立式冲击式破碎机简介

1、机械工程2011级科 研 训 练立式冲击破碎机设计目录1.绪论21.1 立轴冲击式破碎机简介21.1.1 工作原理31.1.2 结构组成41.1.3 应用领域71.2 课题研究的意义和目的72国内外研究现状82.1 国内立轴式冲击破碎机发展概况82.2 国外立轴式冲击破碎机发展概况92.3 国内外产品差距113、课题研究的思路与方法123.1 建立科学的设计方法123.2 运用Auto CAD及Pro/E软件进行辅助设计123.3 使用ANASYS软件对关键部件及结构进行仿真并优化124、课题研究的内容及预期成果134.1 研究内容134.1.1 破碎机结构设计134.1.2 控制及辅助系统设

2、计14预期成果145、课题研究进度安排156、参考文献151.绪论粉碎是人类日常生活当中不可缺少的获得有价材料和各种矿物原料的重要手段。用于粉碎所需的基建费用和生产费用都相当大。尤以电能消耗和设备磨损为主要指标。专家们指出全世界每年在粉碎上所花电耗为总电能的3%。要求细的粉碎粒度，机械无故障运转以及设备微小磨损和节能是全世界粉碎工作者多年来共同研究的课题。而立轴冲击式破碎机就是今年来逐渐兴起的一种高效、可靠的破碎、粉碎设备。1.1 立轴冲击式破碎机简介立轴冲击式破碎机(制砂机)广泛应用于各种矿石、水泥、耐火材料、铝矾土熟料、金刚砂、玻璃原料等高硬、特硬物料的中、细碎领域。在机制建筑砂、石料以及

3、各种冶金矿渣的破碎中更是得到普遍使用，特别对中硬、特硬物料比其他类型的破碎机更具有优越性，产量功效高。目前已经替代锤式破碎机、对辊破碎机、棒磨机等传统设备，成为制砂行业的主流设备。图1.1-2 单电机驱动的立轴冲击破碎机剖视图1.1.1 工作原理立轴冲击式破碎机由进料斗、吊架、涡流破碎腔、叶轮体、主轴、底座、传动装置及电机部分组成。其工作原理是：物料由进料斗进入叶轮腔内（途经吊架处中心进料管），由分料锥把物料以伞状形式均匀地抛于叶轮流道内，经高速旋转的叶轮瞬间加速至 60 75 米 / 秒,从叶轮周围的流道腔内抛射出去，冲击到涡流腔内涡流衬层上，被物料衬层反弹，斜向冲击到涡流腔的顶部，又改变其

4、运动方向，偏转向下运动，和叶轮流道腔内抛出的物料形成连续的物料幕。这样，一块物料在涡流破碎腔内受到两次至多次破碎撞击，被破碎的物料由下部排料口排出，经循环筛分系统形成闭路，一般循环三次即可将物料破碎成为 4.75mm 以下。这种破碎机优点是破碎比与耐磨衬板的磨损无关。由于这种特性，任何物料一无论其耐磨性能如何都可以很经济的使用转子离心式破碎机进行破碎，获得立方型颗粒含量.超过80%的高质量产品。同时也提高了破碎面的比例。涡流腔内部巧妙的气流自循环，消除了粉尘污染。溢流给料并不需要增加破碎机的功率消耗和磨损费用，溢流给料增加了破碎机腔内部的颗粒密度，更有效的破碎更多的颗粒，提高了能量利用率。图1

5、.1.1 破碎机破碎原理图1.1.2结构组成立轴冲击式破碎机主要由进料斗、吊架、涡流破碎腔、叶轮体、主轴总成、底座、传动装置及电机等七部分组成。具体结构见图1（立轴冲击式破碎机结构剖视图） 立轴冲击式破碎机结构剖视图(1) 进料斗 进料斗的结构为一倒立的棱台体（或圆筒体），进料口设置耐磨环，从给料设备的来料经给料斗进入破碎机。(2) 吊架 吊架安装在涡流破碎腔的中间叶轮的上部，物料经中心入料管进入叶轮，被加速到较高速度抛射出去，不增加功率消耗，增加生产能力，提高破碎效率，同时对叶轮上端面也起到保护作用。 (3) 涡流破碎腔涡流破碎腔的结构形状为上、下两段圆柱体组成的环形空间，叶轮在涡流破碎腔内

