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第1章 緒論(破碎機械概述) 1.1破碎機械用途及破碎理論 1.1.1破碎機械概念 破碎機械是對固體物料施加機械力，克服物料的內聚力，使之碎裂成小塊物料的設備。 1.1.2破碎機械用途 破碎機械是原料、材料、燃料、電力和鋼鐵等基礎工業(yè)部門生產過程中的主要設備之一。在礦山工程和建設工程上，破碎機械多用來破碎爆破開采所得的天然石料，使之成為規(guī)定尺寸的礦石或碎石。在硅酸鹽工業(yè)中，固體原料、燃料和半成品需要經過各種破碎加工，使其粒度達到各道工序所要求的尺寸，以便進行進一步加工操作。 通常的破碎過程有粗碎、中碎、細碎三種，其入粒度和出粒度如表1-1所示。所采用的破碎機械相應地有粗碎機、中碎機、細碎機三種。 表1-1 物料粗碎、中碎、細碎的劃分（mm） 類別 入料粒度 出料粒度 粗碎 300～900 100～350 中碎 100～350 20～100 細碎 50～100 5～15 制備水凝、石灰時，細碎后的物料，還需要進一步粉末。按照粉磨程度，可分為粗磨、細磨、超細磨三種。 超細磨，物料粉磨到5um左右 粗磨，物料粉磨到0.1mm左右 粉磨 細磨，物料粉磨到60um左右 所采用的粉磨機相應地有粗磨機、細磨機和超細磨機三種。 在加工過程中，破碎機的效率比粉磨機高得多，先破碎再洗磨，能顯著地提高加工效率，也降低電能消耗。 工業(yè)上常用物料破碎前的平均粒度D與破碎后的平均粒度d之比來衡量破碎過程中物料尺寸變化情況，比值i稱為破碎比（即平均破碎比）。破碎比是破碎機主要參數之一。 i=D/d 為更簡易地表示物料破碎程度和比較各種破碎機的主要性能，也可以用破碎機的最大進料口尺寸與最大出料口尺寸之比來作為破碎比，稱為標稱破碎比。 在實際破碎加工時，裝入破碎機的最大物料尺寸一般總是小于容許的最大進料口尺寸，所以，平均破碎比只相當于標稱破碎比的0.7～0.9。 每種破碎機的破碎比有一定限度，破碎機械的破碎比一般是 i=3～30。如果物料破碎的加工要求超過一種破碎機的破碎比，則必須采用兩臺或多臺破碎機串連加工，稱為多級破碎。多級破碎時，原料尺寸與最終成品尺寸之比，稱總破碎比i0，如果各級破碎的破碎比各是i1、i2、……in,則總破碎比i0為 i0=i1i2i3……in 1.1.3破碎理論 各種礦石的機械性能是各不相同的，如表1-2所示，然而礦石的抗壓強度均大于其抗彎強度或抗拉強度。 表1-2 各種礦石的物理機械性能 礦石性質 礦石種類 壓碎強度極限δBkg/cm2 普氏硬度系數f 軟礦石 煤 方鉛礦 菱鐵礦 無煙煤 閃鋅礦 疏松石灰石 20～40 45 70 90 100 400 2～4 低于中硬礦石 致密石灰石 褐鐵礦 磁鐵礦 500～1300 820 1065 6～10 礦石性質 礦石種類 壓碎強度極限δBkg/cm2 普氏硬度系數f 中硬礦石 花崗巖 純褐鐵礦 正長石 大理石 致密砂巖 1200～1500 1250 1250～1560 500～1500 1600 12～15 高于中硬礦石 半假象赤鐵礦 灰綠巖 閃長石 片麻巖 1580～1955 1800～2400 2000 1720～2200 15～18 極硬礦石 石英巖 閃長巖 班巖 銅礦石 鐵磁鐵礦 玄武巖 花崗長英巖 1980～2180 1800～2400 1530～2800 1500～2800 2340 2000～300 3500 18～20 目前，在工程上采用的破碎和磨碎方法，主要是借助機械的作用力。最常見的有以下幾種類型。 1）擠壓破碎 如圖1-1所示，是利用兩破碎工作面靠近時對物料施加壓力，使其破碎作用力逐漸加大。 圖1-1 2）劈裂破碎 如圖1-2所示，是利用尖齒楔入物料時產生的劈力，力的作用較為集中，使物料沿劈裂面破碎成兩塊，并在劈力作用點處產生局部破碎。 圖1-2 3）折斷或彎曲破碎 如圖1-3所示，在破碎工作面之間的物料，如同承受集中負荷兩支點（或多支點）梁。除在作用點處受劈力之外，主要是使物料受彎曲力而破碎。 圖1-3 4）磨碎 如圖1-4所示，它是破碎工作面在物料上相對滑動，對物料施加剪切力。這種力作用于物料的表面部分，因此適用于細物料的磨碎。 圖1-4 5）沖擊破碎 如圖1-5所示，沖擊力瞬時作用于物料上，物料急劇粉碎。 破碎、磨碎機械，往往是以一種方法為主，以其他一種或兩種方法為輔來破碎物料。 圖1-5 現(xiàn)有的破碎理論，均有一定的局限性，沒有完全地解釋礦石破碎的實質。同時，也未總結出適用于工業(yè)生產，能切實指導生產實踐的數學理論。目前，比較主要的幾種破碎理論是：面積假說、體積假說和裂縫假說。 面積假說：破碎物料時消耗的功（W）與被破碎物料所增加的表面積（S）成正比。應用本假說只有在脆性物料的細磨過程中才能得出與實際相近的結果。 體積假說：把物料破碎成幾何形狀相似的小顆粒，所需功耗與被破碎物料的體積或重量成正比。此假說對于彈性或脆性物料，在粗碎或中碎時，計算結果比較接近實際。 裂縫假說：此種假說介于前兩種假說之間，又稱為第三破碎理論。 