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一.破碎設(shè)備的概述
(一) 破碎機(jī)的概念與應(yīng)用
物料破碎,幾乎是所有的礦山,礦物加工及土石質(zhì)原料加工中關(guān)鍵的工藝過程,而其中的破碎設(shè)備是關(guān)鍵設(shè)備.破碎設(shè)備的種類繁多,人們多按工作原理和結(jié)構(gòu)特征可分為:(1)顎式破碎機(jī);(2)旋回破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī);(3)輥式破碎機(jī);(4)沖擊式破碎機(jī)—錘式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī).
顎式破碎機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,制造維護(hù)容易,適應(yīng)性強(qiáng),成本低,高度不大等突出優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于礦山,冶金,建筑材料,化工,交通等行業(yè).在顎式破碎機(jī)中被破碎的巖石是在兩塊顎板之間進(jìn)行的.可動顎板在原動機(jī)的驅(qū)動下,,繞懸掛心軸對固定顎板作周期性擺動,當(dāng)可動顎板靠近固定板時(shí),位于破碎腔的巖石在重力作用下經(jīng)排礦口排出,大于排礦口寬度的巖石仍然留在破碎腔里,在下一工作循環(huán)中繼續(xù)被破碎.顎式破碎機(jī)是品種規(guī)格及其使用數(shù)量最多的一種破碎設(shè)備,按其結(jié)構(gòu)可分為復(fù)擺式,簡擺式,外動顎式勻擺,雙腔雙動顎等幾種形式.
在顎式破碎機(jī)的發(fā)展中,根據(jù)可動顎板運(yùn)動軌跡的不同,顎式破碎機(jī)分為簡單擺動顎式破碎機(jī)和復(fù)雜擺動破碎機(jī).所謂簡單擺動,是指可動顎板的運(yùn)動軌跡是一般簡單的圓弧;所謂復(fù)雜擺動,是指可動顎板在縱向斷面內(nèi)的運(yùn)動軌跡處處不同,其上部近似為圓形,下部為橢圓開.后者運(yùn)動軌跡較前者復(fù)雜,簡擺顎式破碎機(jī)主要用于對物料的粗碎,具有破碎力大,適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,生產(chǎn)能力相對較低.復(fù)擺顎式破碎機(jī)用于對物料的中,細(xì)碎,具有結(jié)構(gòu)簡單,生產(chǎn)能力較高,對物料擠壓和磨削作用較好,破碎產(chǎn)品質(zhì)量高等特點(diǎn),但襯板易磨損.
從運(yùn)動學(xué)方面來說,動顎上部行程較大,可以滿足礦石破碎時(shí)所需要的壓縮量,同時(shí)動顎向下運(yùn)動,又有促進(jìn)排礦的作用.故其生產(chǎn)效率比簡擺顎式破碎機(jī)高30%左右.雖然復(fù)擺顎式破碎機(jī)應(yīng)用廣泛,優(yōu)點(diǎn)很多,但也存在著一些缺點(diǎn).復(fù)擺顎式破碎機(jī)垂直行程大(如果用X來代表動顎水平行程,則動顎垂直行程為2.5X).平衡性差,在破碎礦石時(shí),即壓碎礦石的同時(shí)又向下搓,致使顎板磨損加劇,非生產(chǎn)性消耗增加,產(chǎn)品存在過粉碎現(xiàn)象.
圖2-2是簡單擺動顎式破碎機(jī)的外形構(gòu)造圖.它的主要要作機(jī)構(gòu)是固定顎板1和可動顎板2.可動顎板的擺動是靠雙肘桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的,雙肘桿機(jī)構(gòu)是由偏心軸4,連桿5,前肘板6,
組成.連桿支承在偏心軸上,偏心軸在原動機(jī)的驅(qū)動下隨大皮帶輪7一起轉(zhuǎn)動,推動連桿上下運(yùn)動.再帶動前后肘板上下擺動,從而使可動顎板產(chǎn)生張繞動顎軸的擺動,完成對巖石的破碎.
在實(shí)際結(jié)構(gòu)中,固定顎板和可動顎板都襯有耐磨性好的高錳鋼制成的破碎板.為提高破碎效果,兩破碎板的表面均鑄有縱向齒紋.且凹凸相對,這樣對巖石除產(chǎn)生擠壓作用外,還有劈裂,彎曲作用.
圖2-3是復(fù)雜擺動顎式破碎機(jī)的外形結(jié)構(gòu)圖.該機(jī)比簡單擺動顎式破碎機(jī)簡單.可動板1直接懸掛在偏心軸2上,省掉了連桿和前肘板,可動顎板下部直接由肘板3支撐到機(jī)架上.在原動機(jī)4的驅(qū)動下,偏心軸按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),從而帶動可動顎板作復(fù)雜擺動.由于可動顎板直接懸掛在偏心軸上,故可動顎板上部水平行程較大,正好滿足破碎腔上部多為大塊巖石,需
要較大壓縮量的要求,且可動顎板向下運(yùn)動時(shí)有促進(jìn)排礦的作用.因此,復(fù)雜擺動顎式破碎機(jī)的生產(chǎn)率比簡單擺動顎式破碎機(jī)高30%左右;當(dāng)產(chǎn)量相同時(shí),機(jī)器重量約輕20~30%.所以,前者多制成中小型機(jī)器,用于中硬巖石破碎;后者多制成大型機(jī)器,用于堅(jiān)硬巖石的粗碎.
