双腔颚式破碎机设计

1、S eries N o.339 S e p te m ber2004金属矿山M ETAL M I NE总第339期2004年第9期母福生,中南大学机电工程学院机械设计及制造研究所,所长,副教授,410083湖南省长沙市岳麓山。机电与自动化双腔颚式破碎机设计母福生樊艳花(中南大学摘要在分析复摆颚式破碎机机构运动方式的基础上,提出具有倒置4杆机构特征的双腔颚式破碎机。该双腔颚式破碎机的工作方式是2个破碎腔交替破碎物料,不存在空行程的能量消耗,能量利用率高,单位功率明显下降,处理能力大幅提高,金属单耗也明显降低。该结构具有良好的机构运动特性,能极大地改善齿板的运动状态,使物料更有利于破碎,并延长齿板

2、的使用寿命。并推导出双腔颚式破碎机主要参数的计算公式,比较了单、双腔颚式破碎机的主要性能参数。认为双腔颚式破碎机整机性能优良,是具有发展潜力的新机型。关键词双腔颚式破碎机倒置4杆机构齿板D esi g n of D ouble-cavit y Jaw c rusherM u Fushen g F an y anhua(C entral s out h uniuersit yAbstract B ased on t he anal y s is o f t he o p eration p atterns o f com p ound p ende li u m j a w crushers,a

3、 doub le-cavit y j a w crushers w it h f our bar m echan is mi nverted is i ntroduced.T he t w o cavities o f t h is crusher crush m aterials alternative l y,so t hat t here is no ener gy consu m p tion f or i d le stroke,lead i n g to h i g h ener gy utilization rate,evi dentl y reduced un it p ow

4、er,g reatl y i ncreased t hrou g h p ut ca p acit y and re m arkab l y decreased un it m etal consu m p tion.Its i nverted f our-bar m echan is mhas g ood ki netic characters and can g real y i m p rove t he ki netic status o f too t hed p late,he l p i n g i m p rove t he m aterial crush-i n g and

5、p ro lon g t he service lif e o f t he too t hed p late.T he calculation f or m ula f or t he m ai n p ara m eters o f doub le-cavit y j a wcrusher is deduced and its m ai n p erf or m ance p ara m eters are com p ared w it h t hose o f s i n g le-cavit y j a w crusher.It is con-cluded t hat doub le

6、-cavit y j a wcrusher has g ood i nte g ral p erf or m ances and is a newt yp e t hat has deve lo p m ent p o tentialities.K e y words D oub le-cavit y j a w crusher,I nverted f our-bar m echan is m,T oo t hed p late颚式破碎机以结构简单、性能可靠、维修方便在物料粉碎行业广泛应用。如何提高破碎机的效率,降低功率消耗是人们关注的问题。因此研制能耗低、处理能力大、易损件寿命长、性能可靠的

7、破碎设备仍是重要的课题。1双腔结构的提出从颚式破碎机问世以来,以提高效率、节约能耗为目的对它进行改造与挖潜的工作从未间断过。诸多学者和工程技术人员为此做了大量的切实可行的工作,并取得了巨大的成绩。主要有,在结构上改变支撑方式,将正支撑改为负支撑,增加动颚下端的水平行程,同时也降低动颚下端的特性值,达到提高生产能力和改善齿板磨损的目的;其次,改变齿板断面形状,使其具有更合理的破碎腔曲线来获得给料与排料的最佳匹配,即腔形优化,来达到提高生产能力的目的。在参数上改变悬挂高度,将正悬挂高度降低,甚至降到零悬挂或负悬挂,以增大动颚下端的水平行程,提高生产能力;再者,进行机构优化,对影响性能的诸参数进行优

8、化处理,使各参数的匹配更合理,从而获得最佳输出特性,达到提高生产能力、降低齿板磨损的目的等。通过改进与挖潜,使破碎机的性能指标大幅提高。改进的成效很大,但仍没有摆脱传统概念的约束。分析颚式破碎机的运转形式和工作特点,工作行程破碎物料,空行程不进行物料破碎,而且消耗能量。为了利用空行程,提出双腔颚式破碎机的概念(图1。2双腔颚式破碎机的特点2个破碎腔交替工作,曲柄在!角度范围内回44转时,破碎腔!进行物料破碎,而破碎腔"进行排料;当曲柄转到一定范围内回转时,破碎腔!进行破碎,破碎腔"进行排料,如此往复循环。因此它不存在空行程能量消耗,能量利用率高。2个腔进行破 碎, 破碎效率

