个粉碎功耗理论。他认为：破碎矿石时，外力所作之功首先是使物体发生变形，一但局部变形超过临界点，即生成垂至于表面的缺口。裂开形成以后，储在物体内的形变能即使裂口扩展而生成断面。输入功的有用部分转化为新生表面上的表面能，其他部分则因摩擦而成为热损失。因此，破碎矿石所需之功，应当考虑变能和表面能两项，由于形变能与体积成正比例，而表面能与 表面积成正比，如果等量地考虑此两项的影响，则所需的功应当同它们的几何平均成比例。F.C.邦德的学说，并非以近代对于裂缝的产生和扩展的研究为根据提出的，它仅仅是一些试验总结出的经验公式，所作的说明也只是为了解释其公式的需要而作的假定。F.C.邦德认为：裂缝长虽不能直接测量，但在规则的及相同的形状中，总可假定裂缝长为破碎所需的裂口扩展范围。它等于表面积一半的平方根，即与被破碎的外表面积有确定的关系。如采用第三功耗假说与粒度特征相结合的作图法，可从图中找出代表裂痕结构数量的指标“暴露比”。根据所作实验，可总结出裂缝长与暴露比的经验关系。因此，裂缝虽不能直接测量，但可间接推算。其公式为： （3.9） 1957年J.斯文森J.穆尔凯斯研究磨石英、石灰石和硅铁的功耗，结果是用基克学说求得的偏差很大，邦德学说亦有不小的偏差，雷廷格学说只有在磨细度不超过10000cm3时的偏差才较小。自1867年雷廷格提出其学说以来，历经百余年，对于粉碎功耗的认识，虽不断丰富和提高，但无重大突破。目前的研究状况，大致可分为两方面。其一，修改现有理论，使之较为合理，并研究如何使它能更准确的用于生产实际。其二，从粉碎物理学入手作根本性的研究，如已经开展的单粒破碎，但尚未达到可以经过总结而建立理论模型并提出新学说的程度。这方面的研究虽不是根本性的，也难有所突破，但对实际有用，而且易于见效。4破碎机的设计及其相关理论4.1破碎机的运转电动机旋转后带动小带轮转动，将运动传递到三角带上，带动大带轮，从而带动偏心轴转动。偏心轴依靠动鄂两端的双列调心滚子轴承支撑，主轴承外圈与机架上的镗孔相配合，并用螺栓固定在机架上。在偏心轴两外端分别装有大带轮和飞轮，以调整破碎机工作时主轴的运转速度的波动，使其运转平衡。动鄂的下部由肘板（推力板）支撑，肘板的另一端支承在与机架的后壁相连的调整机构上，调整机构中的调整座可在由机架侧壁上两凸台构成的滑道中滑动。当需要调整排料口尺寸时，应该用螺栓调节锲铁的高度使其推动调整座。4.2选择破碎机的主要参数在进行选择零件和计算强度之前，为了使破碎机可靠、经济的工作，必须明确使用要求，选择恰当的参数。4.2.1生产要求及入料口最大进料粒度：=400mm平均进料粒度：=350mm对于破碎机的给矿口宽度B：B=（1.11.25）=（1.11.25）400=440500（mm） （4.1） 取 B=450mm 为了获得较高的生产率，将破碎机的给矿口长度取大一些取L=675（mm） 4.2.2动鄂行程在计算动鄂的行程时，要充分的考虑到出料口的尺寸以及产品的粒度要求，用理论公式进行计算时，其误差较大。目前，常用下端水平行程的计算公式有： （4.2）下端点许用水平行程： （4.3）最小排料口尺寸（mm）B进料口尺寸（mm）=8+0.24150=20.05（mm） （4.4）=26.09（mm） （4.5）实际上，动鄂行程是根据经验数据确定的，通常对于大型鄂式破碎机，S=2545mm；中小型鄂式破碎机，S=1215mm。在此，参照鄂式破碎机现有的设计经验，初取 =20mm 则合理。4.2.3钳角的选取在破碎机进行破碎时，破碎机的两个鄂板之间会出现一定的角度，他们之间的角度就称为钳角。在破碎进行中，为了保证物料块与衬板之间产生足够的摩擦力，使物料既不会向上迸出破碎腔，又不会向下滑出出料口，必须使钳角满足一定的要求。在破碎机中，一般取=1822，不宜超过23。正确的选择钳角对于提高破碎机的破碎效率具有很大的意义。减小钳角可使破碎机的生产能力增加，但会引起破碎比的减小。增大钳角，虽可增大破碎比，但同时又减少生产能力。因此，在选择钳角时，应当全面考虑。在此，初取 =20。4.2.4传动角传动角是指运动方向与受力方向之间夹的锐角，在大型鄂式破碎机中，推力板和竖直轴线之间所夹的锐角即为传动角。为了保证破碎机的力学性能，减缓破碎机衬板的磨损，应该使破碎机的竖直行程尽量减小，同时使破碎机的水平行得到保证，同时还要保证传递运动和破碎力。综合以上因素，传动角一般不宜过大，一般取 4555。在此，取 50。