破碎機械所施加的機械力，可以是擠壓力、劈裂力、彎曲力、剪切力等，在一般機械中大多是兩種或兩種以上機械力的綜合。對于堅硬的物料和塑性的物料，適宜采用產生沖擊和劈裂作用的機械；對于粘性和韌性的物料，適宜采用產生擠壓和碾磨作用的機械。 1.2破碎機械的分類和運用范圍 1.2.1分類 根據機械的工作原理和結構特征，目前在工業(yè)生產上廣泛使用的破碎機械有：顎式破碎機、圓錐破碎機、旋回式破碎機、錘式破碎機、輥式破碎機等。 粉磨機械常用的類型有：球磨機、棒磨機、振動磨機、無介質磨機、噴射式磨機等，它們的總破碎比可達1000以上。 1.2.2運用范圍 各種破碎機械的結構和作用不同，其運用范圍也不全相同。 顎式破碎機和圓錐破碎機適合于破碎非常堅硬的巖石（極限抗壓強度在150～250MPa）； 旋回式破碎機適合于破碎堅硬（極限強度在100MPa左右）的巖石； 錘式破碎機適合于破碎中等硬度的脆性巖石（極限強度在100MPa以下）； 輥式破碎機適合于破碎中等硬度的韌性巖石（極限強度在70MPa左右）。 1.2.3各種破碎機械的主要破碎作用 顎式破碎機、圓錐破碎機和輥式破碎機等，以擠壓作用為主； 錘式破碎機和反擊破碎機等，以沖擊作用為主； 輪碾機和輥式磨機等，以擠壓作用為主； 球磨機、棒磨機、振動磨機在噴射機等，以磨削兼撞擊作用為主； 表1-3 破碎機械類別總表 破碎類別 粗碎 中碎 細碎 粗磨 細磨 超細磨 原料粒度 300～900mm 100～350mm 50～100mm 5～15mm 0．1mm 60um 原料硬度 150～250MPa 100MPa左右 70～100MPa ─ ─ ─ 成品粒度 100～350mm 20～100mm 5～15mm 0.1mm 60um 5um 破碎比 3～6 6～25 10～40 ─ ─ >100 機種選用 顎式破碎機\圓錐破碎機 圓錐破碎機\錘式破碎機\反擊式破碎機 輥式破碎機\輪碾機 輪碾機\球磨機 振動磨機\噴射式磨機 噴射式磨機 1.3 破碎機械發(fā)展現(xiàn)狀 破碎機是當代飛速發(fā)展的經濟社會必不可少的一個工業(yè)環(huán)節(jié)。在各種金屬、非金屬、化工礦物原料及建筑材料的加工過程中，粉碎作業(yè)要消耗巨大的能量，而且又是個低效作業(yè)。物料粉碎過程中，由于作業(yè)中產生發(fā)聲、發(fā)熱、振動和摩擦等作用，使能源大量消耗。因而多年來界內人士一直在研究如何達到節(jié)能、高效地完成破碎和磨碎過程。從理論研究到創(chuàng)新設備(包括改造舊有的設備)直至改變生產工藝流程。 　　目前破碎理論、工藝和設備的研究主要著重于：(1)研究在破碎中節(jié)能、高效的理論，也力求找出新理論突破人們已熟知的破碎三大理論；(2)研究新的非機械力的高能或多力場聯(lián)合作用的破碎設備，目前還未有研制成型，正處于研究階段；(3)改進現(xiàn)有設備，這方面經常是根據用戶自己需要來進行，而不見市場上大規(guī)模生產或研制新設備。 對于上述諸問題，由于國外礦山自80年代以來發(fā)展緩慢使得這方面進展不大。國外新設備較少，國內由于國營大型礦山投入極少，也沒有什么發(fā)展，而中型小礦山由于各地原料的需求不等，近幾年得到一定的發(fā)展。 1.4破碎機械市場前景 破碎機械亦屬于礦山、冶金專用設備。據相關資料，我國國內礦山、冶金和專用設備制造業(yè)2006年的總資產額是24044239.8萬元，較上一年度增加了23.47%。 在未來幾年內，隨著中國整體經濟的不斷升溫。中國的礦山、冶金設備制造這一行業(yè)在廣泛吸納各方面資金和技術的情況下，在國家大搞四化建設拉動內需的宏觀政策的操控下，在越來越趨于靈活機動的市場機制的引導下，國內的礦山、冶金專用設備制造業(yè)完全有望再更上一個新臺階。 第2章 單轉子可逆式錘式破碎機結構設計 2.1行業(yè)現(xiàn)狀 目前破碎理論、工藝和設備的研究主要著重于： 1）、研究在破碎中節(jié)能、高效的理論，也力求找出新理論突破人們已熟知的破碎三大理論； 2）、研究新的非機械力的高能或多力場聯(lián)合作用的破碎設備，目前還沒見有工業(yè)化的設備，只是研究階段； 3）、改進現(xiàn)有設備，這方面經常是根據用戶自己需要來進行，而不見市場上大規(guī)模生產或研制新設備。 而對于此類破碎機目前仍采用傳統(tǒng)的設計制造方法： 1）、機殼內的破碎板（襯板）為一塊整板，因為破碎板的磨損并不是每一處都是均勻磨損，當一處磨損較嚴重時必須整塊板換掉，這樣浪費成本；破碎板上無刀口，降低了破碎生產率； 2）、篩板采用若干篦條拼接而成，更換費時，降低了剛度，可靠性下降； 3）、錘頭與錘桿為一整體，更換時必須將機殼取下，更換費時，影響生產率； 4）、因出料口的結構，此類破碎機只用于工人出料； 5）、破碎機在工作時，灰塵較大，無任何防塵、除塵裝置，影響工作人員身體健康、污染環(huán)境。 2.2生產需求情況 “十一五”期間，煤炭工業(yè)的生產技術水平將明顯提高。