资源描述
1 前言
1.1 破碎机的分类
破碎机是指排料中粒度大于三毫米的含量占总排料量50％以上的粉碎机械。破碎作业常按给料和排料粒度的大小分为粗碎、中碎和细碎。
分类：常用的破碎机械有颚式破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机、复合式破碎机、旋回破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机等几种。
颚式破碎机介绍：
颚式破碎机广泛应用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等众多部门，破碎抗压强度不超过320兆帕的各种物料。
反击式破碎机介绍：
反击式破碎机(反击破)能处理粒度不大于120-500毫米、抗压强度不超过320兆帕的各种粗、中、细物料矿石、岩石（花岗岩、石灰石、混凝土等），广泛用于水电、高速公路、人工砂石料、破碎等行业。该系列反击式破碎结构独特、配备高铬板锤、独特的反击衬板；适合硬岩破碎、高效节能；，排料粒度大小可调，能简化破碎流程，而且具有破碎比大、破碎效率高、产品形状呈立方体、可选择性破碎等优点。
锤式破碎机介绍：
锤式破碎机系列产品适用于破碎各种中等硬度和脆性物料，如石灰石、煤、盐、白亚、石膏、明矾、砖、瓦、煤矸石等。被破碎物料的抗压强度不超过150兆帕。该机主要用于水泥、选煤、发电、建材及复合肥等行业，它可以把大小不同的原料破碎成均匀颗粒，以利于下道工序加工，机械结构可靠，生产效率高，适用性好。
复合式破碎机：
广泛应用于各种矿石、水泥、耐火材料、铝矾土熟料、金刚砂、玻璃原料等高硬、特硬物料的中、细碎领域。在机制建筑砂、石料以及各种冶金矿渣的破碎中更是得到普遍使用，与其它类型的破碎机相比产量功效高。
旋回式破碎机：
旋回式破碎机是利用破碎锥在壳体内锥腔中的旋回运动，对物料产生挤压、劈裂和弯曲作用，粗碎各种硬度的矿石或岩石的大型破碎机械。装有破碎锥的主轴的上端支承在横粱中部的衬套内，其下端则置于轴套的偏心孔中。轴套转动时，破碎锥绕机器中心线作偏心旋回运动它的破碎动作是连续进行的，故工作效率高于颚式破碎机 。到70年代初期，大型旋回破碎机每小时已能处理物料5000吨，最大给料直径可达2000毫米。
圆锥破碎机介绍：
圆锥破碎机广泛用于矿山行业、冶金行业、建筑行业、筑路行业、化学行业及硅酸盐行业，适用于破碎坚硬与中硬矿石及岩石，如铁矿石、石灰石、铜矿石、石英、花岗岩、砂岩等。
双辊式破碎机工作原理：
出料粒度的调节：两辊轮之间装有楔形或垫片调节装置，楔形装置的顶端装有调整螺栓，当调整螺栓将楔块向上拉起时，楔块将活动辊轮顶离固定轮，即两辊轮间隙变大，出料粒度变大，当楔块向下时，活动辊轮在压紧弹簧的作用下两轮间隙变小，出料粒度变小。垫片装置是通过增减垫片的数量或厚薄来调节出料粒度大小的，当增加垫片时两辊轮间隙变大，当减少垫片时两辊轮间隙变小，出料粒度变小。
齿辊式破碎机介绍：
齿辊式破碎机是参照美国岗拉克破碎机的结构原理自行设计研制的新产品。 本机具有体积小，破碎比大（5-8），噪声低，结构简单，维修方便的优点,生产率高（比我国现在2PGC齿辊式破碎机生产率高1-2倍），被破碎物料粒度均匀，过粉碎率低，维修方便，过载保护灵敏，安全可靠等特点。
本齿辊式破碎机适用于煤炭、冶金、矿山、化工、建材等行业更适用于大型煤矿或选煤厂原煤（含矸石）的破碎。
齿辊式破碎机破碎能力大，电动机与减速器之间用限距型液力偶合器联接，防止动力过载，传感器过载保护，安全可靠。齿辊间距液压调整，齿辊轴承集中润滑。齿形优化设计，拉剪力选择破碎，高效低耗，出粒均匀。 PCM齿辊式破碎机的诞生完全取代了我国现有的2PGC齿辊式破碎机。
齿辊式破碎机分为双齿辊式破碎机和四齿辊式破碎机二大系列，双齿辊式破碎机为机械弹簧式(2PCM)，该齿辊式破碎机可根据破碎物料特性和要求分别配用粗齿辊或中齿辊，四齿辊式破碎机实际由两台双齿辊式破碎机组合而成。
1.2立轴冲击破碎机的国内外现状
根据国家重点支持能源、交通和原材料等基础工业发展的产业政策，矿山机械作为这些基础工业的支柱应优先得到国家的重点支持，以得到进一步发展和提高，为煤炭、金属和非金属矿山的开发提供更多的具有国际先进水平的优质、高效破碎机、磨粉机、制砂机设备，满足国民经济发展对能源和原材料的需要。矿山机械主要包括破碎机、制砂机和磨粉机，破碎机是整个矿石破碎工艺中最主要的环节，也是衡量矿山机械制造业实力的重要标志。
