PE600X900复摆颚式破碎机设计

1 摘 要 颚式破碎机在工矿企业被广泛的应用 这是因为该机构结构简单 机型齐全并已大 型化 颚式破碎机经过 100 多年的实践和不断改进 其机构已日臻完善 随着社会的发展 需求破碎的要求不断提高 对产品和产品的质量也大大的提高了 破碎机的机型已经发 展到很多种了 本文主要是对复摆颚式破碎机设计研究 复摆颚式破碎机是因为其动颚在其它机件 的带动下作复杂的一般平面运动而得名 其动颚上的轨迹一般为封闭曲线 复摆破碎机 由于偏心轴负荷大一般制成中型和小型的 其破碎比可达 10 复摆颚式破碎机在工作时 偏心轴作逆时针旋转 对所装入的物料有向下退并夹持作用 该机型垂直摆幅下大上小 有利于出料口处动颚将成品推出 由于整块动颚作复杂运动因此对物料块不但起挤压 劈裂 弯折作用 还能起碾搓作用 故可破碎稍微粘湿的物料 采用正支撑复摆颚式破 碎机 动颚下部的特性值 m 很大 使得动颚和定颚的衬板磨损很快 但却具有较高的生 产能力 由实际生产说明 正支撑式颚式破碎机的结构形式具有动颚轨迹分布合理 生 产能力高 结构更简单等优点 使其得到广泛应用 关键词 动颚 V 带选择 轨迹优化 磨损 1 目 录 前 言 1 1 复摆颚式破碎机的发展与特点 3 1 1 复摆颚式破碎机的应用 3 1 2 复摆颚式破碎机的特点 3 2 总体设计过程 6 2 1 基本结构和工作原理 6 2 2 主要参数 8 2 3 主轴转速n 12 2 4 生产能力Q 13 2 5 破碎力 14 2 6 功率P 16 3 机构各部分的设计 17 3 1 机构各部分杆长的确定 17 3 2 V 带及带轮的设计 18 3 3 偏心轴主要尺寸的确定 20 3 4 复摆颚式破碎机的动颚的工作过程分析及优化设计 23 3 5 偏心轴改进 28 4 复摆颚式破碎机的安装与维护 30 4 1 复摆颚式破碎机的安装与运转 30 4 2 复摆颚式破碎机常见故障 31 结 论 32 谢 辞 33 参考文献 34 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 1 前 言 从第一台颚式破碎机问世以来 至今已有 140 余年的历史 在此过程中 其结构得 到不断的完善 而颚式破碎机的结构简单 安全可靠 石料可供破碎机械来进在基本建 设工程中 需要大量的 各种不同粒径的砂 石作为生产之用 工程上应用最广泛的是 复摆颚式破碎机 复摆颚式破碎机结构简单 制造容易 工作可靠 使用维修方便等优点 所有在冶 金 矿山 建材 化工 煤炭等行业使用非常广泛 80 年代以来 我国对复摆颚式破碎 机的研究和产品开发取得了较大的发展 在充分吸收国外产品特点的基础上 结合国情 研制开发了许多新型 高效的设备 上海建设路桥机械设备有限公司率先对复摆颚式破 碎机进行了重大的改进 即通过降低动颚的悬挂高度 改善动颚的运动轨迹 减小破碎 腔的啮角 增大破碎比 增大了动颚的水平行程 提高生产能力等 大大改善了机器性 能 完成了产品的更新换代 复摆颚式破碎机主要是由两块颚板 活动颚板和固定颚板 组成 活动颚板对固定 颚板周期性的往复运动 时而靠近 时而分开 由此使装在两颚板间的石块受到挤压 劈裂和弯曲作用而破碎 复摆颚式破碎机的机器重量较轻 结构简单 一个连杆 一块 肘板 一根心轴和一对轴承 生产效率较高 比同规格的简摆颚式破碎机生产效率高 20 30 复摆颚式破碎机适合破碎中硬度石料 在工程中 多用中 细碎设备 破碎比比 较大 其比值可达 随着机械工业的进步 近年来 复摆颚式破碎机正朝着大型化 10 i 发展 所以 一个合理的传动装置可以使复摆颚式破碎机运行的更加顺利 合理有效 动颚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 不过 复摆颚式破碎机也有它的缺点 具体如下 JB ZQ 1032 一 87 颚板铸造技术条件 规定齿板寿命只有 60 小时 按 10 小时工作 制 每副齿板只能用 6 天 不到一星期就需更换一次齿板 不仅给维修带来很大的不便 而且增加了破碎物料的成本 破碎机出口扬尘非常严重 从破碎机出来的块状和粉末状物料直冲矿石输送皮带 部分物料飞溅或滚淌到地面上 地面堆积厚厚一层物料 部分粉状物料飞扬在空中 给 生产带来了很大的不便 较多的粉尘而直接影响安全生产和员工的健康 因此要采用相 应的防尘设施是破碎机一个重大而不可忽略的问题 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 2 现代的设计应以人为本 面对服务对象 面向市场 面对循环经济 面对矿产资源 利用的大趋势 面对环保 搞全性能 全生命的设计 所以做好复摆颚式破碎机的设计 让它更好的为生产服务 提高生产效率 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 3 1 复摆颚式破碎机的发展与特点 1 1 复摆颚式破碎机的应用 随着我国国民经济的快速发展 矿产资源的综合利用技术与其产业迅猛前进 到 1999 年我国已建成 10 879 座国有大中型矿山和 227 854 个乡镇集体企业 全国矿石采掘 总量超过 50 亿吨 矿业总产值为 4 000 亿元 物料的破碎是许多行业 如冶金 矿山 建材 化工 陶瓷筑路等 产品生产中不 可缺少的工艺过程 由于物料的物理性质和结构差异很大 