毕业论文(设计)--反击式破碎机设计.doc

济南大学泉城学院毕业设计济南大学泉城学院毕 业 设 计题 目 反击式破碎机设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机设07Q2 学 生 周广超 学 号 20073006151 指导教师 张在美 二一一 年 五月 二十日- 1 -济南大学泉城学院毕业设计- 25 -1 前言1.1反击式破碎机概述反击式破碎机在锤式破碎机的基础上发展起来。反击式破碎机可用来破碎石灰石、煤等物料。可用作粗、中碎和细碎。 1924年德国哈兹马克公司首先设计了供实用的反击式破碎机，在美国它被用来破碎焦炭和烧结矿，后来又生产出了“Andres”单转子和双转子反击式破碎机。 反击式破碎机只能用于破碎中等硬度物料，因为其易损件磨损很快，这就限制了它的应用范围。到二十世纪五十年代初，随着新的耐磨材料的应用，前联邦德国KHD公司首先推出硬岩反击式破碎机，从而使反击式破碎机的应用范围扩大。五十年代末我国已有反击式破碎机，而八十年代之前，国产的反击式破碎机局限于处理煤和石灰石等中硬物料。直到八十年代末，原上海建设机器厂引进KHD型硬岩反击式破碎机并研制了硬岩板锤，不仅摆脱依赖进口而且出口到欧美和日本等国家，从此使反击式破碎机得到很快的发展。采用反击式破碎机破碎抗压强度300MPa的玄武岩、安山岩等物料完全符合高速公路防滑路面混泥土要求。随着基础建设快速发展，我国水泥用量已占世界第一位。反击式破碎机得到了极大的发展，然而这种发展却是在仿照和引进国外技术中进行，尽管也能满足市场需求，但缺少自主的创造性。随着市场经济带来的负面影响，对破碎理论的研究和对破碎机的实验近几年都非常缺乏，缺乏理论和实验指导产品开发，只能机械的模仿国外设计，则抑制了破碎机的创新发展。最近国家和企业加大了反击式破碎机等的研究，从而采用了很多新的结构，大大降低了制造和维护的费用。1.2反击式破碎机的工作原理 反击式破碎机与锤式破碎机工作原理基本相同，它们都是利用高速冲击作用破碎物料。反击式破碎机工作原理见图1.1。反击式破碎机的破碎过程为：物料进入破碎腔，经过高速运动板锤的强烈冲击，一部分物料被细碎，另一部分物料被冲击到反击板上并细碎，而且物料块群在空中互相撞击也得到粉碎，如此经过反复冲击，致使物料细碎到一定程度，下方的均整篦板起确定出料粒度大小的作用。锤式破碎机则主要是靠高速运转的锤头对物料进行破碎，因此对锤头的要求较高，应具有较高的强度硬度，且转子应具有较大的转动惯量。图1.1 反击式破碎机工作原理示意图1反击板；2板锤；3转子1.2.1 反击式破碎机的优缺点反击式破碎机优点为：（1）破碎效率高，能量消耗低，破碎比大，设备的构造简单，便于制造，操作维修也较简便。（2）具有选择性破碎特点，即密度大的物料破碎后粒度小；密度小的物料破碎后粒度大。（3）设备自重轻，工作时没有明显的不平衡振动，不需笨重的设备基础。反击式破碎机的缺点为：（1） 板锤和反击板磨损较快，需频繁更换。 （2） 运动时噪声大、粉尘大，产品中有过大块，对含水、含泥的物料适应性差，易堵塞，堵塞后清除困难。1.2.2 反击式破碎机的破碎机理反击式破碎机的破碎机理为：（1） 反击破碎。受高速板锤的冲击，从而使物料获得较高的速度，物料撞击到反击板上，物料得到进一步破碎。（2）自由冲击破碎。在破碎腔内，物料受到高速板锤的冲击，另外物料之间也相互冲击，同时板锤与物料存在摩擦，从而使物料在破碎腔内在自由状态下沿其脆弱面破碎。（3）铣削破碎物料进入板锤破碎区，大块物料被高速板锤铣削破碎并抛出。经上述两种破碎作用大于出料口尺寸的物料，在出料口处也被高速板锤铣削破碎。上述三种破碎机理，以自由冲击破碎为主。