國家將建成140個高效安全現(xiàn)代化礦井，國家將加大對煤礦建設項目的支持力度，已先后有17個煤炭建設項目，由國家開發(fā)銀行出具貸款承諾，還將100多個高檔普采工作面升為綜采工作面，100多個普采工作面升為高檔普采工作面。這樣，中國大型煤礦采掘機械化程度將達到95%。中型煤礦的機械化程度將達到80%以上；大型煤礦國內先進水平裝備率達到20%，國際先進水平裝備率達到6%，中型煤礦國內先進水平裝備率達到10%，小型煤礦機械化、半機械化程度達30%以上。據此分析，就我國煤礦這一方面都將推動像此類的礦山機械的進一步發(fā)展，還有其它礦山的進一步規(guī)模化，系統(tǒng)化，完整化。所以像此類的礦山機械因結構簡單、尺寸緊湊、自重較小、單位產品的功率消耗少；生產率較高，破碎比大，產品的粒度小而均勻，呈立方體形，過度破碎現(xiàn)象少；工作連續(xù)可靠，維護修理方便，易損件容易檢查和更換，等優(yōu)點，再加上設計制造的標準化，規(guī)?；托路f化，它將有十分廣闊的市場前景。 2.3設計創(chuàng)新點 （1）、改變了傳統(tǒng)破碎板（襯板）為一塊平板的設計方案，采用截面形狀為梯形的三塊板拼接而成，使其整個破碎板面形成若于個刀口，提高破碎生產率；隨時可根據各塊襯板的磨損程度而單獨更換，降低了成本。 （2）、篩板為兩塊拼接而成，提高其剛度，維修更換方便； （3）、設計了出料斗，使此破碎機既可用于較大規(guī)模生產的自動出料，也可用于中小規(guī)模的人工出料； （4）、錘頭與錘桿可拆卸，在工作過程中可根據各錘頭的磨損情況單獨更換，且在更換錘頭時不需要將機殼取下，從出料口方可更換錘頭，大大減少了更換錘頭時間，提高了生產率； （5）、在機殼內設計了除塵噴水頭，當在破碎粉塵較大的物料時可打開噴水頭，這樣不但減少了粉塵對工作人員健康的影響，也更利于環(huán)保。 2.4用途、類型和工作原理 2.4.1用途 單轉子可逆式錘式破碎機利用高速回轉的錘頭沖擊物料，使其沿自然裂縫、層理面和節(jié)理面等薄弱處而破裂的破碎機械。從第一章可知此類破碎機適用于破碎含水量小于12%，抗壓強度小于120MPa的物料。被廣泛地用于水凝、選煤、化工、電力、冶金等工業(yè)部門中，主要用來對石灰石、煤、焦炭、頁巖、石膏、爐渣等中硬和軟物料進行中、細破碎。 2.4.2類型 錘式破碎機結構類型很多，按回轉軸數可分為單轉子和雙轉子兩類；按轉子回轉方向可分為可逆式和不可逆式兩類；按錘頭的排列方式，可分為單排式和多排式兩種；按錘頭在轉子上的連接方式可分為固定錘式和活動錘式兩類；按用途不同分為一般用途和特殊用途兩類。其中以單轉子可逆式錘式破碎機運用最為廣泛。 2.4.3工作原理 錘式破碎機利用電動機帶動帶有錘頭的轉子（轉子由主軸、圓盤、銷軸和錘子組成），使轉子在破碎腔內高速旋轉。當物料從給料口進入機內，物料將受高速運動的錘子的打擊、沖擊、剪切、研磨作用而被粉碎。破碎了的物料從錘頭處獲得動能，以高速向機殼內壁的破碎板（襯板）和篩板上沖擊，同時還受到物料間相互撞擊，而被第二次破碎。被粉碎后的物料中小于篩孔尺寸的物料將通過篩板排出，大于篩孔尺寸的物料將繼續(xù)被阻留在篩板上繼續(xù)受到錘子的打擊和研磨，直至最后能通過篩板排出機外。 2.5錘式破碎機的結構 2.5.1單轉子不可逆式錘式破碎機的結構 如圖2-2所示是單轉子不可逆式錘式破碎機。它由機殼1、轉子2、篦條3、破碎板4和軸承5等部分組成。 圖2-1單轉子不可逆式錘式破碎機 1－機殼 2－轉子 3－篦條 4－破碎板 5－軸承 6－主軸 7－錘架 8－錘頭銷 9－錘頭 10－錘盤 11－飛輪 機殼(上機殼和下機殼)用鋼板焊接而成。上部為進料口，機殼內部鑲有高錳鋼襯板，襯板磨損后可以更換。機殼和軸之間的漏灰現(xiàn)象嚴重，特設有軸封。機殼下部直接安放在混凝土基礎上，并用地腳螺栓固定。為了便于檢修、調整和更換篦條，下機殼的前后兩面均開有一個檢修孔。為了檢修、更換錘頭方便，兩側壁也對稱地開有檢修孔。 轉子由主軸6，錘頭架7組成。錘架上用錘頭銷軸8將錘頭9分排懸掛在錘架之間，為了防止錘架和錘頭和軸向串動，錘架兩端用壓緊錘盤10和鎖緊螺母固定，轉子支承在兩個滾動軸承5上。為了使轉子在運動中儲存一下的動能，避免破碎大塊物料時，錘頭的速度損失不致過大或減小電動機的尖峰負荷，在主軸一端還裝有一個飛輪11。 2.5.2單轉子可逆式錘式破碎機的結構 不可逆式錘式破碎機具有一個嚴重的缺點，就是錘頭極易一面磨損。若要把錘頭再翻轉過來使用另一面，則必須停車把錘頭卸下，再倒個裝上，這樣就消耗了很多的時間，浪費了人力，降低了生產效率。而實際生產中，為了減少人力消耗，往往錘頭只磨損一面就換成新的，這樣就造成了很大的浪費。 為了克服這個缺點，在實際生產中大多都采用可逆式破碎機。這種破碎機的轉子可從正、反兩方面回轉。當錘頭某面磨損后，只要將電機反轉就可以了。這樣就增加了錘頭的使用壽命，提高了破碎機的作業(yè)率，增加了生產能力。 單轉子可逆式錘式破碎機的結構與單轉子不可逆式錘式破碎機相比較復雜，但基本結構也差不多。單轉子可逆式錘式破碎機的轉子可以正、反兩個方向旋轉，所以它的主要零、部件都是對稱布置的，進料口位于機器的正中上方。