为适应各种物料的要求 破碎机 的品种也是五花八门的 就金属矿选矿而言 破碎是选矿厂的首道工序 为了分离有用矿物 不但分为粗碎 中碎 细碎 而且还要磨矿 因为破碎是选矿厂的耗能大户 约占全厂耗 电的 50 为了节能和提高生产效率 所以提出了 多碎少磨 的技术原则 这使破碎机 向细碎 粉碎和高效节能方向发展 传统的颚式破碎机由于具有结构简单 工作可靠 制造容易 维修方便 价格低廉 适用性强等优点 所以在工业上得到广泛应用 其缺点是非连续性破碎 效率较低 破碎比 较小 给矿不均匀引起颚板磨损不均匀等 针对其缺点 各国都在以下几方面加以改进 优化 结构与运动轨迹改进破碎腔型 以增大破碎比 提高破碎效率 减少磨损 降低能耗 现已普遍 应用高深破碎腔和较小啮角 改进了动颚悬挂方式和衬板的支承方式 改善了破碎机性能 颚 板采用了新的耐磨材料 降低了磨损消耗 提高了自动化水平 可自动调节 过载保护 自 动润滑等 同时也出现了一些新的机型 如双腔双动颚式破碎机 其破碎比可达 排 50 20 料口调节方便 产量大 复摆颚式破碎机 兼有颚式破碎机与圆锥破碎机的性能其产量较同规 格的破碎机高 50 还有筛分颚式破碎机 把筛分和破碎结合为一体 不仅可简化工艺流程 且能及时将已达粒度要求的物料从破碎腔中排出 减轻了破碎机的堵塞和过粉碎 提高了生 产能力 降低了能耗 在大型化方面国内外都已生产 1500mm 2100mm 规格的颚式破碎机 而我们在这个设计中主要是为了满足进料口尺寸 出料口尺寸 mm900600 进料块最大尺寸 产量 的要求老满足生产的需要 mm 20075 mm500时吨 100 1 2 复摆颚式破碎机的特点 复摆颚式破碎机的机构属于四杆机构中曲柄摇杆机构的应用 曲柄为主动件 颚式破 碎机以结构简单 性能可靠 维修方便在物料粉碎行业广泛应用 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 4 复摆颚式破碎机的动颚 是直接悬挂在偏心轴上的饿 是曲柄连杆机构 没有单独 的连杆 由于动颚是由偏心轴的偏心直接带动 所以活动颚板可同时做垂直和水平的复 杂摆动 颚板上各点的摆动轨迹是由顶部的接近圆形连续变化到下部的椭圆形 越到下 部的椭圆形越扁 动颚的水平行程则由下往上越来越大的变化着 因此对石块不但能起 压碎 劈碎 还能起辗碎作用 由于偏心轴的转向是逆时针方向 动颚上各点的运动方 向都有利于促进排料 因此破碎效果好 破碎率较高 产品粒度均匀且多呈立方体 复摆颚式破碎机和简摆颚式破碎机相比较 复摆颚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 摆颚式破碎机生产效率高 20 30 等优点 但复摆颚式破碎机的颚板垂直行程大 石 料对颚板的磨削作用严重 磨削较快 且能量消耗也大 工作时易产生较多的粉尘 复摆颚式破碎机主要由机架 颚板 侧护板 主轴 飞轮 肘板和调整机构等组成 机架即机座 实际上是个上下开口的四方斗 主要用作支承偏心轴和承受破碎物料 的反作用力 因此要求具有足够强度 一般采用铸钢整体铸造 规格小的可用优质铸铁 代替 颚板包括活动颚板和固定颚板 各与颚床组成活动颚和固定颚 颚板用楔形铁块和 螺栓固定在颚床表面 保护颚床不受磨损 固定颚的颚床就是机架 活动颚的颚床悬挂 在偏心轴上 由于它直接承受对石料的挤压作用力 所以必需有足够的强度和刚度活动 颚床一般用铸铁或铸钢制造 颚板直接和石块接触 除承受挤压和冲击力外 尚与石块 强烈摩擦 因此要求用高强度且耐磨的材料制造 常用的是铸锰钢颚板 其铸钢含锰量 为 12 14 左右 若条件受限制时 可用白口铸铁代替 但容易磨损和折断 使用寿命 不长 为了有效地破碎石料 颚板表面常铸成波浪形和牙形 其齿峰角度一般为 90 110 齿高和齿距视出料粒度和产量要求而定 齿形高齿距小 则出料粒度小 产量低 动力消耗大 一般齿高和齿距之比为 1 2 1 3 之间 由于复摆式的特点造成颚 板底部比上部磨损快 所以颚板往往做成上下对称形状 以便磨损后能倒置安装 延长 使用寿命 颚式破碎机的优点是生产率高 结构简单可靠 破碎比较大 一般为 6 8 外形 i 尺寸较小 零件检查和更换较容易 操作维护简便 不用较高技术水平的工人就可嫩能 够操作 应用范围广 与其他类型破碎机比较 不容易堵塞 因此工程中普遍采用它来 破碎各种硬度 92500 公斤 厘米 以下 的石料 常作粗碎和中碎设备 一般用于破碎极限 2 抗压强度不才超过 2000 公斤 厘米 的石料时效果较好 其缺点是不宜破碎片状石料 工 2 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 5 作间歇 有空转冲程 需要很大的摆动体 增加非生产能量的消耗 破碎可塑性和潮湿 的物料时 容易堵塞出料口 由于工作时产生很大的惯性力 机体摆动大 工作不平稳 冲击 振动及噪音较大 因此须安装在比机器自重大五倍以上的混凝土基础上 并须采 取隔振措施 大型破碎机还应安装在埋设于基础上的刚梁上 颚式破碎机的最大装料块度应比装料口宽度小 15 20 即给料的最大石块不应超 过装料口的 0 85 倍 当用颚式破碎机破碎坚硬而光滑的大砾石时 砾石容易从装料口反 跳出来 故破碎天然砾石的生产率不及破碎来才块石的生产率高 使用颚式破碎机时 必须注意由于机器是在工作条件恶劣情况下运转的 