复摆颚式破碎机的设计

　　本次设计是复摆颚式破碎机，其工作原理是通过偏心轴的偏心使动颚上下运动，当动颚呈上升运动时，肘板和动颚之间的夹角变大，从而推动动颚板向定颚板靠近，与此同时，物料会进行挤、搓、碾、压等多重破碎的操作；当动颚呈下行运动时，肘板和动颚之间的夹角变小，动颚板在拉杆、弹簧的作用下远离定颚板，此时已破碎物料从破碎腔下口排出。随着电动机连续转动，破碎机动颚呈周期性的压碎运动和排料操作。本毕业设计主要是为满足生产需求出料口尺寸：15~50mm；进料块最大尺寸：210mm；产量：30~60t/h而研究的,根据上述参数，我进行了复摆颚式破碎机（PE250×400）的设计。设计内容最重要的包含了复摆颚式破碎机的动颚、偏心轴、皮带轮、动颚齿板、飞轮等一些重要部件，另外还对复摆颚式破碎机的腔形和机架进行了设计，还进行了复摆颚式破碎机的三维建模。

　　物料的破碎是众多行业（如矿山、冶金、筑路、建材、甚至是制备某些食品等），在其生产产品的过程中是不可或缺的工艺步骤。面对各种各样的物料的要求，根据物料的物理性质和结构的差异性，破碎机的种类也是多种多样的，与之对应。

　　颚式破碎机由动颚和静颚两块颚板组成破碎腔，模拟动物的两颚运动而完成物料破碎作业的破碎机。普遍的应用于矿山冶炼、建材、公路、铁路、水利和化工等行业中各种矿石与大块物料的破碎。被破碎物料的最高抗住压力的强度为320Mpa。

　　近代的破碎机械是在蒸汽机和电动机等动力机械逐渐完善和推广之后相继创造出来的。1806年出现了用蒸汽机驱动的辊式破碎机；1858年，美国的布莱克发明了破碎岩石的颚式破碎机；1878年美国发展了具有连续破碎动作的旋回破碎机，其生产效率高于作间歇破碎动作的颚式破碎机；1895年，美国的威廉发明能耗较低的冲击式破碎机。二十20世纪80年代，每小时破碎800吨物料的大型颚式破碎机的给料粒度已达1800毫米左右。

　　在矿山作业中，破碎机是一个不可或缺的设备，但同时破碎机也是一个耗能大户，为了节约能源，降低能耗，提高生产效率，有一种“多碎少磨”的技术原则，使破碎机向着细碎粉碎和高效节能的方向发展。因此颚式破碎机有着重要的市场价值、实际应用价值和巨大的经济效益，颚式破碎机的设计对产品生产质量和效率的提高、生产产品时能耗的降低都起到重要的影响。

　　通过设计颚式破碎机，了解颚式破碎机的结构及工作原理，掌握在其设计时、计算时的基础原理和方法，提高计算的能力和准确度，提高基本的理论知识的理解和运用，使自己在做设计时的思维更加缜密，为以后生活中遇上问题提供基础。

　　颚式破碎机具有噪音低，粉尘少、破碎比大，产品粒度均匀、结构相对比较简单，工作可靠，运营费用低、润滑系统安全可靠，部件更换方便，设备维护保养简单、破碎腔深而且无死区等优点，提高了进料能力与产量，设备节能。

　　颚式破碎机可以有效解决原来石灰石破碎机因产量低导致的运转率高、无检修时间的问题，能够实现大块石灰石的破碎（最大破碎粒径为1000*1200mm），有效解决了原来的“一边是石灰石供应紧张、一边贮存大量的大块石灰石没办法使用的问题”。颚式破碎机的电力消耗较低，剩下的废品粒度小（仅为2-15mm），有效解决了原来的石灰石粒度大，经常堵溜子甚至影响磨粉机产量的问题。两种物料的混合均匀性好，脱硫石灰石的掺加量大幅度提高，大大降低了原材料的本钱。

　　通过这次毕业设计，让我将所学的理论知识在实际的设计工作中得以综合应用，锻炼搜集整理资料的能力。让我们也可以熟练应用有关参考资料、计算图表、手册：熟悉有关的国家标准，加强自身的总体设计能力和分析处理问题的能力，加深了对颚式破碎机以及矿山机械的认识，为以后成为优秀的工程技术人才打下良好的基础。

