本科毕业论文---cpx破碎机设计.doc

济南大学毕业设计
1 前言
1.1 综述
粉碎工程在当今经济和工业生产中占有举足轻重的地位。物料粉碎是许多产品生产中必不可少的工艺过程，粉碎的任务主要是提供合适粒度的原料，供进一步加工或使用。因此，破碎设备的粉碎粒度大小成为评价一台破碎设备优劣的首要指标。同时，多碎少磨节能型流程在粉碎工程领域中得到高度重视，这在建设可持续发展社会中具有重要意义。
目前，粉碎机械正在向大型化发展、向自动化发展、向高效节能方向发展。粉碎理论也在原有的三大理论（表面积假说、体积假说、裂缝假说）基础上不断向前发展，以求客观、准确全面反映物料粉碎的全过程。利用自冲击破碎理论发展起来的立式冲击破碎机是其发展的代表，该机利用物料完全的自衬实现石打石，完成自破碎，不仅耗能少、钢耗低，还具有破碎粒度小、工艺过程简单等优点，能较好的实现多碎少磨。但该机的分级功能过于简陋，未经粉碎合格的物料时有出现，为实现物料粒度分布在一较窄范围内，提高加工效率和使用率，我进行了本次毕业设计。
我认为本次设计意义重大，我希望通过本次毕业设计能够将我所学的知识运用于生产实践，解决一些实际的问题。
1.2 发展概况
粉碎作业可追溯到几千年前（我们的祖先制陶、冶炼、开山碎石等），那时耗费大量的人力，并且效率低下，不能实现较复杂的工艺。直到破碎机械发明以后，人类才从繁重的体力劳动中解脱出来。传统的破碎机主要有颚式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机等，产品粒度大，耐磨件磨损严重，维修费用昂贵，生产成本高。近年来破碎机械正在向大型化、自动化、高效节能方向发展，破碎理论应用也比较成熟，各生产厂家不断推陈出新，完善破碎机功能，改进破碎机使用效果，以求在多碎少磨工艺过程中取得新进展。总结来看，破碎机械的发展主要包括：
（1） 开发粉碎与分级相结合的闭路工艺及设备，从而降低能耗，提高生产率；
（2） 提高和改进现有粉碎设备的性能，降低生产成本，增加品种和机型；
（3） 实现工艺研究和设备开发的一体化，针对具体物料特性，进行设备开发设计；
（4） 重视粉碎基础理论的研究。
1.2.1 国内发展概况
随着国内基本建设的发展，我国粉碎设备的发展也日新月异，取得的成绩不容质疑。近年来国内粉碎技术及设备进入了以自主研发和制造为主，引进为辅的时期，有大批具有自主知识产权的粉碎技术和设备不断涌现。但是国内粉碎技术的研究起步较晚，并且早期很少有人致力于破碎理论的研究，致使我国的粉碎技术与国外相比尚有一定的差距。
1.2.2 国外发展概况
国外破碎设备不论在大型化程度还是在破碎效果上都具有明显的优势，这不仅是破碎理论应用深度的体现，也是优化设计和制造技术优良的体现。
1.3 课题背景
在当今的基础建设高速发展时期，粉碎在经济社会发展中是一个重要的工业环节。为了适应当今能源利用可持续发展的要求，以及降低破碎成本，增加效益，我要设计一种将破碎与分级相结合的闭路破碎机，该破碎机结构性能良好，破碎效果好，可提高生产效率和使用率。
1.4 目的及意义
本次毕业设计的目的就是针对当前破碎机使用中的一些不足作相应的改进，以更好的满足使用要求。
CPX破碎机的设计意义主要体现在：
（1）要设计这一破碎设备，必然要了解建材这一行业。因此，这次设计让我更多方面的认识了破碎设备，学以致用，使我更深层次地体了解了建材行业。
（2）从某种程度上讲，站在巨人的肩膀上对已有成果的不足之处进行创新和改进即为技术的进步。整个机械行业也正是在这一不断修正不断改进中发展。
（3）设计出的CPX破碎机破碎效果好，产品粒度分布范围窄。与现有的设备相比，能耗低，加工质量好，节约加工成本等显著优点。
1.5 本文的主要研究工作
本次毕业设计在综合分析现有破碎设备的将基础上，根据粉碎领域提出的新要求，对立式冲击破碎机做了一次全面的改进，设计出一种破碎和分级相结合的闭路破碎机。本次设计我所做的主要工作为：
（1）为破碎机的设计提出合理的方案，并根据现有的制造技术水平和市场需求选定最终方案；
（2）根据已选定的方案，进行设计计算，完成整个破碎机的结构设计，绘制破碎机的装配图和所设计零件的零件图；
（3）完成CPX破碎机的设计说明书。