除了必须 严守操作规程和维修保养制度外 还必须及时发现并修复被磨损的零部件 这是提高机 器作业的重要措施 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 6 2 总体设计过程 2 1 基本结构和工作原理 2 1 1 基本结构 颚式破碎机的主体机构由机架 偏心轴 动颚板 定颚板 肘板共五个机构组成 另有其他辅助零件 如固定齿板 衬板 挡罩 垫片 滑块 推力板 止动螺钉 锁紧 装置 图 2 1 复摆颚式破碎机结构示意图 2 1 2 工作原理 带轮与偏心轴固联成一整体 它是运动和动力输入构件 即原动件 其余构件都是 从动件 当带轮和偏心轴 2 绕轴线 A 转动时 驱使输出构件动颚 3 做平面复杂运动 从 而将矿石压碎 颚式破碎机的工作原理如图 2 2 所示 其由动颚板 定颚板 偏心轴及推力板组成 动颚板上部与偏心轴相连 下部由推力板支撑 偏心轴转动时 动颚板不仅对定颚板作 往复摆动 同时还沿定颚板有很大幅度的上下运动 动颚板上各点的运动 轨迹如图 2 4 所示 动颚板上部的运动轨迹接近圆形 越向下水平运动幅度越小 运动轨迹也越呈椭圆形 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 7 图 2 2 复摆颚式破碎机结构图 图 2 3 复摆颚式破碎机机构运动简图 图 2 4 复摆颚式破碎机运动轨迹示意图 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 8 2 2 主要参数 表 2 1 颚式破碎机的基本参数 主要参数 型 号 给矿口 规格 mm 宽度 X 长度 最大 给矿粒度 mm 排矿 口调整范 围 处理 能力 t h 电 机功率 kw 重 量 t PEF150 25 0 150 25 0 125 10 4 0 1 4 5 5 1 1 PEF250 40 0 250 40 0 210 20 8 0 5 20 152 8 PEF400 60 0 400 60 0 350 40 1 60 17 1 15 306 5 PEF600 90 0 600 90 0 480 75 2 00 56 1 92 75 17 6 PEF900 12 00 900 12 00 650 150 180 140 200 11 0 61 97 PEF1200 1 500 1200 1 500 850 130 180 18 0 128 PEF1500 2 100 1500 2 100 1100 250 300 400 500 25 0 219 根据我毕业设计的要求 已知条件如下 由于给定最大进料粒度 500mm max D 对于小型破碎机的给矿口宽度 B B 1 1 1 25 max D 1 1 1 25 500 550mm 625mm 取 B 600mm 因为给料口长度越长 生产效率就越高 但动颚受力越不均匀 所以给料口长度通 常为 大型破碎机 L 1 25 1 5 B 中小型破碎机 L 1 5 1 6 B 用于细碎作业的小型扁口颚式破碎机 L 2 3 6 B 本设计的破碎机为中小型破碎机 则 L 1 6 600 960 mm 颚式破碎机排料口的长度与给料口的长度相同 排料口的最小宽度为 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 9 max 1 7 eds 1 10 B 最大排料粒度 mm max d 动颚在排料口的水平行程 mm S 则在此 破碎腔的深度与破碎比有关 但是深度太大时 易产 mm75600 8 1 e 生石料过粉碎现象 深度可由下式确定 H 2 25 2 5 B H 2 5 600 1500 mm 2 2 1 钳角 破碎机的动颚与固定颚之间的夹角称之为钳角 当物料破碎时 必须使物料块既不 向上滑动 也不会从矿中跳出来 为此 钳角应 该保证物料块与颚板工作表间产生足 够的摩擦力以阻止物料被挤出去 图 2 5 表示从力学角度推算钳角的计算图式 当图 2 5 物料块受力分析物料能被夹持在破碎腔内 不被推出机外时 这些力应相 平衡 即在 x y 方向的分力之和应该等于零 即 x 方向 0sincos 112 ppp y 方向 sincos 112 pfpfp 联合以上两式可得 2 1 2 f f tg 由 故 tgf 2tgtg 式中 钳角 物料与颚板间的摩擦角 物料与颚板间摩擦系数 f 为了保证破碎机工作是物料块不致被推出机外 必须令 22 arctgf 一般情况下 不宜超过 23 2218 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 10 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 0 2 2 2 动颚水平行程 Y S 动颚摆动行程是破碎机最重要的结构参数 在理论上 动颚摆动行程应按物料达 Y S 到破坏时所需之压缩量来确定 然而 由于破碎板的变形 及其与机架间存在的间隙等 因素的影响 实际选取的动颚摆动行程远远大于理论上求出的数值 目前 常用下端水平行程的计算公式有 min 241 0 8bSL 下端点许用水平行程 85 0 1415 0 BSL 式中 最小排料口尺寸 mm min b B 进料口尺寸 mm 由 mm b S minL 0524752410824108 