破碎机毕业设计开题报告.doc

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本科毕业设计
开题报告

题 目: 立轴冲击破碎机动力箱及落料腔的结构设计
院 ( 部) : 机电工程学院
专 业: 机械工程及自动化
班 级: 机械091
姓 名: 张常亮
学 号: 071120
指导教师: 王全景
完成日期: 4月

山东建筑大学毕业设计开题报告表
班级: 机械091 姓名: 张常亮
设计题目
立轴冲击破碎机动力箱及落料腔的结构设计
一、 选题背景和意义
经济的不断发展, 社会的不断进步, 自然砂却日益减少。现在越来越多的人们要求在满足国民经济发展的同时, 也要向着绿色环保之路发展。从而使得破碎机的用途和使用范围越来越广, 特别是立轴冲击式破碎机在工业和建筑上的应用, 也更加的明显和不可缺少。　　
当前, 立轴冲击式破碎机在工程领域, 是机制砂、 垫层料、 沥青混凝土和水泥混凝土骨料的理想生产设备, 立轴冲击式破碎机的性质是能够在各种矿石细破设备中起着不可替代的作用, 是当前最行之有效、 实用可靠的碎石机械; 在矿业领域, 立轴冲击式破碎机广泛地应用于磨矿前段工艺, 它能够产生大量的粉矿, 减少高成本的磨矿负荷。
改革开放40年以来, 中国立轴冲击式破碎机行业引进、 消化并吸收国外先进技术, 从产品开发由仿制型向自主创新型转变, 经济的运行也由粗放型向效益型转变; 中国矿山机械行业在国际矿山工程建设中正在发挥越来越大的作用; 在中国基础工业和基础建设大发展的带动下, 立轴冲击式破碎机市场需求旺盛, 从而促进了整个破碎机行业的技术进步, 涌现了一批具有自主知识产权的重大新产品。　　
立轴冲击式破碎机有以下优点, 结构简单, 造价低廉, 运转平稳, 高效节能, 叶轮及涡动破碎腔内的物料自衬大幅度减少了磨损件费用和维修工作量, 有效地解决了玻璃等原料破碎过程中的”铁污染”问题和钢渣破碎过程中的”卡钢”问题, 巧妙的内部气流自循环消除了粉尘弥散。　　　　
社会的进步, 对制砂行业也提出了新的要求和期望, 因此, 冲击式破碎机在以后的发展创新上也要与时俱进。面向国家经济建设重大需求, 企业要以科学发展观为指导, 实现国民经济可持续发展。
本课题主要针对立轴冲击破碎机的动力箱和落料腔进行结构设计计算, 主要解决玄武岩的破碎问题, 使一定密度的原料在经过破碎腔后获得一定的粒度, 经过详细的设计计算完成冲击破碎机在工作效率和使用可靠性上的最优化。
二、 课题关键问题及难点
关键问题: 1、 立轴冲击破碎机的总体结构设计;
2、 动力传递部分-主轴箱及落料腔部分的结构设计;
3、 主轴的精度要求设计: 回转精度尽量高些, 与转子的配合对中性要好, 寿命长。
4、 驱动电机的选择计算, 转子回转速度: 1400r/min-1800r/min;
其中: 动力传递部分-主轴箱及落料腔部分的结构设计是本次设计的重点难点。
三、 调研报告
3.1 破碎机的发展研究现状
第一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。18 出现了用蒸汽机驱动的辊式破碎机, 1858年美国的布 莱克创造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年美国的威廉创造能耗较低的冲击式破碎机。 美国人 E.W.布莱克设计制造的世界上第一台颚式破碎机。其结构 形式为双肘板式简单摆动式颚式破碎机。由于颚式破碎机具有结构简单、 制 造容易、 工作可靠、 维护方便体积和高度较小等优点。至今依然被广泛应用于破碎坚硬、 中硬、 软质矿石和各种物料如各种矿石、 溶剂、 炉渣、 建筑石料、 大理石等。一般使用的颚式破碎机的破碎机4～6mm, 而小型颚式破碎机有时可达到10mm。大、 中型破碎机的给料力度可达1000～ mm其产品粒度可达20～250mm小型破碎机和新型细碎用颚式破碎机所得产品能够更细一些。颚式破碎机即可用于粗碎作业也可用于中、 细作业。特别是被用于井下破碎作业和中、 小型移动式破碎装置。锤式破碎机的设计简单、 工作可靠和能破碎坚硬物料等优点而被广泛应用于选矿、 建筑材料、 硅酸 盐和陶瓷等工业部门。到二十世纪八十年代每小时破碎八百吨物料的大型颚式破碎机的给料粒度已达1800毫米左右。中国破碎机械制造业总体规模已进入国际生产大国行列但总体竞争和发展后劲仍无法与发达国家相抗衡当前国内高端用户和出口产品配套的基础零部件主要依靠进口随着出口贸易磨擦的加大势必要受到国外竞争对手和供应商的制约。因此破碎机械今后振兴发展的重心应放到基础技术和基础部件上来提高主自开发水平。大型机械设备其中锤式破碎机、 破石机、 颚式破碎机、 大型磨粉机等设备已经远销哥伦比亚、 美国、 沙特等地区取得了客户的好评特别是制砂机碎石机设备得到了外商的大力赞赏。当前中国破碎制造行业市场非常广泛包括化工、 矿山、 建筑、 水利、 冶金、 煤矿、 玻璃等各个行业。在中国最重要的应用领域是水泥行业、 铺路和矿山应用在这两个行业的破碎机各约占整个行业的30%左右。当前国际上各国对破碎机的发展抱有较大期望同时也取得了一定的成效。特别是美国、 日本、 德国在破碎机的研究开发与利用已经达到了一个较高的水平。破碎机广泛应用于资源开采、 工程机械、 城市建设、 材料分解等多项领域涉及包括化工、 矿山、 建筑、 水利、 冶金、 煤矿、 玻璃等各个行业。 国内近几年由于经济的稳定快速发展、 以及西部大开发的深入进行对破碎机的需求大量增加。另一方面, 随着国家继续扩大内需基础设施建设步伐的加大这就带动了破碎机的的蓬勃发展。可是一定程度上我们对破碎机的研究开发与利用还远没有达到预期的效果破碎技术的水平相对有限。为了进一步提高破碎水平生产出就有高质量和高技术含量的破碎机尽快缩小与国外先进水平的差距我们不得不对破碎机进行更加深入的研究。
3.2 立轴冲击式破碎机的现状和发展趋势
立轴冲击式破碎机又称制砂机, 是结合国内制砂生产方面的实际情况, 研制开发出具有国内、 国际、 领先水平的高效碎石设备。它广泛适用于各种岩石、 磨料、 耐火材料、 水泥熟料、 石英石、 铁矿石、 混凝土骨料等多种硬、 脆物料的中碎、 细碎( 制砂粒) 。对建筑用砂、 筑路用砂石优为适宜。由进料、 分料器、 涡动破碎腔等七部分组成。