2 反击式破碎机的总体结构设计2.1 反击式破碎机的设计要求反击式破碎机的设计要求为表2.1：表2.1 反击式破碎机的设计要求量的名称单位符号数值转子规格mm最大进料粒度mm300生产能力t/h25-45出料粒度mm202.2 破碎机主要工作参数的确定2.2.1转子转速的确定转子的圆周速度决定着破碎机的生产能力、产品粒度和粉碎比的大小。实践证明，当转子圆周速度提高时，破碎机的生产能力和粉碎比都显著增加，产品粒度变细，而且进料块度大的细度变化更为明显。但当转速增加时，功率消耗也随之增加，板锤磨损也加快。一般在粗碎时，取转子的圆周线速度为15-40m/s，而且细碎时取40-80m/s。根据已知条件，取转子的圆周线速度为35m/s，则转子的转速n为： (2.1)根据计算，可取转子的转速为680。式中：D-转子直径，m； v-转子圆周线速度，m/s；2.2.2 板锤的数目的确定转子的直径决定着板锤数目，转子直径越小，随之板锤数目则越少。一般转子直径为1m时，可取板锤数目为三个或四个；直径为1.5到2m的可装6到10个，同时物料硬、粉碎比大时，板锤数可多些。则根据经验可取板锤数目为3个。2.2.3 生产率的计算转子的转速与转子表面同板锤前侧面间所形成的空间决定了反击式破碎机的生产能力。假设当板锤经过反击板时的排料量与通路大小成正比，并且排料层的厚度等于排料粒度d，则其产量Q的计算公式为： (2.2) = 式中：h-板锤高度；e-板锤与反击板之间最小间隙，m； L-转子长度，m； d-最大排料粒度，m； z-板锤数目； k-修正系数，一般取0.1；-物料的容积密度，t/一般取1.2；则根据经验公式，可得反击式破碎机的破碎率为： (2.3) 式中：Q-产量，t/h；g-重力加速度，；v-转子的圆周速度；2.2.4电动机的选择 从手册中查出滚动轴承的传递效率为0.98，带传动的传动效率为0.96，从而求出电动机的输出功率p为： (2.4) 式中：-破碎率，kw；-带轮的传递效率；-滚动轴承的传递效率；由输出功率为52.94kw，查询则可选择Y250M-4型电动机，其额定功率为55kw，额定转速为1480r/min。3破碎机主要零部件的设计及计算3.1 传动部件的选择反击式破碎机的传动采用带传动，因为带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲设计等优点，而且V带传动时，它的两个侧面和轮槽接触，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V带传动允许的传动比大，结构紧凑，大多数V带已经标准化。因此，本设计采用V带传动。3.2 V带及带轮的设计计算（1）确定计算功率表3.1 工作情况系数工况空、轻载启动重载启动每天工作小时数/h1616载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）1.31.41.51.51.61.8由表3.1查得工作情况系数=1.4，故 =.0（kw ） (3.1) （2）选择V带的型号 根据、， 选择D型V带。（3）确定带轮的基准直径和验算带速V表3.2 v带轮的最小基准直径槽型YZABCDE2050751252003555001） 由表3.2初选小带轮的直径=355mm。2） 验算带速v。由以下公式计算得： (3.2) 又因为5m/sv(8)计算压轴力压轴力的最小值为： （3.11） （9）带轮结构设计选择轮辐式带轮，如图 图3.1 v带轮的结构3.3 轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的外形和结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及轴的连接方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。