IPE400×600 顎式破碎機的設計摘 要國內使用的顎式破碎機類型很多,但常見的還是傳統(tǒng)的復擺顎式破碎機。復擺顎式破碎機的出現已有 140 多年的歷史,經過人們長期的實踐和不斷完善與改進,其結構型式和機構參數日臻合理, 結構簡單、制造容易、工作可靠、維修方便，故在冶金、礦山、建材、化工、煤炭等行業(yè)使用非常廣泛。隨著現代化的發(fā)展，各工業(yè)部門對破碎石的需求進一步增長，研究復擺顎式破碎機具有很重要的意義。本畢業(yè)設計主要是為滿足生產需求：進料口尺寸：400×600 (mm)；出料口尺寸：40～160 (mm)；進料塊最大尺寸：340(mm)；產量：17～115 噸/ 時而研究的。主要研究復擺顎式破碎機的運動分析、V 帶的選擇，各種工作參數的選擇，工作機構的優(yōu)化。重點研究傳動的設計和系統(tǒng)的優(yōu)化。關鍵詞：復擺顎式破碎機，傳動，運動分析IIDesign of PE400×600 Jaw-fashioned CrusherABSTRACTThe domestic use jaw type breaker type are very many, But common traditional duplicate pendulum Jaw-fashioned Crusher. The duplicate pendulum jaw type breaker appearance had more than 140 years history, And consummates and the improvement unceasingly after the people long-term practice, Its structure pattern and the organization parameter are day by day reasonable, The structure simple, the manufacture is easy, the work reliably, the service convenient, therefore in profession use and so on the metallurgy, mine, building materials, chemical industry, coal is extremely widespread. Along with the modernized development, various industry sector further grows to the broken crushed stone demand, studies the duplicate pendulum Jaw-fashioned Crusher to have the very vital significance. This graduation project mainly is for meets the production need: Feed head size: 400×600 (mm); Discharge hole size: 40～160 (mm); Feeding block greatest size: 340(mm); Output: 17～115 t/h. Mainly studies the duplicate pendulum Jaw-fashioned Crusher the movement analysis, V belt choice, the analysis which the Jaw-fashioned Crusher, the toothed rack wears, each kind of operational parameter choice, operating mechanism optimization. Detailed studies transmission design and system optimization.KEY WORDS: Jaw-fashioned Crusher，Transmission, Kinematic AnalysisIII目 錄前 言 .1第 1 章 選題背景 .31.1 研究的目的和意義 .31.2 特點和現狀與發(fā)展 .41.2.1 復擺顎式破碎機的特點 .41.2.2 復擺顎式破碎機的現狀與發(fā)展 .51.3 國內外復擺顎式破碎機的進展 .9第 2 章 工作原理及構造 .112.1 工作原理 .112.2 顎式破碎機的結構 13第 3 章 主要零部件的分析 .143.1 動顎 .143.1.1 動顎的結構 .143.1.2 動顎的工作過程 .143.2 齒板 .153.3 肘板 163.4 調整裝置 173.5 保險裝置 173.6 機架結構 183.7 傳動件 193.8 飛輪 193.9 潤滑裝置 20第 4 章 主要參數的設計計算 .214.1 