mm52 326001415 0 B1415 0 S 85 0 85 0 L 实际上 动颚行程是根据经验数据确定的 通常对于大型颚式破碎机 S 25 45mm 中小型颚式破碎机 S 12 15mm 在此 参照颚式破碎机现有的设计经验 初取 则合理 S mm25S LL 2 2 3 传动角 传动角大小影响着机构的传动效率 在推力板长度一定的情况下 加大传动角会提 高机构的传动效率 但必须要求偏心距增大才能保证行程的要求 这就导致动颚衬板上 部水平行程的偏大 物料的过粉碎引起排料口的堵塞 使功耗增加 同时 也将使定颚 衬板下部加速磨损 故传动角取 55 45 在此设计中我选择 50 2 2 4 破碎比的计算 衡量单台破碎机的破碎效果还可以用破碎比表示 破碎比即破碎前原料粒度与破碎 后产品粒度之比 它表示破碎物料经破碎后减小的程度 破碎比有如下的几种计算方法 1 破碎比用破碎前物料最大平均直径与破碎后产品最大平均直径之比 1 i max D max d 计算 1 i max D max d 物料平均直径是指物料长 宽 厚的平均直径 2 用间接表示破碎比 即破碎机给料口有效宽度和公称排料口尺寸 b 之比 2 i 2 i 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 11 b B85 0 i2 式中 B 破碎机的给料口宽度 mm b 破碎机的开边制公称排料口宽度 mm 带入数据的8 675 60085 0 i2 3 用破碎前后各种粒度混合物料的等值粒度之比来计算破碎比 3 i 21 eqeq3 D Di 以上各种破碎比的计算公式根据不同的要求进行选择计算 表示破碎机的破碎效果 1 i 有能表示处理矿石的要咬入能力 表示该台破碎机的公称破碎比 能够科学地真实地 2 i 3 i 反映该破碎机的破碎效果 2 2 5 偏心距E 不论动颚齿面轨迹性能值分配是否合理 在机构其他尺寸参数不变的情况下 增大 曲柄半径 会使颚板齿面上各点的行程值增大 一方面可以提高生产力 另一方面也增 大了机器的功耗 由于曲柄半径的改变并不能有效地调整齿板轨迹性能值的分配 因此 只有在调整其他参数仍得不到要求的行程值时 方以曲柄半径作为设计变量 从这个意 义上讲 曲柄可作为设计变量 也可以按现有的设计经验确定 通常 对于复摆式颚式破碎机 r 2 2 2 SL 由于初定值 则mm25SL 5 12 4 11 2 S 2 2 S r LL 取 mm12r 偏心距对破碎机生产率和传动功率都有影响 在其它条件相同的情况下 增大偏心 距可使动颚行程增加而提高生产率 但也因此增加功率消耗 在传统设计中 偏心距是 由动颚行程通过画机构图来初步确定的 在这个破碎机的设计中我根据机构图选择了 12mm 2 2 6 悬挂高度 悬挂高度是指曲柄支承中心到定颚板上端水平面间的垂直距离 按照结构特点 可 把复摆颚式分为三种类型 即正悬挂 h 0 零悬挂 h 0 和负悬挂 h0 2 2 7 动颚的行程特性值m 复摆颚式破碎机动颚上的点一般作平面运动 其轨迹为封闭曲线 进料口处轨迹呈 椭圆形 愈靠近排料口其轨迹形状愈扁直 沿水平方向与垂直方向量取轨迹位移 和 sh 则 称为动颚水平行程 称为动颚垂直行程 其比值称为动颚的行程特性值 即 sh s h m 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 12 根据实验经验 上部水平行程不能太小 一般取 各点轨迹特性值取 L S 5 2 8 0 为宜 5 2 1 1m 2 2 8 破碎腔高度H 在钳角一定的情况下 破碎腔高度有所要求的破碎比而定 通常 破碎腔高度 其中为给矿口宽度 mm B 5 2 25 2 H B mm1500 1350600 5 2 25 2 H 2 2 9 破碎腔的形状 破碎腔的形状是决定生产率 动力消耗和衬板磨损等破碎机性能的重要因素 破碎腔的形状有直线型和曲线型两种 如图 2 6 所示 图中实线表示颚板闭合时的位 置 虚线表示颚板后退最远位置 图 2 6 破碎腔示意图 a 直线型破碎腔 b 曲线型破碎腔 图 2 6 中的许多水平线 表示物料在陆续向下运动时所占据的区域 处在水平面 1 上 的物料 当动颚摆动到虚线位置时 便下落到水平面 2 上 两水平面 1 和 2 间的垂直距 离 就是破碎机在空转行程使料块下落的距离 颚板下一次的工作形成中 水平面 2 处 的物料则被压碎 到空转行程时 料块便落到水平面 3 上依次类推 料块逐渐被破碎而 粒度逐渐减小 最后通过排矿口排出去 由图 2 6 a 可以看到 在直线型破碎腔中 各连续的水平面间形成的梯度断面的 体积向下依次递减 物料的空隙也逐渐减小 而动颚的摆动行程和压碎力却逐渐增大 物料到排矿口附近的排料速度就减慢 于是在排矿口附近及容易发生堵塞现象 这是造 成机器过载和衬板下端磨损的主要原因 图 2 6 b 表示曲线型破碎腔 它是将固定颚板改成曲线型 曲线是按破碎腔的啮 角从上向下逐渐减小的原则而设计的 在曲线型破碎腔中 各连续的水平面间形成的梯 度断面的体积 从破碎腔的中部往下是逐渐增加的 因而物料间的空隙增大 有利于排 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 13 料 由于堵塞点上移 故在排矿口附近不易发生堵塞现象 2 3 主轴转速n 由经验公式 