立轴锤击式破碎机的设计

目录摘要1关键词：1Abstract1Keywords11.引言21.1目前破碎机的发展现状21.2设计立轴锤击式破碎机的目的和意义22.立轴锤式破碎机的结构和工作原理32.1立轴锤式破碎机的结构32.2立轴锤式破碎机的工作原理43.动力部分的设计与计算44.传动部分的设计与计算44.1V 带轮的设计44.2计算带的根数 z 64.3飞轮直径的设计与计算64.4联轴器的选择与计算74.5键的强度校核75.工作部分的设计与计算85.1主轴的设计与强度计算8主轴直径和长度的设计计算8主轴转速的计算8主轴受力分析9主轴强度校核10按弯扭合成应力校核轴的强度105.2锤头的设计115.3锤架的结构设计125.4蓖条的设计135.5反击板的设计135.6筒体体结构以及其相关设计145.7防护门的设计146.生产率的计算157.结论15参考文献16致谢17 1000立轴锤击式破碎机的设计机械电子专业学生 林长清指导老师 闫冰洁摘要：本文先对如今破碎机的发展状况进行了简单的叙述，再对市面上现存的各种破碎机的破碎原理进行了介绍，并对各种破碎方法过程中的优缺点进行了分析，集合了各种破碎机的优点而设计了立轴锤式破碎机，并对其的工作原理、各种零件如转子、轴、锤头、电机、飞轮的设计方案、尺寸、主要参数进行了详细的说明和计算，简单说明了装配方法，最后对设计的立轴锤式破碎机的性能进行了总结。1/12关键词：破碎机；转子；轴The Design of Phi 1000 Vertical Shaft Hammer CrusherStudent majoring in Machinery and electronics linchangqingTutorYanBingjieAbstract: First introduced the development of the crusher simple narrative, existing on the marketa variety of crusher crushing principle were introduced, and all kinds of crushing the advantagesand disadvantages of the method process, a collectionofcrusher advantages of design verticalshaft hammer crusher, and its working principle, all kinds of parts such as the rotor shaft, hammer,motor, flywheel design, the size of the main parameters of the detailed description andcalculation,a brief description of the method of assembly, and finally a summary of the performance of thedesign vertical shaft hammer crusher.Keywords: crusher 。 single rotor 。 axis引言机械式冲击破碎物料是一直以来破碎的主要方法，其破碎效率是重要的经济和技术指标。如今对破碎机的研究主要是对原有的机型进行改进。本文对立轴锤击式破碎机的设计主要是在原来破碎机的基本原理的基础上，研究了市面上现有的各种机型，并对其优缺点进行总结，从而集各类破碎机的优点而进行的设计。1.