顎式破碎機(jī)存在著能耗高等不足,因此研制能耗低,處理量大的新型顎式破碎機(jī)仍是重要的課題.
雙腔并聯(lián)顎式破碎機(jī)
(二).國內(nèi)外顎式破碎機(jī)現(xiàn)狀
近年來,在”多碎少礳”原則指導(dǎo)下顎式破碎機(jī)向高效,節(jié)能方向發(fā)展.美國Alis-chalmer公司的S-T型復(fù)擺式顎式破碎機(jī),采用高深度破碎腔,小嚙合角,排口處襯板表面為曲線型,形成非堵塞式破碎腔.兩襯板在排料處的表面形狀能使破碎力與物料垂直,從而減少了在排料口處物料打滑現(xiàn)象.該機(jī)產(chǎn)量高,產(chǎn)品粒度細(xì),電耗低.日前日本,加拿大,澳大利亞等國也購得了生產(chǎn)權(quán),均有產(chǎn)品供應(yīng).
芬蘭kone公司開了了BLM系列負(fù)支承顎式破碎機(jī).動顎在壓碎行程時(shí)有一向下運(yùn)動分量,可加快破碎物料向下運(yùn)動.減少堵塞,并可降低襯板的磨損,提高生不能力,降低產(chǎn)品粒度.
北京人民礦山機(jī)械廠生產(chǎn)的150X750型和250X750型細(xì)碎顎式破碎機(jī),在山東蠶莊金礦使用表明:當(dāng)排礦口為16mm時(shí),產(chǎn)品中小于16mm粒級含量占60%.目前,該廠對破碎腔進(jìn)行改造后
其生產(chǎn)能力提高了15~25%,產(chǎn)品粒度進(jìn)一步降低,襯板使用壽命提高一倍.
上海多靈機(jī)械公司生產(chǎn)的三種PEX型深腔顎式破碎機(jī),已形成細(xì)碎顎式破碎機(jī)新系列,并有產(chǎn)品銷往國外.經(jīng)北京礦冶研究院對該死機(jī)腔形成優(yōu)化設(shè)計(jì),使該系列新產(chǎn)品生產(chǎn)能力提高15~25%,產(chǎn)品粒度進(jìn)一步降低,襯板壽命提高一倍以上.
北京礦冶研究院總院開發(fā)的雙腔雙動顎顎式破碎機(jī),具有獨(dú)特的單,雙耳軸承鑲嵌式動顎結(jié)構(gòu),一根軸同時(shí)帶動顎工作,充分利用破碎機(jī)空行程的蓄能作用,可提高生產(chǎn)能力.負(fù)支承,零懸掛,高深曲線破碎腔,碎碎比較大,產(chǎn)品粒度小而均勻,襯板壽命長,電耗低,排礦口調(diào)整方
便.1995年9月張家口建筑水泥廠采用PLR-1580型機(jī)作預(yù)粉碎,產(chǎn)品粒度小于10mm,便磨機(jī)生產(chǎn)能力提高了30%,單位電耗降低了20%以上.但其軸太長,相當(dāng)有兩個(gè)偏心,設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮不良因素大多,而且其加工工藝麻煩.
國內(nèi)破碎機(jī)年產(chǎn)量約一萬多臺,一些生產(chǎn)穩(wěn)定,水平不斷提高的廠家每年向南非的一些國家出口一定數(shù)量破碎機(jī).復(fù)擺式破碎機(jī)是我國中小礦山及其它有關(guān)企業(yè)普遍采用的機(jī)型,但其技術(shù)指標(biāo)太落后于國外同類產(chǎn)品的水平,就其結(jié)構(gòu)相當(dāng)國外50年代的產(chǎn)品,顎式破碎機(jī)分為大,中,小三類.為了降低大型破碎機(jī)的運(yùn)動功率消耗,我國還生產(chǎn)了分段起動簡單擺式顎式破碎機(jī),它是在偏心軸的兩端設(shè)計(jì)了液壓摩擦離合器,機(jī)器起動時(shí)依次分段起動機(jī)器各部件.顎式破碎機(jī)存在著能耗高等不足,因此研制能耗低,處理量大的新型顎式破碎機(jī)仍是重要的課題.因此,盡快改變這一狀況,實(shí)現(xiàn)多碎磨,生產(chǎn)率高,提高生產(chǎn)能力,降低作業(yè)能耗已勢在必行.
(三).破碎機(jī)的發(fā)展前景
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國黑色,有色,化工,建材等行業(yè),每年破碎礦石和各種物料絕跡18億t,用電量為250～300億千瓦時(shí),占全國總用電量的8%～10%,鋼耗約為250萬t.在金屬選礦中,破碎作業(yè)的能耗占選礦總能耗的40%～70%,僅襯板每年消耗的高錳鋼約過6萬t.隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,對各種礦產(chǎn)品需求不斷增加,由于破碎機(jī)是破碎機(jī)械中使用量電大,范圍電廣的一種破碎機(jī)械,故其有著廣闊的市場空間和潛在的市場發(fā)展力.