min Br145310n 式中 B 给矿口宽度 m 则 min r2236 0145310n 由理论公式 L S tg 470n 式中 钳角 动颚下端点水平行程 cm L S 则 min r179 5 2 20tg 470n 根据现有设计经验 取min r183n 再由理论公式 倒推出钳角 L S tg 470n 665 2 n Sarctg L 470 183 5 2 arctg 2 7 20 则合理 1822 2 4 生产能力Q 煤矸石物料堆积密度为 1 6 抗压强度为 150MPa 的矿石 自然状态 3 mt tg Se2 SLn30 nV60Q LL 式中 破碎机生产率 t hQ 主轴转速 r minn 动颚下部的水平行程 m L S 给料口长度 m L 排料口最小宽度 m e 破碎产品的松散系数 一般破碎 7 0 25 0 石可取小值 破碎不太硬矿石 则取大值 矿石的堆积密度 一般假定 3 mt 3 m t 6 1 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 14 钳角 取 6 0 则 tg Se2 SLn30 Q LL 7 20tg 6 16 0 025 0 075 0 2 025 0 96 018330 h t 6 87 复摆式颚颚式破碎机的生产率要再增加 25 则实际生产能力 h t109 251 6 87Q 实 2 5 破碎力 2 5 1 破碎力计算 以立方体和球体两种典型物料形状为依据 并考虑大尺寸进料块粒是逐渐阶段 破碎成成品而卸出 求出总的破碎力 破碎力大小取决于颚板凸齿作用点施加的 物料应力 和物料抗拉强度 实际破碎作业时 成品多为立方体 故破碎力计算多以立方体物料为依据 还 可保证机械工作的可靠性 因入料尺寸相同时 立方体破碎力交球体大 下面以立 方体物料分析 1 第一阶段破碎 图 2 7 表示作用在立方上的力 图 2 7 作用在立方体上的力 立方体由于齿棱作用 受力面产生拉应力 支撑面产生压应力 这些力在断裂 面上引起的应力为 非标准机械设备设计 P580 W2 Z3 2 W F 2 故得 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 15 W2 Z3 2 W F 2 1 式中 第一阶段使物料碎裂的破碎力 N 1 F 物料的抗劈强度 约等于抗拉强度 N cm2 立方体物料边长 cm W 齿棱间距 cm Z 2 第二阶段破碎 物料经过第一阶段破碎以后 成为两个半立方体 在动颚摆 开时落入破碎时 并改变方向进行再破碎 第二阶段的破碎力是 W Z 64 W F 2 2 3 第三阶段破碎 物料进行第二阶段破碎以后 成为 4 块体进行再破碎 第三 阶段的破碎 W Z 128 W F 2 3 假设所破物料的抗劈强度是 500N cm2 而颚板齿棱距 Z 150mm W 500mm 则第 一阶段破碎力 W2 Z3 2 W F 2 1 KN807 502 153 2 50500 2 此力产生侧向分力 设棱角为 90 则侧向力为 即 571KN 2 2 1 F W Z 64 W F 2 2 KN568 50 15 64 50500 2 W Z 128 W F 2 3 KN250 60 15 128 50500 2 边长 500mm 立方体 至少和动颚的一个齿棱相接触 因而此时破碎力为 807KN 在特 殊情况下 也可能同时与 3 个齿棱接触 此时破碎力为 2421KN 取平均值 1614KN 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 16 经过多次冲击以后 新的立方体才能最后形成 原始进料的破碎力和第二阶段中最 后两个冲击的破碎力可能同时出现 因而总破碎力 KN261425041614F0 这两个破碎力的作用点取决于物料粒度与相应出料口宽度 总破碎也可能有其他的 组合方式 2 5 2 最大破碎力计算 max F k tg L bB 034 0 F Bmax 式中 最大破碎力 N max F 抗压强度 B 2 cmN 有效破碎系数 对中小型 0 34 0 48 kk 的单位是 cm LbB 取 4 0 k 2 15000150cmNmpa B 则 k tg L bB 034 0 F Bmax 4 015000 7 20tg 96 5 760 034 0 KN2536 2 6 功率P 4 max 106 cos nskF P me 式中 计算功率 KWP 最大破碎力 KN max F 动颚褚点水平行程平均值 mm m s 主轴转速 r minn 钳角 机器总效率 可取 0 81 0 85 等效破碎系数 对中小型 0 27 0 37 e k e k 取 0 83 0 33 25mm e k m s 则 4 max 106 cos nskF P me 83 0 106 7 20cos1832533 0 2536 4 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 17 KW 5 71 所以选功率为 75KW 查手册 选 Y315S 6 三相异步电动机 满载转速为 990r min 功率为 75KW 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 18 3 机构各部分的设计 3 1 