2 设计内容
2.1 破碎理论
早期的破碎理论最著名的有1867年雷廷智提出的表面积假说，1847年基克提出的体积假说以及1952年邦德提出的裂缝假说。按照实践经验，表面积假说接近于粉磨作业，当粉碎成品粒度在0.01-1毫米时，能耗计算较为适用；体积假说较接近于破碎作业，当破碎成品粒度大于10毫米时，能耗计算较为适用；裂缝假说适用于破碎和粉磨作业之间，即粉碎成品粒度在1-10毫米之间。
在上世纪80年代，人们在研究单颗粒破碎时提出了层压破碎理论。这一理论与传统的挤压破碎理论不同，传统的挤压破碎认为石料的破碎是基于单颗粒发生在颗粒与衬板之间；层压破碎认为石料颗粒的破碎不仅发生在颗粒与衬板之间，同时也大量发生在颗粒与颗粒之间。其特征是在破碎室的有效破碎段形成高密度的多个颗粒层，将充足的破碎功作用于石料颗粒群，在充分发挥层压破碎的同时充分利用了石料破碎过程中所产生的强大碎片飞动能对相邻石料进行再破碎，获得极高的破碎率。颚式破碎机是在这一理论指导下应运而生的代表性破碎设备。
自冲击破碎理论是上世纪80年代初，新西兰BARMAC公司的布赖恩.巴特立和吉姆.麦克唐纳提出的。与传统的破碎方式不同，自冲击破碎则是石料与石料之间的冲击破碎，一部分石料通过高速旋转装置获得动能，与另一部分伞状瀑落而下的石料冲击破碎，在破碎腔内一部分石料形成自衬式工作部件，是机器本身不受磨损。自冲击破碎机最为显著的特点主要表现在破碎发生在石料与石料之间，使设备的磨损损耗大大降低，减小了维修次数，同时产品粒度等级不因机件的磨损而改变，破碎效率也保持恒定。
2.2 破碎方法
（1）压碎：物料在两个金属平面之间受到缓慢增长的压力，当物料的应力达到其压碎强度极限时而被破碎，主要用于破碎大块硬脆物料。
（2）劈碎：物料在两个带有尖棱状的金属表面之间挤压，发生较大裂缝，物料中便会产生拉应力，当它达到拉伸强度极限时，则被劈裂而破碎，主要用于破碎脆性物料。
（3）折碎：物料在两个带有互相错开的凸棱金属表面之间挤压，物料产生弯曲，当它的应力达到弯曲强度极限时则被破碎，主要用于破碎硬脆性物料。
（4）磨碎：物料在两个金属平面或各种形状的研磨体之间作相对移动，受到剪切力的作用，当物料的应力达到剪切强度极限时而被磨碎，主要用于小块物料的研磨。
（5）击碎：物料在瞬间受到外来冲击力，由动能迅速变为物料的变形能，因产生很大的应力集中而导致物料破碎，主要用于破碎脆性物料。
2.3 方案实施
通过了解粉碎工程领域常用的破碎设备，分析其工作原理和结构特点，拟定了以下几种方案：
（1） 方案一：