合理的选择轴的材料：轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可用热处理和化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳素钢制造轴尤为广泛，此处选择45钢。（1）确定轴的基本直径和各段长度图3.2 主轴的结构1) 根据大带轮的计算及其宽度选择I-II段的直径为dI-II=130、LI-II=292，安放大带轮后，其轴向采用轴头挡盖和轴肩进行轴向定位，并采用键与带轮连接。2) 为了满足轴向定位要求，I-II轴段左端需制定出一轴肩，故取II-III段的直径dII-III=135，并结合装配，取LII-III=212。 3) 根据轴结构设计，取dIII-IV=140,根据轴承的安装及选择，取LIII-IV=64，此处连接的滚动轴承用过盈配合来周向固定。4) 根据经验取dIV-V=152，同时综合箱体布局及厚度取LIV-V=190。5）采用套筒与轴肩定位，转子用键连接在主轴上，转子因其质量大，传动负荷大，则其转动惯量大，所以在键连接时，加工精度要求较高，这就大大削弱轴的强度，所以需增大轴径，取此处轴段的直径d-=172，可取L-=210。6）根据转子的直径及长度尺寸，可取d-=180、L-=276。7) 同理，取dVII-VIII=172，LVII-VIII=210，dVIII-IX=152,LVIII-IX=190,dIX-X=140, LIX-X=64,dX-XI=135, LX-X-XI=70。3.4 键的选择及校核（1）键的选择键的选择包括类型的选择和尺寸的选择。键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。此处轴与带轮以及轴与转子的连接都采用圆头平键连接。平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性好等特点。根据轴的直径dI-II=130和d-=172mm,选择键的型号为，普通圆头平键。(2)校核键连接的强度键的材料选用钢，反击式破碎机在高速变载，受各种方向的冲击等条件下工作，因此查表3.6得到许用挤压应力=60MPa。表3.6 键连接的许用挤压应力 MPa许用挤压应力连接工作方式键的材料载荷性质静载荷轻微冲击冲击静连接钢120-150100-12060-90铸铁70-8050-6030-451)键的工作长度为： （3.12） 2)键的接触高度： （3.14） 3)传递转矩为： （3.15） 5) 普通平键连接的强度计算为： （3.16） （3.17） 式中： T-传递的转矩，； k-为键与轮毂的接触高度，mm；. D-轴的直径，mm； L -键的公称长度，mm； b -键的宽度，mm；l-为键的工作长度，mm，圆头平键l=L-b。综上，所以键的强度满足挤压强度要求。3.5轴承的的选择滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支撑转动零件。滚动轴承绝大多数已经标准化，滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗少，启动容易等特点。(1)轴承类型及代号的选择反击式破碎机工作条件非常恶劣，转子轴承很易磨损，由于调心滚子轴承具有承载能力强，调节性能好的优点，所以本设计选择调心滚子轴承。根据轴承长度及安装考虑，以及安装轴承段直径为140mm，取代号为22228C/W33的调心滚子轴承。其基本尺寸为：D=250（mm），B=68，（1） 轴承的校核设计轴承的寿命为20000h，且已知转子的总重量为20000N，以小时数算的轴承基本额定寿命轴承寿命为： （3.16）即 求得： p=8403.59（N）20000（N）式中：C-基本额定动载荷，N； P-当量动载荷，N； -轴承寿命指数。