机构各部分杆长的确定 图 3 1 机构尺寸设计图 如图 3 1 所示已知 破碎腔高度 mm1500H 钳角 7 20 偏心距 mm12rl1 传动角 50 根据几何关系 可估算出连杆和肘板的长度 2 l 3 l mm1596 7 20cos 1500 cos H l 0 2 取 2 lmm1600 sin 123 lll mm 3 561 7 20sin 121600 取 3 lmm561 则支座 O C 间的垂直水平距离为 ococ xy cos cos 312 lllyoc mm 6 1289 50 7 20cos 561 7 20cos 121600 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 19 sin lsin ll x 312oc mm 5 28 507 20sin 561 7 20sin 121600 机架位置参数 mm1289 5 28 6 1289xyl 22 oc 2 oc 2 4 1 1 1289 5 28 arctg y x arctg oc oc 4 在此四杆机构中 曲柄转动 且为最短杆 为最长杆 1 l 2 l mm1612160012ll 21 ml 43 则满足周转副条件 3 2 V 带及带轮的设计 1 确定计算功率 ca P 根据功率是根据传递的功率 P 并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因 ca P 素的影响而确定的 即 PKP Aca 式中 计算功率 单位为 KW ca P 传递的功率 例如电动机的额定功率 单位为 KW P 工作情况系数 见表 8 6 A K 由 机械设计师手册 中册 P272 表 9 2 13 查得工作情况系数 故3 1 A K kw97753 1PKPca A 2 选取窄 V 带带型 根据 由 P272 图 9 2 1 确定选用 SPC 型 ca P 1 n 3 确定带轮基准直径 由表 9 2 37 和表 9 2 38 取主动轮基准直径 mm280d 1d 从动轮基准直径 2d d mm141428005 5 idd 1 d2d 根据表 9 2 37 取 mm1460d 2d 按要求验算带的速度 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 20 s m35s m51 14 100060 99028014 3 100060 nd V 1d 带的速度合适 4 确定窄 V 的基准长度和传动中心矩 根据式 有2a dd 7 0 02d1d dd 2d1d 1460280 2a 1460280 7 0 0 3480a1218 0 初步确定 mm1500a0 计算所需带的基准长度 0 2 12 120 4 2 2 a dd ddaL dd dd d mm 8 5963 15004 2801460 1460280 2 15002 2 由 机械设计师手册 中册 查得 选带的基准长度 mm6500Ld 按 P271 表 9 2 12 计算实际中心矩a 1500 2 LL aa d d 0 mm 1 1768 2 8 59636500 4 验算主动轮上的包角 1 可得 5 57 a dd 180 1d2d 1 120 6 151 5 57 1 1768 2801460 180 主动轮上的包角合适 5 计算窄 V 带的根数 z L00 ca KK pp p z 由 机械设计师手册 中册 min r990n mm280d 1d mm1460d 2d 查表得 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 21 KW37 18P0 KW47 2P0 04 1 KL 95 0 K 则有 7 4 04 1 95 0 47 2 37 18 97 z 取 5z 6 计算预紧力 0 F 有 2 ca 0 qv 1 K 5 2 vz P 500F 查表 8 4 得 故m kg20 0q 2 0 51 1437 0 1 95 0 5 2 551 14 97 500F N 6 1167 7 计算作用在轴上的压轴力 P F P F 2 sin2 1 0 zF N11319 2 6 151 sin 6 116752 8 带轮的结构设计 选用原则见 机械设计 濮良贵 纪名刚 主编 8 4 节 材料采用 HT200 所以采用腹板式 mm300mm280d 1d 采用孔板式 具体结构尺寸见零件图 2d d 3 3 偏心轴主要尺寸的确定 3 3 1 偏心轴的材料选择和最小直径估算 根据工作条件 初选轴的材料为 45 钢 调质处理 按扭转强度法进行最小直径估算 即 初算轴径时 若最小直径轴段开有键槽 还要考虑键槽对轴强度的影 3 min0 P dA n 响 当该轴段截面上有一个键槽时 增大 5 7 两个键槽时 增大 10 15 dd 值由所引教材表 15 3 确定 取 0 A 0 120A min d 3 0 n P A mm6 87 183 72 120 3 因最小直径处安装大带轮 设有一个键槽 则 取 min dmm 7 93 71 dmin 为整数 mm95dmin 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 22 因破碎机工作时冲击载荷比较大 又有强烈的震动 