图2.1 方案一原理图

1、电动机 2、联轴器 3、入料管 4、分级风叶 5、转子部件 6、下轴承支座 7、破碎机机架

（2）方案二：

图2.2 方案二原理图
1、带轮 2、进料口 3、出料口 4、风叶 5、支承装置 6、挡料棒 7、截锥体
8、锤头 9、内衬 10、机壳11、机架

2.3.1 方案比较
如图所示，方案1中使用电机通过联轴器直接带动破碎机主轴旋转，物料由进料管送入转子，转子与主轴同步高速旋转，物料经转子流道抛射出去，实现自破碎。分级风叶与主轴同速旋转，形成负压抽吸破碎腔中的含粉气体，经过导向环后将合格物料选出。方案2中电机通过带轮带动破碎机主轴旋转，物料被均匀喂入锤式破碎机破碎腔内，高速旋转的锤头磨削、冲击物料，并形成空气流，使细粉悬浮。分级风叶产生负压将含粉气体抽吸出破碎腔。
以上两种方案都能实现所需要的功能，并且通过调节导向环可实现产品细度的调节。方案一中物料可实现自衬，保护筒体不受磨损，并且产品的粒度等级不因机件的磨损而改变，破碎效率也保持恒定。而方案二中锤头和内衬是易磨损件，且锤头磨损严重影响破碎质量和效率。
2.3.2 方案选定
综上所述，方案一既能很好地满足各项破碎要求，而且设备检修维护方便，成本相对低廉，故选用方案一。
方案结构：方案一电机按V1方式安装在电机机座上，电机无需调节，且不存在主轴受力不平衡问题。入料管有两个，可防止转子受不平衡冲击而使转子过早损坏。破碎腔设计成弧形，利于物料衬的形成。破碎效果更好。
2.3.3 本破碎机工作原理及性能特点
CPX破碎机由粉碎机、旋风分级器等部分构成。
（1）工作原理：物料通过双入料管均匀喂入高速旋转的转子内，通过转子流道抛射出去进入破碎腔，与破碎腔中的物料形成料打料，转子高速旋转形成空气流，使粉碎的细粉悬浮，在分级风叶的负压作用下含粉气体经过截锥体中的导向环的分离而被选出。
（2）性能特点：CPX 破碎机的主轴转速高达3000r/min,是一种高速粉碎设备，适用于粉碎脆性物料。
首先该CPX破碎机是粉碎机与分级系统的有机结合，属于高效节能破碎设备；最大入料粒度控制在60mm以内，对脆性材料的破碎效果更佳；工作方式主要是物料间的冲击破碎，兼有摩擦粉碎和气流粉碎，提高了能量利用率，设备的磨损程度也大大降低，延长了设备的使用寿命，同时产品的粒度等级不因机件的磨损而发生改变，破碎效率保持恒定；截锥体内的导向环使不合格的物料返回破碎腔继续破碎，从而实现了连续闭路粉碎。

3 主要零部件的设计及计算
3.1 转子部件的设计
3.1.1 综述
转子是CPX破碎机的主要工作部件之一，它是对物料做功的重要部件，并且是无球磨的一个重要组成部分。它由本体、分料锥、流道、耐磨刀头等组成。流道的结构应使物料在流道内形成物料衬以防止物料对转子的磨损，流道的导流板要设计成流线型，以避免出料口堵塞。分料锥将进入转子的物料均匀分到各流道内。流道口装有耐磨刀头,对物料进行磨削作用。
根据设计任务书知转子结构参数有：转子直径D=0.8m，分料锥直径d=0.5m，物料与导流板之间的动摩擦时数f=0.6，破碎机的生产能力Q=20t/h。
3.1.2 分料锥的设计
分料锥位于转子中央，其作用是将入料管送入的物料均匀的分到各流道，防止物料分配不均引起的转子振动。常见的分料锥结构有圆台形式、球冠形式。本设计采用球冠形式。
参数计算：
转子高度，分料锥高度取为转子高度的四分之一，即

（3. 1）

破碎机要求入料粒度，分料锥直径应有：

(3.2)

取。
3.1.3 转子速度分析和计算
对转子参数进行分析时，假设导流板为直线型。
物料在转子内的运动假设：物料之间运动有序且不发生摩擦和碰撞；刚进入水平通道时，物料的水平速度为零；物料粒子与导流板之间为纯滑动摩擦；动坐标系采用自然坐标，原点是转子的旋转中心。
基于上述假设，取转子内的单个粒子，以质点动力学的相对运动原理进行分析。图3为粒子受力分析简图。

图3.1 粒子受力简图

物料在导流板B点处的牵连速度为

(3.3)

物料在导流板B点处的相对速度为

(3.4)

物料在导流板B点处的绝对速度为

(3.5)

根据，，。则：

3.1.4 转子耗用功率计算
转子耗用功率包括分料锥耗用功率和导流板耗用功率。假设转子所做的功等于物料动能的增加，有：
（1） 转子分料锥耗用功率为

(3.6)

