辊式破碎机设计

1 摘 要 本文对双齿辊破碎机的原理 结构进行了概括介绍 重点围绕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 为开发双齿辊破碎机开发提供了重要依据 同时对于开发双齿辊破碎机 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 关键词 矿用 双齿辊破碎机 参数研究 1 目 录 1 引言 1 1 1 研究的背景 1 1 2 研究的意义 1 1 3 破碎理论和破碎机的研究现状 1 1 4 本文主要研究内容及方法 6 2 理论概述 7 2 1 破碎理论 7 2 2 一般破碎机械 9 2 3 齿辊破碎机 11 3 齿辊破碎机参数设计 13 3 1 产品的技术参数 13 3 2 电机选型 13 3 3 传动机构的设计及计算 13 3 4 齿辊参数计算 19 3 5 键的选择及其校核 40 3 6 轴承校核 43 结 论 49 致 谢 50 参考文献 51 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 1 1 引言 1 1 研究的背景 随着我国经济的高速发展 这些行业每年所需经过碎磨工艺处理的物料呈现几何级数 增加 物料碎磨的作业日益显示其重要性 影响破碎过程的因素有很多 都与破碎设备性 能相关联 因此 设备性能的优劣将极大地影响到工作效率和能耗的高低 基于设备的节 能降耗 提高碎磨设备工作效率 不断优化碎磨作业 从而提高相关工业部门的经济效益 深入研究破碎理论并研制开发 高效 节能和环保的现代碎磨设备具有非常重要的现实 意义 利用外力将大颗粒变成小颗粒物料的过程称为物料破碎 其使用的相应设备称为破 碎机 破碎机被广泛用于冶金 矿山 煤炭 水利 建筑 建材 环保和化工等行业 据资料的统计分析 在大型选矿厂 用于破碎粉磨的生产费用通常占全部费用的 50 以 上 其投资约为选矿厂投资的 50 60 由此可看出 其在相应生产工艺中起着极其 重要的作用 更为重要的是 破碎过程还决定着后续工艺能否有效能进行 本文对双齿辊破碎机的原理 结构进行了概括介绍 重点围绕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 为开发双齿辊破碎机开发提供了重要依据 同时对于开发双齿辊破碎机 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 1 2 研究的意义 对于开发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 1 3 破碎理论和破碎机的研究现状 1 3 1 破碎理论的研究现状 针对破碎作业 许多学者试图采用定量分析的方法 建立破碎理论假设 揭示能量 消耗与物料粉碎状态之间的内在联系 在破碎理论的研究上 主要有三大粉碎功耗学说 及在三大学说的基础上发展起来的相关学说 1 面积学说 Von Rittinger P R 于 1867 年提出了著名的面积学说 认为外力破碎物体所做之功将 转化为新生表面积上的表面能 故粉碎能耗与粉碎时新生表面积成正比 即粉碎单位质 量物料的能耗与新生的比表面积成正比 如式 1 1 所示 式 1 1 dSdA 1 式中 生成新表面积所需的功 1 dAdS 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 2 比例系数 破碎质量为 Q 的矿石所需的功为 式 1 2 2 1 3 2 1 Dkd Dk Q dA 考虑到给矿和破碎产物为混合粒群 采用平均直径进行计算 积分后得 式 1 3 OP DD QKA 11 11 式中 2 1 1 k k2 K 破碎产物的平均直径和给矿的平均直径 P DoD 田中达夫于 1954 年根据极限表面理论 即当粉碎颗粒达到一定细度时 颗粒会出现 微塑性变形 颗粒会发生锻焊或焊合作用而相互聚合长大 使颗粒变粗 把该细度范围 称作粉碎极限 提出了有界粉碎能耗理论 如式 1 4 所示 式 1 4 ss ss K A o T ln 1 式中 比例系数 T K 极限比表面积 给料的比表面积 产物的比表面积 SSS O 列宾杰尔于 1962 年发现石英粉碎后 不仅存在极限比表面积 也存在塑性变形 且 机械的活化作用使石英无定形化 提出了粉碎石英所需能量的关系式 式 1 5 sl a ec s s a ec FoF ln 式中 机械效率 输入粉碎机的有用能量 e 比弹性变形能 c 比例系数 粉体形状系数 F a 比塑性变形能 l 无定形层的厚度 比表面自由能 面积学说着重在物料破碎后的新生表面积 面积学说理论认为破碎功全都是用来克 服新生表面物料原分子之间的内聚力 这一理论在较大破碎比时 与实验结果较为吻合 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 3 2 体积学说 吉尔皮切夫和 F 基克 1885 年 认为 外力粉碎物料所作的功 完全用于使物 料发生变形 当变形能储至极限 物料即被破坏 即为使几何相似的同种物料 粉碎成 形状相同的产品 所需的功与它们的体积或质量成正比 可用下式表示 式 1 6 KdVdA 2 式中 破碎体积为 dV 的物体所需要的功 2 dA K 比例系数 