其主軸上裝有錘盤，每兩個圓盤通過銷軸懸掛錘頭，主軸兩端支承在滾動軸承上。電動機通過聯(lián)軸器直接帶動轉子回轉。 2.6單轉子可逆式錘式破碎機主要參數的設計計算 2.6.1主要結構參數的選擇與計算 2.6.1.1轉子的直徑與長度 轉子的直徑一般根據給料塊的尺寸來確定，通常轉子直徑D按下式計算 （2-1） Dmax 最大給料粒度 從第一章我們知道錘式破碎機主要用于對中等粒度的物料進行破碎，其破碎粒度為100～350。 因物料的形狀、大小并不完全規(guī)則，為了使破碎機在工作時錘頭處有盡可能大的動能，此處系數取5。 Dmax=200 則轉子直徑 D=1000 轉子的長度由破碎機生產率的大小而定，其轉子長度按下式計算 L=（0.7～1.5）D (2-2) 取系數為0.8 則轉子長度 L=800 2.6.1.2進料口寬度與長度 錘式破碎機的進料口長度與轉子長度相同，而進料口寬度B>2Dmax Dma 最大進料粒度 則 進料口長度為800 進料口寬度B>400,取B=500 2.6.1.3排料口尺寸 錘式破碎機的出料口尺寸由篦條間隙來控制,而篦條間隙由產品粒度的大小決定。 中碎時，產品的粒度為間隙的～；粗碎時，產品的平均粒度為間隙的～。 在第一章里我們知道錘式破碎機主要用于對中等粒度的物料進行破碎。則篦條間隙為39～65，為了保證物料破碎后的料度為13，這里取篦條間隙為25。 2.6.1.4錘頭類型、材料及質量的選擇 錘頭按其質量可分為重型、中型和小型三種，如圖2-3所示。重型錘頭主要用在1000mm800mm以上的錘式破碎機；中型錘頭一般用在800mm600mm和600mm400mm的錘式破碎機上；輕型錘頭主要用在小型破碎機上。此類破碎機選用重型錘頭。 c b a 圖2－2 a重型 b中型 c小型 錘頭的材料通常有白口鑄鐵、含錳12%～14%的高錳鋼和高錳低合金鋼ZG30MnSiTi，也可在錘頭表面焊一層3～4mm的硬合金。因為錘頭在破碎腔內直接與物料接觸受沖擊力較大，磨損也非?？?，高錳低合金鋼ZG30MnSiTi的綜合性能較好，選用。 錘頭的質量直接影響到破碎效果和能量消耗，一般取錘頭質量為裝入物料塊最大質量的1.5(重型)～2（輕型）倍。 由公式 = (2-3) 取 m=17kg 2.6.2主要工作參數的設計計算 2.6.2.1轉子轉速的計算 錘式破碎機轉子轉速按所需要的圓周速度來計算,而錘頭的圓周速度根據被破碎物料的性質破碎產品的料度、錘頭的磨損、機器結構等因素來確定。 轉子轉速 N= r/min (2-4) v 轉子回轉速度，m/s； D 轉子直徑，m。 轉子的圓周速度為18～70m/s。一般中小型破碎機轉速為750～1500r/min圓周速度為25～70m/s大型破碎機的轉速為200～350r/s。速度愈高，破碎后物料的粒度就愈小，錘頭、襯板、篦條的磨損也越大，功率消耗也隨之增加，對機器零部件的加工、安裝精度要求也隨之增高，所以在滿足產品粒度要求的情況下，轉子圓周速度應取較低的轉速。 為達到所要求的生產率，取 v=38/s 則 n==726r/min 2.6.2.2生產率計算 錘式破碎機的生產率與破碎機的規(guī)格、轉速、出料篦條間隙寬度、給料粒度、給料狀況及物料性質等因素有關。由經驗公式 Q=KDLρ t/h (2-5) Q 生產率，t/h; D,L 轉子的直徑和長度，m; ρ 物料的堆密度，t/m3； K 經驗系數。破碎石灰石等中硬物料時，K=30～40，機器的規(guī)格較大時，K取上限，機器規(guī)格較小時，取下限。破碎煤時，K=130～150。 破碎石灰石等中等物料時 K=35， 則生產率 Q=35Х1Х0.8Х1.6=44.8 t/h 破碎煤時 K=140, ρ=0.7 t/m3 則生產率 Q=140Х1Х0.8Х0.7=78.4 t/h 所以轉子直徑D=1000mm, 轉子長度L=800mm,能達到預計生產率,符合設計要求。 2.6.2.3電動機功率的計算 錘式破碎機功率消耗與很多因素有關，但主要取決于物料的性質、轉子的圓周速度、破碎比和生產率。 由經驗公式 Nd=K0D2Ln KW (2-6) Nd 電動機功率,KW； D，L 轉子的直徑和長度，m； n 轉子轉速，r/min； K0 經驗系數。對于大型錘式破碎機，K0=（0.15～0.2）；中型破碎機， K0=0.15；小型破碎機，K0=0.1。 這里K0取0.18 則 Nd=0.18120.8726=104.54 KW 查《機械零件設計手冊》所選電動機參數如表2-1所示 表2-1 型號 額定 功率 （KW） 額定 電壓 （V） 額定 電流 （A） 同步 轉速 （r/min) 效率 （%） 功率 因數 COSφ 堵轉 轉矩 ──── 額定 轉矩 堵轉 電流 ──── 額定 電流 最大 轉矩 ──── 額定 轉矩 重量 （kg） Y315M2-8 132 380 262 750 92 0.81 1.3 6.5 1.8 1600 2.7主要零件設計及計算 2.7.1．主軸 主軸是支承轉子的主要零件，主要承受沖擊力。因此選用45鋼熱處使其具有較高的強度和韌性。其初設主軸草圖如圖2－4所示。 