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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
摘 要
國內使用的鄂式破碎機類型很多, 復擺鄂式破碎機結構簡單，制造容易、工作可靠、使用維修方便，所以常見的還是傳統(tǒng)的復擺鄂式破碎機。隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，各工業(yè)部門對破碎石的需求進一步增長，研究復擺鄂式破碎機具有很重要的意義。本畢業(yè)設計主要為滿住生產(chǎn)需求，出料口尺寸：10-40mm；進料口尺寸：125mm；產(chǎn)量;2-3t/h而研究的。
根據(jù)以上要求我設計了復擺鄂式破碎機（PE150×250），其工作原理是：工作時，電動機通過皮帶輪帶動偏心軸旋轉，使動鄂周期地靠近、離開定鄂，從而對物料有擠壓、搓、碾等多重破碎，使物料由大變小，逐漸下落，直至從排料口排出。
設計內容主要包括了復擺鄂式破碎機的動鄂、偏心軸、皮帶輪、動鄂齒板、機架等一些重要部件；另外對鄂式破碎機的工作原理及特點和主要部件作了介紹，包括保險裝置、調整裝置、機架結構、潤滑裝置等；同時對機器參數(shù)（主軸轉速、生產(chǎn)能力、破碎力、功率等）作了計算。此外也簡單介紹了破碎的意義、破碎工藝和破碎比的計算，鄂式破碎機的主要部件的安裝、鄂式破碎機的操作及維修等。
關鍵詞：復擺鄂式破碎機；動鄂；偏心軸；優(yōu)化設計
Abstract
There are many type of jaw crusher used in our country, Compound pendulum jaw crusher structure is simple, easy to manufacture, reliable, convenient use of maintenance , so jaw crusher is used very common. Along with the modernized development, the demand of various industry sector for the broken crushed stonefurther increase, so studyingtheduplicate pendulum Jaw-fashioned Crusher have the very vital significance.This graduation project mainly is for meets the production need: Discharge hole size: 10～40mm; Feeding block greatest size: 125mm ; Output: 2～3t/h.
According to the above acquirement have designed Compound pendulum jaw crusher(PE150×250). Its principle of work is that the electric motor leads the rotation of eccentric axis through the belt pulley, which causes the moving jaw to approach and to leave the setting jaw periodically, thus it makes the material to the extrusion, to rub, to grind and so on. Multiplestave, which causes the material change from big to small, until discharge from the dump mouth.
The content of this design totally includes jaw crusher’s some important components，such as move jaw, eccentric shaft, belt pulley, toothed rack of move jaw, rack and so on; In other, we introduced the principle of jaw crusher , Features of jaw crusher and important components, including insurance unit , adjustment unit, rack structure ,lubrication unit and so on. At the same time, we computed parameter of the machine (the speed of main axle, Productivity, the strength of stave power and so on) and designed the eccentric shaft. Further more, we simply introduced the significance of stave, stave technology and the computation of stave strength, Installation of the main components in jaw crusher, the operation and maintenance of jaw crusher and so on.