在”多碎少磨”原則指導(dǎo)下,從90年代起,破碎設(shè)備正向細(xì)碎,高效和節(jié)能型發(fā)展.雙腔顎式破碎低矮的外形降低了整體的重心,使其具有更好的穩(wěn)定性和通過性,除井下和隧道等空間受限制的場合使用外,還特別適合于安裝在移動的車上,根據(jù)不同的工藝流程組裝成各種移動式破式篩分設(shè)備,滿足不同的用戶需求.雙腔顎式破碎機(jī)憑借著在節(jié)能高效和產(chǎn)中粒度圴勻等方面的無比倫比的優(yōu)勢.在寵大的破碎市場上將會占有一席之地.有望在占有國內(nèi)市場的同時(shí),走出國門,面向世界.
二2PE250×500雙腔顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)
(一) 總體方案的設(shè)計(jì)
顎式破碎機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其生產(chǎn)能力，功耗，機(jī)重及顎板壽命等綜合指標(biāo)。由于破碎機(jī)的工作繁重，工作條件苛刻，且受力情況復(fù)雜，為了保證破碎機(jī)在工作中運(yùn)轉(zhuǎn)正常，則在設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)使其滿足以下要求：安全，衛(wèi)生環(huán)保，節(jié)能。
1. 設(shè)計(jì)的總體要求
本設(shè)計(jì)2PE250X500是傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機(jī)的基礎(chǔ)上采用了新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),將單腔改為對稱式的雙腔,工作時(shí)一腔進(jìn)行破碎,另一腔進(jìn)行排礦工作。這樣，在一個(gè)工作周期內(nèi)，該破碎機(jī)總共進(jìn)行了兩次破碎和排礦工作，在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量是普通單腔顎式破碎機(jī)的兩倍。生產(chǎn)效得到極大的提高，同時(shí)有效地降低了單位產(chǎn)量的功率消耗，兩個(gè)破碎腔可以并聯(lián)和串聯(lián)使用。.該破碎機(jī)由電動機(jī)帶動皮帶輪,飛輪,偏心軸,動額等部件,使動額運(yùn)動.。在定顎與動顎的相對運(yùn)動中，以小偏心，高擺動頻率將物料多次破碎。雙腔顎式破碎機(jī)有2個(gè)破碎腔，是在普通顎式破碎機(jī)活動顎板的另一端增加一個(gè)破碎腔。在這種結(jié)構(gòu)下，破碎機(jī)可在雙工作行程狀態(tài)下運(yùn)行。當(dāng)曲柄在角度a范圍回轉(zhuǎn)時(shí)，破碎腔I進(jìn)行物料破碎，而破碎腔II進(jìn)行排料；當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)支360~a范圍時(shí)，破碎腔II進(jìn)行破碎，破碎腔I進(jìn)行排料，如此往復(fù)循環(huán)。這種形式的破碎機(jī)不存在空行程的能量消耗，同時(shí)，破碎機(jī)的處理能力將提高1倍，因此可以說，雙腔顎式破碎機(jī)真正提高了破碎效率。
2. 設(shè)計(jì)方案的比較及選取
雙腔可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式,于是設(shè)計(jì)構(gòu)思分為破碎腔串聯(lián),破碎腔并聯(lián).
方案一;
此種方案的兩個(gè)破碎腔在偏心軸的一側(cè)，兩破碎腔串聯(lián)在一起，其示意圖如圖1-1所示。
圖1-1雙腔顎式破碎機(jī)雙腔串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖
由圖可以看出，顎式破碎機(jī)在一個(gè)工作周期內(nèi)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)過了兩個(gè)偏心，當(dāng)動力經(jīng)皮帶輪帶帶動偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩破碎腔可以交替破碎物料，破碎機(jī)可以近似的看成是連續(xù)工作的狀態(tài)。
- 4 -
但此種破碎機(jī)由于偏心軸太長，受力不均勻，有很大的震動，浙江礦山機(jī)械廠生產(chǎn)過類似的產(chǎn)品，由于存在以上的缺陷。市場形式不好，從某種程度上說，這種機(jī)型將被淘汰。
方案二:如圖所示1-2
圖1-2雙腔顎式破碎機(jī)雙腔并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖
由圖可以看出，該設(shè)計(jì)采用對稱雙腔結(jié)構(gòu)，并要發(fā)破碎和排礦同時(shí)進(jìn)行，故兩動顎均要安裝在同根偏心軸上，為了增強(qiáng)剛度，將兩動顎做成相互固定的結(jié)構(gòu)，由于在雙動顎間安裝肘板很不方便，所以將兩個(gè)肘板安裝在定顎的后面，這樣，動顎下端的支撐就失去了，為了解決這個(gè)問題，將偏心的位置下移，用于實(shí)現(xiàn)動顎下部的支撐。動顎上部的支撐由搖桿和銷軸來完成。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：它結(jié)構(gòu)緊湊，簡單。該設(shè)計(jì)具有一個(gè)雙腔結(jié)構(gòu)，兩塊齒板固定在一個(gè)動顎上，結(jié)構(gòu)緊湊，度使破碎成為一個(gè)連續(xù)過程，兩個(gè)破碎腔并聯(lián)使用。其破碎產(chǎn)品粒度均勻，呈立方狀，可在雙工作行程狀態(tài)下運(yùn)行，不存單腔破碎機(jī)空行程的能量消耗。
