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Ф1200熟料圓錐式破碎機(jī)(總體設(shè)計(jì)與傳動(dòng)部分)
0 引言
在水泥生產(chǎn)中，粉磨過(guò)程消耗大量能源。粉碎的任務(wù)是提供具有一定粒度、粒度組成和充分解離而又不過(guò)粉碎的加工原材料，以便于下一步的加工、處理和使用。世間上約12%的電能用于粉碎物料，其中約15%用于破碎，85%以上消耗于磨碎，磨機(jī)的效率只有1%，破碎機(jī)的效率達(dá)10%，而且與磨機(jī)相比，破碎機(jī)能耗低，金屬消耗最小，運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)簡(jiǎn)單。因此，有用破碎機(jī)部分取代磨機(jī)的趨勢(shì)，也即當(dāng)前粉碎領(lǐng)域所提倡的“多碎少磨”。
同時(shí)，入磨粒度的大小是影響磨機(jī)產(chǎn)量的主要因素。若入磨物料粒度較大，磨機(jī)第一倉(cāng)必須加入較多的大球才能擊碎物料，這樣磨機(jī)的第一倉(cāng)在一定的程度上起著破碎作用。這在粉磨中是極不合理的。入磨粒度越大，磨機(jī)產(chǎn)量越低，電能消耗越大，磨機(jī)產(chǎn)量與入磨物料粒度的四次方根成反比。給料粒度越小，磨機(jī)產(chǎn)量越高，能源消耗下降；反之，產(chǎn)量降低，能耗提高。
下面就2003年水泥市場(chǎng)進(jìn)行展望和分析
一、2003年水泥總量需求分析
1、國(guó)家的宏觀經(jīng)濟(jì)政策有利于水泥總需求量保持穩(wěn)定
水泥工業(yè)的增長(zhǎng)速度與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)速度密切相關(guān),2003年是”十六”大召開(kāi)后的第一年,按照”十六大”制定的奮斗目標(biāo),到2020年要實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值比2000年翻兩番的要求,這就意味著在這20年中我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度必須達(dá)到年均遞增7.8%,如果2003年國(guó)際經(jīng)濟(jì)政治環(huán)境不發(fā)生重大影響的突發(fā)事件,國(guó)內(nèi)不出現(xiàn)大范圍的嚴(yán)重自然災(zāi)害和其他重大的問(wèn)題,GDP增長(zhǎng)率仍可以保持在7%以上的水平.建國(guó)50多年來(lái)的統(tǒng)計(jì)資料表明,當(dāng)GDP的增長(zhǎng)速度高于9%時(shí),水泥工業(yè)的發(fā)展速度大于9%;當(dāng)GDP的增長(zhǎng)速度低于4.2%時(shí),水泥工業(yè)就會(huì)出現(xiàn)零增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng).根據(jù)此規(guī)律,從總的趨勢(shì)來(lái)講2003年我國(guó)水泥的總需求量應(yīng)呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì).另外,據(jù)權(quán)威人士表示,中國(guó)水泥將繼續(xù)實(shí)施積極的財(cái)政政策,直到經(jīng)濟(jì)形成自身良性循環(huán)的發(fā)展的動(dòng)力,積極的財(cái)政政策對(duì)水泥總需求量穩(wěn)定在2002年的水平非常有利.
2、房地產(chǎn)投資相對(duì)減少,水泥需求量下降
據(jù)2002年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明:全國(guó)房地產(chǎn)投資2002年的增長(zhǎng)率和銷售價(jià)格增長(zhǎng)率都低于投資開(kāi)發(fā)增長(zhǎng)率,部分地區(qū)市場(chǎng)有過(guò)熱苗頭.預(yù)計(jì)2003年與水泥需求密切相關(guān)的房地產(chǎn)業(yè)投資會(huì)由2002年30%的增長(zhǎng)速度,大幅回落到15%.因此,從全國(guó)范圍看,2003年房地產(chǎn)業(yè)水泥需求量呈下降趨勢(shì).
3、混凝土的技術(shù)進(jìn)步及商品混凝土的普及,使2003年水泥總需求量相對(duì)減少
4、世界經(jīng)濟(jì)不景氣,水泥出口形勢(shì)不容樂(lè)觀
總之,2003年國(guó)家基本建設(shè)投資將繼續(xù)保持較高速增長(zhǎng),由此推論,水泥的總需求量應(yīng)較2002年有所增長(zhǎng).但考慮到房地產(chǎn)增長(zhǎng)速度放緩,混凝土技術(shù)進(jìn)步的加快,以及水泥出口受?chē)?guó)際形式的影響,有利條件和不利條件相抵,2003年水泥總需求量應(yīng)保持在2002年的水平.
二、2003年水泥總供給特點(diǎn)及分析
1、水泥供給總量難于降低
2002年我國(guó)水泥總產(chǎn)量,月報(bào)數(shù)為7.05億噸,公報(bào)數(shù)為7.25億噸,綜合統(tǒng)計(jì)年報(bào)在7.4億噸左右.2003年受經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)拉動(dòng),小水泥的技術(shù)進(jìn)步會(huì)進(jìn)一步加快,臺(tái)時(shí)產(chǎn)量明顯提高;新型干法水泥在2002年新增了3000萬(wàn)噸能力的基礎(chǔ)上,2003年預(yù)計(jì)新增能力在4000萬(wàn)噸以上.因此,水泥總供給量仍呈增長(zhǎng)趨勢(shì),供大于求的狀況有增無(wú)減.