4.2.5偏心距在破碎机中，偏心距是指飞轮中心到动鄂中心孔的距离，保证破碎机中其他尺寸参数不变，如果可以使偏心距变大，动鄂的行程也会随之增大，随着动鄂的行程的增大，破碎机的生产率提高了，但破碎机的能量消耗也随之变大。所以，偏心距应与其他参数相互配合，共同调整动鄂行程。从这个意义上讲，偏心距可作为设计变量，可以用设计经验确定。在一般情况下，在选定鄂式破碎机时，用（1.52.2）进行计算，由动鄂行程=20mm，则=9.0913.3（mm） （4.6）取 =10mm 4.2.6破碎腔高度在计算破碎腔高度时，应先选定钳角和破碎比，而理论的计算公式过于复杂，所以，在一般情况下，选用经验公式， （2.252.5） ，其中为给矿口宽度。（2.252.5）450=10121125（mm） （4.7）为使破碎机更加紧凑取1012mm。4.3破碎机各生产参数的计算4.3.1计算主轴转速在破碎机进行工作时电动机带动主轴旋转，因此主轴转速应该作为一个关键基本量计算得出。由经验公式： （r/min） （4.8）钳角，以度为单位。动鄂下端点水平行程，以毫米为单位。系数，考虑在功耗允许的情况下转速的增减系数。取0.951.05。（r/min） （4.9） 4.3.2计算生产能力为了满足破碎机的生产要求，在计算破碎机时，应着重考虑破碎机的生产能力，使其满足生产要求。计算公式为： （4.10）破碎机生产率 t/m3n主轴转速 r/minL破碎腔长度 mb排矿口宽度 m动鄂下端水平行程 m填充度 吨/立方米中小型公称排料口一般取=0.650.75取其他值取本文中得出的值。n=297，L=1.012，=0.02，b=0.05=35.91（t/m3） （4.11）4.3.3最大破碎力的计算为了对破碎机的动鄂、定鄂、衬板、肘板、拉杆等结构进行设计，必须对破碎机的受力进行分析，计算出最大破碎力。计算公式为： （4.12） 最大破碎力N抗压强度N/cm2k有效破碎系数，对中小型k=0.340.48，当时取k=0.380.42这里本文取0.4的单位是cm。B=45，b=5，L=67.5，=180001816（kN） （4.13）4.3.4所需功率的计算破碎机的电机功率是破碎机进行破碎的动力，在破碎机运行时，需要电机产生有足够的功率来进行驱动，在这里用经验公式进行计算。 （4.14） 计算功率 kw-最大破碎力 kN动鄂褚点水平行程平均值 mm 主轴转速 r/min钳角 机器总效率，可取 0.810.85等效破碎系数，对中小型 =0.270.37;=1816，=0.83，=0.3，=50，=297，54.6（kw） （4.15） 取N55 （kw）因此选取电机Y208M6，其规格为转速980r/min，电机功率55kw， 效率91.6 %功率因数0.87。4.4破碎机各主要零件尺寸的设计以及计算4.4.1带传动的设计选用V带传动，电动机型Y208M6，功率P=55KW，转速n=980r/min，传动比i=3.3，每天工作12小时。传动具有结构简单、传动平稳、能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、不需润滑、维护容易等特点，在近代机械传动中应用十分广泛。所以在本设计中采用带传动。设计计算的主要内容是确定：V带的型号、长度和根数；中心距；带轮基准直径及结构尺寸。设计计算步骤如下：（1）得出计算功率在进行设计时，由所处的实际生产条件不同，所以得到的生产功率也各不相同。 （4.16）计算功率 kw传递的额定 kw工作情况系数表4.1工矿系数工况KA空、轻载启动重载启动每天工作小时数（h）1010161610101616载荷变动最小液体搅拌机、通风机和鼓风机（7.5kW）、离心式水泵和压缩机、轻负荷输送机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式输送机（不均匀负荷）、通风机（7.5kW）、旋转式水泵和压缩机（非离心式）、发电机、金属切削机床、印刷机、旋转筛、锯木机和木工机械1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载输送机1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨）1.31.41.51.51.61.8注： 1空、轻载启动电动机（交流启动、三角启动、直流并励）、四缸以上的内燃机、装有离心式离合器、液力联轴器的动力机； 2重载启动电动机（联机交流启动、直流复励或串励）、四缸以下的内燃机。