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摘要
PE250×400負擺式顎式破碎機設計
摘 要
當前社會，我國正在進行城鎮(zhèn)化發(fā)展，工業(yè)化、現(xiàn)代化進程也不斷加快，我國的建筑行業(yè)也飛速發(fā)展。在這個過程中，我們國家將拆除大量的危樓，破舊房屋，將以最新最高水平的高樓大廈取而代之。在建設過程中，石子和沙土必不可少，但自然界并沒有這么大量的沙石，這就需要破碎機的幫助。負擺顎式破碎機是應用最為廣泛的破碎機械。
本文研究學習了負擺式破碎機的基本原理，并制定了設計方案后，逐步進行設計，并在一些零件上進行了改進，以提高機器的生產(chǎn)率和安全性以及減小機械的磨損。本設計重點在于對V帶輪，主軸，機架設計，軸承以及動鄂的設計研究，確保零件滿足生產(chǎn)中所需要的各種要求，并對負擺式破碎機的磨損情況進行了分析。
關鍵詞：復擺式顎式破碎機 ；齒板；動鄂；機架設計。
II
Abstract
In the current society, China is undergoing urbanization. The process of industrialization and modernization is also accelerating. The construction industry in China is also developing rapidly. In this process, our country will demolish a large number of dangerous buildings and dilapidated houses, replacing them with the tallest high-rise buildings. In the process of construction, stone and sand are essential, but there is not such a large amount of sand in nature. This requires the help of a crusher. Negative pendulum jaw crusher is the most widely used crusher.
This paper studied and studied the basic principles of the negative pendulum crusher, and after the development of the design plan, it was gradually designed and improved on some parts to improve the productivity and safety of the machine and reduce the mechanical wear and tear. The focus of this design is on the design of V-belt pulleys, spindles, frame designs, bearings, and moving jaws to ensure that the components meet the various requirements that are required during production, and the wear of negative-swing type crushers is analyzed.
Key words: compound pendulum jaw crusher; moving jaw; tooth plate; frame design.
II
目錄
目錄
第1章 概述 1
1.1 破碎物料 1
1.1.1 破碎的目的 1
1.1.2破碎比及粉碎流程 2
1.1.3物料破碎力學分析 5
1.2破碎理論與破碎機類型 6
1.2.1破碎機類型 6
第2章 破碎機的設計方案 7
2.1復擺顎式破碎機工作原理 7
2.2兩顎板的布置方式的設計 8
2.3破碎機動鄂的懸掛設計 9