顎式破碎機結構參數的計算 .214.1.1 鉗角 α 214.1.2 動顎水平行程 SY.214.2 主要構件尺寸參數的設計計算 .214.2.1 破碎腔高度 H 22IV4.2.2 偏心距 e224.2.3 動顎懸掛高度 h .224.2.4 偏心距 e 對連桿長度 l 的比值 λ 224.2.5 肘板長度 K 234.2.6 傳動角 β .234.2.7 破碎腔形狀的確定 234.3 顎式破碎機工作參數的設計計算 .244.3.1 偏心軸轉速 n 的設計計算 .244.3.2 生產率的計算 .244.3.3 破碎力的計算 .254.4 各個部件的受力分析 .26第 5 章 重要零件的設計和校核 .285.1 電動機的選擇 .285.2 V 帶傳動的設計 285.2.1 確定計算功率 Pc 285.2.2 確定 V 帶的帶型 .285.2.3 確定帶輪的基準直徑 ，并驗證帶速 .28dv5.2.4 確定 V 帶的中心距 和基準長度 29adL5.2.5 驗算小帶輪包角 .2915.2.6 確定 V 帶根數 z.295.2.7 計算單根 V 帶的初拉力的最小值 .305.2.8 計算壓軸力 305.3 飛輪的設計 .305.4 推力板的設計 .315.5 偏心軸的設計 .325.5.1 偏心軸的材料選擇和最小直徑估算 .325.5.2 偏心軸結構的設計 .335.5.3 偏心軸強度校核 .335.6 軸承的選擇 .34第 6 章 顎式破碎機的安裝與運轉 .35V6.1 破碎機的安裝 356.2 機架的安裝 356.3 肘板的安裝 356.4 動顎的安裝 366.5 齒板的安裝 366.6 破碎機的運轉 36結 論 .37謝 辭 .38參考文獻 .39附 錄 .41外文資料翻譯 .421前 言在基本建設工程中，需要大量的，各種不同粒徑的砂、石作為生產之用。在沒有合格的天然砂子和一臺顎式破碎機問世以來，至今已有 150 余年的歷史。在此過程中，其結構得到不斷的完善，而顎式破碎機的結構簡單，安全可靠，石料可供破碎機械來進行加工，來滿足工程的需要。所以在生產中廣泛的應用。而工程上應用最廣泛的是復擺顎式破碎機，國產的顎式破碎機數量最多的也是復擺顎式破碎機。破碎機是將開采所得的天然的石料按一定尺寸進行破碎加工的機械。顎式破碎機是有美國人 E．W ． Blake 發(fā)明的。自第一臺破碎機的出現，生產效率快，又滿足安全條件，又能適應生產，大大加快了生產。復擺顎式破碎機結構簡單、制造容易、工作可靠、使用維修方便等優(yōu)點，所有在冶金、礦山、建材、化工、煤炭等行業(yè)使用非常廣泛。80 年代以來，我國對復擺顎式的研究和產品開發(fā)取得了較大的發(fā)展。在充分吸收國外產品特點的基礎上，結合國情研制開發(fā)了許多新型、高效的設備。上海建設。路橋機械設備有限公司率先對復擺顎式破碎機進行了重大的改進，即通過降低動顎的懸掛高度，改善動顎的運動軌跡，減小破碎腔的嚙角，增大破碎比，增大了動顎的水平行程，提高生產能力等，大大改善了機器性能，完成了產品的更新換代。復擺顎式破碎機主要是由兩塊顎板（活動顎板和固定顎板）組成?；顒宇€板對固定顎板周期性的往復運動，時而靠近，時而分開，由此使裝在二顎板間的石塊受到擠壓、劈裂和彎曲作用而破碎。復擺顎式破碎機的機器重量較輕，結構簡單（少了一件連桿、一塊肘板、一根心軸和一對軸承） ，生產效率較高（比同規(guī)格的簡擺顎式破碎機生產效率高 20%-30%） 。復擺顎式破碎機適合破碎中硬度石料。在工程中，多用他做中、細碎設備，起破碎比較大，可達江 10。隨著機械工業(yè)的進步，近年來，復擺顎式破碎機正朝著大型化發(fā)展。所以，一個合理的傳動裝置可以使復擺顎式破碎機運行的更加順利，合理有效。動顎的優(yōu)化可使磨損大大的降低，沖擊、噪聲、振動都相應的減少，也減少工作人員的勞動強度，提高生產的質量，降低制造成本和縮短生產周期。但是，復擺顎式破碎機也有它的缺點，具體如下：2JB／z0 1032 - 87《顆板鑄造技術條件》規(guī)定齒板壽命只有 60h，按 l0h 工作制，每付齒板只能用 6d，不到一星期就需更換一次齒板。不僅給維修帶來很大的不便，而且增加了破碎物料的成本。破碎機出口揚塵非常嚴重，從破碎機出來的塊狀和粉末狀物料直沖礦石輸送皮帶，部分物料飛濺或滾淌到地面上，地面堆積厚厚一層物料，部分粉狀物料飛揚在空中，給生產帶來了很大的不便。較多的粉塵而直接影響安全生產和員工的健康，因此要采用相應的防塵設施是破碎機一個重大而不可忽略的問題?，F代的設計應以人為本，面對服務對象，面向市場、面對循環(huán)經濟、面對礦產資源利用的大趨勢，面對環(huán)保、搞全性能、全生命的設計。所以做好復擺顎式破碎機的設計，讓它更好的為生產服務，提高生產效率。3第 1 章 選題背景1.1 研究的目的和意義隨著我國國民經濟的快速發(fā)展，礦產資源的綜合利用技術與其產業(yè)迅猛前進，到 1999 年我國已建成 10 879 座國有大中型礦山和 227 854 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體企業(yè)，全國礦石采掘總量超過 50 億噸，礦業(yè)總產值為 4 000 億元。