（2） 转子导流板耗用功率为

（3.7）

（3） 转子耗用功率为

（3.8）

其中
------物料在B点（离开转子时）的绝对速度；
------物料在B点（离开转子时）的相对速度；
-------转子的角速度；
-------导流板到X轴的距离；
-------转子半径；
--------分料锥半径；
-------处理能力；
--------物料与导流板之间的动摩擦系数（当导流板上有物料衬垫时物料之间的动摩擦系数为0.6）；
-------分料锥耗用功率；
-------转子通道耗用功率。
3.1.5 转子材料的选择
转子材料的选用原则：转子室内可形成物料衬层，故无需使用耐磨材料；与物料直接接触的机件需选用耐磨材料。
转子体采用Q235A焊接而成，以减轻重量；打击板采用ZGMn13；分料锥采用ZGMn13；耐磨刀头采用高铬铸铁。
3.2 涡动破碎腔结构设计
破碎腔的结构设计是否合理，关系到破碎效率和成品质量。破碎腔的大小与转子的大小、所破碎物料的性质有关；破碎腔的结构应有利于物料衬的形成。现已转子的直径D及所需成品的粒度为基准来设计破碎腔的结构参数，考虑到物料衬的形成质量是破碎效果的关键，因此将腔体设计成休止角的弧线形结构。
因为所设计的是石打石破碎腔，筒壁不受物料直接冲击，故筒壁无需太厚。考虑到筒壁为弧线形，且承受部分机件（电机、上轴承座等）的重力，因此取壁厚为30mm，外加强筋。破碎腔内的物料衬是环形的，具有较大的流动性和延展性，为防止料打料时物料蠕动影响破碎效果，在破碎腔内设置肋板。破碎腔结构如图4所示：

图3.2 涡动破碎腔结构图

破碎腔筒壁及内外肋板都由Q235A焊接而成，要保证焊接质量可靠。内雷板焊接结构如图5所示：

图3.3 焊接肋板示意图

3.3 分级风叶的设计
3.3.1 综述
CPX破碎机中物料的分级依靠机内与主轴同转速的分级风叶，它的高速旋转产生负压，将含有粉体的气固两相流沿轴向吸入，风叶将气流转为径向排出。由此可知，分级风叶的型式、转速以及系统的风量影响着分级粒度的大小。
3.3.2 分级风叶设计计算
（1）确定粒子沉降速度
根据流体力学，颗粒在流体中同时受到三个力的作用，重力、流体介质的浮力以及流体摩擦阻力，其计算公式如下：

(3.9)
式中
-------粒子直径（）；
-------介质密度（）；
-------重力加速度（）。

(3.10)

式中
-------粒子密度（）

(3.11)

式中
-------粒子与气流的相对运动速度（）；
-------阻力系数。层流区：；过渡区：，；湍流区：；高度湍流区：。

(3.12)

式中
-------合力
-------粒子的质量（）
当浮力和阻力的大小大于粒子所受重力时，粒子悬浮，并随气流向上运动；当浮力和阻力大于粒子所受重力时，粒子沉降。在实际分析时，要视浮力、阻力与重力三者合力的大小及方向。设一粒子等速上升时速度为，即，此时

(3.13)
已知，，并设粒子处于湍流区，则有。标况下空气的密度为，那么下空气的密度为，气体动力粘度，由设计参数知。
将上述已知条件代入（14）得

(3.14)

（2）计算风量
破碎腔内通风面积最大处的面积为

(3.15)

此处风量为

(3.16)

根据破碎机结构知，底部通风面积为

(3.17)
可得底部最大气流速度为

(3.18)

利用反求，根据式（14），有

(3.19)

由上式可知，粒度大于70mm的粒子不会由破碎腔底部落下。
进一步优化：由于底部进风口风速过高，所需风量太大，在设计时为减小通风面积，从而降低风量，特在上破碎腔布置了挡风板。再进行计算如下：

(3.20)
（3.21）

此时底部最大气流速度为

（3.22）
（3.23）

即粒度小于21mm的物料不会由破碎腔底部漏出。
考虑到密封不严造成漏风，取风叶总风量为10000
（3）分级风叶的设计
由以上可知，进入分级风叶的风量为10000，转速，全压。又根据文献[6]知优化的叶片安装角为时效果好，查表得。
①圆周速度为

（3.24）

②确定叶片外径及圆周速度

(3.25)

选定，并计算确定的值

(3.26)

③确定叶片进口直径的大小
已知理论流量，今取，则有：

(3.27)
(3.28)
(3.29)

于是有

(3.30)
④确定叶轮进口直径大小
一般选取，今取

(3.31)

⑤决定叶片数

(3.32)