对于滚子轴承=10/3。故选择代号为22228C/W33的调心滚子轴承合适。（2） 轴承的固定1） 轴承的周向固定轴承的内圈与轴径采用过盈配合，外圈与轴承座采用过度和间隙配合。2） 轴承轴向固定采用轴肩、套筒加轴承盖固定，适用于高速旋转的轴，且承受大的轴向力。3） 采用一端固定一段游动，适用于温度变化较大的轴。（3） 轴承的预紧轴承预紧的目的是为了提高轴承的旋转精度，增加轴承装置的刚性，减小机器工作时轴的振动。 所谓预紧，就是在安装时用某种方法在轴承中产生并保持一轴向力，消除轴向游隙，使之产生初变形。（5）轴承的润滑与密封轴承润滑采用润滑油，并采用滴油润滑；润滑的目的在于降低摩擦阻力，改善散热条件，降低接触应力，吸振防锈；密封装置采用毛毡油封。3.6 转子部件的设计计算反击式破碎机转子由主轴、转盘、板锤、板锤紧固装置等组成，而且转子质量应尽量集中在外缘，增加转动惯量，主轴与转子之间采用键连接，这样拆装方便，并有过载保护作用。3.6.1 转子的结构设计反击式破碎机的转子必须有足够的质量以适合破碎大块物料的需要。若转子质量过小，降低破碎效果；若转子质量过大，则启动困难。本设计，转子采用整体的铸钢式结构，这种设计转子惯量大，紧固耐用，便于安放板锤，能满足工作的需要。 图3.3 转子的结构选用整体铸钢式结构的转子，转子规格选为，强度和刚度都能满足基本要求，但塑性及韧性相对较低，但仍可以满足工作需要。由公式知，转子产生的动能W与转子结构及和M转子的角度有关，若为一定值，则转子转动惯量。而且r值不同，则可得到不同的转动惯量J值，会产生不同的动能W值。在强度、刚度允许条件下，对转子结构设计，应尽量增加r值，从而可用较小的质量产生较大的动能。要同时注重转子质量及结构的设计，如果增加转子质量M，减少转子速度，则可以加大破碎效果和减少板锤磨损。3.6.2 板锤的结构设计及作用板锤，又称打击板，是反击式破碎机中最容易磨损的工作零件，要比破碎机的其他零件磨损程度严重得多。反击式破碎机的板锤都是固定在转子上，它是破碎机的重要零件。（1） 板锤材料的选择板锤在转子上要求安装牢固，便于更换，并用抗冲击性能良好的材料制造。国内多用高锰钢、中碳合金钢、轴承钢锻造。综合设计要求及国内外同类型反击式破碎机的设计，最终确定选择高锰钢本设计的板锤的材料。（2） 板锤的形状的设计反击式破碎机板锤的形状多种多样，常见的有长条形、I形、T形、S形和斧形等。我提出两套方案：方案一 方案二 图3.4 板锤的形状方案一：采用“工”字形板锤。本方案采用“工”字形板锤，如视图所示，板锤左右两侧都开有立体长条形槽，用于固定于板锤支座。方案二：采用长条形板锤本方案采用长条形板锤，如上图所示，其为实体长条形，且打有螺栓孔。对比方案一、二，工字型板锤用料少、加工困难，则其强度受到削弱，并且转子获得的转动惯量较小；而对于方案一，左面为板锤工作面，虽然板锤长时间工作后极易磨损，但其制造方便，成本较低，综合考虑之后选择方案二为本次设计板锤的形状。（3）板锤在转子上的紧固方法板锤在转子上的紧固方法可分为：1） 螺栓紧固法。板锤通过螺栓紧固于转子的板锤座上。榫状的板锤座，可利用榫口来承受工作时的板锤的冲击力，避免螺栓受到剪力，从而提高螺栓连接的可靠性。2） 嵌入紧固法。板锤从侧面插入转子的沟槽中，两端用压板定位来防止轴向窜动。紧固螺栓的去除，则提高了板锤工作的可靠性。通过板锤回转产生的离心力和撞机破碎时的反力紧固自锁，对转子易受磨损处都制成可更换的结构形式，因此装卸简便，制作容易。3） 楔块紧固法。用楔块塞入板锤与转子间的相应槽孔内，使之紧固。这种紧固方法安全可靠，更换简便，维护也方便。以上几种板锤的紧固方法中，螺栓紧固的板锤使用较高，可达到所有方法的一半左右，但其更换不变，也不适宜于高冲击载荷，小规格的破碎机中使用较为常见。