经积分计算后得 式 1 7 PO DDQKAlnln 22 式中 D KQ K 3 2 体积学说以弹性理论为基础 着重在于分析物料受外力作用而发生变形的程度 体 积学说对物料的其他性质 如表面形状 质地等未考虑 故一般较符合物料的压碎和击 碎过程 3 裂缝学说 1952 年 Bond FC 根据一般碎矿和磨矿设备得到的实验数据 建立了经验公式 式 1 8 PF F P W W 10 i 式中 F 给矿的 80 能通过方筛孔的宽 P 破碎后的产品的 80 能通过的方筛孔的宽 W 将 1 t 粒度为 F 的给矿破碎到产品粒度为 P 所消耗的功 功耗指标 i W 随后 Bond FC 对建立的经验公式进行进一步的解释 破碎矿石时 外力作用的功首 先使物体发生变形 当局部变形超过临界点 即生成裂口 裂口形成之后 储在物体内 部的形变能使得裂口扩展并生成断面 提出了著名的裂缝学说 即破碎物料所消耗的能 量与物料的直径或边长的平方根成反比 由于岩矿是具有裂缝和缺陷的非均匀固体 因此岩矿实际承受的极限破碎应力应小 于其理论强度 基于脆性物料的尺寸效应及韦布尔的统计推断 Holms JA 对脆性物料的 破碎进行了相应的理论研究 1957 年 Charles R I 综合了上述三大粉碎理论 提出了一个粉碎能耗的普遍公式 即 式 1 9 N x dx CdA 式中 C 与粉碎机械有关的系数 x 物料粒度 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 4 N 与物料特性有关的系数 积分可得 式 1 10 P O D D CA N x dx 当 N 分别取 2 1 和 1 5 时 就可分别得到 Von Rittinger P R 提出的面积学说公式 吉尔皮切夫与 F 基克的体积学说公式和 Bond F C 的裂缝学说公式 由于面积与体积破 碎理论所建立的功耗数学模型过于简单 不能全面反映物料粉碎的实际情况 而 Bond F C 理论来自试验数据的提炼与总结 故物料粉碎的能耗与产品粒度的关系也较符合实际情 况 4 其他破碎理论 Tkavova K 将破碎过程看作一个物理化学过程来研究 认为破碎过程一个不可逆的热 力学过程 1979 年首次从热力学的角度研究了破碎系统的内能 熵 自由焓等参数的变 化规律 并建立了热力学能量平衡方程式 式 1 11 QUUA im 式中 被破碎物料内能的增加量 m U 粉碎介质内能的增加量 i U Q 热损失 1985 年加巴洛夫从结构化学的角度研究了粉碎能耗问题 建立了关系式 式 1 12 ijij N i N i a ij ijn drrfA 12 11 式中 An 形成新生表面积所需的功 N1 构成 i 组原子的数量 N2 构成 j 组原子的数量 原子间的相互作用力 ijij rf r 原子间的距离 以三大粉碎功耗学说为代表的传统破碎理论在粉碎领域中起着重要的指导作用 促 进了物料破碎技术的发展 但三大粉碎功耗理论都有各自的适用范围 具有一定的片面 性 已不能满足破碎工业的发展 因此 建立完整的 系统的粉碎功耗理论 全面揭示物 料粉碎的机理成为必要 1 3 2 破碎机的研究现状 破碎机按照工作原理和结构特征可分为颚式破碎机 旋回式破碎机 圆锥破碎机 辊式破碎机和冲击式破碎机 1 颚式破碎机 美国人 B ake E W 发明了颚式破碎机 由于其结构简单 容易制造 工作可靠 使 用维修方便等优点 在矿山 冶金 建材 筑路 水利 化工 煤炭多种行业中得到广 泛应用 为了改善颚式破碎机性能和提高工作效率 国内外研制出各种颚式破碎机 主 要有 简摆双腔颚式破碎机 该破碎机不仅具有大破碎比 产品粒度细 而且使间歇运动 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 5 变成连续工作 提高了破碎机工作效率 双动颚颚式破碎机 该破碎机在动颚破碎机的 基础上拆除了破碎机的前墙 由 2 个破碎机对置而成 并在偏心轴上设计了一对开式齿 轮 保证了两动颚的同步运转 双动颚颚式破碎机具有可强制排料 生产能力较高和使 用寿命较长等特点 外动颚匀摆颚式破碎机 该机将动颚与连杆分离 动颚为连杆上的延 伸部分 因此改变机构参数即可调整动颚运动轨迹 连杆作为破碎机的边板 并把动力 传递给动颚 碎比大等优点 振动颚式破碎机利用不平衡振荡器产生的离心惯性力结合 高频振动对矿石进行破碎 具有破碎强度大 破碎比高等特点 2 旋回式破碎机 旋回式破碎机是大型矿石破碎和坚硬物料破碎的典型设备 广泛应用于黑色 有色 冶金 建材 化工和水利等行业 旋回式破碎机由上机架构成定椎体 动锥安装在主轴 上 动锥和定锥均安装衬板 构成破碎腔 由电动机通过传动装置带动动锥运动 实现 对矿石的连续破碎 矿石靠重力排出 由于旋回式破碎机采用连续破碎的方式 因此其 生产能力大 与颚式破碎机相比 旋回式破碎机的生产量是其 2 倍以上 因此 旋回式破 碎机主要具有大破碎比 高产量 产品粒度细 节能和高效等优点 3 圆锥破碎机 圆锥式破碎机可用于破碎细碎和中碎等不同硬度的物料 是一种连续作业 效率较高的 破碎设备 在矿山企业中应用非常广泛 弹簧式圆锥破碎机由内锥 外锥和动力部分组成 利用安装在主轴上的偏心套驱动 动锥做旋摆运动 动锥衬板时而靠近时而离开固定锥衬板 使得物料在腔内不断被挤压 和弯曲 