綜合比較上述的兩種方案，可以看出第二種方案設(shè)計(jì)的顎式破碎機(jī)處理能力大，單位功率消耗低，丙塊齒板固定在一個(gè)動顎上，結(jié)構(gòu)緊湊，并聯(lián)使用可提高產(chǎn)能力，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。處理能力大幅度提高，單位功率大幅度降低，金屬單耗小。
(二) 部分參數(shù)的選定
因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)是在動顎作復(fù)雜擺動的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)顎式破碎機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，故其四桿機(jī)構(gòu)是依照復(fù)擺顎式機(jī)的算法來確定的。而破式破碎機(jī)的主體機(jī)構(gòu)是一平面曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。因此，此設(shè)計(jì)方案的成功與否，其關(guān)鍵在于四桿機(jī)構(gòu)的形式，應(yīng)對顎式破碎機(jī)的四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化處理，使各桿件的匹配更加合理，獲得最佳特性，從而達(dá)到提高生產(chǎn)能力，降低下端特性值的目的。
1. 排料口寬度b及公稱破碎比I
已知破碎機(jī)的寬度為B=250mm,調(diào)整范圍為(1/7~1/10)B=25~36mm[1],確定破碎腔的開邊制公稱排料口寬度為b=30mm.；所以，該破碎機(jī)的公稱破碎比i=B/b=250/30=8
2. 嚙合角a
破碎機(jī)的動顎與定顎襯板之間的夾角稱為嚙合角。當(dāng)破碎礦塊時(shí)，必須使礦石不向上滑
動，也不從破碎腔的給礦口跳出來。為此，嚙角應(yīng)該保證礦石塊與顎板工作表面間產(chǎn)生足夠的摩擦力以阻止礦石被推出去。
顎式破碎機(jī)的嚙角一般在17~24度，對于復(fù)擺型顎式破碎機(jī)，嚙角不應(yīng)大于20~22度。
在此取a=20°
3. 破碎腔高度H
在嚙角一定的情況下,破碎腔的高度由所要求和破碎比而定,通常,破碎腔的高度,H=(2.25~2.5)B.（礦山機(jī)械—選礦部分 冶金工業(yè)出版社），B為給礦寬度。
取H=600mm.
4. 動腔的擺動行程s與偏心軸的偏心距r
簡單擺動破碎機(jī)上端擺動行程小而下端擺動行程大,復(fù)擺破碎機(jī)是上端大而下端小.通常復(fù)擺式s=(12~15)mm.取s=15mm.動腔下端擺動行程不得大于排料口的(0.3~0.4)即sl=(0.3~0.4)b=9~12,取sl=12mm.偏心軸的偏心距通常復(fù)雜擺動是:s=(2~2.2)r,取r=7mm. （礦山機(jī)械—選礦部分 冶金工業(yè)出版社）
5. 連桿長度l及推力板長度k
l=(0.85~0.9)L=425~450 （礦山機(jī)械—選礦部分 冶金工業(yè)出版社） 取l=440mm
k=(16.5~25)r=115.5~175（礦山機(jī)械—選礦部分 冶金工業(yè)出版社） 取k=150mm
(三) 電動機(jī)選擇與確定
1. 動腔的擺動次數(shù)(主軸的轉(zhuǎn)數(shù))根據(jù)公式
（礦山機(jī)械—選礦部分 冶金工業(yè)出版社）
s:動腔下端的擺動行程(cm)
n:主軸轉(zhuǎn)速(r/min)
a:排料層平均嚙角(度)取最優(yōu)值a=14°
=303 (r/min)
2. 電動機(jī)的功率
在顎式破碎機(jī)的破碎過程中，其功率消耗與轉(zhuǎn)速，規(guī)格尺寸，排料口寬度，嚙角大小及被破碎礦石的物理機(jī)械性質(zhì)和粒度特性有關(guān)。破碎機(jī)的轉(zhuǎn)速愈高，機(jī)械尺寸愈大，功率消耗就越大；破碎比愈大，功率消耗也愈大。但是，對功率消耗影響最大的還是礦石的物理機(jī)械性質(zhì)。由于功率消耗與多因素有關(guān)，現(xiàn)在尚無一個(gè)完整的理論公式能精確地計(jì)算出破碎機(jī)地功率消耗。下面的是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來和計(jì)算公式
P=18LHrn(kw) （礦山機(jī)械—選礦部分 冶金工業(yè)出版社）
式中：
L:破碎腔的長度(m)
H:固定顎板的計(jì)算高度(m)
r:主軸偏心距(m)
n:主軸轉(zhuǎn)速(r/min)
=11.45(kw)
3. 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速
通常帶傳動比I=2~4,取I=3,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n。=n*I=303*3=909(r/min)
4. 選取電動機(jī)
根據(jù)上述的電動機(jī)功率,轉(zhuǎn)速及其工作環(huán)境.為了安全選擇,電動機(jī)的功率提高1.1~1.25倍感.所以P*1.25=14.31kw選擇查表12-1(機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì))Y180L-6(三相異步電動機(jī)).
