1000立轴锤击式破碎机的设计

1、目录摘要1关键词：1AbstractlKeywordsl1 .引言21.1 目前破碎机的开展现状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 .动力局部的设计与计算44 .传动局部的设计与计算44.1 V带轮的设计44.2 计算带白根数z64.3 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 .工作局部的设计与计算85.1 主轴的设计与强度计算85.1.1 主轴直径和长度的设计计算85.1.2 主轴转速的计算85.1.3 主轴受力分析95.1.4 主轴强度校核1

2、05.1.5 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 蔗条的设计135.5 还击板白设计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17100位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开展状况进行了简单的表达,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

3、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.关键词：破碎机；转子；轴TheDesignofPhi1000VerticalShaftHammerCrusherStudentmajoringinMachineryandelectronicslinchangqingTutorYanBingjieAbstract:Firstintroducedthedevelopmentofthecrushersimplenarrative,existingonthemarketavarietyofcrushercrushingprinciplewereintroduced,andall

4、kindsofcrushingtheadvantagesanddisadvantagesofthemethodprocess,acollectionofcrusheradvantagesofdesignverticalshafthammercrusher,anditsworkingprinciple,allkindsofpartssuchastherotorshaft,hammer,motor,flywheeldesign,thesizeofthemainparametersofthedetaileddescriptionandcalculation,abriefdescriptionofth

5、emethodofassembly,andfinallyasummaryoftheperformanceofthedesignverticalshafthammercrusher.Keywords:crusher;singlerotor;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良.本文对立轴锤击式破碎机的设计主要是在原来破碎机的根本原理的根底上,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 .破碎机的开展与作用1.1 目前破碎机的开展现状目前锤式破碎机的种类很

6、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；根据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、煤肝石、砂岩、煤块、金矿石、铝矿石、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)还击式破碎机,其结构有还击板、打击板、转子组成；它将物料反复地冲击,同时,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、

7、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、铳削而破碎,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

8、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开展,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.建材产业白生产中,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响的速度大大加快,使物料更加均匀混合,使物料的流动性增强,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,水坝和矿业的开展息息相关的各种规格破碎机的开发

9、与开展,使破碎机的用途越来越大,越来越广.改善和提升破碎机的性能,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,其根本结构如图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局部组成：动力局部、传动局部、工作局部.动力局部主要是电机；传动局部是V带轮、联轴器和飞轮；工作局部由主轴、锤头、锤架、蔗条、还击板、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

10、机壳内壁、篦条、还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,到达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还击局部.在锤架上的锤头能摆动角度能到达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,各局部用螺栓连结成一体,上部开有进料口,内部镶有高镒钢衬板,磨损后可以更换,机壳和轴之间漏灰现象十分严重,为

11、了预防漏灰,设有轴封.机壳下部直接安放在混凝土根底上,并用地脚螺栓固定.为了便于检修、调整和更换蔗条,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6个均匀分布的销孔,通过销轴将68个锤头悬挂起来.为了预防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,预防破碎大块物料时,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 .动力局部的设计与计算电机设计计算参数：(1)进料粒径DW100mm(2)出料粒径dw20mm(3)产

12、量Q=50t/h(4)板锤的线速度为v=3040m/s(5)主轴的转速n=320r/min.功率由邦德理论确定1:(3-1)由电机功率,查手册6:选电机型号为Y250M-4,功率为100kw.4 .传动局部的设计与计算4.1 V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

13、直径表,查的D型V带小带轮应不小于355mm.按公式验算带的速度4(4-2)由于一般推荐5m/s<v<25m/s,最高带速Vmax小于30m/s,故带速适宜.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=1.59355=564.45mm(4-3)选圆整为二560mm.确定v带的中央距a和基准长度,根据公式,初定中央距二1500mm,计算带所需的基准长度(4-4)选带的基准长度=4500mm.计算实际中央距a(4-5)验算小带轮上的包角4.2 计算带白根数z计算单根V带的额定功率Pro由二355mm和n1=1480r/min,查得p0=15.63kw根据n1=1480r/

14、min,i=1.59和D型带,查得=4.45kw.查得得于是7(4-6)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,那么应取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,预防破碎大块的物料时,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,增强破碎水平,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.飞轮设计的根本问题是在保证机器运转的不均匀系数8在许用范围内

15、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.飞轮转动惯量确实定：设锤式破碎机在空行程和局部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<P<P2.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wmin在空转阶段终结时,飞轮的角速度增加为max在有载运转时P2>P,飞轮就输出能量,飞轮的角速度就由max降到wmin列出空转时的平衡方程式2(4-7)或那么飞轮储存的能量为：设空转的功率消耗p称损失系数故YT虑摩擦损失的机械