2.4調(diào)整裝置 9
第3章 復擺顎式破碎機的主參數(shù)設計 11
3.1顎式破碎機動顎運動軌跡 11
3.2復擺式顎式破碎機主要參數(shù)的確定 12
3.2.1已知條件 12
3.2.2 破碎機中對于鉗角的設計 12
3.2.3 破碎機中關于動鄂負擺運動中水平運動設計 13
3.2.4 破碎機中關于傳動角的設計 13
3.2.5 偏心距e 13
3.3電動機選擇 14
3.3.1電動機容量 14
3.3.2破碎機中關于電動機型號的選取 14
3.4主軸中關于轉(zhuǎn)速的設計 15
3.5破碎機中關于生產(chǎn)率的設計 16
第4章 結(jié)構尺寸 18
4.1關于皮帶輪的相關設計 18
4.1.1計算皮帶輪所需要的功率 18
4.1.2 V帶帶型 18
4.1.3確定兩帶輪的直徑 19
4.1.4設計大帶輪的直徑 19
4.1.5 V型帶的中心距以及基準長度 19
4.1.6小輪包角的檢測 20
4.1.7檢驗帶速 20
4.1.8 V型帶的根數(shù) 20
4.1.9 V帶根數(shù) 22
4.1.10檢驗一根V帶所承受的拉力 22
4.2 偏心軸 23
4.2.1軸徑 23
4.2.2偏心軸強度 23
4.3飛輪重量 25
4.4破碎力 28
4.5肘板 28
4.6動顎結(jié)構 31
4.7 軸承 34
第5章 復擺顎式破碎機的腔形與機架設計 35
5.1機架結(jié)構形式 35
5.2機架結(jié)構設計 35
5.3機架前壁結(jié)構設計 35
5.4機架側(cè)壁結(jié)構設計 36
5.5機架后壁結(jié)構設計 38
5.6顎式破碎機的腔形設計 38
5.7本章小結(jié) 39
第6章 復擺顎式破碎機齒板磨損的分析與設計 40
6.1復擺顎式破碎機齒板磨損的分析 40
6.2 顎板磨損機制 41
6.3對顎板材質(zhì)的選擇 43
結(jié)論 44
謝 辭 45
參考文獻 46
III
第1章 概述
破碎機就是通過施加外力從而使較大直徑的物料轉(zhuǎn)變破碎成較小直徑的物料的過程中所使用的機械。之后將小顆粒粉末化成為粉磨。二者統(tǒng)稱為磨碎。
在建筑中得到最為廣泛應用的破碎機就是負擺式顎式破碎機，顎式破碎機發(fā)展到今天已經(jīng)擁有上百年的歷史了。在最開始的建筑過程中，沒有符合的物料沙子石子等，只有大量的石頭，破碎機應運而生，以其具有原理結(jié)構簡單，產(chǎn)量大，工作穩(wěn)定，方便操作等特點，飛速發(fā)展。如今建筑中負擺式顎式破碎機應用最為廣泛。第一臺顎式破碎機發(fā)明了之后，大大加快了工程進度，是破碎機應用更加廣泛。
現(xiàn)在的負擺式顎式破碎機發(fā)生了很多改進。改進動鄂的懸掛方式，降低懸掛高度有利于減低高度，節(jié)省材料，提高生產(chǎn)率。改變動鄂、定鄂的擺放，以定鄂垂直，動鄂傾斜的方式，提高穩(wěn)定性。使用下置式正支撐肘板擺放，使機械更加安全，減低破碎機高度。
負擺式顎式破碎機的主要機構就是采用簡單的曲柄連桿機構，作用部位由動鄂和定鄂兩部分組成，定鄂固定在機架上不動，動鄂在主軸的帶動下進行周期性的往復運動，如同動物吃東西時的上下鄂一樣，將物料擠壓、破碎。負擺式破碎機與簡擺式破碎機相比，結(jié)構上有很大程度的優(yōu)化，減少了一根連桿，肘板，連心軸和軸承也均有減少，使傳動效果提升，生產(chǎn)率高。適宜擠壓中硬度石料，并有較高的破碎比，可達。如今的負擺式破碎機的傳動更加合理，優(yōu)化襯板材料，降低動鄂的磨損，噪音、碰撞、抖動都有所降低，降低成本、勞動強度和生產(chǎn)周期。
但在某些方面，負擺式破碎機仍存在一些缺陷，齒板是破碎機中最容易受到磨損的部位，頻繁的更換齒板增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)效率，應選擇更好的材料制作齒板，提高性能。
1.1 破碎物料
1.1.1 破碎的目的
破碎物料具有以下目的：
A將物料顆粒化，增加其比表面積
將物料細化后，擴大其比表面積，提高其各個物料之間的接觸面積，從而提高反應速度和最終效果。是物料之間均勻混合，達到預期效果。
B制作骨料和人造砂