電動機(jī)型號
額定功率/kw
滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
Y180L-6
15
970
2.0
2.0
(四).破碎生產(chǎn)率
生產(chǎn)率是指在一定的給料粒度和排料粒度條件下，單位時(shí)間內(nèi)破碎機(jī)所處理物料量（Kg/h或m3/h）.
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)工式
式中 μ1礦石松散比重,一般取μ1=0.65~0.75取μ=0.7
n:主軸轉(zhuǎn)速(r/min)
L:破碎腔的長度(m)
b:排料料公稱寬度(m)
s:動腔下端的擺動行程(m)
=10.07(m3/h)
(五).傳動帶的設(shè)計(jì)計(jì)算
傳動比公式I=n。/n 取I=3,n。=I*n=3*303=909
5. 確定計(jì)算功率
Pca=Ka*P
P:皮帶傳動的額定功率
Ka:工作狀況系數(shù),在此取Ka=1.4;(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))
Pca=Ka*P=15*1.4=21(kw)
6. 選擇帶型
破碎機(jī)在工作時(shí)，所受載荷變化很大，有沖擊載荷和脈動循環(huán)；并且使其皮帶輪的飛輪的傳動較大。兩傳動軸間距離要求甚遠(yuǎn)。其工作環(huán)境惡劣。對傳動系數(shù)折磨損較大，所以在本設(shè)計(jì)中選用帶傳動方式。其優(yōu)點(diǎn)是：傳動帶具有彈性，能對破碎機(jī)工作是產(chǎn)生的沖擊進(jìn)行一定程度的吸收，使傳動平穩(wěn)，保護(hù)電機(jī)；皮帶可以在皮帶輪上打滑，具備一定的過載保護(hù)能力?？稍煊谥行木噍^大的傳動。結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，更換方便，并且安裝精度要求不高，
適合采礦作業(yè)。
根據(jù)計(jì)算功率和電動機(jī)的小帶輪轉(zhuǎn)速n。=970r/min查表(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)p201)選取C型V帶
7. 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑
① 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑, 由圖11-8,推薦值為200~315mm及表11-8(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))
初選d1=250mm.
d 2=d1*I=250*3=750(mm)依表11-8(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))選取d 2=710mm
② 驗(yàn)算帶和速度v
=12.69（m/s）在(5~25)(m/s)范圍內(nèi).
故所選皮帶的速度合適
8. 確定中心距a和帶和的基準(zhǔn)長度L d
① 根據(jù) 0.7(d1+d 2)≤a?！?2(d1+d 2)
0.7(250+710)≤a?！?2(250+710)
672≤a?！?1920
初選a。=1300mm
② 計(jì)算帶長L
=4148(mm)
③ 確定Ld
根據(jù)L。和V帶型號,由表11-2(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))
Ld=4500mm
④ 確定實(shí)際中心距a
=1476mm
⑤ 驗(yàn)算小帶輪上的包角α1
=180°-18°
=162°≥120°(符合包角要求)
9. 確定皮帶根數(shù)Z
式中;P。:單根V帶額定功率
△ P。:單根V帶基本功率增量
Ka:包角系數(shù)
Kl:長度系數(shù)
查表11-4 P。=7.04(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))
查表11-5 △P。=0.83(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))
查表11-6 Ka=0.95(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))
查表11-2 Kl=1.04(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))
=2.70 取Z=3(根)
10. 確定帶的預(yù)緊力F。
=450.0+48.31
=498.31(N)
11. 計(jì)算V帶對軸的壓力Q
=2*3*472.8*sin81
=2802(N)
12. 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶輪寬B=(Z-1)e+2f
式中查表11-3(機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))
E=25.5±0.5(mm)
(mm)
Z=3
B=(3-1)*25.5+2*17
=85(mm)
因帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式。該帶輪的基準(zhǔn)直徑dd>300mm,所以帶輪采用鑄鐵Ｖ帶輪的典型結(jié)構(gòu)之一：腹板式(參考：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)Ｐ193)
根據(jù)以上條件查表21-2（機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)）
得V帶輪：C型
槽數(shù)Z
輪緣寬B(mm)
基準(zhǔn)直系dd(mm)
孔徑d0(mm)
轂長L(mm)
3
85
710
95
120
(六）.機(jī)構(gòu)受力分析
１．破碎力的計(jì)算
破碎機(jī)的破碎力是計(jì)算機(jī)器各個(gè)零件強(qiáng)度和剛度的原始數(shù)據(jù)。破碎力的大小與很多因素有關(guān)，因而確定破碎力的方法也很多，概括起來有以下幾種方法：（?。├碚撚?jì)算法；（２）功耗計(jì)算法；（３）實(shí)驗(yàn)計(jì)算法。目前，國內(nèi)多采用實(shí)驗(yàn)分析法來確定破碎機(jī)破碎力的大小。根據(jù)對復(fù)擺顎式破碎機(jī)的固定顎板和動顎的實(shí)際受力測定，在破碎機(jī)動顎上所產(chǎn)生的破碎力系與礦塊縱斷面積成正比。因此，作用在動顎上的最大破碎力可以按下式計(jì)算：
?。衜ax=40.2LH
式中：L,H:破碎腔的長度和高度(單位cm)
當(dāng)計(jì)算破碎機(jī)零件強(qiáng)度時(shí)，考慮沖擊載荷的影響，應(yīng)將Ｐmax增大50%.故破碎機(jī)的計(jì)算破碎力為：Ｐjs=1.5Pmax
?。衘x=1.5*40.2*60*50
=180900(N)
2.機(jī)械受力分析
機(jī)械受力示意圖如圖１－３
圖1-3機(jī)構(gòu)受力分析
如圖１－３對Ｂ點(diǎn)受力Ｔcb進(jìn)行受力分析，可得
；①
??；②
?、?
