汽车废旧钢板(<3mm)锤式破碎机设计【含cad图纸+文档全套资料】
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山西工程技术学院毕业设计说明书学生姓名:刘庆学号:150514015专业:机械设计制造及其自动化指导教师:张立仁所属系(部):机械电子工程系二一九年六月汽车废旧钢板(3mm)锤式破碎机设计摘 要废钢破碎机可以将各种汽车驾驶室、小型轻薄压块、摩托车架子自行车架子、电冰箱铁皮、电视机铁皮、洗衣机铁皮、易拉罐、油漆桶、油桶、彩钢瓦、烟筒皮、等壁厚在8mm以下各种废钢破碎。废钢破碎加工即利用破碎机对废旧钢板进行破碎,利用分选系统对破碎后的废钢进行分选来得到纯净的优质废钢的加工方法。其工作原理就是进料机把废铁自动运转到破碎机腔内,在高速、大扭矩电机的连续驱动下,破碎机转子上的锤头和刀片轮流击打进入容腔内的废钢。在强大的冲击力作用下,废钢被撕裂和挤压成一定规格的破碎钢,再经分选设备处理,就可得到纯度较高的优质破碎钢。随着国民经济不断发展,人们的生活水平和消费水平逐渐提高本,从往年我国的汽车销量来看,势必带来很多报废汽车垃圾,对报废汽车钢板的处理是一个亟待解决的问题。课题旨在设计汽车废钢锤式破碎机的锤头及其传动系统的机械结构,并进行强度校核;另外,进行传动系统关键元件选择与参数匹配设计。关键词:废旧钢板;破碎机;锤头;转子iDesign of Hammer Crusher for Automobile Waste Steel Plate (25m/s,则因带绕过带轮时离心力过大,使带与带轮之间的压紧力减小,摩擦力降低而使传动能力下降,易产生打滑;而且离心力过大,离心应力也大,使最大应力加大,降低了带的疲劳强度和寿命。而当v5m/s时,在传递相同功率时,带所传递的圆周力会较大,使带的根数增加。对于窄V带,v不应大于355m/s。通过上式,n=300 r/min时,v212.7 m/s,满足正常取值范围;n=800 r/min时,v233.5 m/s,超出正常取值范围;n=500 r/min时,v221 m/s,满足正常取值范围;故前面题设,转子转速取500 r/min,从动轮直径取0.8m满足要求。主动轮带速:当n=990 r/min,D=0.4m时,主动轮皮带速度v120.7 m/s35m/s,满足要求。4、初选中心距由于带是中间挠性件,故中心距可取的大些或小些。中心距增大,单位时间内绕转次数将减少,可延长带的疲劳寿命,同时也有利于增大包角,提高传动能力;但中心距太大则使结构外廓尺寸增加,还会因载荷变化引起带的颤动,从而降低其工作能力。参照魏兵主编机械设计基础12,P212页。根据经验值,中心距取值范围如下:0.7(d1+d2)a02(d1+d2)(6-5)式中,d1取400mm,d2取800mm,得出中心距取值范围为8402400mm,取a0=1600mm。5、计算V带基准长度和中心距参照魏兵主编机械设计基础12,P212页。V带的初步长度计算公式:L02a0+2(d1+d2)+(d2-d1)24a0(6-6)根据上式计算V带的初步长度为5110mm,参照标准去基准长度L为5000mm。V带中心距的计算如下:aa0+L-L02(6-7)计算的V带中心距a约为1445mm。考虑到安装调整和补偿张紧力的需要,中心距的调整范围为(a-0.015L)(a+0.03L),即13701595mm之间。6、小轮包角a1小轮包角a1过小时,带与带轮接触弧减小,摩擦力也减小,使传动能力下降,故在确定中心距后要验算小轮包角。参照魏兵主编机械设计基础12,P212页。小带轮包角计算公式如下:a1=180-d2-d1a57.3(6-8)一般应使a1120;否则,可通过加大中心距或增设张紧轮来增大包角。验算得a1164.1120,满足极限包角要求,小带轮包角合适。7、确定带的根数z参照魏兵主编机械设计基础12,P212页。V带根数计算公式如下:z=PcP0KaKL(6-9)式中,Pc为计算功率,为406.25KW;P0为单根V带额定功率,查表得P0=20.88KW;Ka为包角修正系数,查表得Ka=0.96;KL为带长修正系数,查表得KL=1.07。综上,计算的z18,取z值为18根。带的根数z应圆整为整数,通常z300mm时可采用轮辐式(见图6(d)图 6 V带轮的结构形式d1=(1.82)d0,L=(1.52)d0,S取值通过查表确定,S11.5S,S20.5S,h1=2903Pnmmm,式中,P为传递功率,单位是KW,n为带轮转速,单位是r/min,m为轮辐数,h2=0.8h1,a1=0.4h1,a2=0.8a1,f1=0.2h1,f2=0.2h。根据表所给数据,确定小轮辐板厚度S值取34mm,槽数取9个,定为辐板轮;大轮槽数取9个,定为六椭圆辐轮。小轮下图所示:图 7 小轮图纸大轮图纸下图所示:图 8 大轮图纸6.4 转子结构设计及强度校核在设计破碎机的工作中,最主要的工作就是对转子主轴的计算和校核,具体来说就是对主轴和销轴的设计和刚度校核,主轴的设计效果将直接决定设备的使用性能及使用寿命。接下来就是对其轴和销在要求条件下进行设计计算和校核。6.4.1 主轴强度校核轴是组成机器的重要零件之一。用于支承作回转运动或摆动的零件来实现其回转或摆动,使其有确定的工作位置。本文所设计的大型破碎机装置中,轴的作用主要是带动锤头高速旋转,把石料击碎。结构设计:主轴的结构应从它的功用性进行分析,它必须同时满足工作时的技术要求。因此在设计结构时,要考虑到大小、长度、键槽等各个要素。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位、固定和轴的制造工艺性等方面的要求,合理地确定轴的结构形式和结构尺寸,包括轴各段的长度和轴径的确定,以保证轴的工作能力和轴上零件工作的可靠性在设计轴之前应先完成轴上零件的主要参数和结构设计,并进行受力分析。由于轴上零件的轮毂尺寸和轴承尺寸需根据轴径来定,而计算轴径所需的受力点和支点位置又与轴上零件和轴承尺寸位置有关。因此轴的设计过程常常是先估算轴径,再进行轴的结构草图设计,然后进行轴的强度计算。根据材料力学14及理论力学15知识先假设轴的最小处直径为300mm,根据电动机输出的功率计算其提供的有效圆周力F:F=1000Pv=1000203.1321=9.7KN分析可知,主轴在工况下既要承受驱动力和惯性力作用下的扭转力矩又要承受皮带和轴承座共同作用下的弯矩。所以,主轴必须同时满足扭转应力及弯曲应力对材料的刚度要求。1)主轴扭转强度校核选取主轴材料为42CrMo,其许用应力在186310MPa之间,屈服强度930MPa。42CrMo强度、淬透性高,韧性好,淬火时变形小,高温时有高的蠕变强度和持久强度。计算外力偶矩,直接引用公式:Me=9550pn=9550203.135003879.8计算主轴抗扭截面系数:Wt=D316(6-12)计算轴的扭转应力:=MeWt=38316=0.7Mpa故主轴轴径大小满足材料本身抗扭强度要求。2)对轴的弯矩校核主轴材料为42CrMo,其许用应力在186310MPa之间,屈服强度930MPa。弯矩是受力构件截面上的内力矩的一种。通俗的说法:弯矩是一种力矩。它的标准定义为:与横截面垂直的分布内力系的合力偶矩。要求确定主轴的弯曲强度是否满足要求,就必须先弄清楚主轴的弯曲受力情况。分析可知,主轴弯曲受力情况如下图所示:图 9 主轴弯曲受力图P为锤头给主轴带来的均布载荷;F1为两次轴承支撑力;F2为两侧电机的拉力。分析可知,V带轮连接处为最脆弱、需要校核的位置。计算该处弯矩:M=FL=97000.4=3880Nm计算弯矩截面系数:W=D332(6-13)计算轴的扭转应力:=MW=38803.140.23321.46Mpa由此可知,所选轴的弯曲强度满足材料刚度要求。6.4.2 锤轴、锤盘、锤头的设计和校核1)锤轴的设计和校核锤轴在使用过程中,结构上起到了将锤头连接在锤盘上的作用。在惯性力作用下,锤头跟随锤轴转动。锤轴从其受力分析上讲,在与废旧钢板的打击过程中,受到了锤头与物料之间的相互挤压作用。对于销轴的校核过程主要是对其受压强度的校核。在做对销轴校核的工作时可以进一步来校核锤头及圆盘的厚度是否能达到其对材料挤压不失效的强度要求。首先锤头的受力是通过电动机提供的有效圆周力(9.7kN)来平衡的。本课题设有6根锤轴,每根锤轴对称分布6个锤头,共计有锤头36个,由此,分配到每个锤头上的挤压力约为269.4N。