9、高。期板,这2块活动齿板在特殊位置与Y 轴成对称分布。2块活动齿板与2块固定颚板组成2个破碎腔。2个破碎腔交替工作,其破碎与排料过程同上。从而实现物料的连续破碎。这种结构的双腔颚式破碎机具有如下特点:(1铰接4杆机构。连杆与摇杆的联接采用低副铰接方式,改变了普通颚式破碎机高副滚摆支撑方式,使破碎机成为标准的定长4杆机构,为颚式破碎机参数的准确计算提供了更符合实际的理论模型。(2偏心轴下置,整机的重心下降。机器的运转平稳,振动小。(3齿板寿命长。齿板磨损的快慢取决于活动颚板垂直位移的大小,垂直位移偏大,物料与齿板相互搓磨效应加强,齿板磨损加剧,物料过粉碎现象严重,能量消耗增加。采用本结构可改善上

10、述不足,可减小活动齿板垂直位移,增大水平位移,使特性值大幅下降,这是正悬挂颚式破碎机无法达到的。采用这种结构,2块活动颚板具有理想的运动轨迹。(4粉碎效率高。偏心轴下置,使动颚动力学行为发生变化,动颚齿板相对定颚齿板近似于平动,物料在破碎腔内产生层压粉碎机制,而层压粉碎的纯压力产生的应变5倍于剪应力所产生的应变,所以粉碎效率高。(5生产能力大。偏心轴下置,也可使动颚动运动特性发生变化,动颚齿板上各点的运动轨迹椭圆的长轴倾斜于排料方向,在运动过程中有促进排料的作用,从运动学上消除了普通颚式破碎机排料口堵塞现象。因此,倒置4杆机构的细碎颚式破碎机单腔小时产量比同规格的普通颚式破碎机可提高80%2。

11、所以,双腔颚式破碎机比同规格的普通颚式破碎机的生产能力提高1倍以上。(6产品粒度均匀。采用深腔曲线型破碎腔,由于动颚齿板相对物料产生近似于垂直挤压破碎,使破碎产品粒度均匀,呈立方体状。改善了普通颚式破碎机片状产品过多,跑粗现象严重的不足。以上3种双腔结构各有特点,倒置4杆机构的双腔更具特色,下面以倒置4杆机构的双腔颚式破碎机进行分析。!参数计算4.1轨迹座标方程3双腔颚式破碎机为典型的4杆机构。2块活动齿板固联在连杆上,与连杆保持同步运动。连杆做平面运动,其上的2块活动齿板也随之做平面运动。为定量描述活动齿板的运动状态。以机架轴承中心为坐标原点,建立坐标系,机构运动简图见图 4 。12,(1式

12、(1中,<为曲柄转角。"C =cos -1(L 25+L 24-L 21/(2L 5L 4.(2在!ABO 1中,令:AB =L 2,BO 1=L 3则"ABO 1=cos -1(L 22+L 23-L 25/(2L 2L 3,(3"BAO 1=si n -1(L 3/L 5si n "ABO 1.(4过A 点作直线AS 使AS 平行于OO 1,则"a ="BAO 1-"C ,(5当曲柄在O 1O 连线右边时"a ="BAO 1+"C.(6令直线AN 11=L N 11;AM 11=L M

13、 11;L N 11与L 2的夹角为 1;L M 11与L 2的夹角为B 1则N 11点的坐标为X N 11=L 1cos <-L N 11si n ( 1-a -P 0,(7Y N 11=L 1si n <+L N 11cos ( 1+a -P 0.(8M 11点的坐标为X M 11=L 1cos <-L M 11si n (B 1+a -P 0,(9Y M 11=L 1si n <+L M 11cos (B1+a -P 0,(1064总第339期金属矿山2004年第9期令直线A N 21=L N 21;A M 21=L M 21;L N 21与L 2的夹角为 2;L