嵌入紧固和楔块紧固具有更换方便和工作较可靠等特点，但其金属利用率普遍较低。本次设计转子的规格为1000*700，为规格相对较小的破碎机，所以综合考虑之后选用螺栓紧固法。3.7 反击式破碎机破碎腔设计3.7.1反击板的结构设计及安装反击板起到二次破碎作用，板锤冲击到的高速物料撞击到反击板上，从而使物料破碎，并将破碎后的物料重新弹回破碎区，如此反复循环。方案一 方案二 图3.6反击板的形状（1）反击板的材料及形状反击板承受较大的冲击载荷，因此反击板极易磨损，它的材质一般用高锰钢或中碳钢铸造。本设计采用用高锰钢铸造的反击板，来减少其磨损。除了反击板的材质方面能提高它的耐磨性外，反击板的形状也是值得注意的。反击板的形状很多，主要有弧线形和折线形两种，这两种形状各有其优缺点，具体图像见图3.6。方案一为折线形反击板，其一部分物料沿切线垂直打向反击板，破碎效果明显，另一部分与反击板有角度（不垂直），且产生滑动，从而延长这些物料在破碎腔的时间。方案二为弧线形反击板，它能使物料由反击不能弹出之后，在圆心形成激烈的相互挤压而破碎，其效率较高。比较方案一、二，选择方案一为最终设计方案，因为相比方案二，方案一比较容易制造，且破碎效果明显，能够达到本破碎机的破碎要求。(2)反击板的悬挂装置反击式破碎机反击板悬挂装置即是排料口调整装置，同时也能起到保险作用，悬挂装置主要形式为：1）拉杆自重式板锤和反击板间隙大小通过悬挂螺栓进行调整。当破碎机工作时，反击板借自重保持正常位置，当破碎腔有非破碎物时，反击板被抬起，非破碎物排出后，又重新返回原位。2） 拉杆弹簧式反击板在工作时的位置是通过弹簧的预压力保持的，当非破碎物进入破碎腔时，可克服弹簧预压力后，从破碎腔排出。弹簧采用螺旋式，也可采用组合式，后者可用较小的压缩变形量获得较大通过非破碎物间隙。3） 液压式利用油压装置调节反击板位置，同时也作为保险装置。一般用于大型反击式破碎机，与液压启闭机壳油缸共同使用一个油压系统。综合以上介绍，最终选择拉杆自重式悬挂装置。3.7.2破碎腔的结构参数（1）给、排料口及给料导板倾角1） 给料口宽度和长度反击式破碎机给料口宽度B0.7D，D为转子直径。给料口长度L与转子长度大致相同。2） 排料口尺寸根据经验公式，反击式破碎机的排料口尺寸为: 3） 给料方式与给料导板的倾角破碎机运转时，物料块沿导板滑入破碎机。所以给料导板倾角不应小于40，否则会引起料块的堆积。给料导板的卸载点通常位于板锤回转30左右处（与水平线夹角），冲击效果较好。当角度过小，即卸载点过低时，则料块易堆积，从而导致板锤和转子体的磨损加剧。（2）反击板悬挂位置及导板卸载点。反击板的悬挂位置直接影响设备的处理能力，角小，则料块在锤击区的冲击破碎次数增多，可以获得较大的破碎比。通常065,l=(0.170.2)D,=5565，=12。而且反击板悬挂点由图中x和y尺寸确定，但y又与y0和进料口尺寸有关，最后又决定于和大小。 导板卸载点角应在30度至50度之间，当小时，破碎机高度低一些，能降低机高和减轻机重。在其他条件允许的情况下，还是以为30度最为适合。此外，角小还可以增加破碎腔圆弧长度。图3.7 反击式破碎机的箱体（3）破碎腔其他参数角是板锤外圆切线，也就是物料冲向反击板的运动方向与反击板垂线之间的夹角，物料与反击板的表面应是垂直冲撞，这样破碎效果较好，衬板磨损又少。所以一般=2度左右。（4）最后的参数的确定结合破碎机的破碎效率和各个角度及长度尺寸，确定破碎腔的尺寸为： 3.7.3转子轴的强度计算 （1）轴上力、弯矩计算对转子进行受力分析：转子受到重力、板锤的不平衡力和转子外端的圆周力。 （3.17） （3.18） （3.19） （3.20）式中： -冲击系数，粗碎=3.0；中碎=1.5；细碎=1.2；n-转子转速，r/min；r-转子外端半径，m；P-电机功式率，kw；-轴承的摩擦阻力系数，取0.03；-轴承滚柱滚动面的半径，m。