矿山机械是技术含量和集成化很高的装备，新设备的开发中不断将人类在各领域成果融合进来，随着材料科学、制造工艺、信息技术、计算机技术的进步，每一轮产品都有新的技术注入，零部件的更新周期越来越短、新设备换代越来越快，尤其是大型矿山机械的开发，无成熟的经验可借鉴，而又不允许设计中出现任何失误，因此必须借助多学科技术的融合，提高设计效率和设计质量，提升企业自主创新能力和市场竞争力。矿山机械和计算机技术、网络技术综合的基础上形成了数字化发展趋势。
立式破碎机是世纪 80代推出后即成为以破代磨的热销破碎机产品，作为细碎破碎机，平均出料粒度 ≤3～4mm，90% 为细粉状，使球磨机的入料粒度降低，产量提高了 20%～30%。经过 20 多年的发展和演变，立式破碎机从第一代到第五代，由单一的打击破碎演变成冲击反击破碎，锤头的使用寿命比老式破碎机提高了 4 倍以上。立式破碎机的代表产品立轴冲击式破碎机，被广泛应用在铁矿、金矿、水泥、玻璃、陶瓷、电力、钢铁行业的物料细碎工程，用在破碎的第三个环节，可破碎的粒度《5mm。
作为20世纪80年代发展起来的破碎机型，已在砂石场广泛应用，被公认为最有效的制砂设备，通常直称为制砂机。立轴冲击式破碎机以叶轮直径作为规格的划分尺度，按叶轮形式分为开式和闭式。按外壳是否装有反击板可分为石打石和石打铁2种破碎方式，从而组合为4种基本形式。从国际上来看，立轴冲击式破碎机的提高前辈技术体现在3个方面：灵活的机械机能、优秀的耐磨材料和零件设计，有效的粉尘控制。对海内市场来讲，至少前两者是共同的。
(一)技术机能
开式叶轮将答应100-150mm的进料粒级，而海内至今没有商品化的开式叶轮立轴立轴冲击式破碎机提供应市场。因此在砂石场海内立轴冲击式破碎机仅能作为三级或四级破碎设备而不能如国外那样作为二级破碎设备。国外公司已有叶轮直径达1.6m，配套的电机功率红星1103kW的设备，适合各种特大的出产线，而海内的立轴冲击式破碎机规格很少超过1.2m。提高前辈的叶轮通道可以在3-7个间变化，有不同构造与不同转速等的配合以适应不同的物料及进料粒级，达到较高的制砂量和需要不得的细度模数，而海内的闭式转子基本上固定为4个通道，很少变化，因此对不同工况的适应性较差。
(二)耐磨材料和零件设计
因为在立轴冲击式破碎机上设计了物料的料垫来取代衬板作为易损件，因而，进步耐磨件的使用寿命可分解为零件设计和耐磨材料应用2个方面，例如，第二代叶轮设计曾采用外径堆焊耐磨材料进行保护，现在提高前辈的零件设计已采用料垫保护方式，取消了价格昂贵的铬合金钢堆焊。
在冶金、矿山、化工、水泥等工业部门，每年都有大量的原料和再利用的废料，它们都需要用破碎机进行加工处理，如在选矿厂，为使矿石中的有用矿物达到单体分离，就需要用破碎机将原矿破碎到磨矿工艺所要求的粒度。磨机再将破碎机提供的原料磨至有用矿物单体分离的粒度。再如在水泥厂，须将原料破碎，以便烧成熟料，然后在将熟料用磨机磨成水泥。另外，在建筑和筑路业，需要用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。在炼焦厂、烧结厂、陶瓷厂、玻璃工业、粉末冶金等部门，须用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。
2 立轴冲击破碎机任务的提出
2.1 选题的目的
在冶金、矿山、化工、水泥等工业部门，每年都有大量的原料和再利用的废料，它们都需要用破碎机进行加工处理，如在选矿厂，为使矿石中的有用矿物达到单体分离，就需要用破碎机将原矿破碎到磨矿工艺所要求的粒度。磨机再将破碎机提供的原料磨至有用矿物单体分离的粒度。再如在水泥厂，须将原料破碎，以便烧成熟料，然后在将熟料用磨机磨成水泥。另外，在建筑和筑路业，需要用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。在炼焦厂、烧结厂、陶瓷厂、玻璃工业、粉末冶金等部门，须用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。
2.2 选题的意义
在化工、电力等部门，用破碎机械将原料破碎，粉磨，增大了物料的表面积，为缩短物料的化学反应的时间创造有利条件。随着工业的迅速发展和资源的迅速减小，各部门生产中废料的再利用是很重要的，这些废料的再加工处理需用破碎机械进行破碎。因此，破碎机械在许多部门起着重要作用。