选取由此确定叶片形状如下：

图3.4 叶片结构示意图

⑥确定叶片进、出口宽度
根据参考文献[6]，取叶片厚度，则出口阻塞系数为

(3.33)

根据，选取，则

（3.34）

那么
（3.35）

已选后向叶轮，弧形前盘，则有：

（3.36）

⑦确定叶片进口安装角的大小
假设，有：

（3.37）
（3.38）
（3.39）

今取，则得：

（3.40）
验算阻塞系数的值：

（3.41）

故假设合适。

图3.5 叶轮的主要结构参数
⑧分级风叶所需功率

（3.42）

3.4 电动机的选取
3.4.1 CPX破碎机的技术性能
型号：CPX破碎机（冲击、破碎、选粉）；
CPX破碎机转子直径：；
转子通道数：3个；
要求：以破碎中硬石灰石为主，入料粒度，出料粒度，入料水分。
破碎机每天工作两班，每班八小时，每年按300天机算。
破碎机产量为15-20t/h.
3.4.2 选择电动机类型
电动机的类型及结构形式应根据工况、电源种类、工时长短以及载荷大小、性质、过载情况和启动性能等一系列条件来选取。
CPX破碎机技术要求：以破碎中硬石灰石为主，入料粒度，出料粒度，入料水分。破碎机每天工作两班，每班八小时，每年按300天机算。破碎机产量为15-20t/h.
由于破碎机工作条件多尘，并且有振动冲击，采用适用于灰尘多和有冲击载荷的电机，同时考虑布局的需要，采用V1方式安装。
3.4.3 确定电动机的功率和型号
根据破碎机的转子功及及分级风叶功率，选用YD280S-4/2型电机。已知n=3000r/min，P=72kW，电动机轴伸的直径d=75mm。
3.5 联轴器的选取
由机械设计手册机械式联轴器选用计算知

（3.43）

式中
-------计算扭矩（）；
-------工况系数，由表查得；
--------理论扭矩（）；
--------工作转速（）；
-------驱动功率（）；
-------公称扭矩（）。
由于工作条件有振动冲击且转速较高，因此选用弹性柱销联轴器。
载荷计算：

型号选择：从GB/ 5014-85中查得型弹性柱销联轴器的公称扭矩为2000，许用转速为3550，轴径为50-75mm之间，故合用。
3.6 主轴设计及校核计算
3.6.1 综述
CPX破碎机由电机经联轴器驱动主轴旋转。主轴通过上、下轴承固装于机体上，其上有分级风叶、转子等主要做功部件。
主轴是立式破碎设备的关键零件，它的设计和制造水平直接关系到整台设备运行的平稳性，对破碎效果和设备的寿命都有重大影响。CPX破碎机工作时，物料对转子产生冲击影响主轴旋转精度。主轴立式安装，，主要承受轴向载荷，在设计时应考虑稳定性因素，防止主轴失稳。因此在主轴的设计过程中应综合考虑旋转精度、强度、刚度、稳定性、抗振性，提高其设计制造水平。
3.6.2 主轴的结构设计
工作过程中主轴承冲击和扭转载荷，对材料有较高的强度和塑性要求，同时主轴的材料还应具有一定的冲击韧性及疲劳强度。主轴还应具有一定的表面硬度，防止更换转子、风叶及轴承时主轴磨损。
主轴的结构应便于零部件的拆卸，以更换磨损的转子和风叶。在主轴的设计及制造过程中，为降低加工成本，应把非定位面与定位面严格区分开来，同时根据各轴段不同的定位要求，选用不同的粗糙度值。在工艺性许可情况下，可以在一定程度上提高表面粗糙度值，既可增加主轴的耐磨性、疲劳强度以及接触刚度，又能够增加尺寸稳定性。
3.6.3 主轴的材料及热处理
主轴的旋转精度要求很高，不允许在工作过程中发生过大的弹性变形；同时为保证长时间的工作稳定，主轴要有足够的冲击韧性以及耐磨性。综合考虑以上因素，选用45钢，进行调质处理。此外还应进行局部淬火以提高接触面的表面硬度，防止更换转子、风叶及轴承时主轴磨损。
45钢调质处理后的力学性能如下：
硬度：217-255HBS
抗拉强度极限：；
屈服强度极限：；
弯曲疲劳极限：；
剪切疲劳极限：；
许用弯曲应力：。
3.6.4 确定主轴结构
（1）求输出轴上功率及扭矩T：
取联轴器效率为，轴承效率为。
则