6、高速旋转，涡流破碎腔内也能驻留物料，形成物料衬层，物料的破碎过程发生在涡流破碎腔内，由物料衬层将破碎作用与涡流破碎腔壁隔开，使破碎作用仅限于物料之间，起到耐磨自衬的作用。观察孔是观察叶轮流道发射口处抛料头的磨损情况及涡流破碎腔顶部衬板的磨损情况，破碎机工作时必须将观察孔密封关严。分料器固定在涡流破碎腔的上部圆柱段。叶轮高速旋转产生气流，在涡流破碎腔内通过分料器、叶轮形成内部自循环系统。 (4) 叶轮 叶轮是由特殊材料制作的空心圆柱体，安装在主轴总成上端，用圆锥套和键联接传递钮距，高速旋转，叶轮是冲击破碎机的关键元件。物料由叶轮上部分料器的中心入料管进入叶轮的中心。由叶轮中心的分料锥体将物料均匀

7、的分配到叶轮的各个发射流道，在发射流道出口，安装有特殊材料制成的抛料头，可以更换。叶轮将物料加速到60-75m/s抛射出去，冲击到涡流破碎腔内的物料衬层，进行强烈的自粉碎，在分料锥和耐磨块之间装有上、下流道板，保护叶轮不受磨损。 图1.1.2-2 转子结构剖视图(5) 主轴总成 主轴总成安装在底座上，用以传递电动机经由三角皮带传来的动力及支撑叶轮旋转运动。主轴总成由轴承座、主轴、轴承等组成。 (6) 底座 涡流破碎腔、主轴总成、电动机、传动装置均安装在底坐上，底座结构形状，中部为四棱柱空间， 四棱柱空间的中心，用于安装主轴总成，两侧形成排料通道。双电动机安装在底座纵向两端，底座可安装在支架上，

8、也可直接安装在基础上。 (7)传动装置 采用单电机或双电机驱动的皮带传动机构(75KW 以上,为双电机传动),双电机驱动两台电动机分别安装在主轴总成两侧,两电机皮带轮用皮带与主轴皮带轮相连,使主轴两侧受力平衡,不产生附加力矩。 (8)支架 根据破碎机工作场所不同-露天作业或室内作业，可以考虑配置支架或不配置支架。 (9)润滑系统 采用特级润滑脂（滴点290320度）集中润滑，润滑部位为主轴总成上部轴承和下部轴承两处，为使注油方便，用油管引到机器外侧，用于油泵定期加油。 应用领域（1）采石立轴冲击式破碎机是公认的用于铺路沥青、混凝土，标准砂石等的优质骨料生产设备。能够破碎多种物料，特别是坚硬、磨

9、蚀性强的岩石。破碎机的高速撞击破碎能够以最低成本生产高等级产品，同时降低了噪音和改善了石料粒形，减少产品含水量，便于后续筛分作业。（2）工业矿石立轴冲击式破碎机能够有效控制产品级配、产量高、运行成本低，并能生产大量细粒级产品，因此立轴冲击式破碎机特别适应于工业矿石的加工领域。在工业矿石加工领域，高磨蚀性的工业矿石加工行业特别受欢迎。现在，在钻石矿，成为从工业脉石提取钻石的高效设备；在水泥行业，也成为节约成本、增加产量，生产磨机给料的首选细碎设备。（3）矿山在一台设备中同时具备了破碎和碾磨的功能了可以加工几乎所有的坚硬、高磨蚀性，脆性物料和粘性物料。立轴冲击式破碎机产量高，能够生产细粒产品，可用

10、于生产磨机给料、烧结给料、准浸料等领域，成为替代高成本、低效率的碎磨设备的理想选择。（4）废料回收由于人们环保意识的不断加强，废料回收产业的不断发展，立轴冲击式破碎机正在成为废料回收领域的重要一员，废料回收不仅仅限于建筑废料的回收，还包括玻璃、炉渣和其它具有可再生经济价值的废料。是加工此类废料的理想方法，并且多种配置能够应用干多种不同领域。1.2 课题研究的意义和目的立式冲击式破碎机相对于传统的颚式破碎机，圆锥破碎机具有以下几点优势：1.破碎效率高，具有细碎、粗磨功能；2.结构简单、安装、维修方便、运行成本低；3.通过非破碎物料能力强，受物料水份含量影响小，含水份可达8%；4.产品粒形优异，呈