2、國(guó)家會(huì)加大水泥調(diào)整力度,加快不符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策小水泥的淘汰進(jìn)程
國(guó)務(wù)院142次總理辦公會(huì)要求水泥與鋼鐵行業(yè)盡快制定整頓與發(fā)展規(guī)劃.總理親自關(guān)注水泥發(fā)展規(guī)劃還是第一次.相信在中央領(lǐng)導(dǎo)的親自關(guān)注下,2003年我國(guó)會(huì)加快水泥工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度,那些不符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的小水泥企業(yè)淘汰進(jìn)程將加快,水泥供給總量急劇增長(zhǎng)的勢(shì)頭會(huì)得到有效緩解.
3、供大于求的狀況會(huì)使水泥的價(jià)格進(jìn)一步走低
水泥總供給大于總需求量的狀況在2003年會(huì)有擴(kuò)大趨勢(shì),市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將進(jìn)一步加劇,由于水泥行業(yè)退出成本很高,行業(yè)內(nèi)過(guò)剩能力無(wú)法釋放,在價(jià)格大于變動(dòng)成本的情況下,企業(yè)不會(huì)主動(dòng)減產(chǎn),無(wú)疑會(huì)加大水泥市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)局面,這決定了2003年水泥價(jià)格將繼續(xù)會(huì)走低.
4、大型水泥集團(tuán)2003年將進(jìn)一步急劇擴(kuò)張,在部分地區(qū)形成市場(chǎng)壟斷局面
隨著我國(guó)新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟,水泥噸投資不斷下降.為了降低成本,大集團(tuán)利用自己技術(shù)、資金優(yōu)勢(shì)不斷擴(kuò)張.2002年海螺集團(tuán)生產(chǎn)能力達(dá)到了2115萬(wàn)噸,比2001年翻了一番,2003年還將大幅增長(zhǎng).山水集團(tuán)2002年比2001年增加了226完2噸,華新集團(tuán)、天山集團(tuán)、渤海集團(tuán)、吉林亞泰集團(tuán)2002年生產(chǎn)能力均有大幅增長(zhǎng),2003年將仍將繼續(xù)膨脹.這些大型水泥集團(tuán)的急劇膨脹使其在所轄地域已具備了規(guī)模優(yōu)勢(shì)、成本優(yōu)勢(shì)和資源優(yōu)勢(shì),對(duì)水泥市場(chǎng)具備了一定的控制能力,地區(qū)市場(chǎng)壟斷局面已初步形成.
1 圓錐式破碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)
1.1 機(jī)器設(shè)計(jì)的要求
機(jī)器的種類雖然很多，但設(shè)計(jì)時(shí)的基本要求往往是共同的，根據(jù)對(duì)現(xiàn)有機(jī)器的分析，現(xiàn)代機(jī)器的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列三大要求：
一、 經(jīng)濟(jì)性要求
機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性必須體現(xiàn)并貫穿在其設(shè)計(jì)、制造和使用的全過(guò)程中。體現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段是指應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，將三鐘傳動(dòng)（機(jī)械、電子、液壓）有機(jī)地匹配，各得其所。此外盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和使用產(chǎn)品系列化而縮短設(shè)計(jì)周期；體現(xiàn)在制造過(guò)程中是指使用無(wú)切削加工等各種新的制造工藝技術(shù)，提高工效、縮短制造周期等；體現(xiàn)在使用方面是指消耗（水、電、油及輔助材料等）少、管理和維修費(fèi)用低等。
二、 社會(huì)要求
機(jī)器應(yīng)有好的社會(huì)效果，表現(xiàn)為；應(yīng)滿足人機(jī)工程學(xué)的要求，如操作方便、省力、舒適勞動(dòng)強(qiáng)度低、維修簡(jiǎn)捷等；應(yīng)符合安全運(yùn)行要求，如設(shè)置可靠的安全防護(hù)裝置，設(shè)置能排除誤操作的連鎖裝置，采用安全聯(lián)軸器和離合器，配備各類預(yù)警信號(hào)裝置等；應(yīng)滿足工藝美術(shù)要求，如造型精巧、線形流暢、形體簡(jiǎn)練、色彩明快等；應(yīng)符合環(huán)保要求，如控制噪聲、有效地排除廢氣、廢液等，以免造成環(huán)境污染
某廠設(shè)計(jì)能力為10萬(wàn)t，機(jī)立窯為Φ3m×11m，閉路磨機(jī)為Φ2.2m×7.5m。近10年來(lái)，該廠曾使用過(guò)3種水泥熟料破碎機(jī)。1996年前用的是250mm×1000mm的細(xì)顎式破碎機(jī)，1996年9月曾經(jīng)試用過(guò)800型的高效柱磨機(jī)，1997年底又購(gòu)置了600mm×800mm的錘式破碎機(jī)。根據(jù)該廠使用情況及考察情況分析：由于水泥熟料自身的高強(qiáng)度、強(qiáng)磨蝕性，在粉碎過(guò)程中對(duì)錘頭、板錘、反擊板及擠壓輥產(chǎn)生劇烈的磨損，而致使耐磨件使用壽命短。在考察中了解到由長(zhǎng)沙江背水泥熟料細(xì)碎機(jī)械廠研制的細(xì)碎機(jī)有它獨(dú)特性能：①轉(zhuǎn)速超慢，幾乎無(wú)振動(dòng)；②功耗費(fèi)用極低；③粒度長(zhǎng)期穩(wěn)定；④維修配件方便。