　　国内颚式破碎机制造厂家技术水平相差很悬殊，有少数厂家的产品基本接近世界领先水平，而大多数厂家的产品与世界领先水平相比差距较大。颚式破碎机机架占整机质量的比例很大（铸造机架占50%，焊接机架占30%）。国外颚式破碎机都是焊接机架，甚至动颚也采用焊接结构。颚式破碎机采用焊接机架是发展趋势。国内颚式破碎机机架结构设计不合理实例有许多，其缘由是没按破碎机实际受力情况去布置加强筋。

　　近几年来，虽然采矿比重的增加，以及大型挖掘机、大型矿用汽车的采用，但运往碎矿车间的矿石块度达到1.5~2.0米；同时，由于原矿石的品位日趋降低，要想保持选矿厂原有的生产能力，就得大幅度提升原矿石的开采量和碎矿量，因此颚式破碎机正在向大型的方向发展。目前，国外制造的最大规格的颚式破碎机是：3000×2100毫米（简摆），给矿块度为1800毫米，生产能力为1100吨/台·时；2100×1670毫米（复摆），排矿口为355毫米时，其生产能力为3000吨/台·时。

　　随着耐冲击的大型滚动轴承的出现，国内外渐渐采用复摆颚式破碎机代替简摆破碎机。在条件相当的情况下，复摆颚式破碎机较简摆破碎机生产能力提高30%；在两者生产能力相同时，复摆颚式破碎机比简摆破碎机重量减轻20%~30%。但是，复摆颚式破碎机的结构方面还需要研究改进。

　　近年来，我国大型滚动轴承材质的提高，以及井下粗碎设备的需要，复摆颚式破碎机也有向大型方向发展的趋势。随着设备规格的大型化，一般颚式破碎机的调整装置和保险装置必然要采用新的机构。因此，当前颚式破碎机发展的另一个趋势，就是排矿口大小采取了液压调整机构，不仅简便迅速，并在工作中随便什么时间都能根据需要进行调整；同时，机器的超负荷的保险装置也是采取了液压机构，以抵达安全可靠，亦不损坏推力板，而且故障排除后，机器立即恢复工作。国内外都在全力发展这种液压颚式破碎机。我国已经生产900×1200液压简摆颚式破碎机，并在莱芜铁矿和罗茨铁矿投入生产使用。生产实践证明，液压颚式破碎机的保险机构和调整机构，达到了安全保险和调整方便的目的，情况良好，深受岗位工人的欢迎。

　　在提高颚式破碎机的破碎效率方面，除了在原有设备的结构上作局部改进，如，增加破碎腔高度，提高生产能力；减小排矿口，增大破碎比；增加动颚摆动速度，以提高设备生产能力和改进产品质量以外，目前，各国都在研试新型结构的破碎机，如，冲击颚式破碎机，双动颚的颚式破碎机和液压传动的颚式破碎机等。

　　颚式破碎机机架及动额是破碎机中的大件，其重量占整机很大比例（铸造机架占 50% 、焊接机架占 30% ）。在满足强度、刚度的条件下，结构设计得合理会减轻机重。采用焊接机架和动颚代替铸造件也能减轻机重。而且铸钢又是一种高能耗的工艺过程，从节约能源的角度也应全力发展焊接机架和动领。再者，国内耐磨材料和机械制造工艺综合水平与国外相比还有差距。

　　综上所述，改善国内颚式破碎机落后的状况，全方面提高颚式破碎机技术水平，赶上世界领先水平，创造世界品牌的颚式破碎机是当务之急。保证颚式破碎机最佳性能的根本因素是动颚有最佳的运动特性。这个特性又是借助机构优化设计所得到的。因此，颚式破碎机机构优化设计是保证破碎机有最佳性能的根本方法。

　　破碎比是衡量鄂式破碎机的重要评测指标，是破碎前原料粒度与破碎后产品粒度之比，它表示破碎物料经破碎后减小的程度。

　　矿石被破碎后，粒度变小，矿石破碎前的粒度与破碎后的粒度的比值称为破碎比。它表示矿石破碎后，粒度缩小的倍数。

　　（1）破碎比用破碎前物料最大平均直径D与破碎后产品最小平均直径d之比计算。

　　带轮与偏心轴联成一整体，它是运动和动力输入构件，即原动件，其余构件都是从动件。当带轮和偏心轴2绕轴线A转动时，驱使输出构件动颚3做平面复杂运动，从而将矿石压碎。如图2-1，2-2