將大塊物料粉碎成碎石，用于混凝土的制造。磨碎制作人造砂。
C解離物料中的需要成分
解離就是在緊密結(jié)合的物料中分離出有用的成分。之后，通過選礦得到精礦。
D 為下一道工序做準備
在各個部門中，生產(chǎn)都需要物料在一定的粒度。但原料一般粒度較大，需要破碎，將粒度控制到一定范圍內(nèi)，以供下一道工序使用。
1.1.2破碎比及粉碎流程
破碎比
使用概念破碎比來衡量破碎機效果。將原料的粒度的值與產(chǎn)品顆粒的粒度的值做商，得到一個比值，這個比值我們定義為破碎比，這個破碎比將用來表示物料壓碎變小的倍數(shù)。
破碎比（i）通常有以下多種算法：
（1）使用破碎之前物料最大顆粒粒度與破碎之后產(chǎn)品顆粒的最大顆粒粒度之比運算：
i=Dmax/dmax (1-1)
式中Dmax -------破碎之前物料最大顆粒粒度；
dmax ------- 破碎之后的物料最大顆粒粒度。
世界各地對于最大粒度取值要求不同。在歐美國家中，對于最大顆粒粒度直徑的定義使用的是將物料通過塞孔寬度的80%；而我國對于最大顆粒粒度直徑的定義與歐美國家不同，是將物料通過塞孔寬度的95%定義為最大顆粒粒度直徑。
（2）使用給料口寬度比排料口寬度
計算：
i=0.85B/b (1-2)
式中 B-----破碎機的給料口的有效寬度；
b------破碎機的排料口的有效寬度。
式中的0.85是有效寬度系數(shù)。此處為小型破碎機b取20。
上述兩式中，使用式（1-2）較為方便的可以計算破碎機的破碎比，因為生產(chǎn)中很難對物料以及產(chǎn)品進行準確的篩分測量計算，增加了難度。所以通過式（1-2），只需要知道兩口的寬度即可簡便的算出破碎比。
（3）平均粒度計算破碎比：
I=Dcp/dcp (1-3)
式中 Dcp------物料發(fā)生破碎之前的平均直徑；
dcp ------物料發(fā)生破碎之后的平均直徑。
這個式子是反應物料發(fā)生破碎程度最簡單方便而且準確的方法，同時也是應用最為廣泛的方法。
粉碎流程
在實際生產(chǎn)中，單段破碎無法實現(xiàn)要求的破碎比，所以需要將物料分幾次或多次破碎與粉磨，最終達到要求的破碎比。
我們將連續(xù)使用不止一臺破碎機或者粉磨機參與破碎的過程稱之為多段破碎，將整個過程中使用的破碎機或者粉磨機機器的串聯(lián)的臺數(shù)稱之為破碎段數(shù)。所有的每一段破碎比之積定義為總破碎比。
一般情況下第一次的破碎選擇使用 工程破碎比為2.5的顎式破碎機；第二次破碎則選用工程破碎比為8的環(huán)式破碎機；然后應用工程破碎比2.5的圓錐破碎機進行破碎；最后使用破碎比最高的80的球磨機進行粉磨，實現(xiàn)4000破碎比的破碎與粉磨。
1.1.3物料破碎力學分析
物料破碎方法
如今物料普遍采用壓碎、劈碎、折斷、沖擊破碎以及磨碎等方法實現(xiàn)物料的破碎。
A 壓碎
擠壓物料，使物料受到的壓應力大于抗壓強度后破碎。
B 劈碎
使用拉應力將物料劈裂
C 折斷
使用彎曲應力將物料折斷
D 沖擊破碎
使用較大沖擊力是物料破碎，瞬間作用于局部而后裂紋從內(nèi)部蔓延。
E 磨碎
同時使用壓應力和剪切應力作用于物料，當剪應力超過抗剪強度極限時破碎。
通常采用多種方式相互配合的方法進行破碎，每次破碎都是多種方式共同作用的結(jié)果，其中一種為主，其他方式輔助。不同性質(zhì)的物料采取不同的方法才是最合適的。使用劈、彎折和壓破碎脆性材料，使用磨和劈處理韌性和黏性較大的物料。
1.2破碎理論與破碎機類型
1.2.1破碎機類型
除了顎式破碎機還有圓錐破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機、立軸破碎機、沖擊式制砂機以及輥式破碎機 。
第2章 破碎機的設計方案
2.1復擺顎式破碎機工作原理
鄂式破碎機工作時由動鄂掛在主軸上，然后定鄂固定在機架前壁上。偏心軸旋轉(zhuǎn)帶動動鄂往復運動。動鄂底下和機架通過一塊肘板相互連接支撐。動鄂頂部運動軌跡為圓弧，動鄂中間部分運動軌跡為橢圓，動鄂越靠近底部運動軌跡的橢圓越扁長。因為運動軌跡的復雜，成為復雜擺動型顎式破碎機，簡稱負擺式破碎機。