近20年来立轴式冲击破碎机的生产厂家有了很大的发展。过去一直是供应开矿石立轴式破碎技术的主要厂家, 现在, 提供这种设备的厂家有巍立公司, 是供应矿石—金属破碎机方面在国内、 国际上较成功的一个厂家。由于研制出更好的设备, 设备得到改进。公司认为要增加其优点, 最大限度地减少其在设计上的不足, 才能有效地促进对该项工作的支持。
从当前中国经济发展状况能够看出, 在城市化和工业化的进程中, 对公路、 铁路、 水利等重大基础设施的投资不断加大, 也必然会对立轴式冲击破碎机形成刚性的需求, 同时进一步推动立轴式冲击设备销量的上升。
立轴式冲击破碎机在设计上与其它冲击设备一样依靠矿石与坚硬物体间突然撞击, 因此, 它们与其它冲击破碎机有着共同的基本特点, 其设计优于挤压式。如果进料口足够大, 沿自然界面对矿物进行破碎可获得很高的粒度破碎比, 并能生产出成形好的产品颗粒。采用自然破碎法来破碎铁矿可将其破碎成像黄金一样的金属微粒。
矿山破碎机械装备是矿石破碎生产的重要工具, 是提高劳动生产率、 降低破碎成本、 减轻劳动强度的重要手段。综观当前国内外物料破碎行业发展状况可知, 矿山破碎机械装备的发展趋势大致可分为三个方面:
a.向大型化方向发展
近年来, 世界矿石破碎工业发展的动向之一是大型化。各国都在致力于开发大型化的设备及其应用技术, 因为大型破碎厂能降低生产成本, 减少能耗, 提高劳动生产率, 特别是日产5000t熟料的水泥厂经济效益特别显著。
b.向自动化方向发展
破碎厂的自动化程度是衡量破碎工业现代化的标志之一, 自动化技术的应用利用提高主机产量和设备运转率, 降低热耗, 提高劳动生产率。
c.向节能化方向发展
从生产工艺上看, 这种能源消耗可分为两部分: 一部分是消耗燃料多的熟料烧成系统; 一部分是消耗电能多的原料和熟料的粉磨系统。因此, 各国都在积极开发节能降耗的破碎成套设备。磨前破碎正是向节能方向发展的一个重要路口, 也正是破碎设备发展的必经之路。
3.3 立轴冲击式破碎机的组成机构
立轴式破碎机由筒体、 转子、 机盖附件、 底座等部分组成, 筒体由机壳、 门、 隔板、 反击板组成, 各部件分别用焊接螺栓、 螺钉连结成一体; 转子由主轴、 锤架组成。锤架上偏心销轴将锤头分4排悬挂在锤架之间, 为了防止锤架和锤头的轴向窜动, 锤架一端用轴套轴向固定, 一端用止退垫圈和锁紧螺母固定, 转子支承在三个滚动轴承上, 机壳内部有反击板, 反击板磨损后能够更换, 机盖与轴之间漏灰现象严重, 为了防止漏灰, 设有轴封。主轴是破碎机支承转子的主要零件, 冲击力由它来承受。因此, 要求主轴的材质具有较高的硬度和韧性, 如用45钢。主轴断面为圆形, 锤架用36mm宽的平键与轴连接, 锤架是用来安装锤头的, 但破碎机在逆转时, 锤架与物料接触, 易造成磨损, 因此选择的材料要具有一定的耐磨性。该锤架的销轴孔都为6个孔, 能够在销轴孔磨损后, 把锤头安装在另一个位置, 在锤架中, 上面一个圆盘用以减少偏心销轴的磨损程度。锤头的质量、 形状和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。锤头动能的大小与锤头质量成正比, 动能越大, 即锤头质量越大, 破碎效率愈高, 但能耗佷大。因此, 应根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。锤头耐磨性是其主要质量指标之一, 提高锤头的耐磨性, 能够缩短破碎机的检修停车时间, 就能大大的提高立轴式破碎机的利用率和减少检修费用。
机盖部件由机盖、 滚动轴承、 圆锥套、 上轴承盖、 上密封环、 圆螺母以及直通式油杯组成, 用螺栓连接在一起, 轴承盖用于轴承的外圆定位, 轴承盖内的内油毡槽用以安装油毡起密封油的作用, 轴承盖外面有凸起的环体, 挡住外面的灰尘进入轴承盖内, 圆螺母和止退垫圈使轴承的内圈得以定位, 上密封环挡住筒体内的灰尘进入到机盖内, 即采用迷宫密封来挡灰。轴承的润滑采用直通式油杯油润滑, 轴承间隙的调整可经过调整垫片得以实现。
底座部件由支承套、 滚动轴承、 下轴承盖、 下密封环、 轴套、 垫片、 注油装置、 底座等组成, 用螺栓连接在一起, 底座用于整个转子轴的定位, 支承套用来支承两个滚动轴承和下轴承盖, 调心滚子轴承主要用来承受轴向力, 推力调心滚子轴承主要承受径向力, 在两个轴承之间增加一块垫片, 隔开两轴承以避免两轴承直接接触, 影响两轴承的寿命。上轴承盖用来定位, 推力调心滚子轴承的外圈定位, 两轴承之间的垫片用于保证两轴承的内圈定位, 轴承盖内毛毡用来保证润滑油的密封, 下轴承盖和下密封环组成的环形密封用来挡住筒体内的灰尘进入到轴承中。
进料口由法兰、 钢板焊接而成, 用螺栓连接在机盖上。
出料口由法兰, 钢板焊接而成, 用螺栓连接在底座的加强筋上。
机盖部分与筒体,筒体与底座均用螺栓连接在一起, 转子与底座之间用轴承来支承。
3.4 立轴冲击式破碎机的工作原理
立轴式破碎机是利用高速运动的物料相互自行破碎及物料之间摩擦而粉碎, 适宜于特硬、 中硬及磨蚀性物料的粗碎与细碎作业。立轴破碎机工作时, 矿石经给料斗进入冲击破碎机内, 分别经过分料器中心入料管进入叶轮, 当物料进入高速旋转的叶轮后, 在叶轮内被迅速加速, 其加速度可达数倍以至数百倍的重力加速度, 然后以每70—100m/s的速度从叶轮流道抛射出去, 首先与自由落体进入涡动破碎腔内叶轮外侧的物料冲击而破碎, 并一起冲击到涡动破碎腔内物料床层上, 被物料床层反弹斜向上冲刺到涡动破碎腔的顶部, 又改变其运动方向, 偏转向下运动, 从叶轮流道发射出来的物料形成连续的物料幕, 这样, 一块物料在涡轮破碎腔内受到两次以至多次的冲击破碎作用。在整个破碎过程中, 物料是相互自行冲击而破碎, 不与金属元件直接接触。由于从叶轮流道发射出去的物料斜向圆周冲击, 形成物料在涡动破碎腔内物料床层上的旋转运动, 产生物料之间的涡动磨碎作用, 物料之间由于冲击摩擦而粉碎, 被破碎的物料由排料口排出。