圖2-3 錘頭在工作時，主軸在水平面上所受力非常小，這里主要考慮錘頭工作時主軸在垂直面上的受力情況。 1）、暫不考慮錘頭轉動慣量時，主軸的強度校核 情況一，當錘頭處于如圖2－5所示狀態(tài)時主軸的強度校核 圖2－4 受力簡圖如下 圖2－5 轉矩 由公式 T=9549 得 (2-7) T=9549≈1710N/m 六個錘頭均勻分布在每一排的錘頭銷上，則每個錘頭上所受的轉矩相等，即 =======285N/m 轉矩圖為 圖2－6 每個錘頭上的破碎力 ========425.4N/m 彎矩 =0 =0.297=0.297425=127.5N/m =0.424=0.424425=178.2N/m =0.551=0.551425=238N/m =0.677=0.677425=289N/m =0.804=0.804425=340N/m N/m =0.931=0.931425=395.25N/m 彎矩圖為 圖2－7 當量彎矩 由公式 = ， (2-8) α= (2-9) 主軸所選材料為45鋼，查機械設計第16章 有 =55，=95 則 α=0.58 ===208.76N/m ===243.5N/m ===289.78N/m ===332.9N/m ===378.05N/m ===395.25N/m 當量彎矩圖為 圖2-8 情況二，當錘頭處于圖2－10所示狀態(tài)時主軸的強度校核 圖2－9 `受力簡圖如下 圖2－10 轉矩 由公式 T=9549 得 (2-10) T=9549≈1710N/m 六個錘頭均勻分布在每一排的錘頭銷上，則每個錘頭上所受的轉矩相等，即 =======285N/m 轉矩圖為 圖2－11 每個錘頭上的破碎力 ========425.4N/m 彎矩 =0 =0.36=0.36Χ425=153N/m =0.49=0.49Χ425=208.25N/m =0.64=0.64Χ425=272N/m =0.74=0.74Χ425=314.5N/m =0.87=0.87Χ425=369.75N/m =1.00=1Χ425=425N/m N/m 彎矩圖為 圖2－12 當量彎矩 由公式 = ，α= 主軸所選材料為45鋼，查機械設計第16章有 =55，=95 則 α=0.58 ===225.24N/m ===265.68N/m ===318.29N/m ===354.85N/m ===404.56N/m ===425N/m 當量彎矩圖為 圖2－13 從以上兩種狀態(tài)看出，當錘頭處于第二種狀態(tài)時主軸所受彎矩最大，危險截面在第六個錘頭所對應的主軸截面上。 此截面應滿足條件 === =36mm 上式計算的主軸截面尺寸僅是在沒有考慮錘頭轉動慣性時的尺寸。 2）、當錘頭轉動慣性存在時主軸的強度校核 在主軸圓周錘盤上均勻分布了四排錘頭，每排六個，取其中一個為研究對象如圖2－16所示。 圖2－14 當錘頭與物料碰撞時，因沖擊力使錘頭瞬間向后偏倒，錘頭偏倒范圍如圖2-14所示，在OA與OB之間=130C內。令當錘頭偏倒位于OB位置時的沖擊力（錘頭的慣性力） 對主軸的影響最大。 =mα (2-11) 錘頭從OA偏倒到OB位置的時間 ==0.029s 則 =75.67rad/s (2-12) =17.4m/s (2-13) 當錘頭從OA到OB位置的時間很小，s時 α== (2-14) 則 =170Χ17.4=2958N/m 綜上所述每個錘頭上的破碎力 =+=425.4+2958=3383.4N/m 此時主軸受力圖與圖2－16相同。 彎矩 =0 =0.36Χ3383.4=1218.02N/m =0.49Χ3383.4=1657.87N/m ==0.61Χ3383.4=2063.87N/m =0.74Χ3383.4=2503.72N/m =0.87Χ3383.4=2943.56N/m =3383.4N/m 彎矩圖為 N/m 圖2－15 當量彎矩 由公式 = ，α= 主軸所選材料為45鋼，查機械設計第16章 有 =55，=95 則 α=0.58 ===1229.19N/m ===1666.09N/m ===2070.48N/m ===2509.17N/m ===2948.20N/m ===3383.4N/m 當量彎矩圖為 圖2－16 從圖2－18看出在錘頭慣性力存在下，在第六個錘頭所對應的主軸截面所受彎矩最大，此截面最危險。 為保證主軸強度，此截面須滿足條件 === =88.20mm 當破碎機在工作時，物料的大小并不均勻，當遇到物料粒度比200mm略大時，錘頭上所受的單擊力較大，對主軸的強度的影響也較大，為了保證破碎機在一定超載情況下亦能正常工作，則對主軸載面考慮一安全系數n=1.2～2.5。這里取n=1.30，則主軸載面b=114.66mm，所以初設主軸載面b=120mm合符要求。 2.7.2錘頭銷 錘頭銷用于將錘頭聯(lián)結在錘盤上，當錘頭轉動破碎物料時，該銷受剪切作用，剪切力為錘頭的慣性力。 由公式 (2-15) 則 d 由前面主軸強度校核中有 =2958N/m 因一個錘頭所對應段的錘頭銷被兩錘盤支撐， 則 =1479N/m 錘頭銷材料為45鋼，查機械設計手冊 有 =80Mpa 將其代入 d 得 d49mm,取d50mm 破碎機在工作時，錘頭繞錘頭銷有一定轉動，這樣對錘頭銷有一定的磨損，為了減少破碎機在工作時錘頭對錘頭銷的磨損，錘頭銷需淬火、調質處理220～240HBS。 