3 立轴冲击破碎机方案确定
3.1 立轴冲击破碎机的结构简图
1 主轴 2 进料口 3破碎腔 4 转子 5传送带 6电机 7落料腔
图3.1.立轴冲击破碎机的结构简图
3.2 工作原理
如上图3.1所示，电动机6通过皮带5及皮带轮将动力传递给主轴1，主轴通过推力滚子轴承和键将动力传递给转子4，转子开始旋转。物料落入进料斗2，经环形孔落下，被分料板分成两股料，一股经分料盘进入高速旋转的甩轮，另一股从分料盘四周落下。进入甩轮的物料，在甩轮内被迅速加速，其加速度可达数十倍重力加速度，然后高速从甩轮内射出，首先同由分料器四周自由落体的另一部分物料冲击破碎，然后一起冲击到涡流腔内涡流衬层上，被物料衬层反弹，斜向上冲击到涡流腔的顶部，又改变其运动方向，偏转向下运动，又与从叶轮流道发射出来的物料撞击形成连续的物料幕。这样，一块物料在涡流破碎腔内收到两次至多次几率撞击、摩擦和研磨破碎作用。被破碎的物料由下部排料口排出，进入落料腔7。
3.3 转动轴的连接
立轴冲击破碎机的主轴总成安装在底座上，用以传递电动机经由三角皮带传来的动力及支撑叶轮旋转运动。主轴总成由轴承座、主轴、轴承等组成。
传动轴的主轴承选择圆柱孔调心滚子轴承——推力调心滚子轴承配置。 推力调心滚子轴承可承受轴向重载荷并且适用于相当高的转速， 也可以承受径向载荷， 以保证传动轴装置可承受设备工作时所产生的冲击和振动， 圆柱孔调心滚子轴承具有高承载能力。 且轴向可以相对移动! 以解决因温度变化而产生的轴向伸缩问题和安装轴承的间隔误差。
3.4 轴承箱的润滑
立轴冲击破碎机立轴由轴承组支承在轴承座上，为了解决密封与润滑问题，首先将轴承座设计在机壳外，以减少工作室粉尘和温度对轴承的影响。在润滑方式上采用稀油外循环冷却喷淋润滑。一次给油大概二十下。
3.5 落料腔
物料不能堆积在转子的下面，因为它能引起严重磨损并导致轴承或主轴的损坏，因此落料腔合理的结构设计（尺寸、角度等方面）显得非常重要；另外，所有的破碎物料都需经过落料腔排出，对落料腔壁造成严重的磨损，因此在落料腔内加入了机座衬板和耐磨护板以延长它的使用寿命。
4立轴冲击破碎机动力参数计算
4.1立轴冲击破碎机功率计算
4.1.1工作载荷的确定
a) 立式冲击破碎机转子对物料的冲击力F1为：
m-喂料块的平均质量，kg
v-转子外侧圆周速度，m/s
k2-物料弹性恢复系数
r-喂料块的外径，m
(玄武岩：破碎前石料密度=1.8 吨/m3,粒度0.04m，转子回转速度1400r/min)
石料的体积
石料质量
平均质量=0.3kg
转子外侧圆周速度
又取k2=0.7, r=0.02mm
所以，冲击力F1：
b) 物料对转子的作用力矩M＇
(其中k3-载荷系数 取k3=1.5
d0-物料对打击板作用力分布中心所在的直径，计算时近似取打击板中心所在的直径，取d0=1m)
因为有摩擦力的影响，所以用摩擦影响系数kf来修正上式
4.1.2电机功率的确定
a) 立轴冲击破碎机的计算功率
（kw）
(n-转子转速，r/min
=传动系统效率，
-三角带传动效率，为0.94-0.97，取为=0.95
-支撑轴承工作效率，=0.97）
由于实际情况与推导公式有差异，用系数kd=1.1进行修正，则电机的负载功率Ns为
4.2电动机的选择
根据工作机所需的功率及各传动零件的传动效率，计算出所需的输入功率，合理选择电机的型号。
电机型号：Y315L-4 额定功率：pd=160KW
满载转速：nm=1490r/min 堵转转据：1.8
最大转矩：2.2 电 流：289A
功率因数:0.89 堵转电流：6.8A
外形尺寸：1 340´899´865
4.3 主轴的参数计算
4.3.1确定轴上的功率P1、转速n1和转矩T1
传动系统效率=0.9215
则
4.3.2 确定轴的最小直径
选取周材料为Q235钢，调质处理，取A0=149
根据实际情况，取轴的最小直径略大于计算直径，所以取轴的最小直径为110mm
4.4 带传动的设计计算
4.4.1确定计算功率
计算功率是根据传递的功率Pca的工作条件确定的
Pca =KAP
式中：Pca-计算功率，kw
KA-工作情况系数，查表得，KA=1.3
P-所需传递的额定功率，如电动机的额定功率或名义的负载功率，kw.