動鄂上部的水平擺幅大于下部的水平擺幅，是鄂腔上部具有強烈的破碎作用，大塊的物料在上部 就可以破碎，從而使整個鄂板作用均勻，提高生產(chǎn)率。與此同時，動鄂向定鄂靠近，在擠壓的過程中，動鄂各點向下移動，可以是物料穩(wěn)定的夾持在鄂腔內(nèi)，從而使得物料盡快的向外排除。負擺式破碎機與簡擺式破碎機相比，生產(chǎn)力提高了20%~30%。
圖2-1、圖2-2：
2.2兩顎板的布置方式的設計
破碎機兩鄂板的布置方式一共有三種：第一種是動鄂板傾斜，定鄂垂直；第二種是兩板都傾斜；第三種是動鄂板垂直，定鄂板傾斜。 見圖2-3：
a b c
在三種方式中第一種最為普遍實用，此處選擇第一種。
在固定排礦口尺寸b、破碎機尺寸L、和動鄂擺動次數(shù)n以及動鄂行程s的條件下，生產(chǎn)率與兩傾斜角的正切值成反比。因為tanα>tanα1+tanα2，所以第二種布置方式更合理，但是動鄂在運動學上會受到約束，影響機器的正常運作，綜合考慮所有的因素，選擇第一種方案。
2.3破碎機動鄂的懸掛設計
負擺式鄂式破碎機常見的懸掛方式如圖2-4，通常有正懸掛h>0，零懸掛h=0，以及負懸掛h<0三種形式。負懸掛可以降低機架的高度，改善動鄂運動軌跡，提高機器運動性能。所以最好采用小的懸掛高度。但是負懸掛需要綜合考慮的因素太多，單塊礦石進入進料口并且進行破碎時，動鄂容易傾翻。零懸掛和負懸掛設計難度高于正懸掛，此次采用正懸掛。
2.4調(diào)整裝置
破碎機的排料口因為襯板的磨損需要不斷變化，調(diào)整排料口大小的任務有破碎機調(diào)整裝置完成。在機器工作后，定鄂與動鄂上的兩塊襯板不斷磨損，導致產(chǎn)品粒度變粗，產(chǎn)品不達標，所以要用調(diào)整裝置，定期的調(diào)整排料出口的大小尺寸。不同情況下，對產(chǎn)品的粒度要求也不同，要根據(jù)產(chǎn)品粒度的具體要求調(diào)整排料口的大小以便于獲得目標產(chǎn)品粒度。目前的顎式破碎機的調(diào)整裝置大致分為墊片調(diào)整裝置、液壓調(diào)整裝置和襯板調(diào)整裝置以及楔鐵調(diào)整裝置四種。在本設計中選擇采用較為簡單，發(fā)展成熟的，老式的立式楔鐵調(diào)整裝置。
楔鐵調(diào)整裝置分為立式以及臥式兩種。
調(diào)整楔鐵之所可以在后壁上做向上或者向下的運動完全是由于調(diào)整裝置通過轉(zhuǎn)動螺栓的調(diào)整螺母實現(xiàn)。楔鐵的上下運動會推動調(diào)整座2前后移動，從而達到控制排料口大小的目的。
如圖所示：
第3章 復擺顎式破碎機的主參數(shù)設計
3.1顎式破碎機動顎運動軌跡
負擺式顎式破碎機就是一種曲柄搖桿機構，動鄂上部的水平運動幅度大于下部，下部的豎直運動的幅度大于上部，整天上動鄂的豎直運動幅度大于水平運動幅度。動鄂上部的運動接近于圓弧，向下則為橢圓形軌跡的運動，越靠近下部橢圓運動軌跡越扁長。
3.2復擺式顎式破碎機主要參數(shù)的確定
主要參數(shù)分析：
3.2.1已知條件
PE250×400破碎機基本參數(shù)：
在進料時進料口所需要的尺寸：
在出料時出料口所需要的尺寸：
在進料時進入物料塊的最大尺寸：
要求機器的產(chǎn)量：
3.2.2 破碎機中對于鉗角的設計
我們通常將位于動鄂與定額間的角度定義為鉗角，必須選擇合適的鉗角，過大的鉗角會使物料掉落，無法夾持；較小的鉗角可能出現(xiàn)卡料的現(xiàn)象并降低破碎比。
圖3-3 鉗角示意圖
根據(jù)圖3-3中的受力分析可得，物料在腔內(nèi)應處于平衡狀態(tài)，所以受力平衡，個方向的分力之和為零。
同時可以根據(jù)公式
式中: ——摩擦系數(shù)。
按照經(jīng)驗，=0.3
則=，
實際生活中，適當?shù)慕档豌Q角可以提高安全系數(shù)，保證安全，所以通常鉗角取理論值得65%，得：
在日常使用破碎機時，我們總結(jié)了鉗角的一般取值范圍：
取鉗角。
3.2.3 破碎機中關于動鄂負擺運動中水平運動設計
如果在設計中將動鄂水平位移取的值過小，會導致生產(chǎn)率降低；動鄂的水平行程過大，會兩鄂出會發(fā)生里的突變，可能會損壞機器。
根據(jù)公式3-4選取適當?shù)膭佣跛叫谐蹋?