　　根据图2-2复摆颚式破碎机机构运动简图，可计算出复摆颚式破碎机的自由度为：

　　如图2-3所示为复摆颚式破碎机。电动机10通过小带论及V 带，将运动给大带轮14，从而带动偏心轴13转动。动颚5上部内孔两端的双列球面滚子轴承支承在偏心轴上。偏心轴外侧轴颈装有支座主轴承，主轴承外圈与机架12上的镗孔配合，并用螺栓固定在机架上。在偏心轴两外端部分别装有大带轮14与飞轮9，以调整破碎机工作时主轴运转速度的波动。动颚的下部由推力板1支撑，推力板（即肘板）的另一端支承在与机架12的后壁相连的楔铁调整机构3上。可在由机架1侧壁上两凸台机构成的滑道中滑动。当需要调整排料口尺寸时，只要调整楔铁上的螺栓，使楔铁上下移动，带动调整座在滑道中前后移动即可完成。

　　推力板4的两端头为同心圆弧的圆柱面，且中部较两端薄些。其两端头圆弧与动颚5和调整座3上的“II”型衬垫接触，在破碎机工作时，两者间为纯滚动，以提高机械运转的机械效率并延长零件的使用寿命。

　　由于推力板与肘板衬垫间为非几何锁合，而是靠动颚的重量实现重力锁合，因此在机器运转时，由于动颚产生的惯性载荷，会使推力板与其衬垫周期分离而产生冲击响声，严重时甚至会使推力板从其两端衬垫中脱落。因此在动颚下端有一跟拉杆通过机架上的弹簧拉杆2拉住动颚，使推力板与衬垫从始至终保持贴合状态。

　　1、偏心轴是颚式破碎机的主轴，受有巨大的弯曲力，采用45钢。偏心轴一端装带轮，一端装飞轮，如图2-4所示：

　　2、飞轮用以存储动颚空形程时的能量，再用与工作行程，使机械的工作负荷趋于均匀。带轮也起着飞轮的作用。

　　3、动颚是支承齿板且直接参与破碎矿石的部件，要求有足够的强度和刚度，其结构应该坚固耐用。动颚一般都会采用铸造结构。为了减轻动颚的重量，国外也有采用焊接结构，由于其结构较为复杂，因此对焊接工艺的要求比较高，国内尚未见使用焊接结构的动颚。按结构特点，可把动颚分成箱型结构和非箱型加筋结构，本次设计采用的是非箱型加筋结构。安装齿板的动颚前部为平板结构，其后部有若干条加肋板以增强动颚的强度与刚度，其横截面呈E型，故称E型结构。

　　根据设计任务书的要求，选取进料口的参数：进料口宽度B=250mm，进料口长度L=400mm。

　　初步选取排料口的最小尺寸，排料口的最小尺寸决定了破碎机的最大破碎比，可由以下的公式求得：

　　钳角是动颚板与定颚版之间的夹角。钳角的大小是有物料的性质、物料的大小、物料的形状等因素决定的。如果钳角太大，进料口的物料就不能被动颚板和定颚板夹住，会有被推出机体外部的可能，从而会降低生产的效率；如果钳角太小，虽能提高生产的效率，但同时会减小破碎比。

　　根据图3-1钳角示意图，从力学的角度推算钳角的计算公式。当物料可以被夹持在破碎腔内，不会被推出机体外部时，图示的应力应该相互平衡，即在x、y方向上的分力之和分别为零，便可根据公式：

　　在实际生产的过程中，为了安全起见，复摆颚式破碎机的钳角一般选取理论计算值的65%，即：

　　破碎腔的高度越高，物料被破碎的时间就会越长，与之相应的，物料的破碎就会更彻底，但这也与破碎腔要求尽量地高生产效率的效果是相互冲突矛盾的。通过翻阅与颚式破碎机的破碎腔相关的资料之后，破碎腔的高度可以由下列公式确定：

　　动颚摆的水平行程对破碎机生产效率的影响较大，排料口水平行程较小，会降低生产率，但同时也不能太大，否则，在排料口，会由于物料过多而使破碎机的破碎力飞速增加，导致机件过载损坏，所以动颚在排料口处的水平行程为:

　　传动角的大小对机构的传动效率有着一定的影响，在推力板长度一定的情况下，加大传动角会提高机构的传动效率，但要求的是偏心距需要增大，使得颚板的水平行程偏大，因此导致物料多粉碎引起排料口堵塞，使得功耗增加，同时会加速磨损定颚衬板。