Key words:Jaw Crusher Transmission，Abrasion jaw crusher’s move jaw，eccentric shaft，optimization
目錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 IV
前 言 1
1.緒 論 2
1.1 物料破碎及其意義 2
1.1.1 破碎的目的 2
1.1.2 物料破碎的意義 3
1.2 破碎物料的性能及破碎比 3
1.2.1 力度及其表示方法 3
1.2.2 破碎產(chǎn)品的粒級特性 5
1.2.3 礦石的破碎 5
1.2.4 破碎機的破碎比 7
1.3 鄂式破碎機及其分類 8
1.3.1 破碎機的分類 8
1.3.2 鄂式破碎機的分類 9
1.3.3 鄂式破碎機的動鄂軌跡特性 10
1.4鄂式破碎機的現(xiàn)狀和發(fā)展 12
1.4.1 鄂式破碎機的現(xiàn)狀 12
1.4.2 鄂式破碎機的發(fā)展 13
2. 鄂式破碎機的工作原理及結構 15
2.1鄂式破碎機的工作原理 15
2.1.1 簡擺鄂式破碎機工作原理 15
2.1.2 復擺鄂式破碎機工作原理 16
2.2 鄂式破碎機的結構 18
2.2.1 兩種破碎機的結構對比 18
2.2.2 主要零部件的結構分析 19
3 .鄂式破碎機的結構參數(shù)和工作參數(shù)的選擇和計算 29
3.1 結構參數(shù)的選擇和計算 29
3.1.1 給礦口與排礦口的尺寸 29
3.1.2 嚙角α 30
3.1.3 動腭的擺動行程s與偏心軸的偏心距e 30
3.1.4 主要構件尺寸的確定 31
3.2 工作參數(shù)的選擇與計算 34
3.2.1 動鄂的擺動次數(shù)（偏心軸的轉數(shù)） 34
3.2.2 生產(chǎn)率 34
3.2.3 電動機功率 35
4 .鄂式破碎機主要零部件的設計與計算 37
4.1 破碎力 37
4.1.1 最大破碎力 37
4.1.2 最大破碎力的位置 38
4.2 各部件的受力分析 39
4.3 主要零件的設計與強度計算 40
4.3.1 偏心軸 40
4.3.2 動鄂 43
4.3.3 推力板（肘板） 45
4.3.4 飛輪 47
4.3.5 軸承的選擇與計算 48
4.3.6 拉緊彈簧的計算 50
5. 鄂式破碎機主要輔助部件的選擇與計算 55
5.1 電動機的選擇與確定 55
5.1.1 轉速的確定 55
5.1.2 電動機的選取 55
5.2 帶傳動的選擇 56
5.2.1 概述 56
5.2.2 確定計算功率 57
5.2.3 選擇V帶帶型 57
5.2.4 確定帶輪的基準直徑 57
5.2.5 確定V帶中心距a和基準長度Ld 58
5.2.6 驗算小帶輪包角 59
5.2.7 確定帶的根數(shù)z 59
5.2.8 計算單根V帶初拉力最小值 60
5.2.9 計算壓軸力 60
5.2.10 V帶輪的設計 60
6 .鄂式破碎機部分零部件和工作流程的改進 63
6.1 偏心軸的改進 63
6.1.1 改進前狀況 63
6.1.2 修復及改進措施 64
6.1.3 改進效果 66
6.2 破碎機出口揚塵的解決 66
7.鄂式破碎機的使用與測試 68
7.1 鄂式破碎機的安裝與運轉 68
7.1.1 鄂式破碎機的安裝 68
7.1.2 鄂式破碎機的運轉 68
7.2 鄂式破碎機使用維護 69
7.2.1 潤滑 69
7.2.2 維修 70
結束語 72
致 謝 74
參考文獻 75
附錄：外文翻譯 75
92
前 言
復擺鄂式破碎機結構簡單、制造容易、工作可靠、使用維修方便等優(yōu)點，所以在冶金、礦山、建材、化工、煤炭等行業(yè)使用非常廣泛。80 年代以來，我國對復擺鄂式破碎機的研究和產(chǎn)品開發(fā)取得了較大的發(fā)展。在充分吸收國外產(chǎn)品特點的基礎上，結合國情研制開發(fā)了許多新型、高效的設備。上海建設、路橋機械設備有限公司率先對復擺鄂式破碎機進行了重大的改進，即通過降低動鄂的懸掛高度，改善動鄂的運動軌跡，減小破碎腔的嚙角，增大破碎比，增大了動鄂的水平行程，提高生產(chǎn)能力等，大大改善了機器性能，完成了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
但是，復擺鄂式破碎機也有它的缺點，如齒板壽命過短，破碎機出口揚塵嚴重等，這些都是需要在今后的設計生產(chǎn)中進一步改進的地方。
本設計根據(jù)已知參數(shù)：普通巖石的破碎（抗壓強度最高可達300兆帕），最大進料粒度125mm，出料粒度10～40mm，產(chǎn)量2～3噸/小時，電機功率5.5kw，進行鄂式破碎機機構設計，側重于主參數(shù)及其計算方法、機構尺寸參數(shù)、偏心軸設計及校核，部分零部件的改進以及輔助設備如電動機、V帶、飛輪的選擇等。