物料的破碎是許多行業(yè)（如冶金、礦山、建材、化工、陶瓷筑路等）產品坐產中不可缺少的工藝過程。由于物料的物理性質和結構差異很大，為適應各種物料的要求，破碎機的品種也是五花八門的。就金屬礦選礦而言，破碎是選礦廠的首道工序，為了分離有用礦物，不但分為粗碎、中碎、細碎，而且還要磨礦。因為破碎是選礦廠的耗能大戶(約占全廠耗電的 50%)，為了節(jié)能和提高生產效率，所以提出了“多碎少磨”的技術原則。這使破碎機向細碎、粉碎和高效節(jié)能方向發(fā)展。另外隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，破碎機也向自動化方向邁進（如國外產品已實現機電液一體化、連續(xù)檢測，并自動調節(jié)給料速率、排礦口尺寸及破碎力等） 。隨著開采規(guī)模的擴大，破碎機也在向大型化發(fā)展，如粗碎旋回破碎機的處理能力已達 6000th。至于新原理和新方式的破碎（如電、熱破碎）尚在研究試驗中，暫時還不能用于生產。對粗碎而言，目前還沒有研制出更新的設備以取代傳統(tǒng)的顎式破碎機和旋回式破碎機，主要是利用現代技術，予以改進、完善和提高耐磨性，達到節(jié)能、高效、長壽的目的。細碎方面新機型更多些。總的來看，值得提出的有：顎式破碎機、圓錐破碎機、沖擊式破碎機和輥壓機。而應用最廣泛的就是顎式破碎機。傳統(tǒng)的顎式破碎機由于具有結構簡單、工作可靠、制造容易、維修方便、價格低廉、適用性強等優(yōu)點，所以在工業(yè)上得到廣泛應用。其缺點是非連續(xù)性破碎、效率較低，破碎比較小，給礦不均勻引起顎板磨損不均勻等。針對其缺點，各國都在以下幾方面加以改進：優(yōu)化結構與運動軌跡改進破碎腔型，以增大破碎比，提高破碎效率，減少磨損，降低能耗，現已普遍應用高深破碎腔和較小嚙角；改進了動顎懸掛方式和襯板的支承方式，改善了破碎機性能；顎板采用了新的耐磨4材料，降低了磨損消耗；提高了自動化水平（可自動調節(jié)、過載保護、自動潤滑等） 。同時也出現了一些新的機型，如雙腔雙動顎式破碎機，其破碎比可達20~50，排料口調節(jié)方便，產量大；復擺顎式破碎機，兼有顎式破碎機與圓錐破碎機的性能其產量較同規(guī)格的破碎機高 50%。還有篩分顎式破碎機，把篩分和破碎結合為一體，不僅可簡化工藝流程，且能及時將已達粒度要求的物料從破碎腔中排出，減輕了破碎杌的堵塞和過粉碎，提高了生產能力，降低了能耗。近年來，隨著露天開采比重的增加和大型挖掘機、大型自卸汽車的采用，露天礦運往破碎車間的礦石粒度達 1.5~2m。同時被采礦石的品味日益降低，要保持原有生產量就必須大大增加開采量和破碎量，因而就使破碎機朝著大型、高生產率的方向發(fā)展。目前，國外生產的簡擺顎式破碎機的最大規(guī)格是 2100mm×3000mm，復擺顎式破碎機的最大規(guī)格是 1500mm×2000mm。而我在這個設計中主要是為了滿足進料口尺寸：400×600 (mm)：出料口尺寸：40～160 (mm)；進料塊最大尺寸：340(mm)；產量：17～115 噸/ 時的要求來滿足生產的需要。1.2 特點和現狀與發(fā)展1.2.1 復擺顎式破碎機的特點復擺顎式破碎機的機構屬于四桿機構中曲柄搖桿機構的應用，曲柄為主動件。顎式破碎機以結構簡單、性能可靠、維修方便在物料粉碎行業(yè)廣泛應用。復擺顎式破碎機的動顎，是直接懸掛在偏心軸上的餓，是曲柄連桿機構，沒有單獨的連桿。由于動顎是由偏心軸的偏心直接帶動，所以活動顎板可同時做垂直和水平的復雜擺動，顎板上各點的擺動軌跡是由頂部的接近圓形連續(xù)變化到下部的橢圓形，越到下部的橢圓形越扁，動顎的水平行程則由下往上越來越大的變化著，因此對石塊不但能起壓碎、劈碎，還能起輾碎作用。由于偏心軸的轉向是逆時針方向，動顎上各點的運動方向都有利于促進排料，因此破碎效果好，破碎率較高、產品粒度均勻且多呈立方體。復擺顎式破碎機和簡擺顎式破碎機相比較，復擺顎式破碎機的機器重量較輕，結構簡單（少了一件連桿、一塊肘板、一根心軸和一對軸承） ，生產效率較高（比同規(guī)格的簡擺顎式破碎機生產效率高 20%-3 0%）等優(yōu)點。但復擺顎式破碎5機的顎板垂直行程大，石料對顎板的磨削作用嚴重，磨削較快，且能量消耗也大，工作時易產生較多的粉塵。 顎式破碎機的優(yōu)點是生產率高，結構簡單可靠，破碎比較大（f 一般為 6～8） ，外形尺寸較小，零件檢查和更換比較容易，操作維護簡便，不用較高技術水平的工人就可能夠操作，應用范圍廣，與其他類型破碎機比較，不容易堵塞。因此工程中普遍采用它來破碎各種硬度 92500 公斤／厘米 2 以下）的石料，常作粗碎和中碎設備。一般用于破碎極限抗壓強度不才超過 2000 公斤／厘米 2 的石料時效果較好。