1.2 圓錐式破碎機(jī)的工作原理
??? 該熟料細(xì)碎機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1? 圓錐式熟料細(xì)碎機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
該圓錐式破碎機(jī),在上蓋板上固定安裝一減速電機(jī),減速電機(jī)與小齒輪相連,然后通過(guò)小齒輪帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),大齒輪與回轉(zhuǎn)筒相連.物料由進(jìn)料裝置進(jìn)入空心軸,當(dāng)物料填滿軸上端部分時(shí),順著分級(jí)罩向下滑動(dòng),符合尺寸要求的小塊物料則通過(guò)分級(jí)罩上篦板孔,大塊物料進(jìn)入定動(dòng)顎板之間的破碎腔,進(jìn)行破碎. 由大顆粒變成小顆?；蚍勰┒怪甭淙肼┒啡肟?從漏斗出口排出。
1.3 圓錐式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)思
1.3.1 錘頭線速度的確定
在2臺(tái)不同轉(zhuǎn)速的CXP900×600細(xì)碎機(jī)上安裝同樣形狀，同樣材質(zhì)的錘頭，對(duì)比試驗(yàn)錘頭的線速度與錘頭的使用壽命之間的關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)速960r/min時(shí)，錘頭線速度45m/s，破碎立窯熟料1副錘頭壽命在3500～4000t，出料粒度<5mm，錘頭純磨耗約8g/t。當(dāng)轉(zhuǎn)速610r/min時(shí)，錘頭線速度28.8m/s，破碎立窯熟料1副錘頭壽命在6500～7500t，出料粒度<8mm，錘頭純磨耗約4g/t。上述結(jié)果表明：錘頭線速度愈高，磨損就愈大。我們遵循這個(gè)規(guī)律，設(shè)計(jì)細(xì)碎機(jī)的工作線速度為0.45m/s左右，轉(zhuǎn)速定在2.7～8.7r/min，是國(guó)內(nèi)其它細(xì)碎機(jī)工作線速度的1/120～1/100，采用超慢線速度，對(duì)機(jī)器的耐用、振動(dòng)、功耗、環(huán)保，特別是對(duì)選用耐磨材料創(chuàng)造了有利條件。
1.3.2 耐磨件材質(zhì)的確定
從耐磨材料磨損機(jī)理分析，當(dāng)耐磨件的硬度低于熟料的硬度時(shí)，磨損速度就很快，反之就耐磨得多。如果錘頭的材質(zhì)韌性不足，則會(huì)在熟料的高速?zèng)_擊下，產(chǎn)生鑿削剝落或疲勞剝落，磨損速度也會(huì)加快。更重要的是韌性不足，容易斷裂。由于硬度愈高，其韌性相對(duì)就愈低，所以高硬度的耐磨件很難用于高線速度及沖擊力大的破碎機(jī)。
立窯熟料硬度一般是HRC50～52，回轉(zhuǎn)窯熟料硬度是HRC52～54，為此破碎熟料的耐磨件硬度必須達(dá)到HRC58以上，才能達(dá)到良好的耐磨性。采用超慢速剪切細(xì)碎原理的細(xì)碎機(jī)，工作中沖擊力小得多，工作摩擦熱少得多，可選用高硬度的耐磨材料。
1.3.3 篦板的確定
設(shè)計(jì)有篦板的破碎機(jī)都有堵料、積料現(xiàn)象，對(duì)錘頭磨損影響很大，必須定期清除，增加檢修工作量。
Φ1200熟料圓錐式破碎機(jī)設(shè)計(jì)的篦板是由若干塊扇形板組合成1個(gè)圓錐篩體，大頭固定在旋轉(zhuǎn)筒外壁上。物料由進(jìn)料筒垂直落向回轉(zhuǎn)體，均勻地撒向旋轉(zhuǎn)的分級(jí)罩上，通不過(guò)篦縫的大顆粒物料有錐形分級(jí)罩均勻地撒入動(dòng)態(tài)的V形圓環(huán)破碎腔內(nèi)煎切細(xì)碎，克服了堵料、積料所帶來(lái)的擠壓、摩擦耗功大的弊端。
1.3.4 熟料、礦渣影響因素
熟料的性質(zhì)也影響耐磨件的使用壽命。窯外分解窯的熟料比干法中空窯的熟料易碎，立窯的熟料差異較大，有時(shí)比回轉(zhuǎn)窯還難破碎。熟料的溫度對(duì)耐磨件的磨損有一定影響，如果材質(zhì)在400℃左右可保持硬度韌性不變，是能適應(yīng)熟料破碎的。但高線速度的破碎機(jī)與高溫熟料的高速?zèng)_擊摩擦，估測(cè)局部溫度達(dá)到800℃以上。而熟料圓錐式破碎機(jī)產(chǎn)生的工作摩擦熱就少得多，對(duì)一般低于300℃的水泥熟料細(xì)碎都能長(zhǎng)期適應(yīng)。礦渣均為小顆粒，按理說(shuō)不需要破碎即可通過(guò)篦縫漏出。有幾家廠使用卻發(fā)現(xiàn)，摻40%礦渣的混合料反而比摻15%的對(duì)錘頭磨損更大。經(jīng)分析是小顆粒礦渣越多在破碎腔溜出篦縫的速度越慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于錘頭的工作線速度，受到無(wú)數(shù)次重復(fù)錘擊，加快了耐磨件的磨損
1.4 圓錐式破碎機(jī)的使用和效果
1.4.1 設(shè)備型號(hào)規(guī)格
2000年1月我廠購(gòu)買(mǎi)了1臺(tái)Φ1200熟料圓錐式破碎機(jī)，其規(guī)格性能見(jiàn)表1。
表1? Φ1200熟料圓錐式細(xì)碎機(jī)的規(guī)格與性能
最大進(jìn)料尺寸/mm
平均出料粒度/mm
臺(tái)時(shí)產(chǎn)量/(t/h)
線速/(m/s)
轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速/(r/min)
電動(dòng)機(jī)功率/kW
磨損后最大出磨物料
易損件使用壽命/d
易損件消耗/(元/t)
系統(tǒng)總電耗/(kWh/t)
1副剪板碎料/萬(wàn)t
1副剪板價(jià)格/萬(wàn)元
粒度/mm
比例/％
140
5
22～32
0.37
5.90
15
12～15
20
210
0.077
25.7
11.0
0.70
1.4.2 入磨粒度