从而产生破碎 液压圆锥破碎机简化了破碎机的结构 利用液压装置调整排矿 口 目前液压圆锥破碎机主要有底部单缸 上部单缸 周边单缸 高能液压圆锥破碎机 等多种形式 4 辊式破碎机 辊式破碎机利用 2 个转动的圆柱形棍子 矿石受到挤压和磨剪的作用破碎 当矿石 达到粒度要求则从两辊之间排出 按辊子数目 辊式破碎机分为单辊 双辊和双段三 辊 双段四辊 4 种 按照辊面形状 分为光面辊机和齿面辊机两种 辊式破碎机具有结 构简单 紧凑 轻便 工作可靠 调整破碎比较方便 可对含水物料进行破碎等优点 MMD 双齿辊式破碎机是英国 MMD 公司开发的一种破碎机 与传统破碎机相比 该机采用 体积压缩原理 利用剪切和张力的作用破碎物料 MMD 的双齿辊破碎机的 齿又高又大 直接影响到物料通过两辊间隙时的速度 吃料与排料能力 而且辊间间隙 也比普通辊式破碎机的大得多 该型破碎机体积小 功耗低 生产率高 出料粒度均匀 特别适于矿山破碎作业 5 冲击式破碎机 冲击式破碎机分为锤式和反击式两种 锤式破碎机利用高速旋转的锤子冲击和物料 自身撞击到衬板而破碎 当物料达到粒度要求后 从下部的筛条缝隙中排出 锤式破碎 机适用于中细碎中等硬度及脆性的物料 具有生产效率高 破碎比大 构造简单 尺寸 紧凑 功耗较少 维护简单等优点 反击式破碎机由转子高速旋转 物料进入后 与转子上的板锤撞击破碎 然后又被反 击到衬板上再次破碎 从出料口排出 反击式破碎机将打击 反击 离心冲击 剪切 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 6 研磨有机结合在一起 具有破碎效率高 出料细而均匀 易损零件少 维护保养方便 能耗 低等特点 目前 反击式破碎机分为立式和卧式两种 1 4 本文主要研究内容及方法 1 4 1 研究内容 1 概括介绍了双齿辊破碎机的原理 结构 2 围绕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 3 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 为开发双齿辊破碎机开发提供了重 要依据 1 4 2 研究方法 1 理论分析法 利用已有知识 专业学术类书籍对齿辊破碎机进行理论层次的 分析研究 2 文献资料法 利用以前掌握的文献查找相关书籍对齿辊破碎机进行分析研究 3 网络分析法 利用网络的优势查找相关资料对齿辊破碎机进行分析研究 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 7 2 理论概述 2 1 破碎理论 破碎是相当复杂的 它与被破碎物本身的性质 物料的均匀性 硬度 密度 钻度 料块的形状和含水率 以及所选择的机械装备等有关 破碎物料时所加的外力除了使物 料块发生相对移动和转动外 还使物料破碎 确定破碎时所消耗的功与被破碎物料的破 碎程度之间的关系是相当重要的 破碎的现有理论中以表面理论 体积理论 裂缝理论为最普遍 虽不能得到十分精 确的结论 但可作为选型或设计时的参考 2 1 1 表面理论 该理论认为破碎时所消耗的功与被破碎物料新形成的表面积成正比 一般情况下 当将边长为 lcm 的立方体分成边长为 1 ncm 的小立方体时 可得到 个小立方体 分割平面数为 3 n 1 所消耗的总功为 3P n 1 3 n 假设将上述立方体物料分割成边长分别为 1 m cm 和 1 m cm 的小立方体 12 则其所消耗的功之比为 Pm1 Pm2 3P m1 1 3P m2 1 m1 1 m2 1 式 2 1 当 m1 和 m2 相当大时 可以写成 Pm1 Pm2 m1 m2 由此可见 破碎所消耗的功与 物料的破碎度成比例 2 1 2 体积理论 该理论是指破碎物料所消耗的功等于使物料变形直到在物料内部产生极限应力 抗 压极限强度 所消耗的功 根据虎克定律 压缩时物料内部产生的应力与应变成正比 即 E 式 2 2 式中 物料内部应力 N m 2 物料的应变 E 物料弹性模量 N m 2 设 N 为使物料变形的外力 A 为物料横截面面积 L 为物料的缩短变形量 L 为物 料的原始长度 那么 N A L L 从而 N A E L L 得出 L NL EA 其中 L E A 为常量 则 L 与 N 的关系为直线关系 则使物料变形 L 所消耗的 功 W 就为 W N L 2 N L 2EA 2 物料内部产生的应力 N A 代人上式可得 W AL 2E 2 AL 即为物料的体积 所以 W V 2 E 2 当要将物料破碎断裂时 应力 达到了物料的抗压强度极限应力 从而可得到 b 物料破碎时所消耗的功为 W V 2E 破碎b 2 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 8 由此可见 对每种物料而言 和 E 均为定值 则功 W与体积 V 成正比 b破碎 因为当应力大于强度极限时物料方可破碎 而大多数岩石都不符合变形的虎克定律 实验表明 体积理论仅可用于粗略计算靠冲击力或压力进行破碎的机械所消耗的功 2 1 3 裂缝理论 对粉碎过程的输入功与粉碎前后物料潜能变化之间的关系的一种解释 是美国邦德 F c Bond 和中国王仁东于 1950 年共同提出的 又称粉碎第三定律 他们认为粉碎 物料的外力所作的功 与物料新生成的裂缝长度成正比 