（3.44）
（3.45）

（2） 确定轴径：

（3.46）

考虑轴段有键槽，d应增大5%。则主轴上最小轴径应大于。其中S为安全系数。
取
（2）主轴结构的确定：
CPX破碎机的主轴结构和形状取决于联轴器、轴承、分级风叶、转子等零件的位置及安装方式等。为了便于部件的装配，将主轴设计成阶梯状，确定轴的结构为：

图3.6 主轴结构图

各轴段直径如下：
D1-------初算轴径得出，75mm；
D2-------轴肩定位，并安装轴承，直径应大出5-10mm，取85mm；
D3-------非加工面，取为80mm；
D4-------放置毡圈密封，取为95mm；
D5-------放置密封环，取为98mm；
D6-------轴肩定位，并安装圆螺母，取为105mm；
D7-------退刀槽，查为98mm；
D8-------安装分级风叶，保证精度，取为110mm；
D9-------轴肩定位，安装转子，由经验取为120mm；
D10-------轴肩定位，取为126mm；
D11-------放置轴承盖，100mm；
D12-------安装轴承，取为90mm；
D13-------安装轴承，取为85mm。
各轴段长度如下：
L1------由联轴器及其装配关系确定，140mm；
L2-------由轴承盖与轴承的装配关系确定，100mm；
L3-------由注油管径确定，18mm；
L4、L5-------由密封尺寸确定，41mm、17mm；
L6-------由圆螺母及其装配关系确定，30mm；
L7-------退刀槽，5mm；
L8、L9-------由破碎腔尺寸及风叶、转子确定，800mm、256mm；
L10、L11-------由密封件确定，21mm、39mm；
L12、L13-------由轴承的装配关系确定，60mm、58mm。
此外，考虑到轴的工艺性，在轴端车成的倒角。
3.6.5 主轴校核
（1）计算轴上作用力
立式破碎机对物料的冲击破碎力为

（3.47）

式中
m-------喂料块的平均质量；
-------冲击后物料的速度；
t-------冲击时间，由[5]取为9ms。
算得
（3） 由图10计算转子对轴的扭矩及作用力：

（3.48）
（3.49）
（3.50）

（4） 求轴承的支反力

（3.51）
（3.52）
（3.53）
（3.54）

图3.7 转子受力示意图
（4） 画扭矩及弯矩图
（5） 总弯矩为

（3.55）

图3.8 主轴扭矩、弯矩图
3.7 轴上连接件及其它部件的设计
3.7.1 轴上键的选用
根据各段轴径，查《机械设计手册》选取键的类型及尺寸如下：
上端与联轴器配合处选取圆头普通平键20×12×125mm；
分级风叶与主轴连接处选取圆头薄型平键28×10×280mm；
考虑到转子受冲击载荷较大，转子与主轴连接时采用两个平键，主轴上的键槽沿周向相隔布置，选取圆头普通平键32×18×160mm。
3.7.2 下轴承座的设计
在该机的底部有一轴承座，轴承座内装有调心球轴承和串联安装的两个角接触球轴承，在左侧设有螺纹孔，外接注油管，在周遭均匀开有四个安装橡胶弹簧调节装置的孔，底部中心开有泄油孔。
轴承座外圆上开有螺纹孔，用于连接迷宫密封和一般密封两级密封装置。
轴承座内孔与轴承配合，配合精度要求较高，其机加工工艺过程如下：该件为铸造件，材料为HT250，首先进行半精镗加工，使内孔公差等级达到8级，粗糙度达到0.8-2.5um，再进行精镗，使内孔公差等级达到6级，粗糙度达到0.08-1.25um，此时就能够达到轴承座的技术要求。
上轴承座及下轴承座外座分析同上。
3.8 轴承的选取