破碎机的发展与作用1.1目前破碎机的发展现状目前锤式破碎机的种类很多，根据结构特征的不同，可进行如下分类：按回转数的数目可分为单轴式和双轴式；按转子的回转方向可分为定向式和可逆式；按照锤头的排数可分为单排式和多排式；按锤头的放置方式不同，还可分为固定锤式和活动锤式两种 1 。破碎机既能破碎生物料，也能破碎熟料，能破碎水泥熟料、石灰石、粒状高炉矿渣、页岩、煤矸石、砂岩、煤块、金矿石、钼矿石、铝块石等物料。它广泛应用于建材、冶金、化工、电力、矿山、煤炭等部门 1 。目前市面上现存的破碎机主要有三种2 ：1）反击式破碎机，其结构有反击板打击板转子组成；它将物料反复地冲击，同时，2/126个均匀物料之间也互相撞击而得到破碎。2）锤式破碎机，其结构有锤头转子篦条筛内壁衬板机架等组成，它是通过物料进入破碎机中 ,受到高速回转的锤头冲击而破碎 ,物料从锤头获得动能 ,以高速冲向破碎板进行第二次破碎 ,粒度小的篦条筛中排出 ,粒度大的物料在篦条筛上再经过锤头的冲击研磨铣削而破碎 ,直至粒度合格。3）立轴式破碎机，其结构有机体主轴转子衬板进出料口组成。物料进入第一破碎腔 ,受高速回转的转子上的板锤的冲击破碎,获得动能的料块抛击到筒体的衬板上进一步破碎,料块群在机腔中互相撞击而等到第一次破碎。物料进入第二破碎腔受第二转子的挤压冲击 ,把料层压紧而边密实 ,随着挤压冲击力的上升 ,当应力超过颗粒所承受的强度时，物料被粉碎。本课题设计的破碎机是兼以上三者之优点进行破碎。因此，确定为立轴锤击式破碎机。1.2设计立轴锤击式破碎机的目的和意义科学技术的高速发展，使得各行各业发生着巨大的变化。如今，锤式破碎机在水泥、化学、电力部门、冶金产业普遍用来破碎各种各样的物料，如炉渣、焦炭、石灰石、煤、和中等硬度的矿石。建材产业的生产中,从燃料 ,原料都需要进行破碎及粉磨 ,这样会使粉碎对象的比表面积加大 ,从而能使物理和化学反应的速度大大加快,使物料更加均匀混合,使物料的流动性加强 ,从而更加方便贮存和运输。由于我国经济的快速增长，各种各样的化工矿物等物料的需求量和生产规模的不断扩大，对破碎机的性能提出了更加苛刻的要求，与建筑、高等级公路，桥梁，水坝和矿业的发展息息相关的各种规格破碎机的开发与发展，使破碎机的用途越来越大，越来越广。改善和提高破碎机的性能,从减少能量消耗 ,降低造价 ,具有重要意义。2.立轴锤式破碎机的结构和工作原理2.1立轴锤式破碎机的结构本次设计的是单转子、多排锤、不可逆式立轴锤式破碎机，其基本结构如图2-1所示。1机壳2锤头 3锤架 4销轴5主轴 6防护门7调整螺钉图2-1破碎机的结构破碎机主要由三部分组成：动力部分、传动部分、工作部分。动力部分主要是电机；传动部分是 V带轮、联轴器和飞轮；工作部分由主轴、锤头、锤架、蓖条、反击板、筒体、防护门组成。2.2立轴锤式破碎机的工作原理物料进入锤式破碎机中，即受到高速旋转的锤头冲击而被破碎，破碎的矿石从锤头处获得动能以高速向机壳内壁、篦条、反击板冲击而受到第二次破碎，同时还有物料之间的相互碰撞而受到进一步的破碎。破碎合格的矿石物料通过篦条排出，不合格的物料在篦条上继续受到锤头的冲击、研磨直至破碎，达到合格粒度后即从中篦条排出。其中起主要作用的是锤击部分和反击部分。在锤架上的锤头能摆动角度能达到 120。为了保护破碎外壳，在其内壁嵌有衬板，在机壳的下半部装有篦条，用来卸出破碎合格的物料。该机采用立轴式竖直安置，充分利用使物料下落的重力。从而减少物料运输过程所消耗的动力。机壳由上机体、后上盖、左侧壁和右侧壁组成，各部分用螺栓连结成一体，上部开有进料口 ,内部镶有高锰钢衬板，磨损后可以更换，机壳和轴之间漏灰现象十分严重，为了防止漏灰，设有轴封。机壳下部直接安放在混凝土基础上，并用地脚螺栓固定。为了便于检修、调整和更换蓖条，下机体的前后两面都开有一个检修孔。为了便于检修、更换锤头方便，两侧壁也对称的开有检修孔。转子由主轴、锤架、销轴等组成，锤架上开有分布的销孔，通过销轴将 63/128个锤头悬挂起来。