11、立方体，针片状含量极低，适宜骨料整形、人工制砂及高等级公路骨料生产；5.产品堆积密度大，铁污染极小因此开发设计高效可靠的立式冲击破碎机将会促进矿山、建筑等行业的发展。2国内外研究现状2.1 国内立轴式冲击破碎机发展概况近几年来，国内VSI机也有极大发展，主要表现在以下几个方面:(1) VSI机的国内制造商越来越多，且各家公司的新产品小断推出，其产品生产数量也在稳步增长；(2)机器的规格逐渐大型化。如郑州一帆公司的叶轮直径己达1 300 mm，处理能力相应增大，且排料中成品砂的百分比含量也达到先进水平，接近50%；(3)比较规范化的产品，其综合品质稳定，小少厂商对机器的振动、噪声、粉尘等开始控制

12、，且易损件的使用寿命提高，有厂商报导，在处理河卵石时其外刀的使用寿命己超过200 h；(4)机器的品种增多，小仅有石打石和石打铁，而且开式叶轮在个别公司开始采用，其导向板的寿命达到正常使用要求。由于上述的因素，国内客户开始信任国产的VSI机，在部分使用场合，如中硬物料处理，先进的国产设备可以与进口设备抗衡；目前，国内市场上的VSI机从技术层面上可划分为三种:自行开发的产品(包括仿制的)、中外合作产品和全部进口的产品。当砂石场生产规模越来越大之后，进口设备的价格相对较高，己小成为客户购买的阻力。而阻力来自使用的高成木和洋设备的难侍候。中外合作产品进入国内市场较晚，由于技术成熟，且易损件己国产化，

13、中方合作者能为客户选型把关，提供较良好的售后服务，弥补全进曰设备的弊病，故显示较强的市场竞争力。国内自主开发产品尽管仿制而来，如果仅凭价格优势，小在技术上、质量上与时俱进，虽然目前市场上销售数量占优，但前景不容乐观。2.2 国外立轴式冲击破碎机发展概况立轴冲击式破碎机(VSI)的一个重要市场促进因素是提供立方体形的碎石，满足超级铺设材料的规范。在被集料经营商广泛认可之后，当前VSI的用户和制造商正环绕着更满意的形状或更有收益的碎石来推VSI的应用。大型化的VSI机，具有灵活的机械性能、好的耐磨材料和零件设训、以及更有效的粉尘控制系统等，正推动VSI机在第四级、第二级甚至第二级(破碎)同路中的应

14、用，接近卧式反击式破碎机和圆锥破碎机的水平。改进磨损率，是每一个VSI机制造商的首要目标。通过给料管、分配板、转子和导向板台的综合设训，来增加通过破碎机物料的处理量，以及通过在高磨损表面浇铸复合陶瓷和钨来实现这一目标。此外，制造商己经致力于制造更易获得和更牢固的耐磨件替代品。以下概述多个制造商宣称他们在设训和操作上与其他VSI机的不同处。(1) CemeoCemeo公司7种VSI型号系统的顶端是Turho160,Turho175。重达77,000磅(约35t)的Turho175是一种“导向板与反击板”的机器，石料槽可选择，其导向板台可以装3一5个导向板，每件重136磅( 62kg)的导向板，据

15、称，仅需2个螺栓固定，小需要其他固定来抗离心力和破碎力。通过速度和冲击距离能够变化来得到最好的破碎效果。该公司称:2台Turbo 175 机器分别装置8001,000马力的动力，其通过量在8001,300t/h之间，己经运行1年以上。Turbo 160有相似的处理能力，但仅56,000磅重，恰好满足移动式。这两种机器在处理石灰石时允许最大给料边长均为7"(约180 mm )，Cemco公司正在Turbo 175机器上试验陶瓷导向板。(2)Impact Service CorpISC公司最新的VSI机为130型，重86 976磅(不包括电机)，具有130"(约3,300 mm

16、)直径的大圆桶和61.25"直径的转台，装有266磅的导向板，ISC公司还介绍大转台的103型.70型和82型V SI机。103型的转台直径54.5具有4个螺栓导向板紧固系统，在导向板的背面设有垂直锁紧销a ISC公司认为这种新设训将允许更大的给料规格和更快的转台速度，70型和82型具有48.5"的直径转台，最多可装7块导向板来得到最细的产品，据ISC认为，较大直径的转台增加了导向板空间，可以减少每吨产品的拖动电流，可以增加通过量和降低成木。该公司为增加耐磨件寿命，正进行系列的转台导向板、反击板、内带镶嵌式陶瓷的给料盘等研发。(3) Kolbeng一Pioneer该公司五种