Ｔcb:肘板對物料的作用力；
Ｔ１：Ｔcb對動顎的垂直分力；
Ｔ２：Ｔcb對動顎的水平分力；
對Ｄ點(diǎn)取受力矩平衡方程式，可得：ＰjsLm=T1a?、?
Pjs:物料對動顎的作用力；
將③④兩式綜合可得：
?、?
=78716(N)
得：?、?
=50598(N)
同理，對Ｄ點(diǎn)受力Ｒhd進(jìn)行受力分析，可得：
?、?
Ｒhd:動顎偏心軸的軸承反力
對Ｂ點(diǎn)取力距平衡方程式，可得：
Ｒ１a=Pjs(a-Lm) ⑧
R1:Rhd對動顎的垂直分力
若沿動顎ＤＢ方向取受力平衡方程式，可得：
Ｒ２＝Ｔ２；⑨
Ｒ２：Ｒhd對動顎的水平分力
由⑥⑨兩式可得： ⑩
=T2
=50598(N)；
由⑧式可得： ⑾
=120600(N)；
將⑩⑾代入⑦式可得：
=130784(N)
(七).偏心軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
顎式破碎機(jī)的偏心軸是一個(gè)傳遞扭矩，且兩軸承支承間為偏心結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸。對于它的可靠性設(shè)計(jì)。實(shí)際上就是根據(jù)預(yù)先擬定的結(jié)構(gòu)方案，確定一組直徑，使之既能滿足強(qiáng)度，剛度
要求，又能滿足可靠性要求，而且重量輕和經(jīng)濟(jì)效益最好，發(fā)求得技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理。
1． 偏心軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的輸入?yún)?shù)的計(jì)算
V帶的傳動效率為0.92~0.97現(xiàn)取η=0。95
軸的輸入功率為：P=ηPca
軸的輸入轉(zhuǎn)矩為：；
(1) 初步確定軸的最小直徑(參考：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ))
式中：A：與軸材料有關(guān)的系數(shù)其值可查表15-2取A=110
P：傳遞的功率
n：軸的轉(zhuǎn)速
=44.4(mm)
考慮到軸上鍵槽會消弱軸的強(qiáng)度，若為單鍵，則應(yīng)將上述計(jì)算值dmin增大5%左右；若為雙鍵，應(yīng)將上述計(jì)算值dmin增大10%左右。該設(shè)計(jì)軸為單鍵所以將上述計(jì)算的dmin增大5%，得44.4х1.05=46.6mm
初定偏心軸的形狀如下：
圖1-4
(2)確定軸的各段直徑及長度
外伸端直徑d 1=d0=95mm(該軸段與V帶輪直接相配合，這里已經(jīng)選取d0=95mm)
所以基外伸端l1=L+(1~3mm)=120+(1~3)mm;取L1=123mm
由圖可知其軸承安裝在L3,L5上，在L3段和 L5段，軸承與其直接配合，所以知L3=B=58mm d5=d=160mm;由圖1-4可知，L4段與L7段采用軸肩定位，一般軸肩高h(yuǎn)確定經(jīng)驗(yàn)公式為：h≥0.07d
代入數(shù)據(jù)可得:h1≥9.1,取h1=10
h2≥11.2mm,取h2=12mm,所以d6=d5+2 h2=160+2*12=184mm;
考慮偏心距e=9mm 取d4=142mm
動顎軸承采用聯(lián)合式迷宮環(huán)密封，并用套筒軸向定位。初步取密封裝置長為44mm，則L5=B+44=86+44=130mm;
因?yàn)槠扑榍婚LL=500mm,?所以2*l5+L6≤L 即L6≤240mm
L6兩端各留5mm縫隙位置，考慮拆裝方便，且在其與動顎軸承密封裝置之間加一套筒，兼起軸向定位作用。套筒長為30mm.則取l6=160mm
取密封裝置同前一樣長為44mm,套筒長為30mm,可得：L4=44+30=74mm; L2為螺紋段 ，安裝大小圓螺母，止退墊片，聯(lián)合式迷宮環(huán)和機(jī)架端蓋，迷宮環(huán)起軸承定位作用，取其總長為74mm，所以L2=74mm取d2=110mm.