他们以通用的破碎和磨碎设备 作试验得到的资料 整理成如下的经验公式 式 2 3 1010 Fp i DD WW 式中 D 为给料中 80 能通过的方孔筛的孔宽 um D 为产品中 80 能通过的方孔 FP 筛的孔宽 um W 为将 907 18kg 1 短吨 粒度为 D 的给料破碎到产品粒度为 D 所 FP 耗的功 kw h st Wi 为功指数 表示将 理论上无限大的粒度 破碎到 80 可以通过 100um 筛孔时所需的功 kw h st 对这一经验公式 邦德的理论解释为 物料破碎后 外力所作的功首先是使物体发生变形 一旦局部变形超过临界点时 即发生垂直于表面 的裂口 裂口形成之后 储存于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积上的表面能 其他部分则因摩擦而成为热损失 因此 破碎物 料所需的功 应当考虑形变能和表面能两项 由于形变能与体积成正比 而表面能与表 面积成正比 如果等量地考虑这两项影响 则所需的功应同它们的几何平均值成比例 即与即与 D 为颗粒的直径 成比例 对于单位体积的物料 则与与 2 5 23 DDD 2 5 D 1 D 成比例 输入功用于形成裂缝 它与裂缝长成正比 而输入功又是与与 1 D 成正 2 5 D 比 则与 1 D 就有裂缝长的意义 由此 采用与面积学说和体积学说相似的方法 可 2 5 D 以得出 式 2 4 B AQkB 11 FP DD QkB 1 1 0 i D 式中为比例系数 A 为粉碎重量为 Q 的物料所需的功 D 和 D 为给料直径 D B k 0F 为产物直径 i 为破碎比 按此式计算功耗时 其平均直径应采用调和平均径的平方 P 功指 W 是粉碎工艺参数 表示物料抵抗粉碎的能力 它并不是一个确定不变的数 用邦 德提出的传统试验方法测得的数 称为标准试验功指 W 依据测定的方法和粉碎的粒度范围的不同 邦德功指数又分为邦德冲击破碎功指数 棒磨功指数和球磨功指数 功指数在选矿厂设计 选矿的科学研究和生产控制 管理诸 方面得到了日益广泛的应用 裂缝学说也可用来解释细碎和粗磨过程中输入功与磨碎前 后物料潜能变化之间的关系 2 2 一般破碎机械 破碎机械是对固体物料施加机械力 克服物料的内聚力 使之破裂成小块物料的设 备 破碎机械所施加的机械力 可以是挤压力 辟裂力 弯曲力 剪切力 冲击力等 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 9 在一般机械中大多是两种或两种以上机械力的混合 对于坚硬的物料 适宜采用产生弯 曲和辟裂作用的破碎机械 对于脆性和塑性的物料 适宜采用产生冲击和辟裂作用的机 械 对于粘性和韧性的物料适宜采用产生挤压和碾磨作用的机械 通常的破碎过程 有粗碎 中碎 细碎三种 其入料粒度和出料粒度 如表 1 1 所示 所采用的破碎机械相应地有粗碎机 中碎机和细碎机三种 表 2 1 物料粗碎 中碎 细碎的划分 mm 类别入料粒度出料粒度 粗碎300 900100 350 中碎100 35020 100 细碎50 1005 15 工业上常用物料破碎前的平均粒度 D 与破碎后的平均粒度 d 之比来衡量破碎过程中 物料尺寸变化情况 比值 i 称为破碎比 即平均破碎比 i D d 式 1 1 为了简易地表示物料破碎程度和比较各种破碎机的主要性能 也可用破碎机的最大 进料口尺寸和最大出料口尺寸之比来作为破碎比 称为标称破碎比 在实际破碎加工时 装入破碎机的最大物料尺寸 一般总是小于容许的最大进料口 尺寸 所以 平均破碎比只相当于标称破碎比的 0 7 0 9 破碎机械常用的类型有 颚式破碎机 圆锥破碎机 旋回式破碎机 锤式破碎机和 辊式破碎机等 颚式破碎机广泛运用于矿山 冶炼 建材 公路 铁路 水利和化工等行业 根据 其结构不同可分为复摆颚式破碎机 即单复摆颚式破碎机 和简摆颚式破碎机 复摆颚 式破碎机适用于粗 中碎抗压强度 250mpa 以上的各种矿石岩石 简摆颚式破碎机则可以 破碎各种硬度的矿石和岩石 且特别适用于破碎各种硬度的磨蚀性强的石料 复摆颚式破碎机工作时 电动机通过皮带轮带动偏心轴旋转 使动颚周期地靠近 离开定颚 从而对物料有挤压 搓 碾等多重破碎 使物料由大变小 逐渐下落 直至 从排料口排出 辊式破碎机工作可靠 维修简单 运行成本低廉 排料粒度大小可调 按照辊子数 量可分为单辊破碎机 双辊破碎机和多辊破碎机 一般是四辊 等 按照辊面特征 可 分为光面辊和带齿辊两种 单辊破碎机 用于破碎石灰石 煤等物料 物料块在辊子与带齿板间被轧碎 表 2 2 单辊破碎机的技术规格 规格 mm 辊子 转速 r min 进料粒度 mm 卸 料粒度 mm 电 动机 功率 kw 生 产率 t h 外形尺寸 mm 长 宽 高 整机 质量 t 915 1 830 567000 225 35085 0 5660 4330 3370 80 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 10 1500 2800 6300 1000 2500 200554007267 3250 1735 32 8 1500 2140 5 240250 300 7136 2600 1810 27 13 1000 1300 1200 750 300 100 300 