式中: ——最小排料口尺寸。
動鄂的水平行程?。?
3.2.4 破碎機中關于傳動角的設計
傳動角越大偏心距也越大，動鄂襯板上部水平行程越大，可能會引起卡料現(xiàn)象。根據(jù)經(jīng)驗，一般傳動角范圍，在這里取。
3.2.5 偏心距e
偏心距的增大可以增大動鄂行程 ，提高生產(chǎn)率，但是容易卡料造成受力突變，損壞機器等。
依照經(jīng)驗公式： （3-5）
3.3電動機選擇
電動機的選擇首先應根據(jù)功率進行選擇。在壓力測試機上測試出來，壓碎進料口最大尺寸物料210mm的石塊，需要1280N·m的力。
3.3.1電動機容量
維雅德公式：，
式中：為顎式破碎機主電機功率（安裝功率）；
為破碎機進料口長度；
為最大給料粒度。
所以，
3.3.2破碎機中關于電動機型號的選取
本設計在考慮節(jié)能，較小的噪聲，較大的啟動轉(zhuǎn)矩以及較小的震動與較高的可靠性等因素下，選擇Y系列三相異步電動機，符合IEC標準。電壓的額定值為380v，功率的額定值為50Hz，絕緣等級B級。當功率小于3kW時采用Y接法；此電動機采用△接法。電動機正常工作地點要求在1000m以下，溫度要求-15℃~40℃之間；最濕月平均最高想對濕度要求低于90%；月平均最低氣溫低于25℃。
綜合考慮其他方面，選用型號電動機，只需要接三相電流，額定電壓380V，同是不需要升壓，而且轉(zhuǎn)速也在要求范圍之內(nèi)，經(jīng)濟實惠等，綜上所述最終選擇型號電動機。
電動機，額定功率：11KW，滿載轉(zhuǎn)速：730r/min
3.4主軸中關于轉(zhuǎn)速的設計
動鄂由偏心輪帶動，偏心輪旋轉(zhuǎn)一圈，動鄂隨之往返運動一次，即偏心輪的轉(zhuǎn)速就是動鄂擺動一分鐘的次數(shù)。轉(zhuǎn)速決定了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量等，是設計破碎機時的最主要因素。
根據(jù)經(jīng)驗與實驗數(shù)據(jù)得，當偏心軸轉(zhuǎn)速維持到一定值約為430r/min時，生產(chǎn)率達到最大值，再提升轉(zhuǎn)速將造成功率的大量消耗，但是生產(chǎn)效率并沒有顯著挺高。所以綜合因素，偏心軸的轉(zhuǎn)速不應大于430r/min。
根據(jù)兩鄂板之間的夾角，按照圖3-3受力分析所示：
設物塊在腔內(nèi)高點到動鄂上最低點出的高度變化為h，使用時間為t從而使高度h發(fā)生變化，由經(jīng)驗公式：
其中：h ——物塊自由落體的高度；
t ——物塊自由落體所消耗的時間，且
所以:將代入得：
3.5破碎機中關于生產(chǎn)率的設計
此處應根據(jù)所需物料的強度、硬度、進料時的粒度和物料的力學性質(zhì)以及物料的供料和進出料口的大小等因素，經(jīng)驗公式：
單位：t/h;
式中：——標準條件下（堆積密度為的中等硬度物料）的單位出料口寬度的生產(chǎn)率[]，見表3-1
——出料口寬度（mm）
——物料易碎性系數(shù)，見表3-2
——物料堆積密度修正系數(shù)
——物料堆積密度 （）
——進料粒度修正系數(shù)
查表得：q=0.4，，
根據(jù)經(jīng)驗，一般物料的堆積密度是,故：
所以：
47
第4章 結(jié)構尺寸
4.1關于皮帶輪的相關設計
由前知：電動機型號選擇 Y250L-8 ；
電動機功率： P=11kw；
滿載轉(zhuǎn)速： =730r/min ，
偏心軸轉(zhuǎn)速： =160r/min，
每天工作時間大于 ： 8h.