其缺點是不宜破碎片狀石料，工作間歇、有空轉沖程，需要很大的擺動體，增加非生產能量的消耗，破碎可塑性和潮濕的物料時，容易堵塞出料口。由于工作時產生很大的慣性力，機體擺動大，工作不平穩(wěn)，沖擊，振動及噪音較大。因此須安裝在比機器自重大五倍以上的混凝土基礎上，并須采取隔振措施。大型破碎機還應安裝在埋設于基礎上的剛梁上。顎式破碎機的最大裝料塊度應比裝料口寬度小 15～20%，即給料的最大石塊不應超過裝料口的 0.85 倍。當用顎式破碎機破碎堅硬而光滑的大礫石時，礫石容易從裝料口反跳出來，故破碎天然礫石的生產率不及破碎來才塊石的生產率高。 使用顎式破碎機時，必須注意由于機器是在工作條件惡劣情況下運轉的，除了必須嚴守操作規(guī)程和維修保養(yǎng)制度外，還必須及時發(fā)現并修復被磨損的零部件，這是提高機器作業(yè)的重要措施。1.2.2 復擺顎式破碎機的現狀與發(fā)展顎式破碎機是由美國人布雷克發(fā)明的。自第一臺顎式破碎機問世以來，至今已有 150 余年的歷史。在此過程中，其結構得到不斷地完善。由于顎式破碎機結構簡單、制造容易、工作可靠、使用維修方便等優(yōu)點，所以在冶金、礦山、建材、化工、煤炭等行業(yè)使用非常廣泛。為了改善顎式破碎機性能和提高工作效率，國內外曾研制過各種異型顎式破碎機。早年，德國和前蘇聯都曾研制過液壓驅動的顎式破碎機。其特點是提高動顎擺動次數借以增加產量，同時能實現液壓調整排料口、液壓過載保護以及能負荷啟動。原西德制造過沖擊式顎式破碎機，而原蘇聯也制造了振動顎式破碎機（也叫慣性顎式破碎機） 。它們都靠動顎振動沖擊破碎物料，借以提高破碎機性能。前者國內曾經試制過，由于某些原因沒能繼續(xù)研制。原東德曾制造過一種簡擺雙腔顎式破碎機，美國生產過復擺雙腔顎式破碎機。6國內北京某設計院以及湖南某大學都曾與工廠合作研制了雙腔顎式破碎機。其特點是使間歇工作變成連續(xù)工作，借以提高破碎機工作效率。安徽某設計院曾發(fā)明一種雙腔雙動顎復擺顎式破碎機。它除了提高工作效率，同時又能降低破碎機負荷，使機重減輕很多。原蘇聯早年曾制造一種雙動顎顎式破碎機。國內遼寧某學院與礦山合作開發(fā)了雙動顎顎式破碎機。這種破碎機就是將原來兩個破碎機去掉前墻對置后而成。為了兩動顎同步運轉，在偏心軸一端增設一對開式齒輪。由于它的結構太復雜，近年又研制一種單軸倒懸掛的雙動顎破碎機。國內上海某學院曾研制過此種顎式破碎機。這兩種破碎機的特點，其動顎同步運轉，使破碎機強制排料。這樣，靠提高轉數增加破碎機產量同時由于物料與動顎沒有相對運動，減少襯板磨損延長使用壽命。近來又研制了單動顎倒懸掛顎式破碎機。早年，美國、英國、德國相繼生產了 Kun-kan 簡擺顎式破碎機。該機特點是，動顎懸掛高度很高并且前傾。連桿下行為工作行程、主軸承為半圓滑動顎軸承。山東招遠黃金機械廠曾引進了這種破碎機，并在此基礎上研制了 34 顎式破碎機。國外制造過一種肘板向上放置的顎式破碎機。國內有幾家設計院和制造廠生產了這種破碎機。它的特點是靠增大傳動角改善動顎運動特性，提高破碎機性能。在國內該機有叫負支承、上斜式、上推式和上置式破碎機。筆者認為叫大傳動角（包括傾斜式）破碎機更合適。美國鷹破碎機公司制造一種傾斜式顎式破碎機。其傳動角大約 70 度以上。它的最大特點是低矮，最適于井下或移動式破碎機上工作。北京礦冶研究總院與某廠合作生產了幾個規(guī)格的這種破碎機，其中最大為 900x 1200 顎式破碎機。國內山西某煤礦引進德國 WB8/26 顎式破碎機。該機置于皮帶機上方，借助曲柄連桿機構驅動動顎壓碎煤塊。實踐證明使用效果較好。以上各項異型破碎機的研制都取得了一定的效果并對國內破碎機行業(yè)的發(fā)展起到了一定的推動和促進作用。但是，都沒能得到大面積推廣使用。國內絕大多數制造廠生產的和現場使用的都還是傳統(tǒng)復擺顎式破碎機。就近兩年國外機械設備展覽會上展出的顎式破碎機來看，也都是傳統(tǒng)顎式破碎機，沒有異型顎式破碎機出現。國內各廠家所制造的顎式破碎機技術水平相差很懸殊，有少數廠家的產品基7本接近世界先進水平，而大多數廠家的產品與世界先進水平相比差距較大。綜上所述，改善國內顎式破碎機落后的狀況，全面提高顎式破碎機技術水平，趕上世界先進水平，創(chuàng)造世界品牌的顎式破碎機是當務之急。保證顎式破碎機最佳性能的根本因素是動顎有最佳的運動特性。這個特性又是借助機構優(yōu)化設計所得到的。因此，顎式破碎機機構優(yōu)化設計是保證破碎機有最佳性能的根本方法。我們與上海建設路橋機械設備有限公司（簡稱上建）合作開發(fā)了顎式破碎機軟件，借助其中機構優(yōu)化設計模塊對各種規(guī)格的破碎機進行優(yōu)化設計，得到了最佳的動顎運動特性。實踐結果表明，破碎機性能有顯著提高。該廠山寶牌顎式破碎機銷往歐美各大洲以及東南亞各國，產品基本上達到世界先進水平。目前，計算機在國內各廠家已基本普及，但顎式破碎機機構優(yōu)化設計尚未得到廣泛應用。