图3.9 主轴轴承布置方式

立式破碎机的主轴轴承是极为重要的部件，它直接影响破碎机的正常运转。根据轴承的受力情况及CPX破碎机的结构特征，所选择的轴承应该既能够承受一定的冲击载荷，又能够保证在高速条件下持续运转，可以初选轴承组合为：上部为一调心球轴承，下部为一调心球轴承和一对串联安装的角接触球轴承：
3.9 密封与润滑
3.9.1 润滑方式
润滑是保证机器连续平稳运转的重要措施，没有润滑，设备磨损的严重性是无法估量的。在轴承中添加润滑剂，不仅可以减小摩擦阻力，还能够起减小接触应力、散发系统热量、吸收振动以及防腐蚀等作用。
润滑方法有油润滑和脂润滑，考虑到立式轴系密封效果的影响，采用脂润滑（与机械设计课本中根据值所选的润滑方式相差不大）。润滑脂是润滑油与稠化剂的膏状混合物，油膜强度高，能够承受较大载荷，易于密封，一次加脂可维持较长时间。根据PL系列立式冲击破碎机的润滑经验，采用津脂润滑脂或美孚润滑脂上部注油管加注量为60g,下部注油管加注量为80g。下部轴承工作条件恶劣，在轴承座底部开有泄油孔，可随时将污损的润滑脂排出，保证润滑脂清洁，从而提高润滑效果。
轴承的润滑采用每两班加注一次，并排出下轴承座中的废油。
3.9.2 密封方式
对于破碎机，其工作环境多尘，为避免轴承使用寿命过短，影响经济效益，密封方式的选择就显得极为重要。
对于上部轴承，它位于上轴承座内的橡胶弹簧内。采用组合式密封方式，从上部起，采用轴向迷宫密封与毡封。迷宫密封属于非接触式密封，除密封间隙中的润滑剂摩擦外不会出现其他摩擦，不会产生磨损，因此使用时间较长，也不会产生热量，所以可以应用于转速高的地方,防尘效果非常好。使用时，对加工精度要求较高，轴向窜动必须限制在轴向迷宫间隙数值的允许值之内；毡封属接触式密封，必须有一定的贴合压力使密封圈贴附滑动面，因此运转时会发生磨损和热量，毡圈密封结构简单，在轴承盖上开出槽后，加入密封圈与主轴配合即可，尺寸紧凑，对轴的偏心与窜动不敏感。在上轴承下部，采用骨架橡胶密封，使用时应注意主轴偏心的影响，其结构简单、尺寸紧凑、密封效果好是被选用的原因。在骨架密封圈的下部使用迷宫式密封。
下轴承位于破碎腔内，工作条件极为恶劣，粉尘极易进入，破坏正常润滑，严重时造成轴承烧环。设计时除了采用迷宫式密封装置与毡封装置的组合式密封装置，还增设了一级密封，该密封装置由外罩壳和护盖组成一个整体，切断粉尘进入轴承的通道，改善了密封效果，为轴承提供了一较好的工作环境。
3.10 CPX破碎机的安装与维护
3.10.1 安装前注意事项
由于CPX破碎机的安装好坏直接关系到破碎机的破碎效率，因此在安装前一定要认真、仔细的检查，清点好零部件的个数并做好记录。此外，检查时对有缺陷的零部件要坚决摒弃，可以修复的修复后再用，不可修复的按废品处理。
（1）转子部件的检查：转子部件在总装前就已装配好，要检查转子上各零件，确保安装无松动，各易损件安装正确。
（2）主轴的检查：检查主轴的表面是否达到设计要求，是否有凹凸部分，是否有毛刺，是否有局部塑性变形等，必要时加以修复。
（3）轴承座的检查：轴承座是铸造件，检查时仔细查看是否有气孔和夹砂，以及加强筋是否达到要求。
（4）其他零部件的检查：以图纸设计要求为基准，在尺寸上符合公差要求，不能粗心大意；焊接件的焊接质量要满足要求。
3.10.2 正确的安装与使用
（1）转子的安装与使用
CPX破碎机主要的工作件和主要的磨损部件就是转子。转子通过平键安装在主轴上。转子由本体、分料锥、流道、耐磨刀头等组成，主轴运转时转动惯量较大，安装前应进行动平衡试验，使转子的重心尽量与回转中心一致，以防重量偏心而产生不平衡力，引起转子强烈振动，损坏主轴部件。
总体安装顺序
本机的安装与其它设备的安装相似，，按照从小到大、从零到整的顺序将各部件装好后再组装成整体。
①主轴总成的安装：该主轴是中间粗两端细的阶梯轴，安装时分两端进行。下端先安装外罩壳和护罩，再安装迷宫圈、端盖、调心球轴承、下轴套、角接触球轴承。从上端依次装套筒、转子、长套筒、导向环、分级风叶、双圆螺母、迷宫密封圈、橡胶骨架、紧定套和锥孔调心球轴承、圆螺母和止动垫片、端盖、轴向密封圈、紧定螺钉。
②破碎机的安装：整台破碎机的安装按如下顺序进行
入料管的安装；
将主轴总成的上下轴承安装在轴承座内，安装好轴承盖和密封件以及注油管；
安装机壳；
将机体、电机、联轴器按装配关系安装并紧固。
3.10.3 调试、运转
（1）启动前
①检查所有的电源接头是否连接正确并且牢固；
②对照装配图，检查是否有装配错误或是漏装的地方，检查连接部位是否牢固可靠；
③检查是否注入润滑脂，确保润滑脂清洁有效；
④检查转子的旋转方向是否正确，转子上易损件是否安装到位；
⑤检查机内是否有杂物，确保清除所有工具。
（2）空载试运转
①确认电器元件正常工作；
②空载运行30min，特别注意振动情况，调节橡胶弹簧以使设备平稳运行；
③30min后停机检查，查看轴承温升是否超过最大值。
（3）有载试运转
①给料粒度要小于60mm；
②为了使转子平稳运转，开始一分钟内进料全部为成品料，这样有利于物料衬的形成，减小转子振动；
③当喂料量增至全负荷附近时，要格外小心不能超载；
④在运转的同时，要检查各密封处的情况，螺栓连接处的情况，一旦发生异常，立即停车检查、修理，防止出现更大的损失；
（4）运转30min后
①停机检查转子内部积料；
②检查破碎腔内部积料；
③确认转子组件无损坏且连接紧固。
3.10.4 操作与维护
（1）操作使用
①开车前检查检修门是否关紧，破碎机工作过程中严禁打开检修门，以免物料抛出伤人；
②开车前调节好橡胶弹簧
③检查转子旋转方向是否正确；
④破碎机与输送设备的启动顺序为：排料—破碎机—给料。
破碎机必须空载启动，破碎机运转正常后方可给料。
停机顺序要与开机顺序相反。
⑤入料粒度要小于60mm；
⑥给料均匀，设备应接近于满载运转，以免转子和破碎腔产生异常磨损；
⑦设备工作过程中，不得有强烈振动和异常噪声。
（2）维护与保养
①定期更换润滑脂；
②定期检查更换易损部件；
③注意电机的润滑与保养，定期检查接线是否完好，螺栓是否松动。
（4）安全与注意事项
①运转过程中发生异常，要立即停车，故障未排除前，严禁开机；
②电器仪表发生故障，应由专业电气人员修理；
③进入破碎机体内检修时，必须拉掉电气设备保险开关，并挂出检修的牌子。检修后要进行试车。
（6） 常见故障及排除方法如表1