2.8.聯(lián)軸器選擇 2.8.1.聯(lián)軸器類型的選擇 可逆式錘式破碎機主要靠懸掛于錘頭銷上的錘頭轉動時產生的慣性力將物料破碎，所受沖擊載荷嚴重。破碎機主軸與電動機主軸在安裝、工作過程中也可能會產生相對位移，同時，此類型破碎機主軸需正反轉來調節(jié)錘頭的磨損量。所以選用齒式聯(lián)軸器。此類型聯(lián)軸器外形尺寸小，承載能力高，能在高速下可靠工作，具有良好的補償兩軸綜合位移的能力，適用于正反轉多變，大功率重型機械及長軸聯(lián)接。 2.8.2聯(lián)軸器型號的選擇 由公式 (2-16) －理論轉矩 N/m； －額定轉矩 N/m； －工作情況系數。 查《機械零件設計手冊》 有 =2.75 則 =2.75Χ1710=4702.5N/m 查《機械設計課程設計手冊》 選擇 GICL6聯(lián)軸器 ZB J19013－89（主動端：Y型軸孔、A型鍵槽、、L=172mm；從動端：型軸孔、B型鍵槽、、L=132mm） 2.9.鍵的選擇 查《機械設計課程設計手冊》聯(lián)軸器的主動端初選鍵的規(guī)格為：鍵25Χ150 GB 1096-79；聯(lián)軸器從動端初選鍵的規(guī)格為：鍵22Χ110 GB 1096-79。 2.9.1鍵強度校核 從《材料力學》中查得鍵的許用應力，。從前面計算所得，軸上所受的扭轉力偶矩=1.71Kn/m。 2.9.1.1主動端鍵強度校核 1)、剪切強度校核 圖2－18 圖2－17 如圖2－20所示，將平鍵沿n-n截面分成兩部分，并把n-n以下部分和軸作為一個整體考慮。令在n-n截面上切應力均勻分布，則n-n截面上的剪切力為 (2-17) 對軸心取矩，由平衡方程，得 則有 =10.13MPa＜ 則 此平鍵滿足剪切強度條件，初選合格 2)、擠壓強度校核 圖2－19 如圖2－21所示，考慮鍵在n-n截面以后部分的平衡，在n-n截面上的剪切力，右側面上的擠壓力為 (2-18) 投影于水平方向，由平衡方程得 或 則 ＜ 故此平鍵滿足擠壓強度條件，初選合格 2.9.1.2從動軸端鍵強度校核 1）、剪切強度校核 從動端軸為雙鍵，如圖2-22所示 圖2-21 m m 圖2-20 同理將兩平鍵分別沿n-n截面與m-m截面分開，把n-n、m-m以下部分和軸作為一個整體的研究對象如圖2-23所示。令n-n與m-m截面上切應力均勻分布且相等，則n-n、m-m截面上的剪切應力為 對矩心取矩，由平衡方程 ，得 =8.83MPa＜ 則 此兩平鍵滿足剪切強度條件，初選合格 2）、擠壓強度校核 兩平鍵的規(guī)格完全相同，所受到的擠壓力也完全相同，則只需校核其中一鍵即可，只要此對平鍵將滿足擠壓強度條件。 選擇上面一平鍵為校核對象，如圖2-21所示。考慮鍵在n-n截面以上部分的平衡，在n-n截面上的剪切力，右側面上的擠壓力為 投影于水平方向，由平衡方程得 或 則 27.75MPa＜ 則 此對平鍵滿足擠壓強度要求，初選合格 3.1噴水管設計及選擇 破碎機在破碎粉塵較大的物料時，為了防止粉塵過大飛濺而影響工作人員身體健康和更利于環(huán)保，特在機殼上設計了兩根噴水管，當破碎粉塵較大的物料時即可打開水泵滅塵。 考慮到破碎機在工作時，物料在破碎腔內受到錘頭的打擊及物料間的撞擊作用下，呈無規(guī)律的飛濺運動，雖然噴水管安裝在機殼上端，但為了防止物料長期飛濺對水管有磨損破壞作用，特選用外徑為30mm,內徑為15mm的16Mn厚壁鋼管。為了均勻可靠地防止粉塵飛濺，在鋼管長度范圍內設計了6個1mm的噴水孔，如圖2-22所示。 圖2-22 噴水管結構示意圖 3.2聯(lián)軸器安全螺栓直徑確定 為了使此破碎機在工作中更安全更可靠，除了用電氣元件對其進行過載、短路、欠壓、失壓等保護外，在聯(lián)軸器連接處以安全螺栓作為機械保護。如圖2-23所示 圖2-23 聯(lián)軸器截面示意圖 為了使此破碎機在嚴重過載時不至出現(xiàn)事故，則選用4顆20鋼螺栓為安全螺栓，當載荷超過一定極限值時，此安全螺栓被剪斷，起到保護作用。由已知條件螺栓直徑計算如下： /m 取 d=10mm 3.3軸承選擇及基本額定壽命計算 破碎機屬于強沖擊，工作時間非常長，重載的工程機械，則要求軸承具有強的承載能力和對溫度敏感等能力，則選擇型號為22216C/W33的調心滾子軸承。 查《機械設計》軸承壽命 h （2-19） 當量動載荷 （2-20） 因為此軸承處非常小，基本趨于零 查《機械設計》，有， 則 由于機械工作時常具有振動和沖擊。則軸承的當量動載荷由 （2-21） 因為破碎機在工作時沖擊非常大取沖擊載荷系數=3 則 P=5130N 查《機械設計手冊》此軸承基本額定動載荷C=115000 則 則此軸承的基本額定壽命約為2.8年,符合實際生產，選擇合格。 第3章 單轉子可逆式錘式破碎機控制電路設計 3.1設計原理 此破碎機需正反轉控制，因電動機的功率非常大(130kw),在起動時必須降壓起動。