綜上所述，偏心軸的總長為：
Lall=2(L1+L2+L3+L4+L5)+L6
=2(123+74+46+74+130)+160
=1054(mm)
軸的各段數(shù)值如下圖所示:
(3) 偏心軸的強(qiáng)度計(jì)算
A.作出軸的計(jì)算簡圖
在破碎工作時(shí)，破碎力通過動顎軸承傳到偏心軸上，由于該破碎力很大，軸上其實(shí)零件傳遞的栽荷相對來說就顯提微不足道了，所以計(jì)算時(shí)即可把這些載荷忽略不計(jì)，而只考慮破碎力的作用。破碎力平均分布在兩個(gè)動顎軸承上，分別用F1，F(xiàn)2來表示；機(jī)架軸承要當(dāng)于兩個(gè)支座，對偏心軸具有支座反力的作用，分別用R1，R2來表示；機(jī)架軸承載荷的作用點(diǎn)與動顎軸承載荷作用點(diǎn)間的距離用L表示。偏心軸的載荷受力分析如圖1-3所示。
1-5偏心軸的載荷分析圖
經(jīng)分析可知，該軸在工作的過程中主要承受彎矩，所以下面按彎曲強(qiáng)度條件進(jìn)行校核。
F1=F2=R1=R2=P/2=120600/2=60300N
B．作出軸所受的彎距和扭矩圖
由上圖可知偏心軸在垂直水平的方向不受力，故不產(chǎn)生彎矩，因而偏心軸只產(chǎn)生水平方向上的彎矩Mh.故偏心軸所受總彎距Mh=M.偏心軸上所受的扭矩為電動機(jī)傳遞扭矩，皮帶輪和飛輪產(chǎn)生的扭矩及由于偏心軸的偏心距，破碎力產(chǎn)生的扭矩。這幾種扭矩互相平衡。根據(jù)其扭矩產(chǎn)生的位置作出偏心軸所受的彎矩，扭矩圖如下圖1-6所示。
1-6 扭矩圖
C．軸的強(qiáng)度校核
通常只校核偏心軸上承受最大計(jì)算彎矩的截面的強(qiáng)度，由圖可知危險(xiǎn)截面為動顎軸承處。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算彎曲應(yīng)力。
轉(zhuǎn)距=9550000*0.95*22.4/490=414743(N)
Me=αT=0.6х414743=248846(N?mm)
=35.63(mm)≤138?mm故動顎軸承得截面安全
(八） 軸承的使用壽命計(jì)算
軸承段所選的軸承
型號
d
D
B
L3
30326
130
280
58
L5
23032E
160
270
86
L3:圓錐滾子軸承;L5:調(diào)心滾子軸承.
在偏心軸上使用的兩對軸承，在工作的過程中其主要受徑向作用力，其軸向力可以忽略不計(jì)。該軸的徑向載荷等于破碎力。
即：R=F/2=60300/2=30150N
當(dāng)量動載荷為：P=XR
PL3=X1*R=0.4*30150=12060N
Pl5=X2*R=0.67*30150=20200N
滾動軸承的壽命計(jì)算公式：
式中：Lh:基本額定壽命，（h）;
P:載荷（N）；
N:軸承轉(zhuǎn)速（r/min）;
C:基本額定動載荷，（N）；
ε：指數(shù)，對于滾子軸承，ε=10/3；
=14338.87(h)
=14927.96(h)
Lh>8000h,適合計(jì)算要求
三 結(jié)論
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過對2PE150*500雙腔顎式破碎機(jī)的整體設(shè)計(jì),在提高顎式破碎機(jī)的破碎效、節(jié)能低耗的基礎(chǔ)上,擺脫顎式破碎機(jī)傳統(tǒng)概念的約束,具體分析了顎式破碎機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)形式和工作特點(diǎn),計(jì)算完畢,又從功用、經(jīng)濟(jì)方面加以論述,論證了此設(shè)計(jì)的可行度.在設(shè)計(jì)過程中,我得出以下結(jié)論:
1﹑動顎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎緊湊.降低懸掛高使動顎上能同時(shí)裝配兩顎板;搖桿上置.把普通顎式破碎機(jī)的滾擺支承改為鉸接支承,支承點(diǎn)由一個(gè)變動范圍精確到一個(gè)點(diǎn),使破碎機(jī)成為標(biāo)準(zhǔn)的定長四桿機(jī)構(gòu),并為顎式破碎機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算提供了更符合實(shí)際的理論模型.這種做法可使動顎結(jié)構(gòu)簡單﹑緊湊,并能在動顎上同時(shí)裝配兩塊活動顎板;偏心軸下置,使活動顎板在高度方向上各點(diǎn)的特性值具有更理想的分布.
2、新穎的雙腔結(jié)構(gòu).在該設(shè)計(jì)中,雙腔排放口的調(diào)解裝置,彼此不受約束,故其可達(dá)到破碎物料有相同破碎比,也可以通過排放口的調(diào)解,雙腔同時(shí)破碎不同比例的物料,能達(dá)到超細(xì)碎的目的.做到一機(jī)多用.
3﹑優(yōu)化后的腔型.采用合理的破碎腔曲線來獲得給料與排料的最佳匹配,達(dá)到提高生產(chǎn)能力的目的.在實(shí)際結(jié)構(gòu)中,固定顎板和可動顎板都襯有用耐磨性好的高錳鋼制成的破碎機(jī).為提高破碎效果,兩破碎板的表面均鑄有縱向齒紋.且凹凸相對,這樣對巖石除產(chǎn)生擠壓作用外.
通過分析比較,可以得出,本次設(shè)計(jì)的雙腔顎式破碎機(jī),與傳統(tǒng)的顎式破碎機(jī)相比有處理能力大、傳動效率高、功耗低、高度低、襯板磨損小、壽命長等優(yōu)點(diǎn),是一種更新?lián)Q代的高效節(jié)能產(chǎn)品,將在礦物加工及土石質(zhì)原料加工領(lǐng)域獲得廣泛運(yùn)用.由于它具有良好的綜合性能,因此可望成為傳統(tǒng)顎式破碎機(jī)的替代產(chǎn)品.