表1 故障及排除方法
序号
故障现象
原因
排除方法
1
破碎效果差
中心入料管堵塞，进入叶轮内的物料太少
取出入料管中的堵塞物
2
机体摆动
给料粒度过大
调节给料粒度
转子流道堵塞
取出通道堵料
易磨件磨损不均匀
更换全套耐磨件
3
电机电流过大
进入转子的物料量太大，超过额定负荷
减小给料流量
主轴总成轴承损坏
取出主轴总成，检修更换轴承
润滑脂过量，热量无法散发
取出主轴总成，清洗多余的润滑脂

4 结 论
经过三个月的毕业设计，我基本完成了CPX破碎机的结构设计和论文撰写。在设计过程中，我查阅了大量的论文资料，分析多种破碎设备，通过与导师的探讨，最终确定设计方案。在这三个月中，我始终脚踏实地地，在老师的指导下和与同学的探讨中，将细节不断完善。其中的困难，特别是初期的迷茫，我都一一克服了。毕业设计的每一步都让我在挑战中不断充实。
由于破碎理论不尽完善，有些参数的设计只能凭借经验，这就需要查阅大量的资料，并对同类设备进行类比分析。在图书馆，我查到了立式破碎设备的主轴设计方法、主轴轴承的选型计算、转子参数的分析和计算，在这些文献的基础上，我进行了本次设计计算，同时我也对一些设计进行了修改，比如说轴承的选型，因为CPX破碎机的转速高达3000r/min，原有文献中主轴下端的推力球轴承不能达到要求，我改选成串联安装的两个角接触球轴承。该CPX破碎机是破碎与分级的有机结合，分级系统的设计也尤为重要，在分级风叶的设计中按照离心风叶的设计过程并参照了文献[6