为了防止圆盘和锤子的轴向窜动。销轴两端用锁紧螺母固定。转子支承在两个滚动轴承上。此外，为了使转子在运动中储存一定的动能，避免破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大和减小电动机的尖峰负荷，在主轴的一端还装有一个飞轮。3.动力部分的设计与计算电机设计计算参数：1）进料粒径 D 100mm2）出料粒径 d 20mm3）产量 Q=50t/h4）板锤的线速度为v=30 40m/s由电机功率 ,查手册 6: 选电机型号为Y250M-4, 功率为 100kw 。4.传动部分的设计与计算4.1V 带轮的设计V 带轮的结构型式，主要由带轮的基准直径选择。其基准直径又与相连接的电动机的型号有关。前面选用电动机的满载转速为 1480r/min ，额定转速 1500r/min ，计算功率 Pca来确定带轮的基准直径 并验算带速 v。电机的计算功率为：；4-1 ）Pca 计算功率；KA 工作情况系数；P所需传递的额定功率；破碎机空载启动，每天工作不超过10小时， KA 取 1.3，kw由V 带最小基直径表，查的D 型V 带小带轮 应不小于 355 mm。按公式验算带的速度44-2 ）因为一般推荐 5m/sv25m/s ，最高带速 Vmax 小于 30 m/s，故带速合适。计算大带轮的基准直径。根据公式，计算大带轮的基准直径=i =1.59 355=564.45mm4-3 ）选圆整为 =560mm。确定 v带的中心距 a和基准长度，根据公式，初定中心距=1500mm ，计算带所需的基准长度4-4 ）选带的基准长度 =4500mm 。计算实际中心距 a4-5 ）验算小带轮上的包角4/124.2计算带的根数z计算单根 V 带的额定功率 Pr。由 =355mm 和 n1=1480r/min, 查得 p0=15.63kw根据 n1=1480r/min ， i=1.59 和 D型带，查得=4.45kw 。查得 得 于是 74-6 ）由之前计算知电机计算功率为113.1千瓦，每根 V 带承受功率为 18.5千瓦，则应取 7根。4.3飞轮直径的设计与计算飞轮的作用是在运动中储存一定的动能，避免破碎大块的物料时，转子速度损失过大和减小电机的尖峰负荷。当破碎机正常运转时，飞轮便存储一定的能量，电动机也不致过负荷，当破碎机给料过多或者进入大块难以破碎的物料时，飞轮便将储存的动能放出，增强破碎能力，使电动机不致超载运行，起到了一定的保护作用，保持破碎机在工作中的效率，减轻破碎机的动力消耗，其结构采用腹板式。飞轮设计的基本问题是在保证机器运转的不均匀系数 在许用范围内的前提下，求出飞轮的转动惯量 J从而最后定出飞轮的主要尺寸。飞轮转动惯量的确定：设锤式破碎机在空行程和部分无负载的工作行程时间t1秒内的功率消耗为P1，转子在工作行程的破碎时间 t2秒内的功率消耗为 P2，电动机的额定功率为 P并且 P1 PP2。转子在 t1 秒时间内， P P1的情况下，多余的功率就使飞轮的能量增加，如果在空转阶段开始时，飞轮的角速度等于min在空转阶段终结时，飞轮的角速度增加为max。在有载运转时P2P，飞轮就输出能量，飞轮的角速度就由max降到 min列出空转时的平衡方程式24-7 ）或则飞轮储存的能量为：设空转的功率消耗p称损失系数）故考虑摩擦损失的机械效率 =0.85则，而d 飞轮的直径，M ；飞轮的平均角速度，即主轴的角速度，速度不均匀系数， =0.03 0.05，锤式破碎机可取 =0.04； t1 空转时间取 t1=t2=30/n 。由以上理论计算公式可得本次设计飞轮的直径为645mm,取飞轮直径 D=650mm 。4.4联轴器的选择与计算联轴器是用来连接轴与轴的，使它们一起回转并传递转矩。