四.典型零件的加工工藝
(一).偏心軸的機(jī)械加工工藝流程
有前面的設(shè)計(jì)可知,偏心軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示:
偏心軸在破碎機(jī)中是一動力傳遞部件,而且還是動顎的支持體,是破碎機(jī)的一主體部分,是破碎機(jī)的一典型零件.其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為重要,其重要性在第五章中已經(jīng)論述過,在此不再重述.偏心軸與其上的零件有多種配合,為了達(dá)到配合要求,其加工工藝過程則顯得重要,除了保證其剛度和強(qiáng)度,合理的工藝流程使之既滿足強(qiáng)度﹑剛度要求,又能滿足可靠性要求,而且重量輕和經(jīng)濟(jì)效率最好,以求得技術(shù)上先進(jìn),經(jīng)濟(jì)上合理.下面是偏心軸的機(jī)械加工工藝:流程:
1. 下料鋸床 下料?150×1000 (鋸床)
2. 劃線 劃中心十字線和孔線 (劃鉗)
3. 鏜 鏜端面到總長度為930,打中心孔,偏心孔?8. (鏜床)
4. 車
粗車:一端頂軸外圓,另一端頂住中心孔,粗車一頭,各段外圓到偏心段,外圓和偏心及長度均留余量單面5～7mm.
精車:一頭頂住偏心孔扎外圓,另一端頂住偏心孔,精車偏心段,各段外圓,外圓及長度均留5～7mm余量.
5. 檢 檢查以上各道工序.
6. 熱 調(diào)制處理HB=220～240.
7. 車 修理中心孔和偏心孔,分別發(fā)兩中心孔定位,四爪扎外圓,半清車?95,?100等外圓,1:12錐度均留余量1～2mm,長度車對.(c63加長)
車 偏心孔定位,頂住,四爪抓牢,半精車外圓?120,等各外圓到尺寸,長度車對,車各圓角R2.5.
車 中心孔定位,頂緊,扎牢,精車外圓.M100*1.5左,1:1.2的錐度兌換及等外圓到尺寸,車對長度,車準(zhǔn)圓角R3兩處子*45°倒角兩處.調(diào)頭中心孔定位,頂住,扎牢.同理,精車準(zhǔn). M100*1.5,1:1.12的錐度段及. 等外圓到尺寸,車對長度,車準(zhǔn)圓角R2.5兩處子4*5°倒角兩處.
8.檢 檢查以上各道工序.
9.劃 注意偏心軸偏心部位, 劃中心十字線, 劃2-3mm,2-18mm,鍵槽和止退槽加工線, 劃兩端6-8M螺孔位置線.
10.銑 銑對2-3mm,2-18mm鍵槽到尺寸,注意形位公差. (立銑)
11.檢 檢查以上工序.
12.鏜 劃正鉆對一頭2-M8底空?13.9,深25.銑端余量到尺寸;調(diào)頭,同樣銑對2-M8到?13.9,銑去端面,鏜到總長工(鏜床)
13.檢 檢查以上各工序.
14.攻 枚準(zhǔn)6-M8螺孔.
15.檢 檢查以上各道工序.
入庫上油.
(二).定額機(jī)械加工工藝
1. 去砂泥,去澆冒口,去飛邊,披鋒(鑄鋼).
2. 檢 檢化學(xué)成分和機(jī)械性能,按批次抽檢.
3. 熱 熱處理退火.
4. 劃 劃軸承中心孔和孔線,孔端面平面線,劃175高度,5條凸筋,及14°斜面線,劃肘板槽加工線,3-?28孔中心十字線.
5. 刨 以中心為基準(zhǔn)管按劃線將工件墊平,壓牢,刨對5凸筋及15°兩處斜面.(龍刨)反身以5條凸筋為基準(zhǔn),刨肘板槽到尺寸. (龍刨)
6. 鏜 以12°斜面和肘板墊槽為基準(zhǔn)粗鏜,?400內(nèi)孔留1～1.5mm余量,鏜端面留1～1.5mm余量(每面)粗鏜?401極端面到尺寸,注意中心對稱.(鏜床)
7. 檢
8. 劃 劃3-?28.30°,M27*2內(nèi)油孔位置線, 劃16-M16兩端面螺孔位置線,肘板槽和防塵橡膠,5-M10螺孔位置線(劃線
9. 鉆 鉆8-M16為?13.9,反身墊平鉆8-M16為?13.9,30°,2-M27為?23.9并刮平到?48,鉆5-M10孔為?8.3.
10. 攻 攻16-M16,M27*2.5-M10(裝鉗)
11. 檢 檢查以上工序.
12. 入庫上油
1. 鑄材料和機(jī)械性能和和化學(xué)成分要符合GB567685中關(guān)于ZG270-500鑄鋼的規(guī)定.
2. 鑄件毛坯必須進(jìn)行退火處理,鑄件表面清砂要光潔,不應(yīng)有砂礫,氣孔,縮孔和裂紋和影響強(qiáng)度和外觀質(zhì)量的缺陷.
3. 未注鑄造圓角R5-R8.
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