锤轴选用中碳调质结构钢45钢,挤压许用应力bs =100MPa计算轴孔挤压强度:z=Fhd=824053.5Pabs=100Mpa由此可知,销轴直径满足设计要求。2)锤盘的设计圆盘根据锤头厚度选取辅面厚度80mm,中心孔300mm,锤轴孔80mm。参照机械设计手册16 ,查表平键键槽的尺寸与公差(GB/T1095-2003),所主轴长度2000mm,轴径300mm ,根据表中数据选择键的尺寸bh=7036mm,轴和毂采用正常连接,键宽度b的公差取值为b-0.0620。根据要求所选键的长度L10b的要求,选取键长500mm。根据所用位置确定键的类型为B型,即用键为B7036500。键强度的校核:锤盘材料选用合金结构钢35CrMo锻件,屈服强度835MPa,低于主轴材料屈服强度,故按照锤盘材料进行平键强度校核。根据工况条件,此处链接方式为动连接,代入公式:p=2TDkl=23879.810003001418010.3故键链接满足强度要求。3)锤头质量的确定和校核锤式破碎机锤头可分为五种:复合高锰钢锤头高锰铬钢铸造锤头合金钢锻造锤头复合铸造的高铬铸铁锤头组合式锤头一般认为90125kg的锤头为大型锤头,25kg以下的为小型锤头,其余为中型。锤头磨损失效方式多以冲击凿削为主,伴有冲刷显微切削磨损。选择适宜的材质制造锤头:根据锤头大小不同及使用的工况条件不同,选择适宜的材质制造锤头。对于1kg以下锤头,应选择有一定韧性,以硬度大为主导的材料;对于50kg级锤头,应选择高韧性超强高锰钢制造锤头,其屈服强度要达到450/mm2,初始硬度要达到HB260300;对于大型破碎机90kg和125kg锤头,必须选用高韧性材料,并辅以其它综合性能。现有锤头的延寿方法:1、在锤头工作面上涂焊一薄层硬质合金,可提高锤头耐磨性。2、锰钢制的锤头磨损后,可用锰钢焊条堆焊。在锤头顶部堆焊过程中,可向堆焊金属中引入成分为1.21.5mm不等轴篦粒状列立特加固硬质合金,而基础合金为专用的高铬铸铁。添加列立特时,沿锤头顶部填入,使锤头顶部获得较多硬质篦粒。也可采用堆焊膏(堆焊膏是由铬铁、碳和铁的粉末依靠塑性结剂制成的一种新型耐磨材料)堆焊。即在堆焊表面敷上一层厚度为5mm的堆焊膏,经512h的干燥后,用中10mm的镀铜碳极使之熔化,锤头接正极,用直流正接法堆焊,电流为400450A,堆焊层厚度为2.53.5mm3、对破碎机转子部的端部圆盘和中间圆盘进行改进,提高锤头的利用率,相对延长锤头的使用寿命。以PC800800型锤式破碎机为例,可在端部圆盘和中间圆盘上配钻6个中4mm铰制销轴孔,均布在中450m的圆周上,与原销轴孔错开30圆心角布置,把经过正反两次交替使用后不能在原来位置上继续工作的全套锤头、销轴及间隙套拆下,与新配钻的6个中40mm轴孔组装起来,以保证转子平衡。重新调整锤头与筛条、破碎板和筛条与筛条之间的间隙后继续使用,此时锤头顶点位置在中820mm圆周上,锤头线速度略高,打击力略降,但可通过调整进机物料度加以解决。即将入料粒度由120mm调至100mm就可以正常工作。据介绍,改进后锤头可正反交替使用4次,锤头寿命延长13d,年锤头耗用量节约2/5。最后卸下的锤头,用合金钢焊条堆焊或整形处理后可继续使用。锤子是以铰链方式装在销轴上,由于是自由悬挂的,在高速旋转时锤子向外张开,当遇上难碎物件时能沿销轴回转,从而避免机件损坏,起着保护作用。由于锤式破碎机的锤头是通过铰接悬挂在锤盘上,所以正确地选择锤头质量对破碎效率和能量消耗都有很大作用。如果锤头质量选得过小,则可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求。若是选得过大,则无用功率消耗过大。锤头磨损后可用合金焊条堆焊修复后继续使用,但堆焊应对称均衡,否则会引起设备运转不平衡而导致剧烈振动。锤头的更换一定要按相对位置成对更换,否则会引起转子旋转的不平衡。锤盘的主要受力件如隔板、锤头、锤柄等均为铸造件,组装时要特别注意仔细检查。一旦发现关键受力部位有气孔或沙眼等铸造缺陷,应报废处理。锤头一般材料为铸钢Mn13。根据工况分析,锤头在打击废旧钢板时会造成一定的速度损失,一般允许这个速度损失不超过40%60%17。分析可知,锤头撞击废旧钢板,撞击后会造成钢板断裂失效,碎料从母板脱离。不考虑撞击过程中电机给锤头的动量补充的前题下,根据动量守恒定律:mv1=(m+Q)v2(6-14)式中,m为锤头打击质量,单位kg;Q为最大碎料质量,单位kg;v1为锤头撞击前速度,m/s;v2为锤头撞击后速度,m/s。由此可知,锤头质量越大,锤头的速度损失越小。这里考虑设定v2=(0.40.6)v1的条件可知,m=(0.71.5)Q。最大碎料体积为1.210-3m3,废旧钢板材质考虑为普通碳素结构钢Q235,材料密度7830kg/ m3,计算可知碎料质量约为9.4kg。由此,锤头质量在6.5814.1kg之间便可以满足速度损失要求。分析可知,锤头的打击质量的转动惯量应和锤头的实际质量m1的转动惯量相等。(6-15)m1=m(rr1)2(6-16)式中,r为锤头打击中心到悬挂点的距离,单位为m;r1为锤头重心到悬挂点的距离,单位为m。根据动量定理,可知F=m(v1-v2)t(6-17)式中,F为锤头作用在物料上的打击力N;t为锤头撞击物料至物料完全撕裂的作用时间,一般取值0.0010.0015s,这里取0.0015s。废旧钢板撕裂的过程也就是在外力作用超过钢板内聚力的结果,钢板内聚力计算:F1=A(6-18)式中,为废旧钢板断裂失效强度,单位为Pa;A为垂直于击打方向的废旧钢板断裂面面积,单位m2。此时,F=F1。但是考虑到废旧钢板材质的不均匀性、打击过程不准确性以及废旧钢板撕裂碎片的不规整性,这里引入修正系数,即F=F1。该系数由经验获得,取值0.210.28。此处取值0.28。综上,锤头打击质量计算如下:m=Atv1-v2=2Atv1=20.282350.0030.240.001510657.68.2kg由于废旧钢板在进入破碎机破碎腔前经过棍轴挤压成厚度不大于3mm钢板(任务书中规定厚度),锤头与钢板接触点为锤头前沿厚度的一条楞线,此处近似认定打击中心为该条楞线到锤头回转中心的距离,约为304mm,锤头重心约为132mm。所以锤头质量计算如下:m1=m(rr1)2=8.2(304132)243.5kg取锤头质量为43.5kg。4)确定锤轴中心和打击中心由于锤头可以通过销轴孔在锤轴上自由旋转,锤轴孔的确定直接影响到打击效果及锤头和整个破碎机的使用寿命。因此这个步骤十分重要。参照任小中等于2008年发表在矿山机械上的文章锤式破碎机转子主要技术参数的确定和于鹏军于2002年发表在矿山机械上的文章锤式破碎机锤头销轴孔位置的确定两篇文章,锤轴孔的位置计算公式如下:X=a3-b26a+d416a2b17-18(6-19)L=a-X(6-20)式中,a为锤头长度,取400mm;b为锤头宽度,取300mm;d为锤头销孔直径,取80mm,X为沿长度方向锤头回转中心到最近锤头棱边的距离,L为打击中心。由此:X=4003-30026400+80416400230096mmL=400-96=304mm锤头结构如图10所示:图 10锤头6.4.3 转子直径的校核参照任小中等于2008年发表于矿山机械杂质上的文章锤式破碎机转子主要技术参数的确定17,转子直径计算公式如下:D=60vn=60v500(6-21)式中,n为转子转速,为500r/min;v为转子圆周速度,单位为m/s,通常,锤式破碎机转子的圆周速度v=1870m/s。故,D的取值范围在0.672.67m之间。此次课题选取转子直径为2.168m。转子布局参照彭海兰于2017年发表在水泥技术杂志上的浅谈双转子锤式破碎机结构特点及选用原则19一文及南京航空航天大学硕士毕业生江腾于2016年所做的硕士毕业论文废金属破碎机破碎性能及关键部件疲劳寿命预测分析20,完成转子结构设计。6.4.4 转子结构的校核根据任务书要求,废旧钢板为220.003m,破碎机破碎板料最大尺寸03m,初步估算需要10排锤头可达到破碎目的。考虑设备的冗余设计及提高生产效率,现将锤头做成12排。考虑锤头加工成本、维护成本、大转动惯量下电功率损耗及轴与轴承的损耗情况,现将12排锤头在相邻锤头上交错布置。转子结构为主轴上有13排锤盘,在锤盘1.5m直径圆周上均布六根锤轴,每根锤轴上间隔布置6个锤头,间隔用套筒分开。转子的布局对于提高破碎机生产率、降低能耗具有十分重要的意义。转子上的锤头既要保证破碎破碎物料的条件又要保证碰撞后不变形、能量损失最小的条件。