在起動時將電動機定子繞組接成Y形，每相繞組所承受的電壓為220V，當起動完畢時將自動換成△形運行。 3.2控制電路原理圖 該控制電路原理圖如圖3-1所示 圖3-1 3.2.1控制電路邏輯表達式 KM4= KM1= KT= KM3= KM2= 3.2.2控制電路原理 當按下SB2后，KM1線圈得并自鎖，同時KT、KM3線圈也得電，KM1、KM3主觸頭同時閉合，電動機M繞組接成Y形，電動機降壓起動。經KT延時，其延時動斷觸頭斷開，KM3線圈斷電，延時動合觸頭閉合，KM2線圈得電，這時，KM1、KM2主觸頭處于閉合狀態(tài)，電動機繞組轉換成△連接，全壓起動。 注：在控制電路中，KM2、KM3兩個常閉觸頭分別串在KM2、KM3線圈的控制電路中，使KM2、KM3線圈不能同時得電，以防止主電路可能造成的短路故障。 3.3元器件選擇 1）、刀開關QS 查《電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器》 選擇 HD 11-400/319 2）、熔斷器FU 查查《電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器》 選擇 RT3-630/400 3）、交流接觸器KM 查《電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器》 主電動機控制選擇 CJ12T-400 水泵電動機控制選擇 CJ12T-10 4）熱繼電器FR 查《電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器》 以額定電流選取 (3-1) 為使安全更可靠,取 故主電動機保護選擇 JR 20-250W 水泵電動機保護選擇區(qū) JR 20-6.3W 5）、時間繼電器KT 查《電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器》 選擇 JS23-3 6）、水泵 此水泵主要在破碎機破碎粉塵較大的物料時，防塵使用，其工作壓力要求不需太高這里可選擇：型號為25WBZ-30-0.125，最大流量為 ,功率為125W，轉速n=2860r/min的自吸泵。 第4章 單轉子可逆式錘式破碎機安裝調試使用說明書 4.1混凝土機座設計 混凝土機座這里主要設計了兩種結構，一種為兩混凝土機座間空隙，空隙內用于安裝輸送帶。主用于較大型生產的自動出料，即破碎機出料口下面安裝輸送帶，破碎后的物料從出料口排出落在輸送帶并上將其帶走如圖4-1所示；另一種結構為兩混凝土機座之間增設了一斜面混凝土臺，如圖4-2所示。主要用于較小型的生產，便于人工出料，當破碎后的物料從出料端排出后落到斜面臺上，物料將沿斜面滑下，此時可將運料小車靠近斜面，物料將進入小車。 圖4-1 1-混凝土機座 2-預埋螺栓 3-支撐架 4-電機 5-聯(lián)軸器 6-上機殼 7-軸承座 8-下機殼 9-出料斗10-傳輸帶 圖4-2混凝土機座 4.2安裝過程 1)、將支撐架安裝于混凝土機座上，以混凝土機座上的預埋螺栓壓緊； 2）、將襯板、篩板分另安裝于上機殼、下機殼上； 3）、主軸部件裝配； 4）、將下機殼安裝于支撐架上，以螺栓壓緊； 5）、將主軸部件安裝于下機殼上； 6）、將電動機安裝在支撐架上； 7）、聯(lián)軸器連接電動機主軸與破碎機主軸； 8）、安裝上機殼，并以螺栓將上下機殼連接； 9）、從下機殼下端安裝出料斗；（此步用于自動的輸送帶出料） 10）、安裝噴水管。 4.3調試及維修 4.3.1調試 1）、破碎機安裝完成后，檢查各部件是否連接可靠，各部件之間是否有干涉現(xiàn)象； 2）、檢查完成后，初步通電2小時空載試運轉，觀察各部件間是否有干涉等異常現(xiàn)象發(fā)生； 3）、初步試運行后若無異?，F(xiàn)象發(fā)生，連續(xù)4～8小時負載運行。注意，此步仍然是試運行階段，先給少量物料，若無異?，F(xiàn)象出現(xiàn)，2小時后給全料觀察，此時應特別注意主軸上軸承的溫度變化，其溫度應在60C以下。特別注意：當破碎機起動運轉正常后才可加入物料。 4.3.2維修 1)、當錘頭一面磨損后，將電動機反轉，以另一面工作； 2）當錘頭兩面均磨損后，若裝有出料斗，則將出料斗和篩板拆下，擰松錘頭與錘桿的連接螺栓，更換錘頭即可； 3）、當篩板磨損后，若裝有出料斗，則將出料斗拆下，擰松篩板與下機殼的連接螺栓更換即可； 4）、當襯板磨損后，取下上機殼，松開襯板與上機殼的連接螺栓更換即可； 5）、在破碎機工作過程中，若發(fā)現(xiàn)機體其它部件有輕微的裂紋，可用E4303-J422￠3.2～4.0焊條進行焊接。 第五章 結論 此型號的可逆式單轉子錘式破碎機特點如下： 1）、結構簡單，成本低廉，使用、調試、維修方便； 2）、錘頭和錘桿可換，大大減少了更換錘頭的時間，提高了生產率； 3）、采用正反轉制電路，錘頭一面磨損后，接入反向運轉，用錘頭另一面工作，降低了成本，提高了更換錘頭的時間，提高了生產率； 4）、篩板和襯板采用多塊拼接而成，可根據每塊的磨損情況不同分更換，降低了成本； 5）、采用機殼下端裝拆篩板，簡單省時，減少篩板更換時間，提高生產率； 6）、設計了出料斗，可用于較大型生產的自動出料，且出料斗從機殼下端安裝，與機殼連接處結構簡單可靠，裝拆十分方便。