我們相信，在上述實踐結果的拉動下，各廠家會積極采用破碎機機構優(yōu)化設計的好辦法。國內顎式破碎機的機重普遍高于國外同規(guī)格的破碎機。減輕機重也是一個重要課題。顎式破碎機機架占整機重量很大比例（鑄造機架占 50%、焊接機架占 30%） 。國外顎式破碎機都是焊接機架，甚至動顎也采用焊接結構。國內前幾年掀起一股用鑄造機架代替焊接機架的勢頭，這無疑是一種倒退行為。此外，鑄鋼是一種高能耗的工藝過程，從節(jié)約能源的角度也應大力發(fā)展焊接機架。顎式破碎機采用焊接機架是發(fā)展方向。機架結構設計不合理也是使機重增加的重要原因。機架結構設計首先應以受力為依據，在滿足強度、剛度的條件下，力求減輕重量。機架前壁載荷主要是由橫向筋板所承受。一般情況下，破碎機都不需要加縱向筋板1、2，如圖 1-1 所示。該機側壁加強筋布置不合理，數量又太多，致使它的機重達)7.5t （同規(guī)格破碎機機重為 5.5t） 。當然，該機過重不完全是由這兩個因素所造成。側壁筋板位置和方向也應根據受力情況而定。圖 1-2 所示為英國某公司生產的大傳動角（負支承）顎式破碎機機架簡圖。該機架側壁布置有 1、2、3 三根筋板，筋板 1 設置在主軸承側面，筋板 3 設置在主軸承后下方，這兩塊筋之間用筋板 2 連接起來構成一個 A 形框架。圖 1-3 所示為該機受力分析。8圖 1-1 某破碎機焊接機架 圖 1-2 大傳動破碎機機架圖 1-3 大傳動破碎機示力圖圖中軸承所受最大力：作用方向為 HA，正是圖 2 側壁加強筋 1 的方向。從而說明圖 2 中側壁筋板布置完全符合受力的要求。動顎也是破碎機重量較大的零件，而且結構復雜顎結構設計也應以動顎受力為依據，在滿足強度、剛要求的條件下，盡量減輕重量。根據動顎受力分析可，最大破碎力作用在動顎軸承偏上處，由此往上（頭部）受力越來越小。原 250x 400，400x 600 顎式破碎機者目前尚有多家生產動顎結構剛好與其受力要求反，即軸承附近處截面小，越向頭部截面越大，而且相差太懸殊。結果導致動顎強度低而重量又很大。這兩種破碎機都是在軸承偏上處被折斷而損壞。動顎的加強筋布置方式，也應按上述受力要求設計。已有的顎式破碎機加強筋橫向厚度從上到下厚度一樣。為符合受力條件，又滿足重量輕的要求，可采用變厚度加強筋。即靠上部（頭部）的加強筋厚度應小，越往下厚度越大。就是說，改原來矩形加強筋為梯形加強筋，這樣會減輕動顎重量又保證有足夠的強度。動顎兩軸承之間部位的壁厚可適度減薄，借以減輕重量。此外，應加強機架、動顎有限元的研究，進行機架、動顎有限元優(yōu)化設計，9達到機架、動顎重量輕又有高度的可靠性。其它，還有破碎腔、破碎機動力平衡等等都可以借助計算機進行優(yōu)化設計?？傊瑧捎矛F代的設計方法代替原有的常規(guī)設計方法。再者，由于焊接、鑄造、熱處理工藝等因素也都會對破碎機產生影響。所以，我們應提高設計制造工藝等綜合水平以及采用液壓調整排料口和液壓保險，逐步使國產顎式破碎機達到世界一流水平。1.3 國內外復擺顎式破碎機的進展19 世紀 40 年代，北美的采金熱潮對顎式破碎機發(fā)展有重大的促進作用。19世紀中葉，多種類型的顎式破碎機被研制出來，并獲得了廣泛的應用。上個世紀末，全世界已有 70 多種不同結構的顎式破碎機取得了專利權。1858 午，埃里，布雷克(El.Blake)取得了制造雙肘板顎式破碎機的專利權?，F在最常用的顎式破碎機是布雷克的顎式破碎機和更近代制造的單肘板顎式破碎機。顎式破碎機最大的弱點之一是它們在一個工作循環(huán)內只有一半時間進行工作。20 世紀 80 年代中期，國外一些廠家已能生產各種大型顎式破碎機，例如美國 Fuller Traylor 公司生產的重型顎式破碎機，規(guī)格為 1676mmx 2134mm,生產能力達 1200t/h;德國 PWH 公司生產的最大雙肘板顎式破碎機的給料口為2600mm×1800mm,生產能力達 2000t/h;英國 Babbitless 公司生產的 BCS 系列顎式破碎機，其生產能力可達 6000t/h。20 世紀 80 年代以來，我國顎式破碎機的研制工作與改進工作取得了一定的成果。北京礦冶研究總院的破碎機專家王宏勛教授和他的學生丁培洪碩士引用了“動態(tài)嚙角”的概念，開發(fā)出 GXPE 系列深腔顎式破碎機，當時在國內引起了一定程度的轟動該機與同種規(guī)格的破碎機相比，在相同工況條件下，處理能力可提高 20%～30%，齒板壽命可提高 l~2 倍。該機采用負支撐零懸掛，具有雙曲面腔型。第二代 GXPE250x 400 破碎機在第一代的基礎上進行了全面改進，增大了破碎比，降低了產品粒度最大給料粒度為 220mm 生產能力為 5—16t／^ ，排料口調整范圍為 10~40mm，給料抗壓強度小于 300MPa。PEY4060 液壓保險顎式破碎機，以液壓缸為過載保護裝置，正支撐、正懸掛、10深破碎腔。該機最大給料粒度為 340mm，排料口調整范圍為 30～100 mm，生產能力為 10～40t/h。