物料破碎过程需同时满足能量条件和力学条件,即锤头释放的能量需满足破碎物料所需功,同时环锤破碎物料的碰撞力要大于破碎过程所需的力。6.4.2节,我们通过力学条件计算出了锤头质量,因而此处不再考虑力学条件。参照太原理工大学硕士毕业生李骏的毕业论文环锤式破碎机动力学研究及优化设计21中P16-P17页所引用的公式,破碎所要满足的能量条件为:ErA(6-22)式中,Er为破碎功,N.m;A为物料断裂失效所需要的功,N.m。其中,破碎功Er的计算公式为Er=1-k2mMr2m+MrV2Zn60(6-23)式中,n为主轴旋转速度,取值为500r/min;k为恢复系数,当V20m/s时,k=0.1;m为物料质量,此处取值为9.4kg,参照本章6.4.2节;Mr为环锤折算到撞击点的质量,此处取值为8.2kg,参照本章6.4.2节;V为环锤撞击点的速度,取值为57.6m/s,参照本章6.4.2节;Z为销轴上锤头个数,根据之前估算取值为6。综上,计算出Er=1-29.4+8.857.62650060347768.7N.m另,物料断裂失效所需功A的计算公式为:A=b2nL12000E(Z1dmax21-Dd2)(6-24)式中,b为破碎物料的抗压强度,此处取值为235106Pa;n为主轴旋转速度,取值为500r/min;L为主轴工作长度,取值2m;E为进给料弹性模量,此处取值为196109Pa;dmax为进给最大粒度,此处取值为2m;d为出料粒度,此处取值为0.2m;Z1为主轴系统环锤排数,此处取值为12;D为转子直径,此处取值为2.2m;1为进料过程的不均匀系数,1=0.10.3,此处取值为0.3;2为排料过程的不均匀系数,2=0.10.15,此处取值为0.1。综上,计算出:A=2352500210312000196(12220.3-)334824.8N.m即Er=347768.7N.mA=334824.8N.m。综上,本课题所设置的转子布置结构满足破碎能量条件。6.4.5 轴承的选择滚动轴承是一种精密的机械支承元件,轴承用户深切希望装在主机上的轴承能够在预定的使用期内不致损坏并保持其动态性能,但客观事实有时并非尽如人意,突发的轴承失效事故会给用户造成重大损失。通过大量的滚动轴承失效分析研究表明,轴承短寿或过早的丧失精度,有的是由于材料缺陷或制造不当所致,但在相当大的程度上是由于没有严格按照轴承使用要求进行安装、维护,或者是轴承选型不当或实际载荷超过轴承本身的额定载荷等原因造成轴承的非正常损坏,例如,轴承零件的疲劳剥落在很大程度上就是因为润滑油中混有杂质引起的。可见,要想实现滚动轴承具有更长的寿命和精度保持期,除要求轴承制造厂家提高产品质量外,轴承用户也必须用科学的方法和程序使用轴承,否则,再好的轴承也会在恶劣的随意的使用条件下夭折。能否正确选用滚动轴承,对主机能否获得良好的工作性能,延长使用寿命;对企业能否缩短维修时间,减少维修费用,提高机器的运转率,都有着十分重要的作用。因此,不论是设计制造单位,还是维修使用单位,在选择滚动轴承时都必须高度重视。一般来说,选择轴承的步骤可能概括为:1、轴承工作条件(包括载荷方向及载荷类型、转速、润滑方式、同轴度要求、定位或非定位、安装和维修环境、环境温度等),选择轴承基本类型、公差等级和游隙;2、的工作条件和受力情况和寿命要求,通过计算确定轴承型号,或根据使用要求,选定轴承型号,再验算寿命;3、所选轴承的额定载荷和极限转速。选择轴承的主要考虑因素是极限转速、要求的确良寿命和载荷能力,其它的因素则有助于确定轴承类型、结构、尺寸及公差等级和游隙工求的最终方案。各类滚动轴承具有不同的特性,适用于各种机械的不同使用情况。选择轴承类型时,通常应考虑下列因素。一般情况下:对承受推力载荷时选用推力轴承、角接触轴承,对高速应用场合通常使用球轴承,承受重的径向载荷时,则选用滚子轴承。总之,选用人员应从不同生产厂家、众多的轴承产品中,选用合适的类型。轴承所占机械的空间和位置:在机械设计中,一般先确定轴的尺寸,然后,根据轴的尺寸选择滚动轴承。通常是小轴选用球轴承,大轴选用滚子轴承。但是,当轴承在机器的直径方向受到限制时,则选用滚针轴承、特轻和超轻系列的球或滚子轴承;当轴承在机器的轴向位置受到限制时,可选用窄的或特窄系列的球或滚子轴承。轴承所受载荷的大小、方向和性质:载荷是选用轴承的最主要因素。滚子轴承用于承受较重的载荷,球轴承用于承受较轻的或中等载荷,渗碳钢制造或贝氏体淬火的轴承,可承受冲击与振动载荷。在载荷的作用方向方面,承受纯径向载荷时,可选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。承受较小的纯轴向载荷时,可选用推力球轴承;承受较大的纯轴向载荷时,可选用推力滚子轴承。当轴承承受径向和轴向联合载荷时,一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。轴承的调心性能:当轴的中心线与轴承座中心线不同,有角度误差,或因轴的两支轴承间距较大而轴的刚性较小,容易受力弯曲或倾斜时,可选用具有良好调心性能的调心球或调心滚子轴承,以及外球轴承。此类轴承在轴稍微倾斜或弯曲情况下,能保持正常工作。轴承调心性能的好坏,与其允许的不同轴度有关,不同轴度值愈大,调心性能愈好。轴承的刚性:轴承的刚性,是指轴承产生单位变形所需力之大小。滚动轴承的弹性变形很小,在大多数机械中可以不必考虑,但在某些机械中,如机床主轴,轴承刚性则是一个重要因素,一般应选用圆柱和圆锥滚子轴承。因为这两类轴承在承受载荷时,其滚动体与滚道属于点接触,刚性较差。另外,各类轴承还可以通过预紧,达到增大支承刚性的目的。如角接触球轴承和圆锥滚子轴承,为防止轴的振动,增加支承刚性,往往在安装时预先施加一定的轴向力,使其相互压紧。这里特别指出:预紧量不可过大。过大时,将使轴承摩擦增大,温升增高,影响轴承使用寿命。轴承的转速:每一个轴承型号都有其自身的极限转速,它是由诸如尺寸、类型及结构等物理特性所决定的,极限转速是指轴承的最高工作转速(通常用rmin),超过这一极限会导致轴承温度升高,润滑剂干枯,甚至使轴承卡死。用节圆直径D乘以轴旋转速度(单位r/min)得出一极限转速因素(DN),DN在选择轴承类型和尺寸时十分重要。大多数轴承制造厂家的产品目录都提供其产品的极限转速值,实践证明,在低于极限转速90%的状态下工作是比较好的。润滑方式的影响:脂润滑轴承的极限转速比油润滑轴承的极限转速低,轴承的供油方式对可达到的极限转速有影响。必须注意,对脂润滑轴承,其极限转速一般仅是该轴承采用一个高质量的重复循环油系统时的极限转速的80%,但对油雾润滑系统,其极限转速一般比相同的基本润滑系统高50%。保持架的设计和结构也影响轴承的极限转速,因为滚动体与保持架表面是滑动接触,用比较贵的、设计合理的、以高质量和低摩擦材料制成的保持架,不仅可将滚动体隔开来,而且有助于维持滑动接触区的润滑油膜。但像冲压保持架之类价格低廉的保持架,通常只能使滚动体保持分离。因此,它们存在着易出事故和令人苦恼的滑动接触,从而导致更低的极限转速。一般来说在较高转速的工作场合下,宜选用深沟球轴承、角接触轴承、圆柱滚子轴承;在较低转速工作场合下,可选用圆锥滚子轴承。圆锥滚子轴承的极限转速,一般约为深沟球轴承的65%,圆柱滚子轴承的70%,角接触球轴承的60%。推力球轴承的极限转速低,只能用于较低转速的场合。对于同一类轴承,尺寸愈小,允许转速愈高。在选用轴承时,应注意要使实际转速低于极限转速。轴承游动和轴向位移:通常情况下,一个轴用两个轴承相隔一定的距离给予支撑。为了适应轴和外壳不同程度的热涨影响,安装时应将一个轴承在轴向固定,另一个轴承使之在轴上可以游动(即游动支撑),以防止因轴的伸长或收缩引起的卡死现象。游动支承通常选用内圈或外圈无挡边的圆柱滚子轴承(原2000型、32000型)和滚针轴承,这主要是此类轴承内部结构允许轴与外壳有适当轴向位移的缘故。此时,内圈与轴,外圈与外壳孔可采用紧配合。当采用不可分离型轴承做游动支承时,如深沟球轴承、调心滚子轴承,在安装中必须允许外圈与外壳孔,或内圈与轴采用较松配合,使之轴向可自由游动。圆锥滚子轴承、调心滚子轴承和深沟球轴承基本上属于定位型,当用作非定位时则采用松配合安装。所有推力滚子轴承均属定位型轴承。便利于轴承的安装和拆卸:选用轴承类型时,对轴承安装拆卸是否方便,亦必须考虑周全,特别是对大型和特大型轴承的安装和拆卸尤为重要。一般的外圈可分离的角接触球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承和滚针轴承,安装拆卸比较方便,它们的内圈和外圈可分别装于轴上或壳体孔内。