13604700 2250 1116 8 1 双齿辊破碎机主要适用于矿山 冶金 化工 煤矿等行业脆性块状物料的粗 中级 破碎 其入料粒度大 出料粒度可调 可对抗压强度 160MPa 的物料进行破碎 其结构 紧凑 且破碎力由内部机构承受 基础不受力 特别适用于移动式设备 也广泛适用于 各种场合的物料破碎 破碎机充分利用脆性材料的抗弯 抗剪强度比抗压强度低的特点 采用交叉布齿 使破碎齿受力均匀 降低能耗 采用大齿 小辊 螺旋布齿 多破碎盘 的结构 有更强的挟制大块能力 重复破碎少 生产能力强 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且可调整出料粒度 使碎后粒度均匀 齿辊转速 低 磨损小 燥音低 粉尘小 被破碎物料经给料口落入两辊子之间 进行挤压破碎 成品物料自然落下 遇有过硬或不可破碎物时 辊子可凭液压缸或弹簧的作用自动退让 使辊子间隙增大 过硬或不可破碎物落下 从而保护机器不受损坏 相向转动的两辊子 有一定的间隙 改变间隙 即可控制产品最大排料粒度 双辊破碎机是利用一对相向转 动的圆辊 四辊破碎机则是利用两对相向转动的圆辊进行破碎作业 表 2 3 双辊破碎机的技术规格 规格 mm 辊 子转速 r min 进 料粒度 mm 卸 料粒度 mm 电 动机功 率 kw 生产 率 t h 外形 尺寸 mm 长 宽 高 整机 质量 t 0 100 125 0 125 150 900 90037 5 800 0 150 28 180 3217 1694 4 198 13 27 0 100 55 0 75 45 0 50 35 双 齿 面 辊 450 45064 100 200 0 8 20 2260 2206 7 66 3 765 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 11 25 四辊破碎机是一种冶金矿山设备配套中 细碎产品 也可通过调整上 下辊的间隙 破碎所需粒度的物料 表 2 3 四辊破碎机的技术规格 规格 mm 辊 子转 速 r min 进料粒 度 mm 卸料粒 度 mm 电动 机功 率 kw 生 产率 t h 外形尺 寸 mm 长 宽 高 整机 质量 t 83 381 303 8 5535 40 1200 1000 153 166 204 10 7550 60 9610 5660 4325 67 10810 0 28189000 700 18940 2 10 2016 4175 3150 3147 27 6 4 2 3 齿辊破碎机 本设计所涉及的的辊颚破碎机结合了颚式破碎机和齿辊破碎机的优点 使生产能力 得到了很大的提高 出料粒度的均一性得到了很好的保证 使物料得到了有效的破碎 这是有生产的实践为证的 因该种机械的新的一面 所以尚未有成熟的计算方法对其进 行精确的计算 只能在传统破碎机械计算的基础上 结合生产实践 对其进行粗略的估 算 其结构图大致如下所示 1 带式输送机 2 小齿辊 3 大齿辊 4 颚板 5 电机 6 电机调整部件 7 箱体 8 箱体底座 9 料度调整系统 10 拉杆部件 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 12 图 2 1 齿辊破碎机结构简图 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 13 3 齿辊破碎机参数设计 3 1 产品的技术参数 破碎物料抗压强度 160MPa 入料粒度 800mm 出料粒度 80mm 处理量 2000t h 左右 大齿辊转速 120r min 左右 小齿辊转速 160r min 左右 3 2 电机选型 3 2 1 电机功率计算 对于功率的计算采用如下的近似理论计算方法 本方法是基于电机的功率应该与单 位时间的破碎物料的功耗相同的原则 即认为电机的功率应如下求得 F QW 其中 Q 破碎机的生产能力 t h W 单位生产量的功耗 kWh t 破碎机的传动效率 采用 Rittinger 法确定单位生产量的功耗 即 式 2 1 11 11 ii AE mW m Bond 功指数 煤的 Bond 功指数为 7 91KW h t E 占排料粒度 80 以上的组成部分的粒度尺寸 um A 占给料粒度 80 以上的组成部分的粒度尺寸 um i 常指数 取 0 45 0 5 3 2 2 电机选择 由于是所设计的破碎机的新颖性 暂时还没有成熟的功率计算方法 故参考上述传 统破碎机械电机功率的计算方法 结合生产实践的经验 估取电机功率为 160Kw 选择佳 木斯电机股份有限公司的 YB355S 6 的电机 其主要参数如下 额定功率 160KW 转速 980r min 效率 0 94 功率因数 0 87 输出轴径 90mm 3 3 传动机构的设计及计算 根据上述所得的电机及齿辊转速 初步确定电机至大齿辊间的减速比为 i 980 120 8 17 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 14 电机至小齿辊间的减速比为 I 980 160 6 13 根据生产实践经验 选定电机至大齿辊间的减速传动机构为一对带轮和一对齿轮 结合带轮和齿轮的传动特点 取带轮间的减速比为 1 6 齿轮间的减速比为 5 2 电机至 