应适当增大偏心轴的直径 故 取 mm160d 3 3 2 偏心轴的结构设计 各轴段直径的确定 最小直径 安装大带轮的外伸轴段 1 dmm160d1 带轮另一侧采用套筒进行轴向定位 套筒另一侧则采用轴肩定位 并且此处轴 2 d 段设计成带有螺纹的 可以安装圆螺母对锥形套进行可靠定位 故初选 mm180dmin 锥套处轴段 此处设计成锥形 根据锥套和轴承的定位要求 此处选择锥度为 3 d1 12 此处轴段是和锥形轴伸配合的 是安装套筒的 可以通过锥形轴得出尺寸 4 d 此处选择双列向心球面滚子轴承 mm200d4 3003140 滚动轴承处轴段 由滚动轴承确定 选择双列向心球面滚子轴承 5 dmm225d5 3003144 安装动颚板处轴段 此处设计直径 6 dmm245d6 各轴段长度的确定 由大带轮轮毂宽度 以及套筒可以确定 1 Lmm200B mm200L1 根据可以选择圆螺母 其厚度 则通过圆螺母的规格和锥 2 L 2 d2182M mm30m 形套的尺寸可以得出 退刀槽的长度 mm50L4 mm10 退 L 通过查表可得圆锥形轴伸长度 3 Lmm120L3 此处轴段通过安装套筒和轴承端盖对轴承进行轴向定位和维护 此处套筒选取 4 L 长度为 39mm 则由此可得 mm39L4 安装轴承端盖和轴承处轴 可以根据轴承的规格得出 5 Lmm150L5 此处轴段是安装动颚板的可以通过动颚板尺寸得出 6 L 图 3 2 偏心轴各轴段的尺寸 3 3 3 偏心轴细部结构 由表 机械设计课程设计 附表 4 1 查得大带轮轮毂与轴的配合选为 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 23 滚动轴承与轴的配合采用过渡配合 此轴段的直径公差选为 各轴肩处的f7 8H160 过渡圆角半径和各轴段表面粗糙度见图纸 3 3 4 偏心轴的校核 在破碎工作时 破碎力通过动颚轴承传到偏心轴上 由于该破碎力很大 轴上其它 零件传递的载荷相对来说就显得微不足道了 所以计算时可把这些载荷忽略不计 而只 考虑破碎力的作用 破碎力平均分布在动颚的两个轴承上 图 3 3 轴的力学模型及转矩 弯矩图 a 力学模型图 b 弯矩图 c 转矩图 d 当量弯矩图 1 轴的力学模型的建立 轴上力的作用点位置和支点跨距的确定 轴承对轴的作用点按简化原则则应在轴承宽度的中点 因此可决定偏心轴上动颚两 轴承的位置 动颚处安装的 23128 轴承 经计算 可得动颚处两轴承之间的距离 轴承离支点的距离 mm860LCD mm269LL BDAC 绘制轴的力学模型 根据要求的传动速度方向 绘制的轴力学模型图见图 3 3a 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 24 2 计算轴上的作用力 破碎力平均分布在两个动颚轴承上 分别用 来表示 机架轴承要当于两个支 C F D F 座 对偏心轴具有支座反力的作用 分别用 来表示 A R B R N1307000N2 2614000RRFF BADC 3 绘制转矩 弯矩图 由轴的力学模型图可知偏心轴在水平的方向不受力 故不产生水平面的弯矩 因 而偏心轴只产生垂直面上的弯矩 如图 3 3b C D 处的弯矩相等 即 mmN1124020000mmN2691307000LRM 转矩图 见图 3 3c mmN 8 375737 183 96 075 1055 9 n P 1055 9 T 55 4 当量弯矩图 参看图 3 3d 因为是单向回转图 所以扭转切应力视为脉动循环变应力 折算系数 0 6 mmN 7 225442mmN 8 3757376 0T mmN11240200237 2254421124020000 T MM 2222 T 5 校核轴的强度 进行校核时 通常只校核偏心轴上承受最大弯矩和转矩的截面 即动颚轴承处 C D 的强度 MPa274MPa160 1124020023d M 33 TCA 根据选定的轴的材料 45 钢 调质处理 由所引教材表 15 1 查得 MPa448 1 因 故强度足够 1CA 3 4 复摆颚式破碎机的动颚的工作过程分析及优化设计 3 4 1 动颚的工作过程分析 由图 3 4 可知 本机是以平面四杆机构为工作机构 而以连杆为运动工作件的机械 图 7 是动颚板上各点的运动轨迹 连杆曲线 由图 3 4 可知 A 点作圆周运动 B 点受推动 板的约束为绕点摆动的圆弧线 其余各点的轨迹为扁圆形 从上到下的扁圆形愈来愈 2 O 扁平 上面的水平位移量约为下部的 115 倍 垂直位移稍小于下部 就整个颚板而言 垂直位移量约为水平位移量的 2 3 倍 工作时 曲柄处于 A 区是完全工作行程 处于 C 区 上部靠前下部靠后 在 D 区是空回行程 在 B 区是上部靠后下部靠前 动颚具有的这些运动特性决定了它的性能 1 动颚的平面复杂运动 时而靠近固定的定颚板 时而离开 形成一个空间变化 的破碎室 料块主要受到压碎 伴随着研磨折断作用 2 这种运动使料块受到向下推动的力 图 3 5 是料块在颚板之间的受力情况 料 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 25 块在破碎室得到破碎 破碎后的料块由排料口排除 图 3 4 动颚板上各点的运动轨迹 图 3 5 料块在颚板之间的受力分析 3 4 2 动颚运动轨迹优化设计 