多靈—沃森機械有限公司的戌吉華高級工程師集多年實踐經驗，設計了目前國內最大的 1200x 1500 復擺顎式破碎機。11第 2 章 工作原理及構造2.1 工作原理帶輪與偏心軸固聯成一整體，它是運動和動力輸入構件，即原動件，其余構件都是從動件。如圖 2-1 所示，帶輪和偏心軸 2 繞軸線 A 轉動時，驅使輸出構件動顎 3 做平面復雜運動，從而將礦石壓碎。顎式破碎機的工作原理如圖 2-2 所示，其由動顎板，定顎板，偏心軸及推力板組成。動顎板上部與偏心軸相連，下部由推力板支撐。偏心軸轉動時，動顎板不僅對定顎板作往復擺動，同時還沿定顎板有很大幅度的上下運動。動顎板上各點的運動軌跡如圖 2-3 所示。動顎板上部的運動軌跡接近圓形，越向下水平運動幅度越小，運動軌跡也越呈橢圓形。圖 2-1 復擺顎式破碎機機構運動簡圖12推 力 板動鄂板 偏心軸定鄂板圖 2-2 復擺顎式破碎機結構圖圖 2-3 復擺顎式破碎機運動軌跡示意圖132.2 顎式破碎機的結構顎式破碎機的主體機構由機架、偏心軸、動顎板、定顎板、肘板共五個機構組成。另有其他輔助零件，如固定齒板、襯板、擋罩、墊片、滑塊、推力板、止動螺釘、鎖緊裝置。14第 3 章 主要零部件的分析3.1 動顎3.1.1 動顎的結構動顎是支承齒板且直接參與破碎礦石的部件，承受很大的沖擊載荷，因此要求他有足夠的強度和鋼度，其結構應該堅固耐用，它又是破碎機中除機架外，最重要的零件，結構也較復雜，動顎的運動特性又是決定破碎機性能好壞的關鍵，所以動顎結構設計是十分重要的。動顎分箱型和非箱型。動顎一般采用鑄造結構。為了減輕動顎的重量，本設計采用非箱型。圖 3-1 動顎結構剖視圖3.1.2 動顎的工作過程復擺顎式破碎機的結構如圖所示。由圖 2-1 可知,本機是以平面四桿機構為工作機構,而以連桿為運動工作件的機械。圖 2-2 是動顎板上各點的運動軌跡(連桿曲線)。由圖 2-1 可知，A 點作圓周運動，B 點受推動板的約束為繞為 O2 點擺動的圓弧線,其15余各點的軌跡為扁圓形,從上到下的扁圓形愈來愈扁平。上面的水平位移量約為下部的 115 倍,垂直位移稍小于下部就整個顎板而言,垂直位移量約為水平位移量的 2~3 倍,工作時,曲柄處于區(qū)是完全工作行程；處于區(qū)，上部靠前下部靠后,在區(qū)是空回行程；在區(qū)是上部靠后下部靠前。 動顎具有的這些運動特性決定了它的性能： (1)動顎的平面復雜運動，時而靠近固定的定顎板，時而離開，形成一個空間變化的破碎室 料塊主要受到壓碎，伴隨著研磨折斷作用。 (2)這種運動使料塊受到向下推動的力，圖 3-2 是料塊在顎板之間的受力情況。料塊在破碎室得到破碎，破碎后的料塊由排料口排除。圖3-2 物 料在顎 板之間 的受力 分析3.2 齒板齒板是破碎機中直接與礦石接觸的零件，結構雖然簡單，但它對破碎機的生產率、比能耗、產品粒度組成和粒度以及破碎力等都會影響，特別對后三項影響比較明顯。 齒板承受很大的沖擊力，因此磨損得非常厲害。為了延長它的使用壽命，可以從兩方面研究，一是從材質上找到高耐磨性能材料，二是合理確定齒板的結構形狀和集合尺寸?，F有的破碎機上使用的齒板，一般是采用 ZGMn13。其特點是，在沖擊負荷作用下具有表面硬化性，形成又硬又耐磨的表面，同時仍能保持其內層金屬原由的韌性故它是破碎機上用得最普遍的一種耐磨材料。 齒板橫斷面結構形狀有平滑表面和齒形表面兩種，后者又分三角形和梯形表面。本設計采用三角形。如圖 3-3 所示16圖 3-3 齒板 a）三角形 b）梯形3.3 肘板破碎機的肋板是結構最簡單的零件，但其作用卻非常的重要。通常有三個作用：一是傳遞動力，其傳遞的動力有時甚至比破碎力還大；二是起保險件作用，當破碎腔落入非破碎物料時肋板先行斷裂破壞，從而保護機器其它零件不發(fā)生破壞；三是調整排料口大小。 在機器工作時，肋板與其支承的襯板間不能得到很好的潤滑，加上粉塵落入所以肋板與其襯墊之間實際上一種干摩擦和磨粒磨損狀態(tài)。這樣，對肋板的高負荷壓力導致肋板與肋板墊很快磨損，使用壽命很低。因此肋板的結構設計要考慮該機件的重要作用也要考慮其工作環(huán)境。按肘頭與肘墊的連接型式，可分為滾動型與滑動型兩種，如圖 1-所示。肘板與襯墊之間傳遞很大的擠壓力，并受周期性沖擊載荷。在反復沖擊擠壓作用下磨損較快，特別是圖 1-所示的滑動型更為嚴重。為提高傳動效率，減少磨損，延長其使用壽命可采用圖 3-4 所示的滾動型結構。肘板頭為圓柱面，襯墊為平面。由17于肘板的兩端肘頭表面為同一圓柱表面，所以當肘板兩端的襯墊表面相互平行時，肘板受力將沿肘板圓柱面的同一直徑、并與襯墊表面的垂直方向傳遞。在機器運轉過程中，動顎的擺動角很小，使得肘板兩端支撐的肘墊表面的夾角很小，所以在機器運轉過程中，肘板與其肘墊之間可以保持純滾動。圖 3-4 肘頭與肘墊形式3.4 調整裝置調整裝置提供調整破碎機排料口大小作用。隨著襯板的不斷磨損,排料口尺寸也不斷地變大產品的粒度也隨之變粗。為了保證產品的粒度要求,必須利用調整裝置定期地調整排料裂口的尺寸。此外,當要求得到不同的產品粒度時,也需要調整排料口的大小。