和圓錐式熟料細(xì)碎機(jī)相比錘式破碎機(jī)在需要更換錘頭及篦板的前期，約有15％的破碎物料粒度超過(guò)25mm，更換錘頭后物料粒度又小了，粉狀料很多。由于國(guó)內(nèi)的粉碎設(shè)備大都是采用高線速度運(yùn)轉(zhuǎn)，粉碎水泥熟料極不耐用，更換和調(diào)整粒度裝置的次數(shù)頻繁，一般2～8d必須調(diào)整或更換(慢速除外)，致使入磨物料粒度形成周期性的不穩(wěn)定。該機(jī)于2000年2月底正式投入運(yùn)行，細(xì)碎效果滿意。立窯熟料出窯后通過(guò)新增設(shè)1臺(tái)7m高的提升機(jī)送入熟料細(xì)碎機(jī)，細(xì)碎后再由原鏈板運(yùn)輸機(jī)送至熟料圓庫(kù)。拆掉了原安裝的錘式破碎機(jī)，混合材因粒度很小，不需要細(xì)碎，直接配入熟料圓庫(kù)，入磨物料粒度分布對(duì)比見(jiàn)表2。
表2? 3種設(shè)備細(xì)碎熟料的入磨粒度分布對(duì)比?? ％
粒徑/mm
50～70
30～50
20～30
15～20
10～15
5～10
2～5
<2
250×1000細(xì)顎破
15.0
10.0
5.0
5.0
15.0
10.0
30.0
10.0
600×800錘式破
10.1
5.5
9.4
5.0
39.8
30.2
φ1200熟料圓錐式破碎機(jī)
19.6
15.3
39.2
25.9
1.4.3 鋼球級(jí)配的優(yōu)化調(diào)整
??? 根據(jù)使用效果，該超慢速細(xì)碎機(jī)功耗低，電流只有16A，無(wú)揚(yáng)塵，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且耐用，入磨粒度小，其主要特點(diǎn)是粒度分布窄而穩(wěn)定，為磨機(jī)球段級(jí)配創(chuàng)造了良好條件。在剛使用3個(gè)月中，我們對(duì)磨機(jī)球段級(jí)配調(diào)整過(guò)3次，取得了一種滿意的級(jí)配方案，其主要參數(shù)依據(jù)如下：①鋼球級(jí)配分為4級(jí)，每級(jí)直徑差為10mm。②每級(jí)球徑D是根據(jù)入磨物料每類最大粒徑d來(lái)確定，計(jì)算公式為D=28。③每級(jí)鋼球配比重量是根據(jù)入磨物料粒度分布特性和研磨體在磨內(nèi)作功的規(guī)律性及鋼球的耐磨性來(lái)確定的。級(jí)配方案見(jiàn)表3。
表3? 3種設(shè)備破碎熟料磨機(jī)研磨體級(jí)配方案對(duì)比t
規(guī)格、名稱
鋼球/mm
鋼段/mm
總重量
Φ100
Φ90
Φ80
Φ70
Φ60
Φ50
Φ40
Φ35×42
Φ30×37
Φ25×32
Φ20×27
250×1000細(xì)顎式破碎機(jī)
1.0
1.7
3.7
3.1
2.5
7.0
7.0
8.0
34.0
600×800錘式破碎機(jī)
1.0
3.1
3.2
2.7
2.0
4.2
7.7
6.5
3.8
34.2
Φ1200熟料圓錐式細(xì)碎機(jī)
2.2
4.2
3.7
2.2
3.7
7.7
7.0
4.0
34.7
注：2001年5月的數(shù)據(jù)系實(shí)施ISO標(biāo)準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)。
1.4.4 使用效果
采用JSP1200超慢速剪式水泥熟料細(xì)碎機(jī)后，我廠重點(diǎn)對(duì)磨機(jī)的球段進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，改造前后有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表4。
表4? 使用3種設(shè)備破碎熟料的水泥磨機(jī)產(chǎn)量、消耗及水泥強(qiáng)度對(duì)比
時(shí)間
規(guī)格、名稱
水泥產(chǎn)量/萬(wàn)t
磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量/(t/h)
系統(tǒng)電耗/(kWh/t)
細(xì)碎機(jī)配件費(fèi)/(元/t)
機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)率/％
控制細(xì)度(0.08mm篩余)/％
3d強(qiáng)度/MPa
28d強(qiáng)度/MPa
抗折
抗壓
抗折
抗壓
1996－01～12
250×1000細(xì)顎式破碎機(jī)
9.2
11.64
42.09
0.106
97.0
6±1.0
4.3
24.5
6.7
50.1
1998－01～12
600×800錘式破碎機(jī)
12.2
15.82
32.11
0.651
82.0
5±1.0
4.6
25.2
6.9
51.2
2000－03～2001－03
Φ1200熟料圓錐式細(xì)碎機(jī)
14.2
19.27
24.28
0.078
99.9
5±1.0
4.5
26.5
6.8
51.7
2001－05
JSP1200超慢速細(xì)碎機(jī)
1.02
16.22
28.85
100.0
2±1.0
4.3
21.7
6.6
46.9
? 改造后球磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量提高了22％。破碎機(jī)配件費(fèi)用1年節(jié)約了6.82萬(wàn)元，1年來(lái)節(jié)約電費(fèi)50萬(wàn)元。特別是新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，我廠提高水泥成品細(xì)度通過(guò)5月份檢驗(yàn)分析完全達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求，增強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
2 圓錐式破碎機(jī)零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算
2.1 齒輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算
齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要、應(yīng)用最廣泛的一種傳動(dòng)。其主要優(yōu)缺點(diǎn)是：傳動(dòng)效率高，工作可靠，壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)緊湊。其主要缺點(diǎn)是：制造精度要求高，制造費(fèi)用大，精度等級(jí)低時(shí)振動(dòng)和噪聲大，不宜用于軸間距離較大的傳動(dòng)。
2.1.1 齒輪傳動(dòng)方式的選用
大小齒輪傳動(dòng)為平行軸斜齒輪傳動(dòng)。平行軸斜齒輪與直齒輪比較，其主要優(yōu)點(diǎn)為：
1)重合度大、齒面接觸情況好，因此傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力高。
2)斜齒輪的最少齒數(shù)比直齒輪的少，故機(jī)構(gòu)更緊湊。
3)斜齒輪的制造成本與直齒輪相同。
由于上述優(yōu)點(diǎn)，斜齒輪被廣泛地用于高速、重載的傳動(dòng)中。
平行軸斜齒輪的主要缺點(diǎn)為：因存在螺旋角β，故傳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生軸向力
2.1.2 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
齒輪的失效形式有多種多樣。為保證齒輪在整個(gè)工作壽命期內(nèi)不致失效，應(yīng)對(duì)各種失效形式分別建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和計(jì)算方法。但是，對(duì)齒面磨損和膠合等，目前尚無(wú)成熟的計(jì)算方法和完整的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。所以，設(shè)計(jì)一般的齒輪傳動(dòng)，通常只按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
(1)對(duì)開(kāi)式傳動(dòng)的齒輪，主要失效形式是齒面磨損和因磨損而導(dǎo)致的齒輪折斷，故只需按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算，
(2)對(duì)閉式傳動(dòng)，由于失效形式因齒面硬度不同而異，故通常分兩種情況：
1)軟齒面齒輪傳動(dòng)（配對(duì)齒輪之一的硬度350HBS），主要是疲勞點(diǎn)蝕失效，故設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：按接觸面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。
2)硬面齒輪傳動(dòng)（配對(duì)齒輪的硬度均>350HBS），主要是齒輪折斷失效，故設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。
2.1.3 大、小齒輪參數(shù)的確定
螺旋角
端面模數(shù)
端面壓力角
則
端面齒頂高系數(shù)
端面齒頂系數(shù)
當(dāng)量齒數(shù)
最小齒數(shù)
分度圓直徑
標(biāo)準(zhǔn)中心距
基圓直徑
齒頂高
齒根高
全齒高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
總重合渡
其中
2.1.4 齒輪各部極限偏差和公差的確定
1、確定齒輪精度等級(jí)
由齒輪的工作條件可知，齒輪以工作平穩(wěn)性要求為主。因此，根據(jù)圓周速度查表可以確定齒輪的第Ⅱ公差組精度等級(jí)為7級(jí)，并取第Ⅰ公差組精度等級(jí)為8級(jí)（對(duì)分度要求不高），第Ⅲ公差組精度等級(jí)為7級(jí)。
2、 初步確定齒輪傳動(dòng)的最小側(cè)隙及齒厚上下偏差
查表取中等側(cè)隙，對(duì)于 a=664.04mm ,其中最小側(cè)隙齒厚上偏差計(jì)算式
查表取的下偏差為負(fù)植，得=-62 mm。按分度圓直徑d1=242.63mm，d2=1085.45mm,查表得 ，基節(jié)極限偏差 =±24μ
由第Ⅱ公差組精度等級(jí)為7級(jí)，查表得齒向公差 代入誤差補(bǔ)償量為：
于是
3.計(jì)算齒厚上下偏差和齒厚公差
查表得進(jìn)刀誤差
齒圈徑向跳動(dòng)公差
代入齒厚計(jì)算公式得
于是，齒厚下偏差
4.按圖選擇標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的齒厚極限偏差的字母代號(hào)
查表得齒距極限偏差
則
圓整為-6，取字母代號(hào)G；
圓整為-6，取字母代號(hào)G；
圓整為-10，取字母代號(hào)J；
圓整為-11，取字母代號(hào)J；
實(shí)際齒厚公差，即
于是兩齒輪精度等級(jí)與齒厚偏差在圖紙上可標(biāo)為8-7-7GJ（GB10095-86）齒厚極限偏差可按表確定。
5、確定齒輪的最小側(cè)隙和最大側(cè)隙
標(biāo)準(zhǔn)齒厚的上下偏差為：
齒厚上偏差
齒厚下偏差
實(shí)際的最小側(cè)隙和最大側(cè)隙
現(xiàn)側(cè)隙公差
故
6、計(jì)算公法線平均長(zhǎng)度上偏差 和下偏差
在GB10095-85標(biāo)準(zhǔn)中，除采用齒厚偏差外，還采用公法線平均長(zhǎng)度偏差作為評(píng)定側(cè)隙的指標(biāo)
公法線平均長(zhǎng)度公差
7、選擇檢驗(yàn)項(xiàng)目及公差植
齒圈徑向跳動(dòng)
8、確定齒坯公差與表面粗糙度
設(shè)齒輪軸孔直徑為100μm，分度圓直徑d=242.63mm,齒頂圓直徑da=264.63mm,按齒輪最高的精度等級(jí)為7級(jí)，從表中查出齒坯的各項(xiàng)公差。
（1） 齒輪軸孔的尺寸公差和形狀公差等級(jí)均為IT7，即取軸孔直徑為H7；形狀公差為圓柱度公差，其值按推薦約為軸孔公差的0.3倍，取標(biāo)準(zhǔn)為0.008mm..