1 动颚方程 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 26 图 3 6 动颚简化力学模型 颚式破碎机的动颚机构可简化为一个平面四连杆机构 如图 3 6 所示 和构成四杆机构 其中动颚 做平面运动 为给料口 0AAAB0BB00BAAB1M 为排料口 2M 为了描述动颚的运动 建立两个坐标系 其中倾斜的 坐标系便于直接计0A 算四杆机构各点坐标 和的长度分别记为0AB0AAAB0BB00BA 和 则有 321llll 4l 1 1111 sinly cosl A A 2 141 2 4 2 1 2 coslllll 3 l ysin l xlcos A A 4 4 ll lllcos2 2 3 22 2 2 由于是摆杆 所以 只取正值 和的长度分0BB cos2AB22MB1AB11MB 别记为 和 则排料口的运动方程为 5l6l7l8l 22M 2625 2625 2 2 coslsinlyy sinlcoslx A M A Mx 为了计算排料口处的水平和垂直行程 将坐标系旋转角度 在 坐标 yAx01 yxA0 系中表示的运动方程为 2M 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 27 6 11 11 222 222 cosysinxy sinycosxx M MM M MM 由于 方向为水平方向 因此排料口处的水平行程及垂直行程分2M2HS2VS 别为 7 min M max M V min M max M H xxS yyS 22 22 2 2 排料口 处的行程比 8 2 2 2 H V S S i 当曲柄转角从 变化至 时 即可计算出点运动坐标 并可求得排料口1 2M 的水平行程和垂直行程 至于给料口处的运动坐标 水平行程和垂直行2HS2VS1M1HS 程 可用 分别代替式 中的进行计算 1VS7l8l65ll 2 设计变量 选取的设计变量要能准确反映动颚运动轨迹 行程比等重要参数 以便满足各种设 计要求 同时 设计变量不得冗余且尽可能少 以降低计算复杂度 在描述给 排料口 运动方程的动颚结构参数中 不是独立变量 故选取 和为设计变量 即 7l1l6l8l1 9 18654321 l l l l l l l 3 目标函数 行程比是动颚轨迹优化的重要目标 动颚上某点的行程比较小 表明该点的垂直行 程较小或水平行程较大 一般来说 排料口处垂直行程较小有利于降低动颚衬板的磨损 程度 给料口处水平行程较大有利于破碎较大的物料 所以分别取给 排料口处的行程 比为分目标函数 即 10 111HVSSXF 11 222HVSSXF 偏心轴距对动颚行程及破碎机功率消耗的影响较大 增加偏心轴距 可使动颚水1l 平行程加大 提高破碎机的生产率 但会增加其功率消耗 在保证水平行程的条件下 减小偏心轴距可减小功率消耗 所以将偏心轴距 也作为分目标函数 即 12 13lXF 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 28 综合目标函数为 13 XF XF XF XFmin321305020 式 13 中的系数是根据分目标函数的权重并考虑量级接近而综合确定的 该目标 函数源自工程问题 难以写出其显式函数式 但可通过式 1 式 8 逐步计算得到 4 约束条件 1 四杆机构曲柄存在条件 14 2143 3124 4123 14 13 12 llll llll llll ll ll ll 2 肘板支点位置约束 200100252 lll 15 300150424 lll 3 给 排料口水平行程约束 16 157 2212 2 1 H H S S 4 传动角和啮合角约束 17 2617 5545 5 悬挂高度及坐标系旋转角约束 18 1010 150100 1 h PEF600X900 破碎机通过常规设计得到的主要结构参数为 mml101 mmll73852 mml3003 mml6004 mml3266 07 l 主要运动参数为 mml3158 241 mm SH86151 mm SV28251 根据式 13 计算得59411 i mm SH39102 mm SV24312 00732 i 到初始目标函数值 采用罚函数的外点法 将该约束优化问题转化成无 82240 XF 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 20142014 毕业设计毕业设计 29 约束优化问题 再调用法进行优化计算 得到新的设计变量及目标函数值为 Powell 515320732567393594929067396618654321 l l l l l l lX 1043 XF 优化后的给 排料口行程及行程比为 mm SH3121 mm SV5131 09811 i mm SH982 mm SV1162 80912 i 从优化结果来看 给 排料口处的行程比明显降低 可以预期 衬板的磨损问题将 得到较好的改善 另外 由于偏心轴距减小 破碎机消耗的功率有望降低 但与此同时 给 排料口处的水平行程也减小了 从而不利于物料破碎 破碎机产量也会略有下降 尽管存在上述不足之处 本文提出的优化方法在改善颚式破碎机动颚运动轨迹方面的效 果还是比较明显的 所得出的优化参数对相关设计工作具有一定的指导意义