17、型号VSI机处理最人给料规格从2"到6"。其中二种型号(机器)既可以是标准型(导向板与反击板)半一体型(闭合转子与反击板)也可以是全一体型(闭合转子与混合岩石槽)结构。该公司这种独有的混合石料槽融合了“石打石”和“石打铁”的破碎方式。在反击板前面的冲击区域，物料收集到石料槽上提供抗磨蚀性的保护。该公司认为，反击板从背面支撑所积聚的物料以增加破碎效果。该公司的VSI机可采用导向板转台或闭合转子，闭合转子的所有耐磨件全部螺栓紧固，包括可更换的碳化物条(外刀)。转台采用销固定或螺母固定的导向板和可更换的衬板。(4) Metso Minerals该公司提供二个系列产品，巴马克VSI

18、破碎机为应用的需要有“石打石”或“闭合转子与反击板”构造。巴马克的B系列产品具有一个闭合转子和石料槽，以及一个瀑落的给料系统，转移部分给料直接进入破碎腔而绕过转子。在破碎机运行中，瀑落物料可由手动或自动插板系统调整。破碎机的其他调整还包括转子速度和直径，选择破碎腔的中空环。操作控制系统可显示振动和轴承、电机温度。B系列的7种型号最大给料规格从3/4"到3"之间。美卓VI系列VIS机的4个型号允许最大给料规格从1.0"(闭合转子)到6"(开式转子)在同一种泪L架内，可由开式转子和反击板变到NJ式转子和石料槽。美卓VI系列独有的圆柱形反击板，当半面磨损时可转

19、换。美卓公司称:空气流量的减少和在破碎机头罩内的再循环，使VI系列设计减少粉尘的排放。(5) REMCO该公司的岩石土和制砂土VSI机系列的“石打石”和ST/AR的“石打反击板'VSI机许可给料量高达1 500t/h，给料规格达4"。作为第二级或第四级同路的典型设备，机器所需动力从60马力到1 500马力。该公司转子可采用3个、4个、5个或6个插入式设训的出口，小用螺栓安装的钨钢片容易更换。该公司称，硬质的AR钢替换顶部和底部耐磨盘减少了转子体修理时焊接的工作量。4个或5个导向板转台也可采用ST/AR型。ST/AR型(带同转顶盖/反击板圈)破碎机具有可翻转的反击板，设置在能上

20、升或卜降的多个位置的反击板圈上，以增加反击板允许磨损量。所有的ST/AR型式都能从反击板圈转换为石打石腔型。该公司建议反击板仅仅在物料含有磨蚀性成分小于15%时使用。15%指作岩石化学分析时硅、l和铁的总的百分比 国内外产品差距对照国内外主要VSI制造商所提供的产品性能，国产机与国外主要公司产品的差距是全方位的，主要表现在下列几方面。(1) 客户服务客户服务，特别是售前的选型服务上。大多数国内制造商目前开发的产品，基础是仿制，往往“知其然而不知其所以然”。而对不同的客户情况，由于缺乏实验数据，常常以小变应万变。造成同样机器，不同客户使用效果不一样。客户的破碎筛分系统的缺陷也会影响VSI机的使用

21、。例如:当系统未配置除铁器时，铁件进入将损坏机器，当系统供料粒度超过允许值时，会引起不正常运转。当进料中含有过多水分时，易损件将加剧磨损。当进料无法调节时，其小均匀性将影响机器的制砂效果等等。这些客户必须注意的事项，国内制造商往往不能像他们的国外同行那样，在客户选型时详细说明，从而也损害了国产VSI机声誉。(2) 产品规格和性能在产品规格和使用性能上，特别在机器的大型化方面。将国外大规格的VSI机与国内最大制造规格相比在产品大型化上的差异，是设训水平、制造商能力和国内配套件性能(如轴承)等方而的综合反映。例如:转子体的上下面采用圆锥环紧固定位。在高速运转中不能丝毫松动，在名义尺寸600 mm直