（2） 齒頂圓的直徑公差作為測(cè)量齒厚的基準(zhǔn)，取IT8，即
不作為測(cè)量齒厚的基準(zhǔn)，取IT11，即
（3） 齒頂圓和齒坯端面的跳動(dòng)公差，查表的吃頂圓的徑向跳動(dòng)公差和端面圓跳動(dòng)，其值為0.022mm,大齒輪為0.045mm.
將選取的齒輪精度等級(jí)，齒厚極限偏差代號(hào)、齒部檢驗(yàn)項(xiàng)目及公差值或極限偏差值，形狀公差和表面粗糙度以及齒坯技術(shù)要求等，標(biāo)注在零件工作圖上。
圖2 小齒輪
圖3 大齒輪
2.2 滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)和計(jì)算
軸承是用以支撐軸和軸上回轉(zhuǎn)或擺動(dòng)零件的部件，在各種機(jī)械中應(yīng)用廣泛。根據(jù)軸承工作時(shí)的摩擦性質(zhì)，可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。滾動(dòng)軸承依靠主要元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)承受載荷，它與滑動(dòng)軸承相比，具有磨檫阻力小、效率高、啟動(dòng)容易、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并由專業(yè)廠家生產(chǎn)，選用和更換都很方便。其缺點(diǎn)是抗沖擊能力差，工作時(shí)有噪聲，以及工作壽命不及液體摩擦的滑動(dòng)軸承。
2.2.1 滾動(dòng)軸承的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則
1、 失效形式
（1） 疲勞強(qiáng)度 軸承在安裝、潤(rùn)滑、維護(hù)良好的條件下工作時(shí)，由于各承載元件承受周期性變化的應(yīng)力作用，各接觸表面將會(huì)產(chǎn)生局部脫落，這就是疲勞點(diǎn)蝕。它是滾動(dòng)軸承主要的失效形式。軸承發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕破壞后，通常在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)比較強(qiáng)烈的振動(dòng)、噪聲和發(fā)熱現(xiàn)象，軸承的旋轉(zhuǎn)精度也會(huì)下降，會(huì)使機(jī)器喪失正常的工作能力。
（2） 磨損 由于潤(rùn)滑不充分、密封不好或潤(rùn)滑油不清潔，以及工作環(huán)境多塵，一些金屬屑或磨粒性灰塵進(jìn)入軸承的工作部位，軸承將會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的磨損，導(dǎo)致軸承內(nèi)、外圈與滾動(dòng)體間間隙增大、振動(dòng)加劇及旋轉(zhuǎn)精度降低而報(bào)廢。
（3） 塑性變形 在過(guò)大的靜載荷沖擊作用下，軸承承載元件間的接觸應(yīng)力超過(guò)了元件材料的屈服極限，接觸部位發(fā)生塑性變形，形成凹坑，使軸承摩擦阻力矩增大，旋轉(zhuǎn)精度下降且出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲。這種失效多發(fā)生在低速重載或作往復(fù)擺動(dòng)的軸承中。
除上述的失效形式外，軸承還可能發(fā)生其他形式的失效，如裝配不當(dāng)而使軸承卡死、脹破內(nèi)圈、擠碎滾動(dòng)體和保持架；過(guò)熱或過(guò)載時(shí)，接觸部位膠合撕裂；磨蝕性介質(zhì)進(jìn)入引起的銹蝕等，在正常使用和維護(hù)的情況下，這些失效是可以避免的。
2、 計(jì)算準(zhǔn)則
針對(duì)上述失效形式，迄今為止主要是通過(guò)壽命和強(qiáng)度計(jì)算以保證軸承可靠地工作，故計(jì)算準(zhǔn)則為
1） 對(duì)一般轉(zhuǎn)速（n>10r/min）的軸承，主要失效形式為疲勞點(diǎn)蝕，故應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算。
2） 對(duì)于極慢轉(zhuǎn)速（n10r/min）或作低速擺動(dòng)的軸承，主要失效形式是表面塑性變形，應(yīng)按靜強(qiáng)度計(jì)算。
3） 對(duì)于高轉(zhuǎn)速軸承，主要失效形式為由發(fā)熱引起的磨損、燒傷。故不僅要進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算，還要檢驗(yàn)其極限轉(zhuǎn)速。
計(jì)算派生軸向力
2.2.2 圓錐滾子軸承的壽命計(jì)算
對(duì)30000型軸承
圖4 圓錐滾子軸承受力簡(jiǎn)圖
計(jì)算軸承的壽命
,查手冊(cè)得32228軸承的
使用壽命
???