因为皮带应用与破碎机，每天工作10小时以下所以取=1.3=1.355=71.5（kw） （4.17） （2）选用V带带型根据计算功率Pc和小带轮转速n1由图4.1选择V带型号。当在两种型号的交线附近时，可以对两种型号同时计算，最后选择较好的一种。图4.1普通V带选型图根据、n，确定选用D型。（3）确定带轮基准直径为了减小带的弯曲应力应采用较大的带轮直径，但这使传动的轮廓尺寸增大。一般取，比规定的最小基准直径略大些。大带轮基准直径可按小带轮计算，大、小带轮直径一般均应按带轮基准直径系列圆整。取主动轮基准直径=355mm所以，从动轮直径 1175，查表取1120mm。（4）带轮的转速度：传递的功率一定时，带速愈高，则所需有效圆周力F愈小，因而V带的根数可减少。但带速过高，带的离心力显著增大，减小了带与带轮间的接触压力，从而降低了传动的工作能力。同时，带速过高，使带在单位时间内绕过带轮的次数增加，应力变化频繁，从而降低了带的疲劳寿命。当带速达到某值后，不利因素将使基本额定功率降低。所以带速一般在v=525m/s内为宜。（m/s） （4.18）P传动功率 kwF有效圆周力 kN所以，带的速度合适。（5）确定窄V带的基准长度和传动中心距根据结构要求初定中心距。中心距小则结构紧凑，但使小带轮上包角减小，降低带传动的工作能力，同时由于中心距小，V带的长度短，在一定速度下，单位时间内的应力循环次数增多而导致使用寿命的降低，所以中心距不宜取得太小。但也不宜太大，太大除有相反的利弊外，速度较高时还易引起带的颤动。根据，初步确定中心距mm。计算带所需的基准长度： （4.19） =4910（mm）选择带的基准长度=5000mm。由于V带传动的中心距一般是可以调整的，所以可用下式近似计算实际中心距： （4.20） =1845（mm）考虑到为安装V带而必须的调整余量，因此，最小中心距为如V带的初拉力靠加大中心距获得，则实际中心距应能调大。又考虑到使用中的多次调整，最大中心距应为。（6）验算主动轮上的包角：小带轮上的包角为，为了使带传动有一定的工作能力，一般要求a1120（特殊情况允许a190）。如小于此值，可适当加大中心距若中心距不可调时，可加张紧轮。 （4.21） 所以主动轮上的包角合适，从上式可以看出，也与传动比i有关，与相差越大，即i越大，则越小。通常为了在中心距不过大的条件下保证包角不致过小，所用传动比不宜过大。普通V带传动一般推荐i7，必要时可到10。（7）计算窄V带的根数 ：根据计算功率Pc由下式确定 （4.22）包角系数长度系数单根V带的基本额定功率单根V带的额定功率的增量由n=980/min， =355mm， i=3.3得： =17.25KW =2.97KW =0.99 =0.963.07 （4.23）取Z=4根。为使每根V带受力比较均匀，所以根数不宜太多，通常应小于10根，否则应改选V带型号，重新设计。 类比可知，带轮的厚度为318mm，由于大飞轮与大带轮构成对称结构，所以取大飞轮的直径为1120mm大飞轮的厚度为318mm。 图4.2皮带轮4.4.2动鄂设计作为破碎机的主要部件，动鄂可以起到支持衬板的作用，它将偏心轴上的破碎力传递到衬板上，使衬板左右摆动，使物料发生破碎作用。因为动鄂要承受来自偏心轴和物料的双重作用力，所以应该有比较高的强度和刚度，本设计用ZG310作为生产材料进行铸造。本设计中采用加强筋结构既保证了强度又减轻了重量。图4.3动鄂4.4.3衬板设计衬板式破碎机最为重要的零件之一，它直接参与到物料的破碎，它的设计对于整个破碎机有着重大的影响，随着衬板的形状和尺寸不同，产生的破碎力和破碎粒度也不相同。 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。衬板的磨损机制如下:（1） 由于物料多次挤压，在衬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）物料挤压衬板造成衬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）物料相对衬板短程滑动，切削衬板形成磨屑。由于衬板在磨损最严重的部分，所以要采取一定的方法来提高它的耐磨性，延长它的使用时间，实际生产时往往同时从材质上和形状结构上来进行设计。在衬板的形状上，由于破碎时使用剪力的破碎效果最为明显，所以本设计采用剪力进行破碎，所以结构上采用梯形结构。