四、 方案论证
4.1 设计要求
立轴冲击破碎机是采石场中对石料进行破碎及整形的一种设备。要求针对这一形式的破碎机, 对进料组件及基座的结构设计。
立轴冲击破碎机的生产工况: 玄武岩整形。
破碎前石料密度: 1.8吨/m3
入料粒度: <5cm
入料经过量: 380吨/小时
转子的回转速度: 1400r/min-1800r/min
1、 对受料仓的要求: 顺畅进料, 并能根据工况要求进行进料量的调节。
2、 对支撑架的要求: 电机安放简便, 足够的强度及刚度。
4.2 总体方案及其方案论证
总体方案:
立轴式破碎机包括: 立轴锤式破碎机、 立轴反击式破碎机、 立轴复合式破碎机以及立轴冲击式( 石打石与石打铁) 破碎机。
总体方案论证:
【图1-1】所示为立轴锤式破碎机示意图。它由简体1、 衬板2和转子等所组成。转子由锤头3、 转盘4、 套筒5、 主轴6组成。主轴上装数层转盘, 锤头位于转盘的问隔内, 并用销轴与转盘铰接。相邻两层锤头错位安装, 而形成螺旋排列。工作时, 物料从给料斗进入, 自由落到转盘上, 随着电动机经v带轮7驱动转子高速旋转, 物料被甩向简体内壁, 然后沿着筒壁下落与高速旋转的锤头相遇受到冲击破碎, 击碎后的物料飞向筒壁, 从而又一次或数次受到冲击而破碎。同时, 锤头还于沿筒壁下落物料产生挤压和研磨作用．由丁主轴上装有多层转盘及锤头, 故物料叫经过多次冲击、 挤压、 研磨作用, 其产品粒度小于1~3mm．粉碎后的产品从机体底部周边摊出。