联轴器有弹性和刚性两类，刚性联轴器能补偿两轴的相对位移，并具有吸收振动和缓和冲击的能力，锤式破碎机由于破碎矿石，要产生冲击和振动。当有金属物进入破碎机时，锤头的强烈碰撞而未能将其破碎将使得电机的转矩迅速上升，当超过电机最大转矩时，为了保护电机和转子等重要部件，应使用剪切销安全联轴器，联轴器上的安全销钉会被剪断而避免部件损坏造成事故。销钉材料采用45钢，其抗剪强度 b=80Mpa。由公式5/124-8 ）式中： T 电机最大转矩，N.m ；D 销钉中心圆直径，mm ； b销钉抗剪强度，Mpa ；Z 销钉个数。每个销钉的直径为：偏于安全考虑，最后确定销钉直径为10mm。4.5键的强度校核平键联接最易发生的失效形式是磨损和压溃，此处针对耐磨性条件和挤压强度进行校核。挤压强度条件 44-9 ）耐磨性条件式中 T 转矩， N.mm ；d 轴径， mm；h 键的高度 ,mm；l 键的工作长度， mm；对 A 型键 l=L-b ； 许用挤压应力， MPa此处为 60-90 ）； 许用压强， MPa式中 Dmax 为最大进料粒度，Dmax为 200mm。取系数 0.5，则 D=100mm 。主轴长度设计计算5-2 ）式中Q 生产率， t/h。D 转子的直径，m；P 物料的密度， 1.6t/ 。取 K=38 ；得主轴转速的计算锤式破碎机的主轴转速可按圆周速度来设计，根据公式6/125-3 ）式中v 主轴的圆周速度，m/s。D 转子直径， m。主轴圆周速度在1870m/s之间选取。对中小型破碎机，取v=25 70m/s，转速在 7501500r/min 。对大型破碎机v=18 25m/s,转速为 200300r/min 。速度越高，产品粒度越小，篦条、衬板和锤头磨损也越快，功率消耗也越大，对机加工、安装的精度要求也随之增高，所以在满足产品粒度的情况下，主轴圆周速度应偏低选取。转速 v取 40m/s,则 n=931r/min 。主轴受力分析轴上受的载荷是由轴上的零件产生的，所以在计算时可以将主轴上的分布载荷情况简化为集中力。其作用点可以一律简化，取为分布载荷的中点，作用在轴上的扭矩，一般从传动件轮毂宽度的中点算起，通常把当作置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型和布置方式有关。图5-2 主轴受弯矩、力矩图从轴的载荷分析图 5-2可看出 C处轴所承受的载荷最大，所以此处就是最危险截面。作用在主轴上的相当弯矩：5-4 ）式中 作用在主轴上的弯矩，； 转子总重量； 作用在主轴上的扭矩；质量属性计算得转子重量=10.9 N ；所以1.36N.m。 由 公式得：923N.m。 作用在主轴上的相当弯矩：=1.49N.m主轴强度校核主轴转矩为5-5 ）T 转距， NmP 传递的功率，100kwn 主轴转速。 1500r/min对于只传递转距的圆截面轴，其强度条件为：5-6 ）轴的扭切实力为抗扭截面系数= d3/16 0.2 d3 许用扭切应力将公式 5-5 ）代入公式 查表知对于 45号调质钢，在承受对称循环变应力时的许用应力。故安全。轴上零件的安放顺序如下：轴承、锤架、轴套、轴承、套筒、带轮。根据轴的工作情况，转子通过轴套利用轴肩定位，动锥轴向也利用轴肩定位，轴与转子及轴与动锥之间采用平键联结。1锤架 2主轴 3销轴 4锤头图5-3工作部分装配图5.2锤头的设计锤头是主要的工作部件。其材质、形状、质量和对碎机的生产效率、寿命有很大的影响。因此，要根据物料的尺寸来选择适当的锤头质量。由于锤头是易损件，需要经常更换，为减少更换劳动强度和所需时间，本文采用组合式锤头。锤头用高碳钢铸造，为了提高耐磨性，锤头表面涂上一层硬质合金。1锤头2固定螺母3固定螺栓4锤柄图5-4锤头结构锤头主要由三部分构成，主要是锤头、锤柄和连杆。三者靠螺栓连接。