2.3 螺栓組的設(shè)計(jì)計(jì)算
螺栓組聯(lián)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的在于合理地確定聯(lián)接結(jié)合面的幾何形狀和螺栓的布置形式。螺栓組聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則：盡可能使各螺栓或聯(lián)接接合面間受力均勻，便于加工和裝配。具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：（1）聯(lián)接接合面的幾何形狀必須與整臺(tái)機(jī)器的結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致，且盡量設(shè)計(jì)成軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單幾何形狀。（2）螺栓的布置應(yīng)使各螺栓受力盡可能均等。（3）螺栓的排列應(yīng)有合理的間距和邊距，以便保證聯(lián)接的緊密性和必要的扳手空間。（4）分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應(yīng)取成4、6、8等偶數(shù)，以便分度和劃線。同一螺栓組中螺栓的性能等級(jí)、直徑和長(zhǎng)度均應(yīng)相同。（5）為避免螺栓手附加彎曲應(yīng)力，螺栓頭、螺母被聯(lián)接件的接觸表面均應(yīng)平整，螺紋孔軸線與被聯(lián)接件各承受面應(yīng)保持垂直。
螺栓組聯(lián)接受力分析的目的是為了確定螺栓組中受力最大的螺栓及其所受載荷。為了方便簡(jiǎn)化計(jì)算，在進(jìn)行螺栓組受力分析時(shí)，一般作如下假設(shè)：（1）同一組聯(lián)接中各螺栓的材料、直徑、長(zhǎng)度和預(yù)緊力均應(yīng)相同。（2）聯(lián)接承受工作載荷后其結(jié)合面的“剛體平面性”
采用普通螺栓聯(lián)接時(shí)，必須有足夠的預(yù)緊力，使接合面產(chǎn)生的摩擦力矩足以抵抗轉(zhuǎn)矩T。假設(shè)預(yù)緊后各螺栓聯(lián)接處產(chǎn)生的摩擦力集中作用在螺栓中心處，起方向應(yīng)為阻止運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向。根據(jù)受力平衡條件，可得
則各個(gè)螺栓所需的預(yù)緊力F0為
則工作載荷為
螺栓承受的總拉力
其最大拉應(yīng)力為
該螺栓組符合強(qiáng)度要求
2.4 顎板的設(shè)計(jì)和計(jì)算
2.4.1 顎板的設(shè)計(jì)
破碎機(jī)的破碎部件是外顎和內(nèi)顎.外顎直接承受物料的破碎力,要求有足夠的強(qiáng)度.因此,外顎應(yīng)用優(yōu)質(zhì)鋼鑄成.
顎板用于直接破碎物料,為了避免磨損,提高顎板使用壽命,在顎板和顎板腔兩側(cè)都鑲有襯板.襯板用耐磨材料做成,一般小型的用白口鑄鐵,大型的用高錳鋼制成.所有襯板均用埋頭螺栓固定,報(bào)廢后可以隨時(shí)拆換.為了使襯板各受力均勻,常在襯板和顎板之間墊以塑性襯墊,如鉛板、鋁板、鋅合金板、低碳鋼板或灌注水泥砂漿,以保證襯板與顎板緊密結(jié)合.
襯板的表面通常鑄成波浪形或三角形,安裝時(shí)兩襯板的齒峰和齒谷正好凹凸相對(duì).這樣的襯板對(duì)物料不僅施予擠壓作用,還兼施彎曲和劈裂作用.使物料易于破碎.襯板的齒峰角α一般為90°～120°,粗碎時(shí)宜采用波浪形表面,夾角α取大些.齒距t的大小取決于物料粒度,通常t接近于破碎粒度.齒高h(yuǎn)?和齒距之比一般取1/2～1/3。
對(duì)襯板各部位的磨損是不均勻的，通常下部磨損較快，為了延長(zhǎng)其使用壽命，常做成上下對(duì)稱的，待下部磨損后調(diào)換使用，大型圓錐式破碎機(jī)是用幾塊拼成的，各塊間均可互換，這不僅節(jié)省材料，而且給安裝和運(yùn)輸帶來(lái)方便。
圖5 鉗角示意圖
2.4.2 鉗角的設(shè)計(jì)
圓錐式破碎機(jī)動(dòng)顎與定顎間的夾角稱為鉗角。如圖，減小鉗角，可使破碎機(jī)的生產(chǎn)能力增加，但會(huì)導(dǎo)致粉碎的減小，相反，增大鉗角，雖可增加破碎比，但會(huì)降低生產(chǎn)能力，同時(shí)落在顎腔中的物料不易夾牢，有被推出機(jī)外的危險(xiǎn)。因此，鉗角應(yīng)有一定的范圍。鉗角的大小可以通過(guò)物料的受力分析來(lái)確定。
設(shè)夾在顎腔中的球形物料質(zhì)量為G，顎板同物料接觸處，顎板對(duì)物料的作用力為和均與顎板垂直。由這兩個(gè)力所引起的摩擦力為和，其方向向下
將第一式乘以摩擦系數(shù)之后，與第二式相加，消去，得
或
因摩擦系數(shù)與摩擦角的關(guān)系為
則
為了使破碎機(jī)工作可靠，必須令
即鉗角應(yīng)小于物料與顎板之間的摩擦角的2倍
一般摩擦系數(shù)=0.2～0.3，則鉗角的最大值為22°～33°，實(shí)際上，當(dāng)破碎機(jī)喂料粒度相差太大時(shí)，雖然，仍有可能產(chǎn)生物料被擠出情況。這是由于大塊物料在兩個(gè)小塊之間，這時(shí)物料的鉗角必然大于兩倍物料之間的摩擦角。所以該鉗角取24.7°。
結(jié)論