额根据立轴冲击破碎机的实际工作情况，电机功率为140w
4.4.2 选择V带带型（小带轮的转速=1400r/min）
根据上面所计算的数据，查找图表得，选取D型带。
4.4.3 确定带轮的基准直径dd1
根据V带的带型，参考表8-6和表8-8确定小带轮的基准直径dd1=355mm
4.4.4 计算大带轮的基准直径，传动比i=1:1.
由dd2=i dd1=355mm
4.4.5 确定中心距a0,并选择V带的基准长度Ld0
a) 初定中心距a0
故取 a0=700mm
b) 计算基准长度Ld0
查表8-2得基准长度为Ld=2800mm,长度系数KL=0.83.
c) 计算中心距a
传动的实际中心距近似为
4.4.6 确定带的根数z
查表8-4a得，
所以,带的根数z
因此，每个电机带动六根V型带。
5立轴冲击破碎机动力箱的结构设计
5.1 主轴的结构设计
5.1.1概述
轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。
a) 决定轴结构的主要因素 ：
1. 轴上零件的类型、配置情况、尺寸以及和轴联接的方法；
2. 轴上载荷的大小、性质、方向及分布情况；
3. 轴上零件的固定方式；
4. 轴的加工工艺，轴上零件的装拆等。
b) 主要要求：
1.保证强度条件
2.具有合理的形状尺寸
3.轴和轴上零件要有准确的工作位置 -- 定位
4.各零件要牢固、可靠的相对固定 -- 固定
5.轴上的零件应便于装拆和调整 -- 安装要求
6.轴应具有良好的制造工艺性 -- 制造要求
7.应力集中小等。
c) 轴上各部分名称分：
轴头 - 安装传动零件的部位；
轴肩 - 用作轴上零件轴向定位的台阶部分；
轴颈 - 被轴承支承的部位；
轴环 - 用作轴上零件轴向定位的环形部分；
轴身 - 联接轴头和轴颈的部位；
轴段 - 轴上截面不等的各部分。
d) 轴的加工和装配工艺性
一般 , 在满足使用要求的前提下 , 轴的结构设计应注意以下几点：
1. 采用阶梯轴，且使之中间粗、两头细 -- 便于零件装配
2. 轴肩高度＜轴承内圈高度 -- 便于拆卸轴承
3. 轴端和各轴段端部应制出倒角 -- 便于装零件
4. 磨削加工的轴段，应留有砂轮越程槽 尺寸可参看标准或手册
5. 切制螺纹的轴段，应留有退刀槽
6. 轴上直径相近的圆角、倒角、键槽宽度、砂轮越程槽宽度和退刀槽宽度等应尽可能采用相同的尺寸 -- 以减少刀具种类和提高生产率
7. 同一轴上不同轴段的键槽布置在同一母线上 -- 以减少装夹工件的时间
8. 另外 , 轴的形状越简单 , 尺寸数越少 , 工艺性越好 -- 便于加工、检验
5.1.2 主轴的结构方案拟定
根据粗估的轴的最小直径，估计轴轴隔段长度和直径确定如下图：
图5.1 主轴的轴段长度和直径方案
5.1.3 轴上零件的定位
5.1.3.1 轴上零件的轴向定位
图5.2主轴的上端固定方式
图5.3 主轴下端的固定方式
立轴冲击破碎机的主轴采用轴承端盖、套筒轴肩、圆螺母、圆锥面固定，下面介绍下定位的优点：
1. 套筒轴肩定位：如图5.2所示，轴向定位采用适当高度的轴肩和套筒。轴上相邻零件的定位，结构简单、定位可靠、能承受较大的轴向力，轴上不需要采用螺纹，也不影响轴的疲劳强度，较常使用。
2. 圆螺母定位：如图5.3所示，主轴的最下端采用圆螺母定位，开槽，钻孔。圆螺母拆装方便，传动力大，固定可靠，能够承受较大的轴向力。
3. 轴承端盖：对轴上的轴承外圈轴向定位，从而使得轴有确定的轴向工作位置。
4. 圆锥面定位：适于轴端零件定位，也可作为周向定位。
5.1.3.2 轴上零件的周向定位
本设计采用圆锥面和键来周向定位。
5.2 轴承的确定
5.2.1概述