現有顎式破碎機的調整裝置有多種多樣,歸納起來有墊片調整裝置、鍥鐵調整裝置、液壓調整裝置以及襯板調整。本設計采用墊片調整裝置。3.5 保險裝置當破碎機落入非破碎物時,為防止機器的重要的零部件發(fā)生破壞,通常裝有過載保護裝置。保險裝置有三種:液壓連桿、液壓摩擦離合器和肘板。本設計采用肘板。肘板是機器中最簡單、最便宜的零件,所以得到廣乏應用且經濟有效,但當肘板斷裂后,機器將停車,應重新更換新肘板后方可工作。肘板保險件的另一個缺點是由于設計不當,常常在超載時它不破壞,或者沒有超載它卻破壞了,以至影響生產。因此設計時除應正確確定由破碎力引起的肘板壓力,以便設計出超載破壞的肘板面積外,在結構設計時,應使其具有較高的超載破壞敏感。肘板通常有如圖a）滾動性 b)滑動性183-5 所示的三種結構：中部較薄的變截面結構；弧形結構；S 型結構。其中圖 a結構在保證肘板的剛度和穩(wěn)定性的同時，提高其超載破壞敏感度。圖 b、圖 c 兩種結構是利用灰鑄鐵肘板抗彎性能這一特性，選擇合適的結構尺寸是肘板呈拉伸破壞，顯然提高了肘板破壞的敏感度。盡管如此，肘板是否斷裂主要取決與計算載荷的確定和截面尺寸計算是否正確。本設計也采用圖 c 中肘板。圖 3-5 肘板結構3.6 機架結構破碎機是整個破碎機零部件的安裝基礎。它在工作中承受很大的沖擊載荷，其重量占整機重量很大比例，而且加工制造的工作量也很大。機架的剛度和強度，對整機性能和主要零部件壽命均有很大的影響，因此，對破碎機架的要求是，機構簡單容易制造重量輕，且要求有足夠的強度和剛度。破碎機機架機構分，有整體機架和組合機架，按制造工藝分，有鑄造機架和焊接機架。 整體機架，由于其制造、安裝和運輸困難，故不宜用于大型破碎機，而多為中、小型破碎機所使用。它比組合機架剛性好，但制造較較復雜。從制造工業(yè)來看，它分為整體鑄造機架和整體焊接機架。前者比后者剛性好，但制造困難，特別是單件、小批量生產。后者便于加工制造，重量較輕，但剛性差。同時要求焊接工藝、焊接質量都比較高，并焊接后要求退火，但是隨著焊接技術的發(fā)展，國內外顎式破碎機的焊接機架用得越來越多，并且大型破碎機也采用焊接機架。焊接機架用 Q235 鋼板，其厚度一般為 25-50mm 整體鑄造機架除用鑄鋼 ZG270-500 材料外，對小型破碎機破碎硬度較低的物料時，也可用優(yōu)質鑄鐵和球墨鑄鐵。設計時，在保證正常工作下，應力求減輕重19量。制造時要求偏心軸承中心鏜孔，與動顎心軸軸承的中心孔有一定的平行度。本設計用鑄造機架如圖 3-6 所示。圖 3-6 機架3.7 傳動件偏心軸是破碎機的主軸，受有巨大的彎曲力，采用 45 號鋼調質處理，偏心軸一端裝帶輪，另一端裝飛輪。3.8 飛輪飛輪用以存儲動顎空行程時的能量，再用于工作行程，使機械的工作負荷趨于平均。帶輪也起著飛輪的作用。3.9 潤滑裝置偏心軸軸承通常采用集中循環(huán)潤滑。心軸和推力板的支承面一般采用潤潤，脂通過手動油槍給油。動顎的擺角很小，使心軸與軸瓦之間潤滑困難，在其底部開若干軸向油溝，中間開一環(huán)向油槽使之連通，再用油泵強制注入干黃油進行潤滑。 20第 4 章 主要參數的設計計算為了合理的設計顎式破碎機，保證它運轉的可靠性和經濟性，必須正確的計算它的結構參數和工作參數。4.1 顎式破碎機結構參數的計算4.1.1 鉗角 α破碎機的活動顎板與固定顎板間的夾角 α 成為鉗角。鉗角大小直接影響生產率和破碎腔高度。鉗角小能提高生產率，但在一定的破碎比條件下，又增加了破碎腔高度，鉗角大會使破碎腔高度降低，但生產率也下降了。另外，鉗角最大也不能超出咬住物料的允許值，故一般鉗角取值為：α max≤2tan -1μ (4-1)式中：μ—齒板與物料間的摩擦因數實際生產中為安全起見，復擺顎式破碎機的鉗角通常取理論值的65%，即：α=0.65α max=18°~22°在本設計中我選擇鉗角為 20°。4.1.2 動顎水平行程 SY動顎水平行程對破碎機生產率影響較大，排料口水平行程小會降低生產率，但也不能太大，否則在排料口的物料由于過多而使破碎力急劇增加，致使機件過載損壞，并且沒得到完全的破碎，破碎不充分達不到要求。因此，動顎在排料口處的水平行程為：SY≤（0.3~0.4）S min (4-2)式中: S min—最小排料口尺寸。S Y =0.35×40=14mm4.2 主要構件尺寸參數的設計計算214.2.1 破碎腔高度 H在鉗角一定的條件下，顎式破碎機破碎腔的高度由所要求的破碎比而定通常破碎腔的高度 H（mm）由下式計算：H=（2.25~2.5）B (4-3)本設計取 H=935mm。4.2.2 偏心距 e偏心距是設計破碎機的一個重要參數，在其他條件相同的條件下，改變偏心距大小對動顎的行程有明顯影響，偏心距增加，會使動顎齒面上各點的水平行程增大，一方面可以提高生產率，另一方面也會使功率消耗增大。所以在保證水平行程的條件下，減小偏心距可減小動力消耗。在傳統(tǒng)設計中,偏心距是由動顎行程通過畫機構圖來初步確定的。