對(duì)立軸破和反擊破而言，由于沒(méi)有粒度控制裝置，大塊料較多。對(duì)臥式破而言，雖有篦板，出料粒度容易控制，但錘頭的磨損形式極不合理。對(duì)于超高速離心沖擊破碎原理的破碎機(jī)，在使用中因磨損不均勻很難得到平衡，導(dǎo)致振動(dòng)極大，功耗高。以上幾種破碎機(jī)都因?yàn)檗D(zhuǎn)速高，物料重復(fù)破碎摩擦多，所以即使耐磨機(jī)件材質(zhì)硬，也磨損很快，機(jī)件易損。采用鋼棒滾壓破碎原理的破碎機(jī)，振動(dòng)大，致使機(jī)件易損，進(jìn)料稍多一點(diǎn)就導(dǎo)致飽倉(cāng)，失去破碎功能而惡性循環(huán)，檢修極為不便。熟料擠壓機(jī)屬?gòu)?qiáng)制硬擠壓，擠壓輥易磨損，設(shè)備故障多，功耗大。
采用熟料圓錐式破碎機(jī)，克服了以上各種破碎機(jī)的弱點(diǎn)，打破常規(guī)設(shè)計(jì)，達(dá)到了無(wú)重復(fù)破碎，提高有效功率，減少了物料摩擦功率，由此單位電耗極低。
經(jīng)分析，熟料圓錐式熟料細(xì)碎機(jī)比離線速度細(xì)碎機(jī)的出料粒度粉末狀少，但易損件的使用壽命要長(zhǎng)7倍，出機(jī)最大粒度有10mm到磨損后調(diào)整前的15mm，一般為三個(gè)月。調(diào)整更換次數(shù)少、使用壽命長(zhǎng)、粒度分布窄、穩(wěn)定性高。
建議水泥廠家選擇水泥熟料細(xì)碎機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮如下幾點(diǎn)原則：
1） 錘頭工作線速度漫，耐用，運(yùn)轉(zhuǎn)率高；
2） 出機(jī)物料粒度分布窄而穩(wěn)定，有利于磨機(jī)球段優(yōu)化級(jí)配；
3） 耗電低，配件費(fèi)用低；
4） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，加工制作精細(xì)；
5） 配件維修方便；
6） 避免金屬物誤入機(jī)內(nèi)，需安裝除鐵 器及金屬探測(cè)儀。
致謝
短暫而充實(shí)的三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了. 在此之際，我首先要感謝六老師，他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，品德高尚，平易近人，在我學(xué)習(xí)期間不僅傳授了做學(xué)問(wèn)的秘訣，還傳授了做人的準(zhǔn)則。這些都將使我終生受益。無(wú)論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查詢、開(kāi)題、研究和撰寫(xiě)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無(wú)不得到劉老師的悉心指導(dǎo)和幫助。我愿借此機(jī)會(huì)向劉老師表示衷心的感謝！
同時(shí)，還要感謝機(jī)械工程系的領(lǐng)導(dǎo)和老師們，以及計(jì)算機(jī)機(jī)房的老師們，在我們畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，盡可能多地提供便利的條件和資源，以及無(wú)微不至的關(guān)心和幫助，使得我能順利地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。還要感謝我的同學(xué)們，陪我走過(guò)了這最后的日子。
另外，還要一并感謝鵬飛集團(tuán)和蘇中建材設(shè)備總廠，他們不但接待了我們到廠里進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì) ，還給我們生活和學(xué)習(xí)上提高幫助。讓我們真正與企業(yè)進(jìn)行了一次親密接觸，為我們將來(lái)工作提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
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附件清單
圓錐式破碎機(jī)總裝圖A0-YZP1200-00一張
傳動(dòng)裝置部裝圖A1-YZP1200-01一張
分級(jí)罩部裝圖A2-YZP1200-04一張
分級(jí)罩固定盤(pán)零件圖A2-YZP1200-04-01一張
軸零件圖A2YZP1200-01-007一張
軸承座零件圖A2YZP1200-01-003一張
小齒輪零件圖A2YZP1200-01-004一張
回轉(zhuǎn)筒零件圖A2YZP1200-00-004一張
軸承端蓋零件圖A3YZP1200-01-005一張
大齒輪零件圖A2YZP1200-01-008一張
小法蘭零件圖A3YZP1200-00-005一張
齒輪墊片零件圖A4YZP1200-01-002一張
氈圈油封零件圖A4YZP1200-01-006一張
軸套零件圖A4YZP1200-01-009一張
動(dòng)顎板零件圖A2YZP1200-00-007一張
齒輪罩零件圖A3YZP1200-00-010一張
減速圖A3XLD8195 一張
齒輪蓋零件圖A3YZP1200-01-011一張
空心軸零件圖A2YZP1200-01-010一張
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