由于本人水平有限，某些方面考慮欠缺，設計中難免有錯誤與不當之處，敬請指正。
1.緒 論
1.1 物料破碎及其意義
從礦山開采出來的礦石成為原礦。原礦是由礦物與脈石組成的。露天礦井開采出來的原礦其最大粒度一般在200～1300mm，地下礦開采出來的原礦其最大粒度一般在200～600mm之間。這些原礦不能直接在工業(yè)中應用，必須經(jīng)過破碎和磨礦作業(yè)，使其粒度達到規(guī)定的要求。破碎是指將塊狀礦石變成粒度大于1～5mm產(chǎn)品的作業(yè)，小于1mm粒度的產(chǎn)品是通過磨碎作業(yè)完成的。
1.1.1 破碎的目的
（1）制備工業(yè)用碎石
大塊石料經(jīng)破碎篩篩分后，可得到各種不同要求粒度的碎石。這些碎石可制備成混凝土。他們在建筑、水電等行業(yè)中廣泛應用。鐵路路基建造中也需要大量的碎石。
（2）使礦石中的有用礦物分離
礦石有單金屬礦和多金屬礦，而且原礦多為品味較低的礦石。將原礦破碎后，可以使有用金屬與礦石中的脈石和有害雜質分離，作為選礦的原料，除去雜質而得到高品位的精礦。
（3）為磨礦提供原料
磨礦工藝所需粒度不大于1～5mm的原料，是由破碎產(chǎn)品提供的。例如在煉焦廠、燒結廠、制團廠、粉末冶金、水泥等部門中，都是由破碎工藝提供原料，再通過磨礦使產(chǎn)品達到要求的粒度和粉末狀態(tài)。
1.1.2 物料破碎的意義
物料的破碎是冶金、礦山、建材、化工、電力等工業(yè)部門應用廣泛的一種工藝過程，每年有大量的原料和再利用的廢料都需要進行粉碎處理。
在選礦業(yè)中，物料的破碎占有重要地位。選礦廠破碎與磨礦作業(yè)的生產(chǎn)費用，平均約占全部選礦生產(chǎn)費用的40%以上，而磨礦設備的投資約占選礦廠總投資的60%左右。
在水泥工業(yè)中，水泥廠碎磨作業(yè)費用約占生產(chǎn)成本的30%以上，破碎機械的耗電量約占全廠總耗電量的10%，磨礦機械的耗電量則占60%。
據(jù)介紹，世界上約15%的電能消耗在粉碎作業(yè)，而且逐年增加，其中85%以上用于磨礦。隨著貧礦增多、建筑材料需求量的不斷增加、工業(yè)利用積聚起來的再生產(chǎn)材料占有比例越來越大，加之能源短缺，急需不斷改善碎磨作業(yè)，如采用“多碎少磨”工藝，特別是研制高效粉碎設備和改進現(xiàn)有的磨碎機械，對于達到優(yōu)質、高產(chǎn)、低成本、低能耗具有非常重要的意義。
1.2 破碎物料的性能及破碎比
1.2.1 力度及其表示方法
礦石的大小稱為粒度。由于礦塊形狀一般都是不規(guī)則的，需要用幾個尺寸計算出的尺寸參數(shù)來表示礦塊的大小。
（1）平均直徑d
礦塊的平均直徑用單個礦塊的長、寬、厚平均值表示。
式中 L---礦塊的長度（mm）；
b---礦塊的寬度（mm）；
h---礦塊的厚度（mm）；
或用長、寬的平均值表示：
平均直徑一般是用來計算給礦和排礦單個礦塊的尺寸，以確定破碎比。
（2）等值直徑d
礦塊的粒度很小時，可用等值直徑來表示。等值直徑是將細粒物料顆粒作為球體來計算的。
式中 ---礦粒質量；
---礦物密度；
---礦物體積；
（3）粒級平均直徑d
對于由不同粒度混合組成的礦粒群，通過用篩分方法來確定框里群的平均直徑。例如上層篩孔尺寸為，下層篩孔尺寸為，通過上層而留在下層篩上的物料，其粒度既不能用，也不能用。當粒級的粒度范圍很窄，上下兩篩的篩孔尺寸之比不超過=1.141時，可用粒度平均直徑表示，即
否則用～表示粒級。
1.2.2 破碎產(chǎn)品的粒級特性
破碎產(chǎn)品都是由粒度不同的各種礦粒所組成。粒度組成和粒度特性曲線可以鑒定破碎產(chǎn)品的質量和破碎機的破碎效果。
確定混合物料的粒度組成，通常采用篩分分析法（簡稱篩析）。篩析一般采用標準篩，篩面使用正方形篩孔的篩網(wǎng)。我國通常采用泰勒標準篩，其篩孔大小用網(wǎng)目表示，它指一英寸長度（一英寸等于25.4mm）內所具有的篩孔數(shù)目。
根據(jù)篩分結果，可以對產(chǎn)品（或原礦）的粒度特性進行分析。粒度特性用粒級特性曲線表示，縱坐標表示套篩中各篩的篩上物料質量的累積百分數(shù)（簡稱篩上量累積產(chǎn)率%），橫坐標或用篩孔尺寸與最大粒度之比，或用篩孔尺寸與排礦口之比（%）表示。難碎性礦石的粒級曲線呈凸性，這表明礦石中的粗級物料占多數(shù)。中等可碎性礦石的粒級曲線近似直線，這表明各種粒級所占的產(chǎn)率大致一致。易碎性礦石的粒級曲線呈凹形，這表明礦石中的中等粒度的物料占多數(shù)。
為了真實且直觀地反映破碎機的破碎效果，可用下式計算產(chǎn)品的等值粒度值Deq：
式中 n---篩分物料時篩子的個數(shù)；
di、ri---第i級物料的粒級平均直徑及其質量百分數(shù)。
1.2.3 礦石的破碎
機械破碎是用外力加于被破碎的物料上，克服物料分子間的內聚力，使大塊物料分成若干小塊。機械破碎礦石有以下幾種方法：
1）壓碎 將礦石置于兩個破碎表面之間，施加壓力后礦石因壓應力達到其抗壓強度限而破碎（圖1-1a）。
2）劈裂 用一個平面和一個帶尖棱的工作表面擠壓礦石時，礦石沿壓力作用線方向劈裂。劈裂的原因時由于劈裂面上的拉應力達到礦石的抗拉強度限（圖1-1b）。
3）折斷 用兩個帶有多個尖棱的工作表面擠壓礦石時，礦石就像受集中載荷的兩支點或多支點梁。當?shù)V石內的彎曲應力達到彎曲強度限時礦石被折斷（圖1-1c）。
4）磨碎 礦石與運動的工作表面之間受一定壓力和剪切力時，礦石內的剪切力達到其剪切強度限時，礦石即被粉碎（圖1-1d）。
5）沖擊破碎 礦石受高速回轉機件的沖擊力作用而被破碎。由于破碎力是瞬間作用的，所以破碎效率高，破碎比大，能量消耗小，但錘頭磨損嚴重（圖1-1e）。
實際上任何一種破碎機都不是以某一種形式進行破碎的，一般都是兩種和兩種以上的形式聯(lián)合進行破碎。由于鄂式破碎機的破碎工作表面是兩塊相互交錯布置的齒形襯板，因此破碎作業(yè)兼有前四種破碎形式。
礦石的破碎方法主要根據(jù)礦石的物理力學性能、被破的塊度及所要求的破碎比來選擇的。對堅硬礦石采用壓碎，劈裂和折斷的破碎方法為宜；對粘性礦石采用壓碎和磨碎的破碎方法為宜；對脆性礦石和軟礦石采用劈裂和沖擊破碎的方法為宜。鄂式破碎機可用于破碎各種性能的礦石，對于堅硬礦石有更高的破碎效果。
圖1-1 礦石的破碎和磨碎方法
a）壓碎 b）劈裂 c）折斷 d）磨碎 e）沖擊破碎
1.2.4 破碎機的破碎比
衡量單臺破手機的破碎效果還可用破碎比表示。破碎比即破碎前原料粒度與破碎后產(chǎn)品粒度之比。它表示破碎物料經(jīng)破碎后減小的程度。
破碎比有如下幾種計算方法：
（1） 破碎比用破碎前物料最大平均直徑與破碎后產(chǎn)品最大平均直徑之比計算：
物料平均直徑是指物料長、寬、厚的平均值。
（2） 用表示破碎比，即破碎機給料口有效寬度和公稱排料口尺寸之比：
式中 B---破碎機的給料口寬度（mm）；
b---破碎機的開邊制公稱的最大給料粒度與公稱排料口寬度之比表示；
（3） 用破碎前后各種力度混合物料的等值粒度之比來計算破碎比。
以上各種破碎比的計算公式根據(jù)不同的要求進行選擇計算。即表示破手機的破碎效果又能表示處理礦物的咬入能力；表示該臺破碎機的公稱破碎比；能夠科學地真實地反映該破碎機的破碎效果。
1.3 鄂式破碎機及其分類
1.3.1 破碎機的分類
A 按破碎機粒度分類
1）粗碎破碎機 一般使1500～500mm的物料破碎到350～100mm。
2）中碎破碎機 使350～100mm的物料破碎到140～40mm。
3）細碎破碎機 使100～40mm的物料破碎到30～10mm。
B 按破碎機結構和工作原理分類
1）鄂式破碎機 其工作部分由固定鄂板和活動鄂板組成。當活動鄂板周期性地靠近固定鄂板時，借助壓碎作用將裝于期間的物料破碎；遠離固定鄂板時物料靠自重向下移動，直至從排料口排出（圖1-2a）。
2）旋回和圓錐破碎機 其工作部分由內腔為錐形的固定外錐和可運動的內錐體組成。內錐體以一定的偏心半徑繞外錐中心線作偏心運動，不斷改變內外圓錐間的空間形狀，使礦石在兩錐體間受到壓碎和折斷作用而破碎（圖1-2b）。
3）輥式破碎機 礦石在兩個平行且相反轉動的圓柱形輥子中受到壓碎（光輥）或受壓碎和劈裂作用（齒輥）而破碎。當兩輥的轉速不同時，還有磨碎作用（圖1-2c）。
4）沖擊式破碎機-錘式破碎機和反擊式破碎機 利用裝于其上的高速旋轉的錘子的沖擊作用和礦石本身高速沖擊固定襯板而使礦石破碎（圖1-2d）。
破碎機的型式是根據(jù)所采用的選礦工藝流程、礦石的物理力學性能、破碎比及影響礦石可碎性的其它一些因素進行選擇的。
圖1-2 破碎機和磨礦的主要型式
a)鄂式破碎機 b）旋回破碎機和圓錐破碎 c）輥式破碎機
d）錘式破碎機
1.3.2 鄂式破碎機的分類
鄂式破碎機的規(guī)格是以給料口寬度B和長度L的大小來表示。例如，簡擺鄂式破碎機（PEJ）給料口寬為1200mm，長為1500mm，則表示為PEJ1200×1500破碎機，復擺鄂式破碎機給料口寬為250mm，長為400mm，則表示PEF250×400破碎機。
1）按運動形式分類
鄂式破碎機按運動形式分為兩種基本形式——簡擺鄂式破碎機和復擺鄂式破碎機。
簡擺鄂式破碎機是因為動腭繞機架傷的固定支座做簡單的圓弧擺動而得名。復擺鄂式破碎機是因為其動腭在其它機件帶動下作復雜的一般平面運動而得名，因此動腭上點的軌跡一般為封閉曲線。
2）按規(guī)格大小分類
按規(guī)格大小可把鄂式破碎機分為大型、中型、小型三類。
進料口寬度大于600mm者稱為大型；進料口寬度為300～600mm者稱為中型；小于300mm者稱為小型。
1.3.3 鄂式破碎機的動鄂軌跡特性
鄂式破碎機按運動形式分為兩種基本型式-簡擺鄂式破碎機和復擺鄂式破碎機。如圖表示兩種基本類型的鄂式破碎機的動鄂軌跡。
由圖1-3可見，簡擺鄂式破碎機動鄂上點的軌跡為繞動鄂懸掛點轉動的圓弧，其弧長沿進料口到排料口逐漸增大。復擺鄂式破碎機動鄂上的點一般作平面運動，其軌跡為封閉曲線，進料口處軌跡呈橢圓形，愈靠近排料口其軌跡形狀愈扁直。沿水平方向與垂直方向量取軌跡的位移s和h，則s稱為動鄂水平行程，h稱為動鄂垂直行程，其比值稱為動鄂的行程特性值。
動鄂上各點行程及特性值決定了破碎機性能的優(yōu)劣。水平行程可以產(chǎn)生破碎物料所必須的壓縮量，由于物料在破碎時，其塊度越大，所需的壓縮量也越大，因此水平行程應從進料口到排料口逐漸減小。
由于排料口處的物料按自由落體排下的，所以排料口處水平行程的大小，還應考慮到排料層物料下落時所需的排料高度。動鄂的垂直行程使得動、定鄂間產(chǎn)生垂直方向的相對運動，以對物料進行磨搓，同時也可以促進物料向下排料，但磨搓作用使得動、定鄂板磨損而降低襯板的使用壽命。因此可用行程特性值衡量破碎機軌跡值性能值優(yōu)劣。
圖1-3 鄂式破碎機動鄂軌跡
a）簡擺鄂式破碎機 b）復擺鄂式破碎機
由于排料口處的物料按自由落體排下的，所以排料口處水平行程的大小，還應考慮到排料層物料下落時所需的排料高度。動鄂的垂直行程使得動、定鄂間產(chǎn)生垂直方向的相對運動，以對物料進行磨搓，同時也可以促進物料向下排料，但磨搓作用使得動、定鄂板磨損而降低襯板的使用壽命。因此可用行程特性值衡量破碎機軌跡值性能值優(yōu)劣。
表1-4給出了兩種基本型式的破碎機，在相同排料口水平行程s條件下進、排料口處動鄂的軌跡性能參數(shù)，小于下部水平行程，且垂直行程均很小，其特性值m=0.3。復擺鄂式破碎機上部水平行程，且垂直行程很大，其特性值m=2.5～3.0。
表1-4 兩種基本鄂式破碎機動鄂軌跡性能比較
簡擺鄂式破碎機
復擺鄂式破碎機
進料口
垂直行程
0.15s
2.5s
水平行程
0.5s
1.5s
特性值
0.3
1.67
排料口
垂直行程
0.3s
3s
水平行程
s
s
特性值
0.3
3
與簡擺鄂式破碎機相比，因為復擺鄂式破碎機上下水平行程分布較合理，且有較大的垂直行程，有利于破碎腔內的物料下移，因此生產(chǎn)能力高于簡擺鄂式破碎百分之三十。
1.4鄂式破碎機的現(xiàn)狀和發(fā)展
1.4.1 鄂式破碎機的現(xiàn)狀
鄂式破碎機是由美國人布雷克發(fā)明的。自第一臺鄂式破碎機問世以來，至今已有140 余年的歷史。在此過程中，其結構得到不斷地完善。由于鄂式破碎機結構簡單、制造容易、工作可靠、使用維修方便等優(yōu)點，所以在冶金、礦山、建材、化工、煤炭等行業(yè)使用非常廣泛。為了改善鄂式破碎機性能和提高工作效率，國內外曾研制過各種異型鄂式破碎機。
早年，美國、英國、德國相繼生產(chǎn)了Kun-ken簡擺鄂式破碎機。該機特點是動鄂懸掛高度很高并且前傾。連桿下行為工作行程、主軸承為半圓滑動鄂軸承。
國外制造過一種肘板向上放置的鄂式破碎機。國內有幾家設計院和制造廠生產(chǎn)了這種破碎機。它的特點是靠增大傳動角改善動鄂運動特性，提高破碎機性能。在國內該機有叫負支承、上斜式、上推式和上置式破碎機。
美國鷹破碎機公司制造一種傾斜式鄂式破碎機，其傳動角大約 70度以上。它的最大特點是低矮，最適于井下或移動式破碎機上工作。
以上各項異型破碎機的研制都取得了一定的效果并對國內破碎機行業(yè)的發(fā)展起到了一定的推動和促進作用。但是，都沒能得到大面積推廣使用。國內絕大多數(shù)制造廠生產(chǎn)的和現(xiàn)場使用的都還是傳統(tǒng)復擺鄂式破碎機。就近兩年國外機械設備展覽會上展出的鄂式破碎機來看，也都是傳統(tǒng)鄂式破碎機，沒有異型鄂式破碎機出現(xiàn)。
國內各廠家所制造的鄂式破碎機技術水平相差很懸殊，有少數(shù)廠家的產(chǎn)品基本接近世界先進水平，而大多數(shù)廠家的產(chǎn)品與世界先進水平相比差距較大。
綜上所述，改善國內鄂式破碎機落后的狀況，全面提高鄂式破碎機技術水平，趕上世界先進水平，創(chuàng)造世界品牌的鄂式破碎機是當務之急。
1.4.2 鄂式破碎機的發(fā)展
19世紀 40年代,北美的采金熱潮對鄂式破碎機發(fā)展有重大的促進作用。19世紀中葉,多種類型的鄂式破碎機被研制出來,并獲得了廣泛的應用。上個世紀末,全世界已有70多種不同結構的鄂式破碎機取得了專利權。
1858年,埃里.布雷克(El.Blake)取得了制造雙肘板鄂式破碎機的專利權?，F(xiàn)在最常用的鄂式破碎機是布雷克的鄂式破碎機和更近代制造的單肘板鄂式破碎機。鄂式破碎機最大的弱點之一是它們在一個工作循環(huán)內只有一半時間進行工作。
20 世紀 80年代中期,國外一些廠家已能生產(chǎn)各種大型鄂式破碎機,例如美Fuller Traylor公司生產(chǎn)的重型鄂式破碎機,規(guī)格為1676mm × 2134mm,生產(chǎn)能力達 1200t/h;德國PWH公司生產(chǎn)的最大雙肘板鄂式破碎機的給料口為2600mm ×1800mm,生產(chǎn)能力可達2000t/h;英國 Babbitless公司生產(chǎn)的 BCS系列鄂式破碎機,其生產(chǎn)能力可達 6000t/h。
20 世紀 80年代以來,我國鄂式破碎機的研制工作與改進工作取得了一定的成果。北京礦冶研究總院的破碎機專家王宏勛教授和他的學生丁培洪碩士引用了“動態(tài)嚙角”的概念,開發(fā)出 GXPE 系列深腔鄂式破碎機,當時在國內引起了一定程度的轟動。
該機與同種規(guī)格的破碎機相比,在相同工況條件下,處理能力可提高 20%～30% ,齒板壽命可提高1～2 倍。該機采用負支撐零懸掛,具有雙曲面腔型。
第二代 GXPE250×400破碎機在第一代的基礎上進行了全面改進,增大了破碎比,降低了產(chǎn)品粒度，最大給料粒度為220mm,生產(chǎn)能力為 5～16t/h ,排料口調整范圍為10～40mm ,給料抗壓強度小于 300MPa。
PEY4060液壓保險鄂式破碎機,以液壓缸為過載保護裝置,正支撐、正懸掛、深破碎腔。該機最大給料粒度為340mm, 排料口調整范圍為 30～100mm ,生產(chǎn)能力為10～40t/h 。多靈—沃森機械有限公司的戌吉華高級工程師集多年實踐經(jīng)驗,設計了目前國內最大的1200× 1500復擺鄂式破碎機。
2. 鄂式破碎機的工作原理及結構
2.1鄂式破碎機的工作原理
2.1.1 簡擺鄂式破碎機工作原理
動鄂懸掛在心軸上，可作左右擺動，偏心軸旋轉時，連桿做上下往復運動。帶動兩塊推力板也做往復運動，從而推動動鄂做左右往復運動，實現(xiàn)破碎和卸料。此種破碎機采用曲柄雙連桿機構，雖然動鄂上受有很大的破碎反力，而其偏心軸和連桿卻受力不大，所以工業(yè)上多制成大型機和中型機，用來破碎堅硬的物料。此外，這種破碎機工作時，動鄂上每點的運動軌跡都是以心軸為中心的圓弧，圓弧半徑等于該點至軸心的距離，上端圓弧小，下端圓弧大，破碎效率較低，其破碎比i一般為3-6，由于運動軌跡簡單，故稱簡單擺動鄂式破碎機。
優(yōu)點：結構緊湊簡單，偏心軸等傳動件受力較?。挥捎趧佣醮怪蔽灰戚^小，加工時物料較少有過度破碎的現(xiàn)象，動鄂鄂板的磨損較小。
圖2-1 簡擺鄂式破碎機
2.1.2 復擺鄂式破碎機工作原理
動鄂上端直接懸掛在偏心軸上，作為曲柄連桿機構的連桿，由偏心軸的偏心直接驅動，動鄂的下端鉸連著推力板支撐到機架的后壁上。當偏心軸旋轉時，動鄂上各點的運動軌跡是由懸掛點的圓周線(半徑等于偏心距)，逐漸向下變成橢圓形，越向下部，橢圓形越偏，直到下部與推力板連接點軌跡為圓弧線。由于這種機械中動鄂上各點的運動軌跡比較復雜，故稱為復雜擺動式鄂式破碎機。圖2-2和2-3為復擺鄂式破碎機結構示意圖和運動簡圖。
圖2－2 復擺鄂式破碎機結構示意圖
圖2－3 復擺鄂式破碎機機構運動簡圖
復擺式鄂式破碎機與簡擺式相比較，其優(yōu)點是：質量較輕，構件較少，結構更緊湊，破碎腔內充滿程度較好，所裝物料塊受到均勻破碎，加以動鄂下端強制性推出成品卸料，故生產(chǎn)率較高，比同規(guī)格的簡擺鄂式破碎機的生產(chǎn)率高出20-30%；物料塊在動鄂下部有較大的上下翻滾運動，容易呈立方體的形狀卸出，減少了像簡擺式產(chǎn)品中那樣的片狀成分，產(chǎn)品質量較好。
介于復擺鄂式破碎機的優(yōu)點，在本設計中將鄂式破碎機設計為復擺型。
2.2 鄂式破碎機的結構
2.2.1 兩種破碎機的結構對比
簡擺鄂式破碎機和復擺鄂式破碎機，這兩種類型的破碎機在工程中得到了廣泛的應用。兩者的結構及性能各有下列優(yōu)缺點。
1）由于復擺鄂式破碎機將簡擺鄂式破碎機的連桿于動腭合而為一且只有一個肘板，所以其結構更加簡單。具有結構簡單、運動可靠、重量輕等優(yōu)點。
2)簡擺鄂式破碎機實質上是一個增力六桿機構。特別是當前后推力板間的夾角趨于180°時，可以產(chǎn)生很大的破碎力。因此，在大型破碎機中一般采用這種結構，這是復擺鄂式破碎機所不具備的優(yōu)點。
3）復擺鄂式破碎機動腭上各點的軌跡分布（圖4-3）較合理，其水平行程沿動腭腭板面由下至上逐漸加大，正好滿足破碎大塊物料需加大壓縮量的要求，且排料時動腭下斷點向下運動，促進排料以利提高生產(chǎn)能力。簡擺鄂式破碎機動腭腭板各點的軌跡分布正好與復擺鄂式破碎機相反。
4）復擺鄂式破碎機的動腭垂直行程大，加劇齒板與物料間的磨搓作用，這樣不但加快了破碎板的磨損，降低其使用壽命，使產(chǎn)品出現(xiàn)粉料，粒度更不均勻，而且使非生產(chǎn)性的能量消耗增加。
圖4-3 復擺鄂式破碎機動鄂行程示意圖
2.2.2 主要零部件的結構分析
復擺鄂式破碎機主要是由機架、動鄂、偏心軸、軸承、飛輪、槽輪、肘板、調整部件、拉緊部件、潤滑部件等組成，如下圖2－4所示。
圖2-4 復擺鄂式破碎機結構圖
（1）動鄂
動鄂是支承齒板且直接參與破碎礦石的部件，要求有足夠的強度和剛度，其結構應該堅固耐用。動鄂一般采用鑄造結構，為減輕重量，國外也采用焊接結構。由于其結構復雜，因此對焊接工藝的要求較高。按結構特點，可把動鄂分成箱型結構與非箱型加筋結構（按其橫截面形狀又可分為“Ｅ”型和反“Ｅ”型兩種）。對于型號較小的復擺鄂式破碎機，其動鄂一般做成非箱型加筋結構，以便有效地減輕動鄂的重量。本設計采用“Ｅ”型動鄂，ZG35材料鑄成。
（2）齒板
齒板（也叫襯板），是破碎機中直接與礦石接觸的零件，它對破碎機的生產(chǎn)率、比能耗、產(chǎn)品粒度組成和粒形以及破碎力等都有影響。
齒板承受很大的沖擊擠壓力，因此磨損得非常厲害。為了延長它的使用壽命，可從兩方面來研究：一是從材質上找到高耐磨性能材料；二是合理確定齒板的結構形狀和幾何尺寸。目前齒板一般采用ZGMn13-4，其特點是：在沖擊負荷作用下，具有表面硬化性，形成既硬又耐磨的表面，同時仍能保持其內層金屬原有的韌性。齒板橫斷面結構形狀有平滑表面和齒形表面兩種，后者又分三角形和梯形表面（如圖2-4所示）。
圖2-6 襯板齒形
a—三角形 b—梯形
本設計中采用三角形齒板，材料為ZGMn13-4。
（3）肘板（推力板）
破碎機的肘板是結構最簡單的零部件，但其作用卻非常大。通常有三個作用:一是傳遞動力，其傳遞的動力有時甚至比破碎力還大；二是起保險作用，當破碎腔落入非破碎物料（如釬桿、折斷的鏟齒）時，肘板先行斷裂破壞，從而保護機器其它零件不發(fā)生破壞；三是調整排料口大小。
肘板按結構組成分為組裝式和整體式兩種；按肘頭與肘墊（或稱肘板襯墊）的連接型式，可分滾動型與滑動型兩種（如圖2-5）。滾動型結構其傳動效率高，磨損減小，同時在機器運轉過程中，動鄂的擺動角很小，使得肘板兩端支承的肘墊表面的平行度誤差也很小，因此肘板的傳力方向與肘墊垂直方向的夾角很小，肘板與其肘墊之間可以保持純滾動。
為提高傳動效率，減少磨損，延長其使用壽命，本設計中采用滾動型肘板，肘板墊材料為ZG310-570。
圖2-7 肘頭與肘墊形式
a）滾動型 b）滑動型
（4）調整裝置
調整裝置是用來調整破碎機排料口大小用。隨著襯板的不斷磨損，排料口尺寸也不斷地變大，產(chǎn)品粒度也隨之變粗。為了保證產(chǎn)品粒度的要求，必須利用調整裝置，定期地調整排料口尺寸。此外，當要求得到不同的產(chǎn)品粒度時，也需要調整排料口大小，現(xiàn)有鄂式破碎機的調整裝置有多種多樣，歸納起來有墊片調整裝置、楔鐵調整裝置、液壓調整裝置以及襯板調整。
本設計中采用楔鐵調整裝置（如圖2-8），其優(yōu)點是能實現(xiàn)無極調整、調整方便、不必停車、結構簡單和制作方便。缺點是它的外形尺寸和重量都比較大，使機器尺寸增大，調整很費勁。
圖2-8 立式楔鐵調整裝置
（5）保險裝置
當破碎機落入非破碎物時，為防止機器的重要零部件發(fā)生破壞，通常裝有過載保護裝置。保險裝置有三種:液壓連桿、液壓摩擦離合器和肘板。液壓保險裝置由于必須有專用的液壓系統(tǒng)，且對液壓元件和零部件的液壓密封部位有較高的要求，故一般都用于大型的簡擺鄂式破碎機。中小型復擺鄂式破碎機都以肘板為保險件。
設計肘板時除應正確確定由破碎力引起的肘板壓力，以便設計出超載破壞的肘板面積外，在結構設計時，應使其具有較高的超載破壞敏感度。
本設計采用變截面結構（如圖2-9a），材料為HT150。
圖2-9 肘板結構
a）變截面結構 b）弧形結構 c）S型結構
鄂式破碎機是一種間歇工作的機器，工作行程破碎物料而空行程只是克服機構中的有害阻力，因而造成機器轉動速度的波動和電動機的負荷不均勻．為了使破碎機工作平穩(wěn)，轉速波動小，電動機負荷均勻，在偏心軸上裝有飛輪。
飛輪常以鑄鐵或鑄鋼制造，小型機的飛輪常制成整體式。破碎機有雙飛輪也有單飛輪，前者用得較普遍。
本設計中，飛輪采用灰口鑄鐵HT300。
（7）機架結構
破碎機機架（圖2-10）是整個破碎機零部件的安裝基礎。它在工作中承受很大的沖擊載荷，其重量占整機重量很大比例（對鑄造機架為50％左右，對焊接架為30％左右），機架的剛度和強度，對整機性能和主要零部件壽命均有很大的影響，因此，對破碎機機架的要求是：結構簡單易制造，重量輕，且要求有足夠的強度和剛度。破碎機機架按結構分，有整體機架和組合機架；按制造工藝分，有鑄造機架和焊接機架（圖2-11）。
圖2-10 機架的幾何模型
圖2-11某焊接機架
本設計采用整體鑄造機架（圖2-12），雖然制造困難，但具有較好的剛性，除用ZG270-500材料外，對小型破碎機破碎硬度較小的物料時，也可用優(yōu)質鑄鐵和球磨鑄鐵。設計時，在保證正常工作條件下，應力求減輕重量。制造時要求偏心軸軸承中心鏜孔，與動鄂心軸軸承的中心孔有一定的平行度。
圖2-12 整體鑄造機架
（8）密封及潤滑系統(tǒng)
密封的功能是阻止泄露，造成泄露的原因主要有兩方面：一是密封面上有間隙；二是密封兩側有壓力差。消除或減小其中因素都可以阻止或減小泄露，但就一般設備而言，減小或消除間隙是阻止泄露的主要途徑。密封的作用就是將結合面間的間隙封住，隔離或切斷泄露通道，增加泄露通道中的阻力，或者在通道中加設小型做工元件對泄露物質造成壓力，與引起泄露的壓差部分抵消或完全平衡。
密封結構種類繁多，所采用密封機理也各不相同。因而對于任何具體應用，都必須進行細致的衡量，然后做出選擇。
偏心軸軸承通常采用集中循環(huán)潤滑；心軸和推力板的支承面一般采用潤滑脂通過手動油槍給油；動鄂的擺角很小，使心軸與軸瓦之間潤滑困難．常在軸瓦底部開若干軸向油溝．中間開一環(huán)向油槽使之連通，再用油泵強制注人干黃油進行潤滑。
3 .鄂式破碎機的結構參數(shù)和工作參數(shù)的選擇和計算
為了保證鄂式破碎機運動的可靠性和經(jīng)濟性，在設計時必須正確地確定它的結構參數(shù)和工作參數(shù)，并以此作為計算零部件的基礎。
3.1 結構參數(shù)的選擇和計算
3.1.1 給礦口與排礦口的尺寸
1）給料口寬度B
B=（1.1～1.25）Dmax
式中 Dmax——最大給料粒度。
由于Dmax=125mm，故給礦口寬度B的取值范圍為137.5～156.25，在本設計中選取B=150mm。
2）出礦口長度L
我國生產(chǎn)的鄂式破碎機，給礦口長度L為寬度B的1.25～1.7倍。對于大型破碎機，取L=（1.25～1.5）B，中小型破碎機則取L=（1.5～1.7）B。
由于B=150mm，故給礦口長度L的取值范圍為225～255，介于我國常見的鄂式破碎機型號，在本設計中選取L=250mm。
3）排礦口最小寬度
排礦口的最小寬度可按下式選定：
對于簡擺鄂式破碎機：
對于復擺鄂式破碎機：
由于B=150mm，故排礦口最小寬度取值范圍為15.00～21.429，取=20mm。
3.1.2 嚙角α