立轴反击式破碎机如【图1-2】所示, 带轮2由电动机经皮带驱动, 经过立轴使第一转子和第二转子一起转动。当物料从进料斗1落入圆柱形机体4之后, 首先受到第一转子上板锤的冲击, 并以很高的速度沿转子切线方向被抛向反击板产生撞击, 物料在反击板上反弹及重力作用, 又反弹到转子体外圆周与反击板( 即破碎腔) 产生冲击碰撞, 物料再次受到急速旋转的板锤冲击后又被抛向反击板, 并继续重复该过程。由丁物料在破碎腔内受到板锤和反击板的周而复始的冲击以及料块之间的相互撞击, 致使物料沿其自然节里而、 层里而发生碎裂。当破碎后的物料粒度小丁第一绒转子的排料时, 物料在重力作用F进入到第二级转子的破碎腔．第二级破碎过程与第一级相同, 所不同的是第二级转子的线速度比第一致更高, 物料所受到的冲击更大, 因此使物料破碎得更细小。当物料破碎到最终的产品粒度后, 便从卸料斗6排出。
反击式碎石机是广泛应用于建材、 化工、 煤、 焦炭等工业部门。粗、 中、 细碎中等硬度以下脆性物料如石灰石、 白云石、 页岩、 砂岩、 煤、 石棉、 石墨和岩盐等的主要设备之一, 具有破碎比大, 产量高。产品粒度均匀, 简化破碎流程, 结构简单, 使用和维修方便等特点。