14、 M 21与L 2的夹角为 2。则N 21点的坐标为X N 21=L 1cos +L N 21si n ( 2- + 0,(11Y N 21=L 1si n +L N 21cos ( 2- + 0.(12M 21的坐标为X M 21=L 1cos +L M 21si n (2- + 0,(13Y M 21=L 1si n +L M 21cos (2- + 0.(14N 11、M 11、N 21、M 21点的位置是随曲柄的转角 不同而不同,当曲柄回转一周时,上述4点各自形成一封闭的曲线,即左右两腔齿板上下端点的运动轨迹的座标方程。它是颚式破碎机参数计算的基础。4.2水平行程水平行程决定着破碎腔容

15、积的变化,在很大程度上影响了生产效率、破碎比以及能量消耗。因此,水平行程是非常关键的参数。S N 11=X N 11(m ax -X N 11(m i n ,(15S M 11=X M 11(m ax -X N 11(m i n ,(16S N 21=X N 21(m ax -X M 21(m i n ,(17S M 21=X M 21(m ax -X M 21(m i n ,(18式中,S N 11、S M 11、S N 21、S M 21分别为N 11、M 11、N 21、M 21点的水平行程;X N 11(m ax 、X M 11(m ax 、X N 21(m ax 、X M 21(m

16、ax 、分别为N 11、M 11、N 21、M 21点最大的水平座标值;X N 11(m i n 、X M 11(m i n 、X N 21(m i n 、X M 21(m i n 分别为N 11、M 11、N 21、M 21点最小的水平座标值。4.3特性值特性值是衡量破碎机性能的重要指标,它是影响齿板使用寿命的主要参数。所以,特性值的大小是人们关注的重要参数。m N 11=Y N 11(m ax -Y N 11(m i n /X N 11(m ax -X N 11(m i n ,(19m M 11=Y M 11(m ax -Y M 11(m i n /X M 11(m ax -X M 11(

17、m i n ,(20m N 21=Y N 21(m ax -Y N 21(m i n /X N 21(m ax -X N 21(m i n ,(21m M 21=Y M 21(m ax -Y M 21(m i n /X M 21(m ax -X M 21(m i n ,(22式中,m N 11、m M 21、m N 11、m M 21分别为N 11、M 11、N 21、M 21点的特性值;Y N 11(m ax 、Y M 11(m ax 、Y N 21(m ax 、Y M 21(m ax 分别为N 11、M 11、N 21、M 21点最大的垂直座标值;Y N 11(m i n 、Y M 11(

18、m i n 、Y N 21(m i n 、Y M 21(m i n 分别为N 11、M 11、N 21、M 21点最小的垂直座标值。4.4生产能力生产能力是破碎机性能的重要衡量指标,它与破碎腔啮角、腔形等结构参数,动颚的转速、齿板行程的大小和方向等动力学参数以及物料的性质,粒度分布等诸多因素有关。生产能力的计算公式推荐如下:=(33 36S 平均>b >L > (B -b /B>si n ,m 3/h ,(23式中,S 平均为在某一排矿口时动颚齿板上、中、下3点水平行程的平均值,m ;b 为开边排料口宽度,m ;b=e +S 水下,e 为某一排矿口时的闭口宽度;S 水下

19、为在改排矿口时,齿板下端的水平行程;L 为给料口长度,m ;B 为给料口宽度,m ; 为破碎机的转速,r /m i n ; 为啮角。!性能比较采用倒置4杆机构,双腔颚式破碎机的破碎效率得到显著提高,与普通单腔颚式破碎机相比,双腔颚式破碎机的整机性能得以大幅改善,见表1。"结论通过对双腔颚式破碎机运动学参数的推导,建立了动颚齿板上下端点的轨迹方程。轨迹方程的建表#双腔颚式破碎机与单腔颚式破碎机性能指标对比项目名称2PE 250>400PE 250>400PEX 250>750PEX 250>1000给料口尺寸(长>宽/mm250>400250>

20、400250>750250>1000最大给料粒度/mm 210210210210公称排料口调整范围/mm 40 2040 2040 2040 20生产能力(m 3h -1167.51418电动机功率/k W 18.518.53040单位功率/(k W m -3h -11.162.462.12.1金属单耗/(t m -3h -10.280.40.430.6质量(不含电动机/k g45003000601210831(下转第50页74母福生等:双腔颚式破碎机设计2004年第9期调节,无需频繁启动流量调节阀。同时,由于每个循环隔膜都是从上限同一个高度向下运动,相当于每次都自行消除1次误差,因而不存在流量不匹配的积