轴承所要求的条件、性能也日趋多样化。为了能从为数众多的结构、尺寸中，选择最适合的轴承，需要从各种角度研究。在选择轴承时，一般，考虑作为轴系的轴承排列、安装、拆卸之难易度、轴承所允许的空间、尺寸及轴承的市场性等，大致决定轴承结构。其次，一边比较研究使用轴承的各种机械的设计寿命和轴承的各种不同的耐久限度，一边决定轴承尺寸。在选择轴承时，往往偏于只考虑轴承的疲劳寿命，有关由润滑脂老化而发生的润滑脂寿命、磨损、噪音等也需要充分研究。再者，根据不同的用途，有必要选择对精度、游隙、保持架结构、润滑脂等等要求，作特别设计的轴承。但是，选择轴承并没有一定的顺序、规则，优先应考虑的是对轴承所要求的条件、性能、最有关连的事项，尤为实际。
5.2.2 立轴冲击破碎机主轴的轴承选择
根据主轴的受力情况，采用两个径向轴承—圆柱滚子轴承NF217，。同时采用一个双向推力球轴承，规格为：。
5.3立轴冲击破碎机主轴轴承的润滑和密封
5.3.1 轴承的润滑
注意破碎机轴承箱的轴承有十分独特的运作条件，因此，不允许轻易交换使用不同类型的润滑油脂。必须充分考虑使用新的润滑油脂与加注在轴承箱的润滑油脂混合的性能。混合使用润滑油脂（特别是不同粘度指标的润滑油脂）会引起恶劣的润滑状况，并有可能造成轴承的过早损坏。
对于不同场合，轴承箱装配时均价注意下所列的润滑油品型号。
给料温度°C
设备型号
转子转速
润滑油型号
-20 to 65
正常运转
轴承箱（低速）
RP106
1400 to 2000
Merlin-VSI 半合成油
Semi-Synthetic LT
RP107
1400 to 1700
RP108
1300 to 1400
RP109
1300 to 1400
-20 to 65
正常运转
轴承箱（高速）
RP106
2000 to 2500
Merlin-VSI 半合成油
Semi-Synthetic LT
RP107
1700 to 2200
RP108
1400 to 1800
RP109
1400 to 1800
60 to 100
高温运转
轴承箱（高低速）
RP106
1400 to 2500
Merlin-VSI 半合成油
Semi-Synthetic LT
RP107
1400 to 2200
RP108
1300 to 1800
RP109
1300 to 1800
表5.1 润滑油型号
5.3.2 轴承的密封
立轴冲击破碎机的主轴轴承采用O型密封圈和迷宫式密封圈。
5.4 主轴与转子和V带的连接
主轴上端通过平键和圆锥面和转子连接，平键起轴向固定作用，圆锥面起径向和轴向固定作用。同理，主轴下端也是通过平键和圆锥面连接，同时平键上有个螺钉固定平键，是连接更加紧密。
5.5落料腔的结构设计
落料腔设计结构时要保证破碎后的石料要顺利的落下，物料不能堆积在转子的下面，因为它能引起严重磨损并导致轴承或主轴的损坏，因此落料腔合理的结构设计（尺寸、角度等方面）显得非常重要；另外，所有的破碎物料都需经过落料腔排出，对落料腔壁造成严重的磨损，因此在落料腔内加入了机座衬板和耐磨护板以延长它的使用寿命所以结构设计如下图：
图5.2落料腔的结构
6 立轴冲击破碎机主轴的校核
6.1立轴冲击破碎机主轴的弯矩图和扭矩图
根据以上数据做出轴的计算简图，并做出轴的弯矩图和扭矩图
计算各数据
由力学原理求得， ，
,
进而求得 ,
,
总弯矩 (3-82) (3-83)
图3.8高速轴弯矩图及扭矩图
扭矩 T
按弯扭合成应力校核轴的强度
校核时只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度，根
式 ，取扭转切应力为脉动循环变应力系数，45钢调质查的轴的许应力为
(3-75)
所以安全。
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