16、效率Y=0.85那么,而d一飞轮的直径,米；3一飞轮的平均角速度,即主轴的角速度,8度不均匀系数,8=0.030705,锤式破碎机可取8=0.04t1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水平,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1.8KN.m时,为了保护电机和转

17、子等重要部件,应使用剪切销平安联轴器,联轴器上的平安销钉会被剪断而预防部件损坏造成事故.销钉材料采用45钢,其抗剪强度tb=80Mpa由公式4-8式中：T电机最大转矩,N.m；D销钉中央圆直径,mm；°b第钉抗剪强度,Mpa;Z销钉个数.每个销钉的直径为：偏于平安考虑,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此处为30.求

18、得三处键联接处的挤压强度和耐磨性强度分别为：28.96MPa、11.61MPa,均小于其许用挤压应力和许用压强,故平安.5 .工作局部的设计与计算5.1 主轴的设计与强度计算轴的设计包括两个局部,一个是结构设计,一个是工作水平计算.后者主要是指强度计算.主轴是支承转子的主要零件,冲击力由它来承受.因此,要求其材质具有较高的韧性和强度,采用的是35号硅镒钢锻造,其断面为圆形,且有平键和其他零件连接.示意如下图.图5-1主轴结构图5.1.1 主轴直径和长度的设计计算主轴直径设计计算根据公式5(5-1)式中Dmax为最大进料粒度,Dmax为200mm.取系数0.5,那么D=100mm.主轴长度设计计

19、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5.1.2 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(5-3)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=2570m/s,转速在7501500r/min.对大型破碎机v=1825m/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,那么n=931r/min.5.1

20、.3 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,通常把当作置于钱链支座上的梁,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)式中一一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1.36>N.m.由公式得：923XN.m.作用在主轴上的相当弯矩：=1.49N

21、.m5.1.4 主轴强度校核主轴转矩为(5-5)T一转距,NmP一传递的功率,100kwn一主轴转速.1500r/min对于只传递转距的圆截面轴,其强度条件为：(5-6).当由的扭切实力一为抗扭截面系数=兀d3/160.2d3t许用扭切应力将公式(5-5)代入公式(5-6),并转化公式：=mm考虑到破碎机所承受的转矩变化和冲击载荷变化很大,那么取轴的最细处dmin=70mm而细轴处的强度条件为：=10.6N/mm2查表6得许用扭切应力t=4052N/mm2t=10.6N/mmNt即细轴70mm处的强度符合要求的强度条件.5.1.5 按弯扭合成应力校核轴的强度根据弯扭合成强度条件进行轴的强度校核

22、计算：进行具体的校核计算时,只需要校核轴上的承受的最大弯矩以及扭矩的危险剖面的强度4.(5-7)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.故平安.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工作局部装配图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

23、高碳钢铸造,为了提升耐磨性,锤头外表涂上一层硬质合金.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局部构成,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：由于锤头钱接在转子上,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,那么可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求.假设选得过大,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

24、,锤头打击物料后,一局部能量会转移到被打击的物料上,锤头的速度会下降,假设速度下降过大,那么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.,那么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)式中一打击物料后锤头白圆周线速度(m/s)一打击物料前锤头白圆周线速度(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)那么但是,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

25、量求得,式中锤头打击中央到悬挂点的距离(m)锤头质心到悬挂点的距离(m)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,那么锤架直径为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

26、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.该锤架的结构比拟简单,容易制作,检修和更换比拟方便.5.4 蔗条的设计蔗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蔗缝排出.其断面形状为梯形.图5-5蔗条示意图蔗条位置调整弹簧的选择弹簧的作用是调整锤头与蔗条间隙.其功能是限制运动方向.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

27、,刚度稳定,制造方便,结构简单,应用广泛,可以选右旋.5.5 还击板的设计还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.为到达排料面积大、低能耗、成品率高,将还击板设计成如图5-6所示结构.大粒度的物料在锤头的打击下撞击到还击板上,撞击粉碎,一局部粉碎后到达粒度要求的物料会直接从反击板上的排孔漏出,预防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.图5-6还击板的结构1还击板2蔗条3转子图5-7还击板装配图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局部.同时也对机器的工作

28、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,提升工作精度的重要途径.由于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拟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,不可预防会有硬度较高、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

29、,为了去除阻塞的物料,保证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：(吨/小时)7(6-1)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;8 取1.62;系数取中间值42;那么吨/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.(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