4.1.1計算皮帶輪所需要的功率
根據(jù)表4-1中的相關數(shù)據(jù)可以得到Kg=1.3；
故
4.1.2 V帶帶型
在綜合考慮到功率與轉(zhuǎn)速的共同作用后，最終選用B型設計帶輪。
4.1.3確定兩帶輪的直徑
從結(jié)構緊湊和已知數(shù)據(jù)表格4-2中的數(shù)據(jù)綜合考慮，取
4.1.4設計大帶輪的直徑
根據(jù)表格4-3中的數(shù)據(jù)可以得到，取
4.1.5 V型帶的中心距以及基準長度
(1)計算帶長：
求dm dm =(+) /2=435mm
求 =(-) /2=275mm
對中心距要求0.7(+)<<0.2(-)
初取中心距 =1.3870=1131mm1100mm
基準帶長度=2+(+)/2+(+)/4
=21100+(160+710)/2+ 3620.47mm
由表4-4選帶輪基準長度Ld=3550mm
實際中心距a=+(Ld-)/21065mm
4.1.6小輪包角的檢測
=-(-)=180-（710-160）=180-29.59 =150.41>120
4.1.7檢驗帶速
在范圍內(nèi)，所以合適。
4.1.8v型帶的根數(shù)
(1)計算單根V帶的額定功率Pr
由dd1=160mm，n1=730r/min,查表4-5得
插值法求B型帶
因為傳動比的作用，需要增加V帶所傳遞的功率，計算一根V帶所需要增加的功率：
傳動比，查表4-6、4-7得，
則KW
于是Pr=（+）=(2.159+0.23) 0.921.092.40kw
4.1.9V帶根數(shù)
由
根據(jù)數(shù)據(jù)表格4-8和4-9，查到，
則
此處取六根。
4.1.10檢驗一根V帶所承受的拉力
查參考文獻《機械設計》P149中表8-3得，所以計算單根V帶初拉力：
偏心軸在破碎時所承受的力
4.2 偏心軸
4.2.1軸徑
由公式來確定動顎軸頸：
式中：p ——破碎機電機功率；
n ——主軸轉(zhuǎn)速 r/min；
根據(jù)已選擇電機的功率p=11kw和轉(zhuǎn)速 n=160r/min，代入公式即可得到：
4.2.2偏心軸強度
①支反力：
②彎矩：
③扭矩：
④當量彎矩：
==
對于軸徑的強度校核：
==
所以根據(jù)以上得出結(jié)論為合格；
⑤許用彎曲應力：
；
式中——彎曲疲勞極限，材質(zhì)為40Cr，在高頻淬火后調(diào)質(zhì)處理，其=1100MPa
n—安全系數(shù) 取n=1.8
—表面質(zhì)量系數(shù)，取β=0.9×1.8=1.62
b—受彎矩時，絕對尺寸系數(shù)，查表得=0.54
K—受彎矩時，有效應力集中系數(shù)，查表得=1.69
所以有
⑥計算該點的斷面系數(shù)W：
⑦計算出在危險截面作用彎矩產(chǎn)生的應力：
即 <[]=316.33（MPa）
合格。
經(jīng)過以上計算與校核之后，得出此偏心軸的強度符合設計要求。
4.3飛輪重量
電動機在動鄂的非工作行程中小號的功率為千瓦，電動機在動鄂工作行程中小號的功率為千瓦，電動機的正常工作功率為N千瓦，則三者的關系為：
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