此外,内径带圆锥孔的,带紧定套的调心滚子轴承、双列圆柱滚子轴承和调心球轴承,也比较容易安装拆卸。除上述因素外,还应考虑轴承的工作环境温度、轴承密封及对摩擦力矩、振动、噪声等的特殊要求。1) 基本额定动载荷的计算本课题选取轴承使用寿命20000h,主轴转速500r/min。机械设计手册13P7-232页,滚动轴承基本额定动载荷的计算公式如下:C=fhfmfdfnfTPCr(或Ca)(6-25)式中,式中C为基本额定动载荷计算值,单位为N;P为当量动载荷,单位为N;fh为寿命因数,按表7-2-23选取,此处取值为3.42;fn为速度因数,按表7-2-24选取,此处取值为0.405;fm为力矩载荷因数,力矩载荷较小时fm=1.5,力矩载荷较大时f=2,此处取值为2;fd为冲击载荷因数,按表7-2-25选取,破碎机的取值范围为1.83.0之间,此处取值为2.0;fT为温度因数,按表7-2-26选取,工作稳定小于120摄氏度,此处取值为1;Cr为轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷,单位为N;Ca为轴承尺寸及性能表中所列轴向基本额定动载荷,单位为N。参照机械设计手册13P7-235页,当量动载荷P的计算公式如下:P=XFr+YFa(6-26)式中,P为当量动载荷,单位为N;Fr为径向载荷,单位为N;Fa为轴向载荷,单位为N;X为径向动载荷系数;Y为轴向动载荷系数。此处仅考虑V带传动带来的径向载荷,径向动载荷系数为1。即近似认为轴向载荷为零。在计算V带传动时算得径向动载荷为21.6kN,即:P=21.6kN综上,得:C=3.42220.405121.6729.6kN2) 基本额定静载荷的计算参照机械设计手册13P7-236页,滚动轴承基本额定静载荷的计算公式:C0=S0P0Cor(或C0a)(6-26)式中,C0为基本额定静载荷的计算值;P0为当量载荷,单位为N,此处取值为21600N;S0为安全因数,静止轴承和缓慢摆动或转速极低的轴承S0见表7-2-30;旋转轴承S0见表7-2-31,此处考虑转动轴承,轴承会受到较强的冲击载荷,S0取值范围为1.52.0,此处取值为2.0;C0r为轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定静载荷,单位为N;C0a为轴承尺寸及性能表中所列轴向基本额定静载荷,单位为N。故:C0=221.6=43.2kN参照机械设计手册13P7-271页,表7-2-63,本课题选取调心滚子轴承组合,轴承内径200mm,查表7-2-89,选取轴承型号为22240,其中C0r=1740kN,Cr=920kN,满足要上计算结果要求。6.5 筛板及箱体结构设计6.5.1 筛板结构设计1、生产能力理论计算公式:参照唐敬麟主编的破碎与筛分机械设计选用手册8P137页,得生产能力理论计算公式:Q=60nqLb2dKn1n(6-27)式中,Q为锤式破碎机生产能力,t/h,此处取值为30 t/h;nq为排料筛条的缝隙个数;L为筛条格的长度,m,此处取值为0.2m;b2为筛条的缝隙宽度,m,此处取值为0.003m;d为排料粒度,m,此处取值0.2m;K为物料不均匀系数,一般取K=0.0150.07,小型破碎机取小值,大型破碎机取大值,此处取值为0.015;n1为转子圆周方向的锤子排数,一般取n1=36,此处取值为3;n为转子转速,r/min,此处取值为500r/min;为物料密度,kg/m3,此处取值为7830kg/m3.由上式得:nq=Q/(60Lb2dKn1n)=301000/(600.20.0030.20.0735007830)24从以上的理论计算中得出排料筛条的缝隙个数为24个即可满足生产能力要求。但本课题考虑金属板的塑形变形和差异性,以及碎料尺寸等条件影响,选取排料孔为直径0.3m的圆孔。 6.5.2 箱体结构设计箱体选用Q235材料,加工方式为板料焊接。结合以上计算数据,对箱体进行了结构设计。结 论对锤式破碎机的设计以及相关的研究,是我对大学所学的知识进行整合和总结,运用的一个尝试,这不仅提高了我的独立思考,动手实践,研究创新的能力,还培养了团结协作,大胆尝试等良好的习惯。一台机器的完整设计是要涉及到各个方面的知识的,在大学最后这段有限的时间,迅速积累,充分准备是很难的。我们只有不懈的努力,尽力的改正不足,使其尽可能完善,在许许多多的零件中,即使是最小的,哪怕是一个小小的螺钉,焊缝之类的,如果因为强度不够、材料选取不当、寿命比较短、结构工艺性方面有缺陷、配合不能满足要求、未考虑拆卸、修整问题等等,最终都会使机器工作性能下降,出现故障甚至报废。所以,在这方面我做的工作还是很不够的。另外,一台机器真正推广使用,还要对其成本,也即经济性、可行性进行分析;还有外观对环境的污染、对工作环境的要求、维修的技术难度、方便程度等等,所以,我的设计只能是理论上的一个尝试。在具体的工作中,我除了需要借助最新的信息工具网络外,还需要查阅图书,亲身实践,但最主要的还是老师的指导。不仅仅是具体内容上,还有思路上的,认识问题角度等各个方面,我都收益匪浅。4年的大学生活最终以毕业设计的结束而告终。所以,我一定要加倍努力,画一个圆满的句号。49参考文献1中国报告网2018年中国汽车俱乐部行业分析报告-市场深度分析与发展前景研究EB/OL2018-09-08;2韩翔华废钢破碎生产线在我国的应用现状存在问题及建议中国废钢铁,200927(6):40 -42;3宋协春,王东废钢破碎机发展情况综述J中国重型装备,2009(1):4143;4刘剑雄,杨邦成,李自良等轻薄型金属材料破碎模式研究机械工程报,2011,47(12):48-55;5汤安民,王静几种金属材料断裂形变化规律的试验分析实验力学2003,18(4): 440-444;6赵明君轻薄型金属撕裂机理研究D 昆明理工大学,2013;7宋协春,王东废钢破碎机发展情况综述J中国重型装备,2009(1):41-43;8唐敬麟破碎与筛分机械设计选用手册化学工业出版社,2001;9实用电工电子技术手册编委会实用电工电子技术手册机械工业出版社;10成大先机械设计手册化学工业出版社,2008;11李延明电工、电子计算手册工业出版社出版,2009;12魏兵,杨文堤机械设计基础华中科技大学出版社, 2003;13成大先机械设计手册化学工业出版社,2007;14刘鸿文材料力学高等教育出版社,2011;15哈尔滨工业大学理论力学教研室理论力学北京:高等教育出版社出版,2009;16卜炎实用轴承技术手册机械工业出版社2003;17任小中,陈新建,苏建新锤式破碎机转子主要技术参数的确定矿山机械,2008;18于鹏军锤式破碎机锤头销轴孔位置的确定矿山机械,2002;19彭海兰浅谈双转子锤式破碎机结构特点及选用原则J 水泥技术,2017(06):25-29;20江腾废金属破碎机破碎性能及关键部件疲劳寿命预测分析D 南京航空航天大学,2016;21李骏环锤式破碎机动力学研究及优化设计D太原理工大学,2013;22J H Yang, H Y Fang, M Luo.Load and wear experiments on the impact hammer of a vertical shaft impact crusher J.IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2015, 103(1).23Paul W. Cleary,Matthew D. Sinnott. Simulation of particle flows and breakage in crushers using DEM: Part 1 Compression crushersJ. Minerals Engineering,2015,74.24Matthew D. Sinnott,Paul W. Cleary. Simulation of particle flows and breakage in crushers using DEM: Part 2 Impact crushersJ. Minerals Engineering,2015,74.25P.W. Cleary,M.D. Sinnott,R.D. Morrison,S. Cummins,G.W. Delaney. Analysis of cone crusher performance with changes in material properties and operating conditions using DEMJ. Minerals Engineering,2017,100.26Zhang Jun-ming, Zhao Fang, Wang Wei, Ze Xiang-bo, Su Dong-ning. Dynamic Analysis of Tip Set Extra Hard Load of Vertical Shaft Impact CrusherP. Measuring Technology and Mechatronics Automation, 2009. ICMTMA 09. International Conference on,2009.