22、径时其上下锥面同心度公差神户制钢厂设计为0.02 mm，这一设计要求对制造商的加工能力是一个考验。(3) 机器的使用寿命冲击式破碎机的使用寿命原来就比其他类型的破碎机低，如颚式、圆锥式等。而立轴冲击式又比卧式冲击式使用工况更恶劣。因此，机器零部件的使用寿命，是VSI机制造商的生命线，在相仿的使用工况下，对零件寿命作一对照(见表2.3.1)表2.3.1零件寿命对比表对比项外力内力上下衬板叶轮本体反击板神户制钢53053010602120530国内代表性产品150300500不详3003、课题研究的思路与方法 建立科学的设计方法由于行业技术水平的制约，众多的设计制造厂家在生产立式破碎机时，仅是进行

23、经验设计，即通过调查服役设备运行状况，反过来修改设计，没有用理论指导实践，尤其是设计时没有考虑所破物料性能的差异，显然这是不合理的。为此，通过对立式破碎机工作原理、结构特点的分析，利用产量公式计算相关零部件强度，建立关键部件及结构的设计方法。3.2 运用Auto CAD及Pro/E软件进行辅助设计使用计算机辅助设计软件进行高效准确的绘图，并利用Pro/E进行三维建模，使得整体设计能够直观地展现出来使用ANASYS软件对关键部件及结构进行仿真并优化由于破碎机结构及应力分布情况都十分复杂，运用传统的数学分析方法很难找到结构上薄弱或强度过剩的部位，应此考虑使用ANASYS软件对其进行仿真及分析。AN

24、SYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换。是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。计划使用该软件进行（1）结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和力。求解惯性和阻尼对结构的影响的问题。并找出相应的薄弱部位并作出相应的结构上的优化设计，在保证整体强度及寿命的情况下尽力降低生产成本，提高产品效率。（2）结构动力学分析结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分

25、析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。进行的结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。4、课题研究的内容及预期成果4.1 研究内容 破碎机结构设计（1）立式冲击破碎机功率计算与电机的选择根据理论分析得到立式冲击破碎机适用的电机功率理论计算公式，从工况分析、受力分析和电机拖动原理人手，经过较为详细的理论推导，得到立式冲击破碎机电机功率的理论计算方法。（2）主轴及转动系统的设计通过对立式破碎机工作原理、结构特点的分析，利用产量公式计算主轴强度，建立主轴的设计方法。并相应设计与电动机配套的传动系统（3）转子设计转子由特殊材料制作的空心圆柱体，

26、安装在主轴总成上端，用圆锥套和键联接传递钮距，高速旋转，将进料加速到极高的速度并抛出进行破碎，该部件是冲击破碎机的关键元件，它的设计好坏直接影响到破碎机的破碎性能及使用寿命。（4）破碎腔体设计涡流破碎腔是立轴冲击破碎机的重要部件之一，涡流破碎腔的结构形状为上、下两段圆柱体组成的环形空间，叶轮在涡流破碎腔内高速旋转，涡流破碎腔内也能驻留物料，形成物料衬层，物料的破碎过程发生在涡流破碎腔内，由物料衬层将破碎作用与涡流破碎腔壁隔开，使破碎作用仅限于物料之间，起到耐磨自衬的作用。（5）其它部件及结构设计包括底座、支架、吊架及进料斗等的设计。4.1.2 控制及辅助系统设计（1）自动控制破碎过程系统的设计

27、自动控制系统在破碎生产中发挥的作用越来越重要。它能够保证在合理的负荷范围内，产量最大，效率最高。拟开发先进的自动控制技术操作控制系统和自动调整装置，从而操作者能够充分发挥立轴冲击破碎机的各种性能，精确控制瀑布流，使最终产品的运行成本达到最低。（2）自动润滑装置的设计设计自动润滑系统通过使用由电机驱动的油脂泵和分流阀，确保了精确的计量流量进入破碎机油承福。三个分流阀在出厂前已进行设定，可以为釉承箱提供正确的油脂量。完成立式冲击破碎机的设计，绘图，及三维建模工作，在条件允许的情况下完成该机械的自动控制系统的软硬件设计，并使用软件对原先的设计进行仿真及优化。5、课题研究进度安排序号时间安排（2015年）项目名称1收集相关资料并确定设计指标2立式冲击破碎机功率计算与电机的选择3主轴及转动系统的设计4转子设计5破碎腔体设计6其它部件及结构设计7自动控制破碎过程系统的设计8自动润滑装置的设计9使用软件进行仿真及优化6、参考文献1 美卓矿机. 诺德伯格巴马克B系列立轴冲击式破碎机M. 美卓矿机有限公司, 2006: