PCF1412锤式锤破机设计doc

  摘要：锤式破碎机是一种传统的锤破装备，在相关的工业生产制造中，大范围的使用在原材料的锤破作业。本设计首先通过查阅相关文献介绍了锤破机的发展现状，并了解了锤破机的原理；根据锤破机的工作原理进行了结构分析，设计一种单转子锤式锤破机，针对转子参数、锤头质量、电工功率、给料口尺寸以及主轴进行了计算设计，并对主轴进行了强度校核；对轴承进行了设计，以及对带传动进行了设计计算，最后对静平衡进行了计算。

  在工业生产制造中，原材料的形状体积在进行原材料的开采时通常无法控制，因此会获得一些体积较大的材料[1-3]，这给材料的加工造成了一定的困难，因此就需要将大块的原材料来锤破[4-5]，这就是锤破机的工作任务。通过锤破机的破碎工作，材料能够从大型物体变成小颗粒，这在很大程度上能够加大了材料的表面积，因此在加工时能够提升生产效率，例如化工产业，需要对材料进行浸泡时，大的接触面积能够加快浸泡速度。另外，材料的可持续利用也离不开锤破机，需要将成品进行锤破，因此锤破机对于提高生产效率和材料的可持续利用有着重要的作用。

  锤破机的工作需要依赖于强大的动力，才能给予锤破机构足够的破坏力[6]。在工业革命出现改良蒸汽机和电之前，锤破工作主要是交给人来完成，通过大锤等工具进行完成，由于某些材料对人体具有危害性，所以这种工具不适合人力完成，因此就需要使用机械来替代人类完成这种工作，第一代的锤破机使用的是以蒸汽作为驱动力[7]。在1806年，出现了一种辊式锤破机，这种锤破机出现于第一次工业革命后不久，因此使用的是改良蒸汽机作为动力设备；随技术的改良，1858年，出现了颚式锤破机，该锤破机的破坏性能有了进一步的提升，能够对岩石进行锤破工作；在1878年，美国的锤破机在工作方式上有了新的改进，之前的颚式锤破机使用的是间歇性破坏，这样工作效率较低，因此发明了可以有效的进行连续动作的颚式锤破机，即旋回锤破机；但是那时的锤破机由于效率较低，所以能耗较高，因此在1895年，美国人威廉针对能源消耗较大的问题进行了改进，发明了冲击式锤破机，这种锤破机的能耗获得了一定的优化，消耗较低。

  布莱克发明的颚式锤破机，使用的是简单摆动式，这也是世界上的第一台颚式锤破机，这种锤破机的结构较为简单，体积较小，因此能够较大地节约空间，并且工作可靠，是一种应用普遍的锤破机，被大范围的使用在当代的矿石作业中。

  颚式锤破机是通过固定、分离、弯曲、移动颚板和周期性颚板的振荡运动的冲击来粉碎进入锤破室的物料[8]。切碎的材料由于自重而从出料口排出，或者在手柄板摆动时受到挤压。取决于各种轨迹，结构形状，可移动的颚式悬架和颚式转盘的支撑方法，颚式锤破机使用两个颚板来固定和弯曲较厚的材料。中度研磨不同硬度的材料。磨削机构包括一个固定的颚板和一个活动的颚板。当两个爪板接近时，材料会被切碎。当两个爪板出来时，从出口出来的小团块从下方弹出，锤破动作是间歇性的。

  在1980年代，一台每小时可切割800吨物料的大型颚式锤破机的进料粒度约为1800毫米。常见的颚式锤破机有两种类型：双肘板和单肘板。首先是在操作的流程中颚的简单摆动。因此，它也被称为简单摆动颚式锤破机。当颚在摆动过程中上下移动时还会做圆弧运动，后者也被称为复杂摆动颚式锤破机。

  郑州一帆机械有限公司是一家全方位锤破和筛选设备的国家级制造商，为综合加工，高性能和发明性的节能磨床提供全方位的服务。其中，大中型锤破机是我们的首批产品之一，特别是在大型颚式锤破机的设计和制造中。在德国和国外，这已经处于绝对水平。颚式锤破机是工业和采矿生产中最常用的锤破设备之一，大多数都用在抗压强度不超过320MPa的很多材料的粗磨。结构相对比较简单，运行稳定，易于维护，经济运行成本等。

  尽管中国锤破厂的总产量位居国际生产能力之列，但全球竞争和可持续发展仍无法与工业化国家竞争。如今，支持高性能国内消费者和出口产品的主要组件主要依赖于进口。增长应仅限于外国竞争对手和供应商。因此，核心技术和核心部件应成为锤破设备未来发展的中心，以提高自主开发的程度。大型机械设备，包括锤式锤破机，碎石机，颚式锤破机，大型粉碎机等设备，远销哥伦比亚，美国，沙特阿拉伯等国家。客户格外的重视的其他领域，尤其是砂磨机和碎石机。该设备受到外国投资者的高度赞赏。目前，中国的制造业市场非常大，包括化工，采矿，建筑，水，冶金，煤炭，玻璃等行业。在中国的主要应用领域是水泥行业，土壤和采矿业，这两个行业使用的工厂约占该行业的30％。

  通过锤破工作，材料从大型物体变成小颗粒，在很大程度上加大了材料的表面积，因此在加工时能够提升生产效率，例如化工产业，需要对材料来浸泡。另外，材料的可持续利用也离不开锤破机，需要将成品进行锤破，因此锤破机对于提高生产效率和材料的可持续利用有着重要的作用。

  首先，通过阅读大量相关的文献和资料了解锤破机的发展现状，并对锤破机的原理有了初步的认识；接着根据锤破机的工作原理进行结构分析，对单转子锤式锤破机进行设计；然后对锤破机的参数和结构可以进行了相关的计算和强度校核，通过这一部分内容确定了锤破机的主要技术参数并完成了关键零部件的设计；最后进行了二维和三维图的构建。

  本设计所针对的对象为锤式锤破机，这种锤破机主要由单转子和双转子两种形式，另外还分外单排和多拍锤的形式，锤子与物料进行接触，通过锤子完成锤破的任务。

  锤子是锤式锤破机的执行部分，这些锤子铰接在一个转盘上，这样通过转盘的转动即可给锤子提供足够的动力，借由旋转产生的力，锤子对物料进行破坏作业，与此同时，物料与机器之间有内板作为支撑，因此锤子对机器内板的作用力使得物料产生了挤压效果，促使物料锤破。在锤式锤破机的工作过程中，为了使得物料能够快速的放到指定位置，减少人员的参与，提高自动化水平，锤破机需要配备进料斗，物料通过进料斗送入到锤破机的指定位置处，分料器对物料进行初步的处理，并将其分为两部分：一部分进入到非常快速地旋转的部件中，在高速的旋转下产生了巨大的离心力，并且可达自身重力数倍的加速度，以极高的速度射出，首先同由分料器四周自收落下的一部分物料冲击锤破，然后一起冲击到涡支腔内物料衬层上，被物料衬层反弹，斜向上冲击到涡动腔的顶部，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[9]。

  驱动力通过皮带驱动主轴4，主轴将动能传递到锤架3，轴固定在锤架上，轴杆铰接在锤头中以将锤头连接，物料进入锤破机，并在快速旋转的锤头的冲击下立即锤破。压碎的物料从锤头接收到了动能，并以高速撞击衬板和外壳内壁上的铁锈以进行第二次压碎。小于网格间隙的材料会从该间隙中弹出，较大粒径的材料会从衬板和网格上弹起，并受到锤头的额外冲击而被压碎。在整一个完整的过程中，物料会相互压碎[10]。如图2-1所示。

  式中，是最大的进料粒度，这个值根据任务书的要求，为600mm，由该式能够正常的看到，转子的直径不仅由最大进料粒度决定，还存在一定的系数范围，这个系数可根据锤式锤破机的体积进行确定，本设计折中选择2.4，由此能够得到D为1420mm。

  根据式3-1求得的转子直径可以进一步求解得到转子的转速，由式3-2进行计算。

  式中，D是转子直径，已由式3-1求得，为1420mm；v是转子的线m/s，本设计在计算直径时选取系数2.4，属于中小型的锤破机，因此速度的选取可以适当的大一些，但是不宜太大，因为过大的速度会造成极大地磨损，并且整体的设计安装要求也会更高，因此选取速度35m/s，进而根据式3-2可以求得转速n为470r/min。

  接着对转子的长度进行确定，转子长度与多种因素有关，因此属于一个需要判断系数的公式，需要对生产率等参数进行确定。可由式3-3给出。

  式中，Q为生产率，根据任务书的要求，Q为70-120t/h，这里为了满足最大生产的需要求，选取120；D为转子直径，已由上述内容求得；P是物料的密度，设定物料密度为2；选取K为16，最终能够获得转子的长度L为2.6m。

  根据锤式锤破机的结构，锤头与转子进行铰接，并且锤头是直接与物料进行接触的，因此锤头的质量具有重要的影响，若质量过小，对于转子的铰接要求较低，但是由于质量不足，无法产生足够的冲量；若质量过大，则会对铰接的质量有更高的要求，同时也产生了较大的安全隐患，产生了过大的离心力以及多余的功耗。

  锤头质量主要决定的动量，在与物料接触后，锤头的速度势必会造成损失，速度的损失会造成锤头的失稳，从而使锤头的轴线产生偏移，从而产生姿态上的不稳定，这就要为锤头的稳定性额外消耗功率，从而导致生产率的降低和功耗的提高[11]。为了避免这种情况的产生，使得锤头在正常旋转的过程中，借助离心作用即可恢复到指定的位置，做好下一次锤击的准备，所以要对锤击后的速度损失进行控制，根据实际的经验，锤击后的速度损失控制在40%-60%之间，即：

  假设锤头与物料之间发生的是弹性碰撞，物料的初速度为0，根据动量定理可得：

  式中，m为锤头的打击质量；为物料被锤破前的质量，根据式3-5的推导，可得锤头的打击质量为。

  根据式3-5推导得到的是锤头的打击质量，还不是锤头的实际质量，由于锤头在击打时是一个旋转过程，所以实际的质量应该包含转动惯量的计算，由式3-6可得：

  式中，r为锤头的摆动半径，即锤头打击中心到铰接点的距离；是锤头质心到铰接点的距离，将以上内容代入，最终能够获得锤头的实际质量为53kg。

  电机的功率计算涉及多方面的内容，目前电机的功率计算一般根据尺寸和经验系数得到

  给料口的长度应与转子的直径相同，均为1420mm。宽度应该至少为最大进料粒度的两倍，所以取给料口的宽度为1200mm，根据工艺要求取宽度为1194。

  式中K选取0.18，能够获得P为144kW，根据任务书的要求，使用YR355-6型电机，该电机的额定功率为185kW，足以完成需求。

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