外文文献Development of roll crusher, impact crusher and hammer crusherRoller crusher, impact crusher and hammer crusher are widely used in crushing, medium crushing and fine crushing of materials with different hardness, viscosity and humidity. It is especially worth pointing out that these crushers have high crushing efficiency and low energy consumption. At present, some new progress has been made in the design, manufacture and application of roll crusher, impact crusher and hammer crusher.The British company Babitless (GB) has manufactured a Dragon impact crusher with high crushing ratio and low energy consumption. The series products of the machine are PS10.05 (rotor is 1m x 0.5m), PS10.10 (1m x 1m), PS12.13 (1.2m x 1.3m).The impact crusher manufactured by the company can be used to crush dolomite, siliceous limestone and other ores, but can not crush materials with high humidity and viscosity. The feed size is 65-150 mm. In fact, the machine is most suitable for crushing massive materials, not for crushing flaky materials. The size of crushed product is less than 40 mm, and the production capacity is 15-150t/h.The company also manufactures 13 reversible impact crushers. The allowable feed size is 380 mm and the production capacity is over 600t/h.The company also produces six kinds of roll crushers with a production capacity of 35-195t/h and a product size of 6-50 mm.Rotopactor crusher manufactured by British Groft Barmac Company is a unique three-stage impact crusher. The material is transported from the hopper through the central distributor to the rapidly rotating rotor in the crushing chamber. The crushed product falls into the discharge trough. The wear of the crushing chamber is very small, but special wear-resistant protection should be applied to the crushing area. The passage of the rotor should be lined with tungsten carbide guide plate, so that the upper and bottom of the crushing chamber should be fitted with cast liner plate. The surface hardness requirement of the rotor is very high. The rotor of this crusher can be made up of two or three parts.The crusher series produced by the company has five specifications. The driving power is 75-500 horsepower and the production capacity can reach 250t/h. The driving machine of the crusher can be modified. The structure of the crusher can be divided into closed and open type.Groft recently installed and used a MII crusher with dual drive and two 200 horsepower motors. Its productivity exceeded 200t/h. MI crusher is a small crusher with a productivity of 50t/h.Maxim multi-cage crusher manufactured by Eagle Company, USA, is used to crush mixtures. In each multi-cage crusher, there are 2, 4 or 6 concentric cages rotating in opposite directions (along straight lines and central feeding points). Each cage chamber has a row of impact crushing rods. The granularity of crushed products ranges from 20 mm to 200 meshes. The crusher has three specifications, the crushing productivity is 7-30t/h, 15-60t/h and 30-110t/h.Dyad twin-rotor pendulum hammer crusher manufactured by British GEC Company has a capacity of up to 1000t/h.Hazemag impact crusher manufactured by Hazemag Company of West Germany. App2030 crusher and APKM1630 medium crusher are two large impact crushers, which have been delivered to quarries in Britain. The contract price for the two equipment is 125 (including the supply of electric drive units, dedicated speed control equipment and energy recovery equipment).Hundreds of Hazemag impact crushers have been used in limestone and other mines. Most of the crushing capacity exceeded 500t/h.Hewitt-Robins is producing twin-roll and three-roll crushers, impact crushers and hammer crushers. The twin-roll crusher is used for the operation with large capacity, and its production capacity exceeds 810t/h. It adopts hydraulic crushing roll device, overload protection spring and rubber wheel drive mode. The companys 24-inch x 48-inch three-roll crusher for coal washing at both ends has smaller crushing roll hydraulic device and pulley drive device. The production capacity (when the particle size of crushed product is 2 inches) can reach 320t/h.Hewitt-Robins impact crusher is an impact crusher with high efficiency and large crushing ratio. The specifications are 36 inches X54 inches and 48 inches X66 inches, respectively. The production capacity of the machine depends on the size of the through hole of the screen. When the through hole size of the screen is 3.5 inches, the production capacity can reach 900t/h.The company also manufactures two types of hammer crushers, 36 inches x 32 inches and 48 inches x 32 inches, with adjustable grids and spacing. The production capacity of this hammer crusher can reach 190t/h and the rotational speed is 1350 r/min. The rotational speed of the special high-speed large hammer crusher is 1800r/min.KHD Humboldt WedagAC, West Germany, manufactures a variety of impact crushers. PEG impact crusher is used to crush minerals such as limestone and gypsum. The machine has nine specifications, its production capacity can reach 1650t/h, the feed size can reach 1.6m, and the product size is 0-15mm. The feed size of PEF impact crusher manufactured by the company is very small, up to 0.75m, and the product size is 0 44mm. The company also manufactures PEK impact crusher for coal crushing operation, with 10 medium specifications, maximum production capacity of 2000t/h, feed size of 0.75m. WB25 twin-roll crusher manufactured by KHD Company is suitable for crushing medium hardness materials. The machine is equipped with a double crank (elbow) device connected with the frame, thus ensuring the reasonable distribution of the breaking force. The crusher has a diameter of 1.25m and a width of 3m. It can crush materials with medium hardness. The feed size is 250mm, the product size is 75mm, and the production capacity is 2223t/h. The clearance between grilles and sieves of crushers can be adjusted by mechanical means and equipped with overload protection devices.The impact crusher manufactured by Machinoexport Company of the Soviet Union is used to crush wear-resistant ore with medium hardness. This crusher needs less driving power, but has a larger crushing ratio. The company also manufactures various types of rotor crushers for crushing, medium crushing and fine crushing, including SMD-85A and SMD-86A; MD-75 and SMD-94A. These two types of rotor crushers are single-rotor crushers. Hydraulic devices are used to release non-fragile materials and unload when the crushing chamber is blocked.DDZW-15x12 Double-toothed roll crusher manufactured by the company is used for crushing materials with crushing strength up to 200 MPu. Its crushing capacity is 50-150t/h. Tooth roll can be blunt-edged or flat vertebral shape. The allowable feed size of blunt-edged tooth roll is large. The machine is equipped with clearance adjusting device and roll elastic protection device.Mclanahan has recently produced standard, medium and super large two-stage three-roll crushers. A two-stage three-roll crusher can replace the crushing operation that can be completed by two independent crushers. This crusher can crush raw coal or other materials to less than 15 mm. The single-roll crusher manufactured by the company is particularly effective in crushing rocks, ores, gravel, coal and hard oil shale. For materials with high viscosity or humidity, the product size is finer than that of impact crusher. The crushing roll of the two-stage three-roll crusher has a production capacity of 75-600t/h at the standard speed.Mclanahan Rotary Coal Crusher manufactured by the company is equipped with drilling sieve plate, which is used to crush soft coal with medium hardness. Its production capacity is very large. The characteristic of the machine is that the concentricity between the driving wheel and the cylinder body is very precise. The cylinder body is equipped with a wear-resistant liner, and the two ends of the cylinder body are the non-resistance feeding and unloading ends. The machine can complete both crushing and screening operations in one operation.Mcnally Pittsburg Company of the United States manufactures Gearmatic twin-roll crusher, heavy twin-roll crusher, rotary crusher, two-stage four-roll Gearmatic crusher and single-roll crusher specially for crushing lump coal. Gearmatic crusher is characterized by its high tensile strength gear transmission device developed by Mcnally Company and good sealing device for dust prevention. When the crusher is running, the position of the moving roll can be changed to adjust the particle size of the product. The two-stage four-roll crusher manufactured by the company is assembled by two double-roll crushers.The large Arbed roll crusher manufactured by Mecan-Arbed Company in Luxembourg is used for crushing or medium crushing operations, crushing brittle or medium-hard materials (materials with high humidity and viscosity). The company manufactures 13 kinds of gear roll crusher, the smallest one with driving power of 237 kw, its production capacity of 150-200t/h and product size of 50 mm, and the largest one with driving power of 2600 kw, production capacity of 2400-3000t/h and product size of 300-400 mm.Mammut crusher manufactured by West Germany QK Company is a single rotor hammer crusher. It is suitable for crushing hard to hard limestone and cement raw materials by single roller. This crusher has 12 specifications: feed size is 0 25mm, driving power is 100 3500kw. The Titan crusher manufactured by the company can crush materials similar to Mammut crusher, but the feed size is 1200-2300 mm, the production capacity is 220-1200t/h, and the driving power is 2170-2900 kw.The impact crusher manufactured by the company has 18 specifications. The maximum feed size is 400-1600 mm, the production capacity is 20-1800t/h, the crushing product size is 0-150 mm, and the driving power is 22-2000 kw.The HBK hammer crusher manufactured by the company is mainly used to crush the gravel (medium to hard) needed for road construction. QKs medium hammer crusher has 10 specifications. It is used for crushing soft, medium and hard materials or crushing cement raw materials. The power of motor is 30-400 kw, and the crushing productivity is 20-280t/h.Czech Pragoinvest company manufactures 8 kinds of OKD impact hammer crusher, which is used for high crushing productivity and high crushing ratio. The