立式冲击破碎机的主要部件是一个坚放着的立轴和装在立轴上的空心转子, 转子周围由机壳构成一个环形破碎腔, 立轴从下端经三角皮带由电动机拖动高速旋转, 详见【图1-3】．因为它的立轴是垂直安置的, 并借物科的相互冲击而破碎, 因此称为立式冲击破碎机, 又因为它的转子是水平地装在竖轴上, 沿水平方向旋转, 因此有的厂家又称为水平式冲击破碎机, 或水平离心磨。
破碎机的转子整个类似离心风枫叶轮的中空箱体, 一般分为2～6个出料室, 中央有一个分料锥, 用来将落到转子中的物料均匀地分配到各出料室。出料室的底板, 叶片和出料口抛科边都装有村板, 衬板做成带凸梭的结构。抛料口有高的衬条, 以便在底板和叶片上形成一层物料垫层, 减少磨损。转子装在竖轴顶端, 它的转速视转子直径、 物料特性和出料粒度大小而定, 四周线速度在35~75米／秒之间。加料粒度一般不超过60毫米, 出料粒度在0～8毫米范围内。

【图1-3】
这种破碎机主要是利用物料颗粒之间相互冲击而破碎, 因此产品的粒度主要取决于物料相撞时的动能, 即转子的周边线速度、 加入物料的粒度和物料本身的特性, 特别是脆性的大小, 越是硬脆性的物料破碎的效果越好。对某些脆性程度差一些的物料, 或对产品粒度要求更细一些时, 可在破碎腔机壳内壁安装反击衬扳, 让物料直接与反击衬板相撞, 还能够在破碎腔内安装几块反击板, 提高对物料颗粒的冲击作用; 也有的将转子叶片制成类似锤头的形状, 增强对物料颗粒的打击作用, 适用于破碎比较软的和韧性较大的岩石。
根据本次设计对所破碎物料( 玄武岩) 的要求, 以及上述三种破碎机的特点, 选择立轴冲击式破碎机比较合适。
4.3传动方案及其方案论证
传动机构是把电机的旋转转化成转子的高速旋转运动, 传动方案:
( 1) 链传动;
( 2) 带传动。
传动方案论证:
链传动的特点:①和齿轮传动比较,它能够在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力。②能在低速、 重载和高温条件下及灰土飞扬的不良环境中工作。③和带传动比较,它能保证准确的平均传动比,传递功率较大,且作用在轴和轴承上的力较小。④传递效率较高,一般可达0.95～0.97。⑤链条的铰链磨损后,使得节距变大造成脱落现象。⑥安装和维修要求较高.链轮材料一般是结构钢等.。
带传动(皮带传动)特点:①结构简单,适用于两轴中心距较大的传动场合。②传动平稳无噪声,能缓冲、 吸振。③过载时带将会在带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用。④不能保证精确的传动比.带轮材料一般是铸铁等。
本次设计为矿山破碎机械由于破碎物料的硬度、 粒度存在很大差异, 传动过程中可能会出现转子的过载卡死现象, 损坏传动链, 又动力传递不需要精确的传动比, 综合考虑选择带传动是合理的。
4.4构成组件的设计方案
( 1) 入料仓结构的设计: 溢料口的位置在受料斗上应等分分布, 保证经过溢料口落下的料到达最好的位置。当物料进入物料仓时, 一部分物料从入料口进入破碎腔, 另一部分从溢料口进入破碎腔。从入料口进入破碎腔的落入转子中由抛料盘抛出, 形成高速运动与从溢料口自由落下的粒子相撞击破碎。
( 2) 皮带的张紧系统的设计: 利用马达液压调节装置对皮带的张紧程度进行调节。正确的张紧力是保证皮带长期使用的重要因素。张紧力太小会导致皮带打滑和皮带轮快速磨损, 效率低下。张紧力太大会导致皮带、 轴承和轴的过度应力。为了确保维护程序无故障和快速运行, 破碎机配备了马达液压调节装置。
( 3) 底座的设计: 经过强度校核和刚度的对称性对底座进行设计。其中要考虑底座的减震性, 防止破碎机的剧烈震动。
( 4) 入料口的设计: 液压系统控制入料口的大小, 其中液压调节系统是由一个手动液压泵和双向控制阀组成。增大入料口的大小, 增加转子的进料量; 减小入料口的大小则减少转子的进料量。

五、 进度安排
第6～7周: 调查研究, 收集、 查阅资料、 资料翻译, 拟定总体结构方案、 并完成开题报告
第8～9周: 对立轴冲击破碎机动力箱及落料腔总体结构进行详细设计并绘制总体装配图
第10～11周: 设计立轴冲击破碎机动力箱, 并绘制零部件图
第12～13周: 设计立轴冲击破碎机的落料腔及其附件
第14～15周: 对关键部件进行详细的设计计算, 撰写毕业设计说明书
第16～17周: 完善毕业设计说明书, 毕业设计答辩
六、 指导教师意见

签字: 年 月 日
七、 教研室( 或开题审查小组)

签字: 年 月 日