通常對于復擺顎式破碎機 SY≈1.33e (4-4)本設計采用 e=104.2.3 動顎懸掛高度 h為了保證在破碎腔上部產生足夠的破碎力來破碎大塊物料，所以在給料口出動顎必須有一定的擺動行程，為此動顎的軸承中心與給料口平面應有一定的距離，即動顎懸掛高度。根據實驗，復擺顎式破碎機動顎的懸掛高度，可按下式計算h≤0.1L(4-5)式中 L—動顎長度，mm。本設計取 h=190mm4.2.4 偏心距 e 對連桿長度 l 的比值 λ在曲柄搖桿機構中，當曲柄作等速回轉時，搖桿來回擺動的速度 不同，具有急回運動的特征。連桿愈短，即 λ= 值愈大，則這種現象就愈顯著。曲柄le（偏心軸）的轉數是根據礦石在破碎腔中自由下落的時間而定。因此，連桿 的長度不宜過短。對于中、小型顎式破碎機：，l= (0.85～0.9)L。 （4-6）851~6??22L 為動顎長度，經計算取 L=800mm。4.2.5 肘板長度 K推力板長度與偏心距的關系為：Kmin=16.5e，Kmax=25e （4-7 ） 取 K=230mm式中：Kmin、Kmax——推力板長度的最小、最大值，m ；e——偏心距， m。4.2.6 傳動角 β傳動角大小影響著機構的傳動效率。在推力板長度一定的情況下,加大傳動角會提高機構的傳動效率,但必須要求偏心距增大才能保證行程的要求,這就導致動顎襯板上部水平行程的偏大,物料的過粉碎引起排料口的堵塞,使功耗增加。同時,也將使定顎襯板下部加速磨損。故傳動角取: β =45 °~55°在此設計中我選擇 β=50°4.2.7 破碎腔形狀的確定破碎腔的形狀是決定生產率、動力消耗和襯板磨損等破碎機性能的重要因素。破碎腔的形狀有直線型和曲線型兩種。如圖 4-1 所示，圖中實線表示顎板閉合時的位置，虛線表示顎板后退最遠位置。圖 4-1 破碎腔的形狀23圖中的許多水平線，表示物料在陸續(xù)向下運動時所占據的區(qū)域。處在水平面1 上的物料，當動顎擺動到虛線位置時，便下落到水平面 2 上。兩水平面 1 和 2間的垂直距離，就是破碎機在空轉行程使料塊下落的距離。在顎板下一次的工作形成中，水平面 2 處的物料則被壓碎。到空轉行程時，料塊便落到水平面 3 上，依次類推，料塊逐漸被破碎而粒度逐漸減小，最后通過排礦口排出去。由圖（a）可以看到，在直線型破碎腔中，連續(xù)的水平面間形成的梯度斷面的體積向下依次遞減。物料的空隙也逐漸減小，而動顎的擺動行程和壓碎力卻逐漸增大，物料到排礦口附近的排料速度就減慢。于是在排礦口附近幾容易發(fā)生堵塞現象，這是造成機器過載和襯板下端磨損的主要原因。圖（b）表示曲線型破碎腔，它是將固定顎板改成曲線型，曲線是按破碎腔的嚙角從上向下逐漸減小的原則而設計的。在曲線型破碎腔中，各連續(xù)的水平面間形成的梯度斷面的體積，從破碎腔的中部往下是逐漸增加的，因而物料間的空隙增大，有利于排料。由于堵塞點上移，故在排礦口附近不易發(fā)生堵塞現象。故本設計采用圖 b，曲線型破碎腔。4.3 顎式破碎機工作參數的設計計算顎式破碎機的工作參數包括偏心軸轉速、生產率、功率和破碎力等。4.3.1 偏心軸轉速 n 的設計計算對于顎式破碎機，動顎的擺動次數由偏心軸的轉速決定。在一定范圍內，偏心軸轉速增加，破碎機的生產能力相應地增加。但是，當動顎擺動超過一定限度時，再增加轉速，生產能力增加十分緩慢，優(yōu)勢甚至還下降。而其功耗卻迅速上升，由于過高的偏心軸轉速使破碎好的物料來不及由卸料口排出，反而影響了生產能力的提高。通常，破碎堅硬物料時，轉速應取小些；破碎脆性材料時，轉速可取大些；較大規(guī)格的破碎機，轉速應適當降低，以減少振動，節(jié)省動力消耗。偏心軸的轉速可用經驗公式確定：對于進料口寬度 B≤1.2mn=310﹣ 145B （4-8 ） 24本設計 B=400mm=0.4m200.8~0.90.65~0.75表 4-2 粒度修正系數 K3給料最大粒度 Dmax 與給料口寬度 B 之比0.85 0.6 0.4粒度修正系數 K3 1.0 1.1 1.2表 4-3 顎式破碎機的 q0 值破碎機規(guī)格（B×L ）/mm250×400400×600600×900900×12001200×15001500×2100??10??hmtq0.40 0.650.95~1.01.25~1.301.902.7025查表取 K1=1 K2=1 K3=1 q0=0.65 由已知 e=400mm 經計算得 Q=26 ht4.3.3 破碎力的計算破碎粒在破碎齒板上的分布情況及合力作用點位置、大小，是機構設計和零部件強度設計的重要依據。由于破碎力分布及其合力大小、作用點位置具有隨機性，用理論分析方法將會產生較大的誤差。通過大量的實測數據統(tǒng)計分析，得出實驗分析公式來計算破碎力。作用在顎板上的最大破碎力 Fmax(N)可按下式計算：Fmax=qHL （4-10）式中 H—破碎腔有效高度，m；L—破碎腔長度，m；q—襯板單位面積上的平均壓力，Pa，取 q=2.7MPa。經計算得Fmax=1539KN4.4 各個部件的受力分析圖 4-2 復擺顎式破碎機各部件受力圖解