对转子轴受力分析得：其中为转子和转子轴热压配合的端点，为轴承支点。图3.8 主轴受力图转子轴上的弯矩为： （3.21）作用在转子轴上的扭矩为： （3.22）作用在转子轴上的当量弯矩为： （3.23） （3.24）故轴的强度满足强度要求。4反击式破碎机的安装保修及保养 4.1 反击式破碎机的安装（1）反击式破碎机工作条件极其恶劣，所以在机器运转时均应紧固好所有的紧固件，同时要定期检查和紧固。 （2）反击式破碎机的旋向不可逆转，破碎机在工作时，应配备传动带防护罩。 （3）反击板与板锤的间隙需调小，并用手转动转子，检查反击板与板锤有无撞击。随后紧固套筒螺母，防止反击板与板锤相碰撞，造成事故。 （4）因为反击式破碎机的出料口在下方，这就要求安装高度合理，同时进料、出料装置配合也要合理。4.2 反击式破碎机的保养用户应经常对反击式破碎机进行保养，这样能大大提高反击式破碎机的使用寿命，方法为：（1） 检查机器在运转过程中振动增加时，应立即关闭机器，分析原因，解决问题；机器在工作时，轴承的温度要控制在35度以内，并及时做好降温措施；应及时做到板锤的更换并保持好转子的平衡；应及时更换衬板，做到定期检查机器。 （2）后上盖启闭后上盖的启闭需采用棘轮装置，开启和关闭如下： 开启 ：拧开螺栓和锁紧螺母，把垫块放在上盖支臂下端，扳动棘轮装置，这样才能顺利开启。关闭 ：通过转动在棘轮装置上的小手柄来关闭后上盖。后上盖关闭之前，关闭表面需清洁。（3）润滑 反击式破碎机所采用的润滑油，一般为钙钠基润滑油，并经常注意润滑工作。 4.3 反击式破碎机的故障和排除方法（1）振动增加原因：当我们在更换或装配板锤后，忘记了对转子动平衡的检测，或在工作中，碰到其它不能破碎的杂物。消除方法：立即停止破碎机的工作，检查破碎腔并清洗，并看看是否有不能被破碎的物料；机器在极其恶劣的条件下运转，所以会产生巨大的振动，检查衬板是否紧固好、是否脱落，确定板锤与衬板之间的间隙是否合理；对于破损件和易磨损件要及时更换；每次板锤的安装，转子都需进行动平衡校核。（2）出料过大 原因：衬板或板锤磨损过多，反击板与板锤之间间隙过大，造成破碎效果不好。 消除方法：更换磨损严重的衬板和板锤或调整板锤与反击板之间的距离；再者就是调整菎板，通过它来调整出料粒度，从而达到设计要求。5 结 论反击式破碎机在当今工业化的世界的大潮中，经历了数次的更新换代，破碎的物料的多样化，则对反击式破碎机的发展则提出了新的挑战。反击式破碎机利用板锤与反击板的对物料的高速撞击，从而细碎物料，最重要也是最难的的就是增加易磨损件的寿命，这就需新型材料的研究以及各个部件的整合，从而达到最好的使用效果，当然像板锤、转子与反击板的结构设计，则是反击式破碎机设计的核心。从另一个角度讲，也就是降低企业的成本，则反击式破碎机则需要维修方便，维护方便，我相信随着工业化进程的加快，反击式破碎机必将迎来更加辉煌的明天。 参 考 文 献1 蔡春元.新编机械设计手册M.辽宁：辽宁科学技术出版社，1993.2 褚瑞卿.建材通用机械与设备M.武汉：武汉工业大学出版社，1995.3 卜炎.机械传动装置设计手册：上册，下册M.北京：机械工业出版社，1998.4 现代综合机械设计手册编委会.现代综合机械设计手册M.北京：北京出版社，1991.5 濮良贵，纪名刚.机械设计M.7版.北京：高等教育出版社，2001.6 胡宗武,徐履冰,石来德.非标准机械设备设计手册M.北京：机械工业出版社，2002.7 kuehnle M R. toroidal Drive Combines Concept. 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