锤头动能的大小与锤头的质量成正比，即锤头越重、锤头的动能越大，破碎效率越高。但是锤头的质量越大，旋转起来时产生的离心力也越大，对锤式破碎机转子的其他零部件，都要产生损坏的影响，因此，锤头的重量要适中。锤头质量的计算：因为锤头铰接在转子上，所以能否正确选择锤头质量对破碎能耗和效率都有很大影响，如果锤头质量选小，则可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求。若选得过大，无用功耗过大，离心力也大，容易损坏其他零件。根据动量定理计算锤头质量，锤头打击物料后，一部分能量会转移到被打击的物料上，锤头的速度会下降，若速度下降过大，则锤头绕本身的悬挂轴会向后偏倒。那么无用功耗增加，破碎机生产率下降，为了使锤头的离心力作用而在下一次破碎时物料恢复到原来的工作位置。，则锤头破碎物料后能量损失、速度下降不能太大。根据实践经验速度损失不能低于 40%，一般为 60%5 即 :(5-8式中打击物料后锤头的圆周线速度(m/s 打击物料前锤头的圆周线速度(m/s设锤头破碎物料前的圆周线速度为0，由动量定理得：转变公式(5-9式中锤头质量 (kg 最大物料块的质量(kg则但是，只是锤头的打击质量。实际质量应根据打击质量的转动顺序和锤头的转动惯量求得，式中锤头打击中心到悬挂点的距离(m 锤头质心到悬挂点的距离(m8/12最大物料质量锤头的质量：5.3锤架的结构设计根据设计，每根销轴上有8个锤子。圆盘是用来悬挂锤头的，需有7个锤架和 2个圆盘，圆盘的特点是，一侧设置了圆螺母和止动垫片，另一端用轴肩定位。每个圆盘均匀分布6个圆孔，通过六根销轴，来悬挂锤头，锤头和锤架之间的间隙通过削轴连接，保护了圆盘的侧面，避免侧面的磨损。锤架的直径取决于转子的直径。转子的直径为800mm，则锤架直径为450mm，厚度为 20mm。锤架是用来悬挂锤头的，它不起破碎物料的作用，但在锤式破碎机在运转的过程中，锤架还是要受到矿石冲击和摩擦而造成磨损，所以锤架也要求有一定的耐磨性。因此锤架要用优质的铸钢 ZG35B 制作，该材质有较好的焊接性，局部出现磨损时，可以进行焊补。该锤架的结构比较简单，容易制作，检修和更换比较方便。5.4蓖条的设计蓖条的安装方式要与锤头的运动方向垂直。且安装成与转子的回转外轨迹要有一定间隙的圆弧状，破碎后合格的产品通过蓖缝排出。其断面形状为梯形。图5-5 蓖条示意图蓖条位置调整弹簧的选择弹簧的作用是调整锤头与蓖条间隙。其功能是控制运动方向。根据受载荷的情况的不同，弹簧可分为拉伸、压缩、扭转和弯曲弹簧。由于在立轴锤式破碎机中只需要承受拉伸，所以在常用的弹簧当中，根据其应用特点和范围，我们可以选用普通的圆柱螺旋弹簧。这种弹簧的特性线呈直线，刚度稳定，制造方便，结构简单，应用广泛，可以选右旋。5.5反击板的设计反击的作用是承受被板锤击出的物料在其上冲击破碎，将破碎后的物料重新弹回破碎区，再次进行冲击破碎。为达到排料面积大、低能耗、成品率高，将反击板设计成如图5-6所示结构。大粒度的物料在锤头的打击下撞击到反击板上，撞击粉碎，一部分粉碎后达到粒度要求的物料会直接从反击板上的排孔漏出，避免了已合格的物料留在破碎里机过度粉碎，加快了产料速度，减少了机器的运行负荷，降低了能耗。9/12图5-6 反击板的结构1 反击板 2蓖条 3转子图 5-7 反击板装配图5.6筒体体结构以及其相关设计破碎机的总重量中，机座、箱体等部件的重量占大部分。同时也对机器的工作精度和抗振性能产生影响。因此，选择正确合理的机座和箱体材料、结构形式和尺寸，是减小机器质量、节省金属材，降低造价，提高工作精度的重要途径。因为大多数机座和桶体受力后会产生振动、弯曲变形现象，当弯曲或扭转时，截面的形状对其刚度和强度的影响很大。正确设计合理的机座箱体的截面形状，可以起到既不增大截面面积，又不增大零件质量的效果。