梯形形状的衬板可以保证磨损程度最小，本设计衬板材料为ZGMn13。其厚度为45.6mm，总的长度为121.67mm，衬板的质量为371.3kg。4.4.4肘板及肘板座鄂式破碎机肘板（又称推力板、推动板） 有两个作用: 一是将破碎物料时由动鄂产生的破碎力传至机架后壁， 二是当破碎腔中落入非碎物料（如铁块） 时， 肘板断裂起过载保险作用. 但有些鄂式破碎机用压断方法设计的肘板， 过载时肘板不断裂， 起不到保险作用， 以致造成偏心轴折断或烧坏电机的大事故。 在鄂式破碎机质量检验标准中， 把肘板的断裂试验作为一项重要的检验项目。 肘板采用HT150，肘板座的材料采用ZG310为材料进行生产。其计算公式如下： （4.24）式中： 推力板中心线方向作用的外力 N；推力板的宽度 mm； 推力板的厚度 mm；推力板的计算许用应力 Mpa当破碎机中掉入非破碎物而要求肘板先行破坏时，在计算上可将许用应力提高25%30%。即肘板是过载保护件，在此选用HT150材料的Mpa则 =812.5845Mpa初定肘板宽度为85mm（mm） （4.25）综合考虑机器工作的各种情况，取肘板的厚度=34。4.4.5调整装置（1）楔块调整装置这种调整方法可以达到无级调整，调整时方便，不必停车，整省时间。但缺点是使机器尺寸和重量增加。（2）垫板调整装置这种方可以实现多级调整。可以使机器结构紧凑，降低机器的总重量。但这种装置一定要停车才能调节，所以比较浪费时间。某厂的维修工人对此进行了改进，即在机架的后壁上分别固定两个螺母，每个螺母都拧入一根丝杠。丝杠伸在机架外面的一端固定着滑轮，利用吊车转动滑轮，丝杠就可以推动肘板，使排矿口增大或减小。（3）液压调整装置是借助液压油缸来进行调节排矿口的位置。一种是用手压油泵向液压缸内压入干油，另一种是用电动油泵向液压缸内压入稀油。目前，新设计的鄂式破机调整装置都采用液压调整。本设计选用楔块调整装置，此种装置是一种比较老式的。 4.4.6机架破碎机机架是整个破碎机零部件的安装基础。它在工作中承受很大的冲击载荷，其重量占整机重量很大比例，铸造机架50，而且加工制造的工作量也较大。机架的刚度和强度，对整机性能和主要零部件的寿命均有很大的影响，因此，对破碎机机架的要求是：结构简单易制造，重量轻，且要求有足够的强度和刚度。整体机架比焊接机架刚性好，但制造较困难，特别是单件、小批量生产。本设计采用整体机架，用铸造的方法来实现。采用的材料HT200如图所示为整体铸造机架：图4.4整体铸造机架主视图设计时，在保证正常工作条件下，力求减轻重量，制造时要求偏心轴轴承中心镗孔，与动鄂心轴轴承的中心孔有一定的平行度。4.4.7偏心轴对于鄂式破碎机而言偏心轴是非常重要的零件，它可以起到连接皮带轮与动鄂的作用，它传递的是整个机器的扭矩，同时它还受到弯矩的作用。首先由经验类比初定轴的直径为200。（1）分析轴的受力：图4.5破碎机偏心轴受力情况偏心轴受到外力作用的地方有四处，分别是两个支撑偏心轴的轴承，受力为与支撑动鄂的两个轴承受力为，它们会产生弯矩。受力计算：（kN） （4.26）支反力: kN kN（kN） （4.27）（kN） （4.28）图4.6破碎机偏心轴弯矩图弯矩: （Nm） （4.29） （Nm） （4.30）（Nm） （4.31）（Nm） （4.32） 总弯矩:=77330-78409.8-22325.6+13862.4= -9542.4（Nm ） （4.33）（2）分析轴的扭矩。在外力的作用下，轴会产生扭矩，发生扭转变形，产生扭转变形的扭矩既有电动机产生的动力矩，又有动鄂产生的阻力矩。计算阻力矩：由于动鄂支撑力的作用，在偏心轴上会产生阻力矩，起到阻碍作用。此阻力矩与转角有关，其计算方法为： （4.34） 式中的参数： 阻力矩Nm；对动鄂的支撑力N；偏心轴的偏心距 m；偏心轴旋转变化角，当中0时最大。为此产生的阻力矩：（Nm） （4.35） 动力矩： 偏心轴在旋转时产牛的阻力矩需要动力矩来克服，主要由电机提供，其余的用电机先储存在飞轮中，然后再由飞轮提供。电机动力矩： （4.36）式中的参数： 电动机传递的力矩 Nm破碎机需要的功率 kw n主轴的转速 r/min（Nm） （4.37）在破碎机工作时，破碎机的电动机不能够提供所有的动力矩，特别是当阻力矩最大时，电动机动力矩不能满足阻力矩的需要，因此，在设计中用两个大飞轮来储存能量，同时两个飞轮也起到缓冲振动的作用，飞轮上的力矩：（Nm）