小齿辊间的减速传动机构则在电机至大齿辊间减速传动的基础上再加上两个介轮和一个 齿轮 它们的具体设计如下述所示 3 3 1 带传动的设计计算 参考机械工业出版社出版的 机械设计手册 第二版的第四卷 已知输入轴转速 n 980r min 输入功率 P 160kw 1 1 设计功率 由表 33 1 2 查得共况系数 1 6 d P A K P 1 6 160 256kw d P A K 2 选定带型 根据 256kw 和 980r min 由图 33 1 2 确定为 E 型带 d P 1 n 3 小带轮基准直径及大带轮基准直径 参考表 33 1 18 和图 33 1 2 取 1 d d 2 d d 560mm 取传动比 i 1 6 弹性滑动系数 0 02 则大带轮基准直径 1 d d i 1 1 6 560 0 98 878 1mm 2 d d 1 d d 由表 33 1 18 取 900mm 2 d d 4 大带轮轴实际转速 2 n 1 560 0 98 980 900 597 58r min 2 n 1 d d 1 n 2 d d 5 带速 v v 60 1000 560 980 60 1000 28 72m s 1 d d 1 n 不超过 30m s 符合要求 5 初定轴间距 按要求取 0 7 0 7 560 900 1022mm 0 a 1 d d 2 d d 6 所需基准长度 0 d L 2 2 4364 5mm 0 d L 0 a 1 d d 2 d d 4 0 2 12 add dd 由表 33 1 7 选取基准长度 4660mm d L 7 实际轴间距 a a 2 1170mm 0 a d L 0 d L 8 安装时所需最小轴间距 min a a 0 0015 1101 1mm min a d L 张紧或补偿伸长所需最大轴间距 max a a 0 02 1263mm max a d L 9 小带轮包角 0 180 0 3 57 12 add dd 0 163 10 单根 V 带的基本额定功率 根据 560mm 和 980r min 由表 33 1 17 g 查得 E 型带 31 35kw 1 d d 1 n 1 P 11 考虑传动比影响 额定功率的增量 由表 33 1 17g 查得 6 06kw 1 P 1 P 12 V 带根数 z 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 15 z 式 2 2 d P 1 P 1 P L KK 由表 33 1 13 查得 0 96 由表 33 1 15 查得 0 9 则 K L K Z 256 31 35 6 06 0 96 0 9 7 92 取 z 8 根 13 单根 V 带预紧力 0 F 500 2 5 1 zv m 式 2 3 0 F K d P 2 v 由表 33 1 14 查得 m 0 17kg m 则 500 2 5 0 96 1 256 8 28 72 0 17 1635 52N 0 F 2 72 28 14 压轴力 r F 25880 88N 2 sin 2 0 zFFr 15 带轮结构和尺寸 由 YB355S 6 电动机可知 其轴伸直径 90mm 长度 L 170mm 故小带轮轴孔直 0 d 径应取 90mm 毂长 L 170mm 0 d 由表 33 1 22 查得 大带轮和小带轮结构都为六椭圆辐轮 轮槽尺寸及轮宽按表 33 1 20 计算 参考图 33 1 5 典型结构 画出小带轮工作图 见 图 图 2 1 小带轮 大带轮的示意图如图所示 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 16 图 2 2 大带轮 3 3 2 齿轮传动设计计算 传递功率 P 152kw 主动齿轮转速 597 58r min 1 n 1 选择齿轮材料 查表 8 17 小齿轮选用 20CrMnTi 调质渗碳淬火 回火 硬度 56 62HRC 大齿轮选 用 20CrMnTi 调质渗碳淬火 回火 硬度 56 62HRC 2 按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算 设计计算公式 齿轮模数 m mm 式 2 4 3 2 11 2 FSaFad YYZKT 确定齿轮传动精度等级 按 0 013 0 022 估算圆周速度 t v 3 11 nPn 5 3m s 参考表 8 14 和表 8 15 选取 公差组 8 级 t v 齿宽系数 查表 8 23 按齿轮相对轴承为悬臂布置 取 0 5 d d 小轮齿数 在推荐值 20 40 中取 24 1 Z 1 Z 取传动比 i 5 2 则 125 齿数比 u 5 208 2 Z 传动比误差 u u u u 5 208 5 2 5 2 0 0015 在 5 范围内 小轮转矩 由式 8 53 得 1 T 9 55 P 2 34 N mm 1 T 6 10 1 n 6 10 载荷系数 K 由式 8 54 得 K A K K v K K 使用系数 查表 8 20 得 1 75 A K A K 动载荷系数 查图 8 57 得初值 1 21 v K vt K 齿向载荷分布系数 查图 8 60 得 1 27 K K 齿间载荷分配系数 由式 8 55 及得 K0 1 88 3 2 cos 1 721 21 1 1ZZ 查表 