　　偏心距对破碎机的生产效率和传动效率都有影响，在其他条件相同的情况下，增大偏心距可使动颚行程增加而提高生产效率，也会增加功率的消耗。根据经验公式：

　　颚式破碎机的偏心轴转动一圈，动颚板便会往复摆动一次，在转动的前半圈，为物料的破碎阶段，在转动的后半圈，为物料的卸出阶段，当动颚后退时，破碎的物料会在重力的作用下全部卸出，随后动颚返回，继续破碎物料。转速过高或者过低，都会使生产的能力和效率不能够达到最大化。根据以下公式，计算使破碎机获得最大生产效率的偏心轴转速n为：

　　如右图3-2所示，b为公称排料口，Sl为动颚下端点水平行程，αt为排料层的平均钳角。ABB1A1为腔内物料的压缩破碎棱柱体，ABB2A2为排料棱柱体。破碎机的主轴转速n是根据在一个运动循环的排料时间内，压缩破碎棱柱体的上层面（AA1）按自由落体下落至破碎腔外的高度h计算确定的。而该排料层高度h与下端点水平行程Sl及排料层钳角αt有关。即排料层上层面(AA1)降至下层面(BB1)，正好把排料层的物料全部排出所需的时间来计算主轴的转速。对于排料时间有不同的意见：一种认为排料时间t应考虑破碎机构的急回特性，即排料时间与机构的行程速比系数有关。这一观点未注意到动颚下端点排料起始点与终止点并不一定与机构的两极限位置相对应。另一种认为排料时间t应按 计算，即排料时间对应于主轴的四分之一转，这种假定与真实的情况相差甚大。根据笔者对破碎过程的实测分析，得到排料过程对应的曲柄转角不小于180°的结论，认为排料时间按主轴半转计算比较符合实际情况。

　　破碎机的生产能力是指机器每小时所处理的物料的立方米数。破碎机的生产率是指在一定的给料粒度和排料力度的条件下，单位时间内破碎机所处理的物料量（kg/h或者m3/h）。它是破碎机的重要性能指标之一。

　　破碎机的生产率Q与所破碎的物料的性质（强度、节理、进料粒度等）、力学性质与操作情况（供料情况和出料口大小）等因素相关。目前大范围的应用的是经验公式：

　　q——标准条件下（堆密度为1.6 t/m3）的单位出料口宽度的生产率，q取0.4；

　　破碎机的破碎力是计算机器各个零件强度和刚度的原始数据。破碎力的大小与很多因素相关，因而确定破碎力的方法也很多。目前，国内采用的是实验分析法来确定颚式破碎机的破碎力。根据对复摆颚式破碎机的固定颚和动颚的实际受力测定，在破碎机动颚上所产生的破碎力系与矿块纵断面面积成正比。

　　k——有效破碎系数；对中小型机一般取k = 0.34~0.48，当α = 20°时，取k = 0.38~0.42，一般钳角减小时取最小值。

　　当计算破碎力零件强度时，考虑冲击载荷的影响，应将Fmax增大50%，故破碎机的计算破碎力为：

　　在破碎机的机构尺寸参数优化设计中，功率是一个重要的约束条件，因此必须建立破碎机功率的计算公式，下式是根据是根据最大破碎力的计算公式及实测的功率值为依据，公式如下：

　　计算颚式破碎机的各个零件以前，必须先求得作用在各个部件上的外力。计算破碎力Pjs是确定这些外力的原始数据。根据Pjs力作用分析法或图解法即可求得各个部件上的计算载荷。图3-3 是复摆颚式破碎机每个部分计算载荷的图解法。

　　颚式破碎机在工作过程中，破碎机的工作规律是很复杂的。但一般是动颚零件开始向下逐渐增大，到动颚悬挂中心以下占动颚全长的3/4处（简摆）、2/3（复摆）为最大，再向下又逐渐减到末端为零。

　　颚式破碎机的主要零件有：偏心轴、动颚、推力板、动颚的拉杆弹簧、轴承、机架以及飞轮等。

　　电动机是有着系列化的标准产品，在众多系列中，三相异步电动机的应用最为广泛。Y系列电动机效率高，耗电少，性能好，噪声低，振动小，体积小，重量小，运行可靠，方便维修。

　　由上述计算所得的P=15 KW，根据真实的情况选择电动机型号为Y180L—6，额定功率为15KW，满载转速为970 r/min。