同時，當此破碎機用于較小型的生產，人工出料時，拆下出料斗即可； 7）、在機殼內設計了除塵噴水頭，當在破碎粉塵較大的物料時可打開噴水頭，這樣不但減少了粉塵對工作人員健康的影響，也更利于環(huán)保。 基于此類型破碎機上述特點，此類型破碎機能廣泛用于小型、中型、較大型生產的礦山、建設、工業(yè)等部門中對中等硬度物料的中細碎。 設計總結 畢業(yè)設計是大學四年來理論基礎知道和專業(yè)基礎知識學習過程中最后階段采用的一種總結性的實踐教學環(huán)節(jié)，是對專業(yè)基礎知識的一次考驗與綜合運用。通過畢業(yè)設計能使學生綜合運用大學幾年來所學的理論和專業(yè)知識和在生產實習過程中學到的實踐經驗，以全面、系統(tǒng)、地培養(yǎng)學生獨立思考能力、創(chuàng)新能力、解決實際問題等能力。 畢業(yè)設計三個月里，在導師的指導和同學的幫助下已順利完成。在這幾個月里從對所設計產品市場需求情況的調查、目前研究現(xiàn)狀的了解、相關資料的查閱、結構初步設計方案的提出、及最后總方案的確定，在這每一個環(huán)節(jié)中我都嚴格要求自己：一個從事機械專業(yè)的人員，既要熟悉設計，更要熟悉工藝和控制，也要有能預測市場的能力。在這個過程中，不但培養(yǎng)了我獨立思考、分析問題的能力也培養(yǎng)了我的創(chuàng)新能力、解決實際問題的能力及理論與實踐相結合的能力。 在這短短三個月的畢業(yè)設計里，也深感自己還存在很多不足，如理論知識的不扎實、實踐經驗的欠缺、理論與實踐的優(yōu)化結合等等。我將在以后的學習和工作中繼續(xù)對專業(yè)理論知識的深入學習和對實踐經驗的認真總結，做到理論與實踐有機結合，爭做一名“有志”、“有德”、“博學”適合當代社會發(fā)展所需要的優(yōu)秀社會青年。 參考文獻 ［1］ 《機械零件設計手冊》編寫組編.機械零件設計手冊 下冊.第三版.北京:冶金工業(yè)出版社,1994 ［2］ 吳宗澤,羅圣國主編.機械設計課程設計手冊.第二版.北京:高等教育出版社,1999 ［3］ 劉鴻文主編.材料力學.第四版.北京:高等教育出版社,2004 ［4］ 邱宣懷主編.機械設計.第四版.北京: 高等教育出版社,1997 ［5］ 陳遠齡主編.機床電氣自動控制.重慶:重慶大學出版社,1995 ［6］ 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學.第六版.北京:高等教育出版社,2002 ［7］ 沈學勤主編.公差配合與技術測量.北京: 高等教育出版社,1998 ［8］ 機械工業(yè)技師考評培訓教材編審委員會編.焊工技師培訓教材.北京:機械工業(yè)出版社,2005 ［9］ 勞動人事部培訓變業(yè)局.焊工工藝學.第二版.北京:中國勞動出版社,1992 ［10］ 劉朝儒,彭福蔭主編.機械制圖.第四版.北京:高等教育出版社，2001 ［11］胡宗武主編.非標準機械設備設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2003 ［12］劉樹英.破碎粉磨機械設計.吉林：東北大學出版社，2001 ［13］常曉玲主編.電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器.北京：機械工業(yè)出版社，2006 致謝 通過近三個月的忙碌,本次畢業(yè)設計已經基本完成， 在這里首先要感謝我的指導老師趙虎老師。趙虎老師平日里工作繁多，但在我完成畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期精心指導，在這整個過程中趙虎老師都給予了我悉心的指導。除了敬佩趙虎老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 其次非常感謝所有老師在這大學四年里對我的精心指導和幫助，在專業(yè)方面使我打下了較為扎實的基礎。同時也非常感謝所有同學對我的幫助與關心，正是因為有了你們的幫助與指導，此次畢業(yè)設計才得以順利完成，正是有了你們的支持與鼓勵才使我四年的大學生活變得充實、豐富、多彩。 短短的大學四年即將走完，在這里十分感謝xxxxx學院給我提供了一個培養(yǎng)我組織、交際、創(chuàng)新能力等綜合能力和展現(xiàn)自我特長的大舞臺。在這四年里使我更換了新的血液與大腦，看清了社會發(fā)展的趨勢，也更加清楚地認識了自己，明白了自己的奮斗方向與人生目標。短促的四年大學生活將是我人生路上一盞盞永遠不滅的探路燈。 最后，真誠地感謝xxxxx學院在這大學四年來對我的培養(yǎng)與熏陶，忠心地祝愿母校的明天更加輝煌！培養(yǎng)出一批批有志、有德、博學的優(yōu)秀社會人才。