8 21 并插值得 1 242 则载荷系数 K 的初值 3 34 K t K 齿形系数 查图 8 67 小轮 2 08 Fa Y 1Fa Y 大轮 2 16 2Fa Y 应力修正系数 查图 8 68 小轮 1 58 Sa Y 1Sa Y 大轮 1 83 2Sa Y 重合度系数 由式 8 67 得 Y 0 25 0 75 0 686 Y 许用弯曲应力 由式 8 71 有 F F FxNF SYY lim 弯曲疲劳极限 查图 8 72 得 850N limF 1limF 2 mm 740 N 2limF 2 mm 弯曲寿命系数 查图 8 73 得 1 N Y 1N Y 2N Y 尺寸系数 查图 8 74 得 1 x Y x Y 安全系数 查表 8 27 得 1 6 则 F S F S 531 N 463 N 1F 2 mm 2F 2 mm 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 17 故齿轮模数 m 的设计初值 t m 6 91mm t m 3 2 11 2 FSaFad YYZKT 取 7mm t m 小轮分度圆直径参数圆整值 1t d 168mm 1t d 1 Z t m 圆周速度 v V 60000 5 2539m s 1 1 nd t 与估取 5 2 很相近 对取值影响不大 不必修正 t v v K v K 1 21 K 3 34 v K vt K t K 齿轮模数 m 7mm t m 小轮分度圆直径 1 d 168mm 1 d 1t d 大轮分度圆直径 2 d m 875mm 2 d 2 Z 中心距 a a m 2 521 5mm 21 ZZ 齿宽 b b 83mm min1tdd 大轮齿宽 2 b b 83mm 2 b 小轮齿宽 1 b 5 10 88mm 1 b 2 b 3 按齿面接触疲劳强度校核计算 由式 8 63 知 HHEH budiuKTZZZ 2 2 11 弹性系数 查表 8 22 得 189 8 E Z E Z 2 mmN 节点影响系数 查图 8 64 0 得 2 5 H Z0 21 xx H Z 重合度系数 查图 8 65 0 得 0 88 Z Z 许用接触应力 由式 8 69 得 H H HWN SZZ H lim 接触疲劳极限应力 查图 8 69 得 1limH 2limH 1650MPa 1620MPa 1limH 2limH 接触强度寿命系数 查图 8 70 得 1 N Z 1N Z 2N Z 硬化系数 查图 8 71 及说明得 1 W Z W Z 接触强度安全系数 查表 8 27 按一般可靠度取 1 1 则 H S H S 1500 MPa 1H 1473 MPa 2H 又 988 MPa 1H 1H 960 MPa1200mm 时 n 160 42 B r min 式中 B 的单位是 m 3 动颚行程 破碎机的行程是指动颚下端的摆幅 它与偏心轴偏心距 颚板斜角等有 关 一般是 s 2 2e 式中 s 为动颚行程 e 为偏心距 行程与最小出料口尺寸必须保持一定关系 通常最小出料口尺寸是 min d min 2 5 3 0 ds 而进料口宽度 a 与之间的关系是 min d a 9 10 min d 4 4 生产能力的影响因素分析 以上介绍的几个颚式破碎机生产能力的计算公式揭示了颚式破碎机生产能力与其结 构参数 动颚下端点的水平摆动行程 S 给料口尺寸 B L 排料口宽度 b 工艺参数 动颚摆动次数 n 啮角 和物料性质 密度 松散系数 等之间的函数关系 为 提高颚式破碎机生产能力提供了科学依据 1 适当提高颚式破碎机动颚摆动次数是提高其生产能力的重要途径之一 颚式破碎机理论生产能力是随着动颚摆动次数 n 的增高而增大的 当动颚摆动次数 n 增高至某一最佳数值 n 时 破碎机能够获得最大的生产能力 当动颚在超最佳摆动次数 下摆动时 其生产能力将随着动颚摆动次数的增高而降低 同时 实验研究的结果也证 明了这一规律 然而 现有颚式破碎机动颚的摆动次数都选择得比较低 特别是大型简 摆颚式破碎机和小型复摆颚式破碎机 但因颚式破碎机具有较大的运动质量 如果动颚 的摆动速度过快 所产生的惯性力就会比较大 这又将使机器及其基础发生振动 使偏 心轴回转不均匀 同时所消耗的功率也较大 并可能引起轴承发热 故其速度也不能过 高 因此在破碎机其它有关参数不变化的情况下 适当增高现有颚式破碎机动颚摆动次 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 21 数 n 以提高其生产能力是可能的 其增高幅度建议在原有破碎机摆动次数的基础上增高 10 15 大型破碎机取小值 中小型取大值 2 适当减小颚式破碎机啮角是提高其生产能力的又一重要途径 颚式破碎机生产能力在一定条件下与啮角的正切成反比 同时 从 Bond F C 理论 知 颚式破碎机生产能力与其啮角成直线关系 即破碎机的相对生产能力随修正系数 成正比例变化 K 1 1 432 7 0 384 式 2 8 K 式中为颚式破碎机的啮角 rad 将颚式破碎机的定颚破碎板和动颚破碎板都倾斜安装 并尽量使二者倾斜安装的角 度和接近相等 可使其生产能力的相对值提高 4 左右 1 2 由国内外有关实验证明 适当减小啮角亦可提高颚式破碎机生产能力 因为啮角 减小 物料在破碎腔中完全被破碎所需要的动颚挤压次数减少了 