structure of OKD crusher is characterized by a huge crushing chamber on the large rotor. By rotating the crushing hammer, the material is projected onto the wall of the crushing chamber, which is crushed by impact. The unbroken bulk material falls on the screen at the outlet and is broken again by impact.The crusher adopts a hydraulic control system, and a screen and a hydraulic device for disassembling and installing the crusher hammer are installed at the outlet of the rear discharging port of the crusher.The single-roll and double-roll crushers manufactured by West Germany PHB-Weserhutte (PWH) Company can be smooth rollers or grooved on the crusher rolls with crushing teeth. This crusher is used to crush hard or soft materials.The PWH single rotor hammer crusher manufactured by the company is also used to crush soft to medium hard materials, and has a high crushing ratio, which can make the particle size of crushed products less than 3 mm.Voest-Alpine Australia manufactures two types of twin-roll crushers. - The utility model is equipped with a mechanical device for adjusting the clearance of crushing rolls and an elastic unloading roll. Both types of crushers can be installed with flat rollers, corrugated rollers and tooth rollers according to different needs. The first type is used for crushing limestone, gypsum, perlite and other materials; the second type is used for crushing hard iron ore, sintered stone, slag and coke and other materials.Sand crusher manufactured by the company is suitable for occasions with large crushing ratio. The company also manufactures heavy crushers for breaking pebbles or refractory rocks.Voest-Alpine also manufactures a Centro crusher with a high-speed turbine rotor. The company also manufactures a Centro crusher for fine Voest-Alpine, which is equipped with a high-speed turbine rotor. It is used for crushing fine gravel with a particle size of 50 mm. The machine centralizes feeding from the upper part, and the material moves towards the rigid crushing chamber wall. The rotor has the structure with the least wear and the best crushing effect. The production capacity is about 50t/h. This crusher is suitable for crushing sand and gravel with 0-5mm grain size of 80%. The machine has two specifications: 1250 mm x 1250 mm and 1600 mm x 1600 mm, and the driving power is 5575 kw.中文翻译辊式破碎机、冲击式破碎机和锤式破碎机的发展概况辊式破碎机、冲击式破碎机和锤式破碎机的应用范围非常广泛,能对各种不同硬度的、粘度和湿度都较大的物料进行粗碎、中碎和细碎。特别值得指出的是这几种破碎机的破碎效率高,能耗小。目前的辊式破碎机、冲击式破碎机和锤式破碎机在设计、制造和应用上都取得了一些新的进展。英国Babitless(GB)公司制造了一种破碎比高、能耗低的Dragon冲击式破碎机。该破碎机机的系列产品有: PS10.05(1m x0.5m), PS10.10(1mx1m), PS12.13(1.2mx1.3m)。该公司制造的这种冲击式破碎机可用于破碎白云石、硅质石灰岩等矿石,但不能破碎湿度和粘性都很大的物料。给料粒度为65150mm。实际上,该机最适合破碎块状物料,不适合破碎片状物料。破碎产品粒度在40mm以下,生产能力为15150t/h。该公司还制造了13 种可逆转的冲击式破碎机。允许的给料粒度达380mm,生产能力超过600t/h。该公司还生产了6种规格的辊式破碎机,生产能力为35 195t/h,产品粒度为6 50 mm。英国Groft Barmac公司制造的Rotopactor破碎机,是一种具有独特形式的三级冲击式破碎。物料的输送是从料斗经中央分配器送到破碎腔内快速旋转的转子上的。破碎产品落入排料槽内。破碎腔的磨损很小,但对破碎区域还是要进行专门的耐磨保护。转子的通路要衬装碳化钨导向板,从而破碎腔的上部和底部要安装铸造衬板。转子的表面硬度要求极高。这种破碎机的转子,可用2个或3个部件组成两种型式的转子。该公司生产的这种破碎机系列有五种规格。驱动功率为75500马力,生产能力可高达250t/h。这种破碎机的驱动机可以进行改型,机器的结构形式分为闭式和开式。Groft公司最近安装使用的一台MII型破碎机,装有双驱动装置和两台200马力的电动机,其生产率超过200t/h。MI型破碎机是一种小型破碎机,生产率为50t/h。美国Eagle公司制造的Maxim多笼式破碎机,用于破碎混合物料。在每种多笼式破碎机中,都有以相反方向旋转的(沿直线和中心给料点)2、4或6个同心笼室。每个笼室都有一排冲击破碎棒。破碎产品的粒度从20mm到200网目。这种破碎机有三种规格,破碎生产率为730t/h、1560t/h和30110t/h。英国GEC公司制造的Dyad双转子摆动锤式破碎机,生产能力高达1000t/h。西德Hazemag公司制造的Hazemag型冲击破碎机。由英国PeabodyHolmes公司销售到整个英国的采石场。APP2030型粗碎机和APKM1630型中碎机是两种大型的冲击式破碎机,现已交付英国采石场使用。两台设备的合同价格是125英镑(合同中包括供给的电力驱动装置、专用的速度控制设备和能量回收装置)。目前已有数百台Hazemag冲击式破碎机在石灰石
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