破碎機的動鄂與固定鄂板之間的夾角稱為鉗角。當破碎物料時，必須使物料既不向上滑動，也不從破碎機給礦口中跳出來。這就要求礦石和鄂板工作面之間產(chǎn)生足夠的摩擦力，以阻止礦塊破碎時被擠出去。
正確的選擇鄂式破碎機鉗角對于提高破碎機的破碎效率具有很大意義，減小鉗角可以使破碎機的生產(chǎn)能力增加，但會引起破碎比的減小。近年來，采用一種曲面破碎齒板，它在保持破碎比不變的條件下，嚙角將大大減小，而破碎機的生產(chǎn)能力可以提高，且破碎齒板磨損減輕，功率消耗有所下降。在實際生產(chǎn)中，對于復擺鄂式破碎機來說，鉗角的范圍為20°～24°，本設計將鉗角α選定為20°。
3.1.3 動腭的擺動行程s與偏心軸的偏心距e
1）動腭的擺動行程s的確定
動鄂擺動行程s是破碎機最重要的結構參數(shù)，在理論上，動鄂的擺動行程應按物料達到破壞時所需之壓縮量來決定。然而，由于破碎板的變形，及其與機架間存在的間隙等因素的影響，實際選取的動鄂擺動行程遠大于理論上求出的數(shù)值。
復擺鄂式破碎機的動鄂擺動行程受到排礦口寬度的限制。因為，如果動鄂下部的擺動行程大于排礦口最小寬度的0.3～0.4倍，將引起物料在破碎腔下部的過壓實現(xiàn)象，容易造成排礦口的堵塞，使負荷急劇增大，所以動鄂下部的擺動行程不得大于排礦口寬度的0.3～0.4倍，本設計中s=8mm。
2）偏心軸的偏心距r的確定
動腭的擺動行程確定以后，偏心軸的偏心距r可以根據(jù)初步確定的構件尺寸利用畫機構圖的方法確定。通常，對于復擺鄂式破碎機，s=（2～2.2）r。
由于s=8mm，故偏心距e的取值范圍為3.63～4，根據(jù)設計需要，取r=3.8mm。
3.1.4 主要構件尺寸的確定
1）破碎腔高度H
在鉗角一定的情況下，破碎腔的高度由所需求的破碎比而定，通常破碎腔的高度H=（2.25～2.5）B，即H=337.5～375mm，在本設計中選取H=350mm。
2）懸掛高度h
為了保證在破碎腔上部產(chǎn)生足夠的破碎力來破碎大塊礦石，因而在給礦口處，動鄂必須有一定的擺動行程，為此，動鄂的軸承中心距給礦口平面的高度：對于復擺鄂式破碎機，h≤0.1L。式中，L為動鄂長度。
本設計中，取L=20mm。
3）偏心距r對連桿長度l的比值
在曲柄連桿機構中，當曲柄做等速回轉時，搖桿來回擺動的速度不同，具有急回運動的特征。連桿越短，即 值越大，則這種不對稱現(xiàn)象就越明顯。曲柄的轉數(shù)是根據(jù)礦石在破碎腔中自由下落的時間而定，因此，連桿不宜過短。通常，對于中小型鄂式破碎機， =～，l=（0.85～0.9）L。式中L為動鄂長度。已知r=3.8mm，現(xiàn)取 =，則連桿長度l=323mm，動鄂長度L=274.55～290.7mm。
本設計中，取l=323mm，L=285mm。
4）推力板長度K
當動鄂擺動行程s和偏心距r確定以后，在選取推力板長度時，對于鄂式破碎機，當曲柄偏心位置為最高時，兩個推力板的內斷點略低于兩個外端點的連線，即使推力板和連桿的夾角近于90度。推力板長度與偏心距有下列關系：
本設計中，取推力板長度K=80mm。
5）傳動角
從機構學的角度看，傳動角是指四桿機構中，連桿軸線與搖桿（即肘板）軸線間所夾的銳角，并且傳動角愈接近90°，傳力性能愈好。對于破碎機而言，傳動角的選取除考慮傳力性能外，還必須考慮到加大傳動角，不但增大垂直行程，而且使水平行程值降低。因此傳動角不宜過大，建議取45°- 55°。
在本設計中取=50°。
6）破碎腔的形狀
破碎腔是由動、定鄂齒板及機架側壁組成的空間。其腔型是由給、排料口尺寸（已標準化），破碎腔嚙角，動、定鄂齒板布置方式，襯板縱向剖面形狀及齒板的齒形等確定的。破碎腔的腔型直接影響破碎機主要經(jīng)濟技術指標，如生產(chǎn)率、比能耗、產(chǎn)品粒度組成、粒形和襯板使用壽命等。
圖3-1表示曲線形破碎腔，它是將動鄂襯板改為曲線形，曲線是按破碎腔的齒角從上到下逐漸減小的原則而設計的。在曲線型破碎腔中，各連續(xù)的水平面間形成的梯形面積的體積，從破碎腔的中部往下時逐漸增加的，因而礦石間的空隙增大，有利于排礦。由于堵塞點上移，故在排礦口附近不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。為了改善排礦口處生產(chǎn)率小，提高破碎機生產(chǎn)率，本設計中采用曲線形破碎腔（圖3-1所示）。
圖3-1鄂式破碎機的破碎腔
3.2 工作參數(shù)的選擇與計算
3.2.1 動鄂的擺動次數(shù)（偏心軸的轉數(shù)）
選擇動鄂的擺動次數(shù)時，不僅要使機器的生產(chǎn)率高，而且還要使機器的功率消耗少。但是目前用理論方法確定動鄂的擺動次數(shù)時，只考慮了生產(chǎn)率高這個因素，而對其它影響因素則忽略不計。
為了簡化計算，假定動鄂作平移運動，即忽略了動鄂在擺動過程中嚙角變化的影響，其次，不考慮礦石與襯板間的磨檫力對排礦的影響，破碎產(chǎn)品在重力作用下自由下落。
理論上求得使破碎機獲得最高生產(chǎn)率的偏心軸轉速n應是：
(r/min)
實際上，由于動鄂空行程初期，物料仍處于壓緊狀態(tài)而不掉落，因此，轉速應取低些，一般是上式計算值的0.7，即
(r/min)
式中：
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