并使得破碎腔上部 区域的处理能力比从排料口排出的能力增大 这样破碎腔中总备有需要排出的产品 而 不致因破碎不及时而影响排料 例如 原苏联学者巴乌曼 BA 用 400 X 600 颚式破碎机破 碎抗压强度为 300 MPa 的花岗岩时 将啮角由改为后 生产能力提高了 40210 30170 20 40 吉斯淦和高登等都分别进行了减小啮角的试验 认为啮角的大小对破碎机 的生产能力有很大的影响 具体结果见表 2 1 表 2 1 啮角对生产能力影响的实验结果 国内某石矿将 PEF 400 X 600 颚式破碎机的啮角在原设计的基础上减小 其生2230 产能力亦提高了 20 由上述分析和实验结果可以看出 适当减小啮角是提高颚式破碎机生产能力的又 一重要途径 但是 必须注意 啮角的减小会导致破碎比减小 使破碎产品粒度相应增 大 因此 减小啮角还必须认真考虑破碎工段对物料粒度的要求 其具体实施方法 应视具体情况而定 如对新设计的颚式破碎机可广泛参考国内外 的实践经验 在保证满足破碎粒度要求的前提下 尽量将啮角选择得小一点 国外就 曾经选取到 左右 如对现有颚式破碎机进行改造 可采用普通碳素钢锻制成数条 0 15 斜铁 其条数视破碎机规格大小而定 将其按定颚板纵向筋布置 用焊接方法固定于机 架前壁的内侧 于是颚式破碎机的啮角将从减小至 0 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 22 a 定颚破碎板垂直安装 b 两破碎板倾斜安装 图 2 6 啮角对生产能力之影响 当定颚破碎板垂直安装时 改造后的相对生产能力可按下式确定 K 式 2 9 Hbtg Htgbtg K 1 0 0 如果颚式破碎机的两破碎板都倾斜安装 啮角 那么其相对生产能力 1 2 则为 K 式 2 10 201 21 tgHbtg tgtg K 式中 当斜铁大头的尺寸 b 小于 Htg时 分母中 tg取 bo H 取 一 反之 1 1 b 大于 Htg时 分母中 tg取 一 bo H 则取 1 1 3 适当增大破碎机排料口宽度 b 和动颚下端点水平摆动行程 S 是提高其生产能力 的重要途径之三 从破碎机生产能力的计算公式亦可明显看出 生产能力与排料口宽度 b 和动胯下端 点水平摆动行程 S 有着极为密切的关系 即随着 b 和 S 的增大 生产能力也是明显提高 的 而且已为实践所证实 因此 在设计 选择和改造颚式破碎机时 可以通过合理确 定排料口宽度 b 和摆动行程 S 以提高颚式破碎机生产能力 特别是用于二次破碎的颚式 破碎机更应该在这方面下功夫来提高其生产能力 但是 这与传统的 排料口尺寸一般 与破碎产品的尺寸大体相同或小一些 的观念是相对立的 因此 具体实施时 必须完 全满足下述条件 1 适当增大排料口宽度 b 其增大范围可定为破碎机破碎腔长度 L 的 0 025 0 05 倍 2 适当增大动颚的下端点水平摆动行程 S 其增大量可控制在 0 05 0 10L 范围 内 3 在同时满足上述两条件的基础上 必须使给入破碎机的物料量大致等于破碎机 的通过量 以保证破碎机破碎腔中的物料形成层状密实充填的流动状态 一边连续不断 地给入被破碎物料 一边利用动颚的摆动所产生的压缩作用给予破碎腔中的物料以充分 中国矿业大学中国矿业大学 20142014 成人教育本科毕业设计成人教育本科毕业设计 23 的压实度和高压缩比使之破碎 这种方法的破碎机理是以料层压缩现象为基础的 采用 后不仅可以获得小粒度 接近方状的破碎产品 而且能使破碎成品数量成倍地增加 不过 在应用这种方法时还必须注意 其一 物料的松散密度与其真实密度之比值不 能超过 80 否则就不能被压缩 破碎机也就不能运转 其二 通过破碎机的物料要经过 适当筛分 使大于所需尺寸的物料再返回破碎机进行破碎 直至破碎成所需要的产品 4 将破碎腔形状改造为曲线型破碎腔是提高其生产能力的重要途径 颚式破碎机的破碎腔形状是决定其生产能力的重要因素之一 破碎腔的形状有直线 型和曲线型 直线型破碎腔是指定 动胯上敷设的破碎板纵断面都为直线 其啮角为恒 定 曲线型破碎腔则是将定 动颚破碎板或者其中之一的纵断面设计为曲线 且曲线从上 往下按啮角逐渐减小的原则设计 即称为变啮角破碎腔 在变啮角的曲线型破碎腔中 各连续水平面间形成的梯形断面的体积 从破碎腔中部往下是逐渐增加的 因而物料间 的空隙也增大 这样有利于物料的排出 同时 由于曲线型破碎腔的排料口附近有一段 接近于平行的区间 因而破碎机的堵塞点也会由排料口往上移动一段平行区间的长度 这不仅保证了在排料口附近不易发生堵塞现象 加快已破碎物料的流通 而且破碎板的 使用寿命也将延长 因此 采用曲线型破碎腔可显著地提高其生产能力 这也已为国内 外大量的实践所证实 曲线形状有多种多样 实验研究的结果表明 在啮角许可范围内 将定 动破碎板 之一的上 下部设计成对称的 Gauss 曲线 其中部采用直线 另一破碎板则设计成直线 这被认为是破碎物料的理想条件 其曲线方程式为 式 2 11 5 0exp 2 kxCy 式 2 12 2 1 ln exp m sb B sbC 式 2 13 1 ln2 2 2 1 mH sb B k 式 2 14 1 Hhm 式 2 15 hHH 1 式中 H 破碎腔高度 mm h 动颚悬挂点至给料口水平的高度 mm 其它符 号的意义