虽然矩形截面的弯曲强度不及工字型截面，扭转强度不及圆形截面的，但是它的扭转刚度却更大。并且采用矩形截面的机座和箱体的内外壁比较容易安装其他的机件。所以，选择矩形截面。5.7防护门的设计在物料破碎时，不可避免会有硬度较高、粒径较大的大物料进入破碎机，这时会发生物料阻塞的情况，为了清除阻塞的物料，确保破碎机继续正常破碎，因此加设了防护门。防护门材料为 45钢，组焊件。当发现破碎机出现阻塞现象时，应先停料再停机，然后开防护门，清出导致阻塞的物料。6.生产率的计算目前，锤式破碎机生产率的计算还无考虑了各个因素的理论计算公式，因此本文选用经验公式来计算生产率。本文选用破碎中等硬度的物料来计算锤式破碎机的生产率：根据经验公式：式中： D- 转子的直径，单位：m；- 矿石的松散比重，单位：t/m3其中D=800mm=0.8m ；L=900mm=0.9m ；取 1.62；系数取中间值 42；则 吨 /小时。根据计算结果，我们确定锤式破碎机的生产率是50吨 /小时。7.结论(1 由于所设计的破碎机属于体型紧凑，体积小，结构简单的二级破碎设备，使用时原有的工艺线不需要改动，只要在原有的破碎机的后面加上立轴锤击式破碎机再加一条输送设备即可。所以，具有投资少，见效快且电耗低的特点。10/12(2 由于立轴锤击式破碎机为180度方向开门，因此操作简便,维修方便。(3由于立轴锤击式破碎机的机体和电机是分开的，因此具有调整方便，主机正动小，操作平稳。(4 该设备造价低，简化工艺流程，适用范围广，对物料要求不严。参考文献1 楮瑞卿 .建材通用机械与设备 M. 武汉：武汉工业大学出版社.2004年 9月:52-552 唐敬鳞 .破碎与筛分机械设计手册 S. 第2版 .北京：化学工业出版社 .2000年 10月 :123 朱昆泉、许林发 .建材机械工程手册 S. 第 4版 .武汉：武汉大学工业出版社 .2000年 7月 :64 濮良贵等主编 .机械设计 M. 北京：高等教育出版社， 2001:66-675 郑鸣皋主编破碎机综述 G 北京：机械工业出版社， 2001:56 范祖尧主编 . 现代机械设备设计手册 S. 北京：机械工业出版社， 2001:22-237 张恩广 .筛分破碎及脱水设备 M. 陕西：煤炭工业出版社， 2002:1048 破碎粉磨机械编写组 .破碎粉磨机械 M. 北京：机械工业出版社， 2002:739 朱昆泉、许林发 .建材机械工程手册 S. 武汉：武汉工业大学出版社， 2000:3210 杨丙乾、任小忠 .锤头的打击平衡计算 N. 矿山机械， 2001 第 1期）： 61-62.11 恩浦 .矿山机械 M. 北京：冶金工业出版社，2006:20611/12致谢历时三个多月的毕业设计，在闫冰洁老师的悉心指导下，现已划上了圆满的句号。回顾整个过程，我觉得受益匪浅。通过这次设计，使我将四年中学到的基础知识得到一次综合应用，使学过的知识结构得到科学组合，同时也从理论到实践之间发生一次质的飞跃，可以说这次设计是理论知识与实践运用之间互相过渡的桥梁。在具体的工作中,我除了需要借助最新的信息工具-网络外 ,还需要查阅图书 ,亲身实践 ,但最主要的 ,还是老师的指导 .不仅仅是具体内容上 ,还有思路上的 ,认识问题角度等各个方面 ,我都收益匪浅 .4年的大学生活最终以毕业设计的结束而告终.所以 ,我一定要加倍努力,画一个圆满的句号,力求在毕业设计的成果上更上一层楼.完成本论文离不开闫冰洁老师的大力帮助和指导，在本次论文设计过程中，闫冰洁老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中 ,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。12/12