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江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 i 目錄 第一章 概述 ......................................................1 1.1 物料的粉碎 ..............................................1 1.1.1 粉碎的目的與意義 .............................................................................1 1.1.2 破碎比與粉碎流程 .............................................................................2 1.1.3 物料破碎力學(xué)分析 .............................................................................4 1.2 破碎理論與破碎機類型 ....................................6 1.2.1 破碎理論 ..............................................................................................6 1.2.2 破碎機類型 ..........................................................................................7 1.3 顎式破碎機的發(fā)展 ........................................7 第二章 破碎機的設(shè)計方案(專題部分) ................................9 2.1復(fù)擺顎式破碎機工作原理 ....................................9 2.2兩顎板的布置方式的設(shè)計 ...................................10 2.3破碎機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .........................................10 2.4調(diào)整裝置的設(shè)計 ...........................................11 第三章 復(fù)擺顎式破碎機的主參數(shù)設(shè)計 ...............................13 3.1顎式破碎機動顎運動軌跡 ...................................13 3.1.1 描繪動顎運動軌跡方法 ...................................................................13 3.1.2 對運動軌跡的分析 ...........................................................................14 3.2復(fù)擺顎式破碎機主要參數(shù)的確定 .............................15 3.2.1 已知條件 ............................................................................................15 3.2.2 鉗角 ?................................................................................................15 孫智宇:PE250×400 顎式破碎機的設(shè)計 ii 3.2.3 動顎水平行程 xS..............................................................................16 3.2.4 傳動角 ?..........................................................................................16 3.2.5 偏心距 e..........................................................................................17 3.3電動機的選擇 .............................................17 3.3.1 電動機的容量 ....................................................................................17 3.3.2 選擇電動機的型號 ...........................................................................17 3.4主軸轉(zhuǎn)速的計算 ...........................................18 3.5生產(chǎn)率的計算 .............................................19 第四章 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的確定(專題部分) .............................21 4.1皮帶輪的設(shè)計 .............................................21 4.1.1 求計算功率 ........................................................................................21 4.1.2 選擇 V 帶的帶型 ...............................................................................21 4.1.3 求小、大帶輪基準直徑 ...................................................................21 4.1.4 大輪計算直徑 ....................................................................................21 4.1.5 確定 V 帶的中心距 a 和基準長度 Ld............................................22 4.1.6 驗算小帶輪上的包角 .......................................................................22 4.1.7 驗算帶速 ............................................................................................23 4.1.8 帶的根數(shù) z.........................................................................................23 4.1.9 求 V 帶根數(shù) .......................................................................................24 4.1.10 單根 V 帶的初拉力 ........................................................................24 4.2 偏心軸的設(shè)計 .............................................25 4.2.1 軸徑的確定 ........................................................................................25 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 iii 4.2.2 偏心軸強度計算 ................................................................................25 4.3飛輪重量的設(shè)計 ...........................................27 4.4破碎力的計算 .............................................30 4.5肘板的設(shè)計 ...............................................30 4.6動顎的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ...........................................32 第五章 復(fù)擺顎式破碎機的腔形與機架設(shè)計 ...........................35 5.1機架結(jié)構(gòu)形式 .............................................35 5.2機架結(jié)構(gòu)設(shè)計 .............................................35 5.3機架前壁結(jié)構(gòu)設(shè)計 .........................................35 5.4機架側(cè)壁結(jié)構(gòu)設(shè)計 .........................................35 5.5機架后壁結(jié)構(gòu)設(shè)計 .........................................38 5.6顎式破碎機的腔形設(shè)計 .....................................39 5.6.1 分層破碎假說 ....................................................................................39 5.6.2 直線腔形的分析 ................................................................................40 第六章 復(fù)擺顎式破碎機齒板磨損的分析與設(shè)計 .......................41 6.1復(fù)擺顎式破碎機齒 板磨損的分析 .............................41 6.2 顎板磨損機制 .............................................43 6.3對顎板材質(zhì)的選擇 .........................................45 第七章 復(fù)擺顎式破碎機的三維建模 .................................46 7.1 分析實體 .................................................46 7.2 創(chuàng)建基本特征 .............................................46 7.3 添加新特征 ...............................................47 孫智宇:PE250×400 顎式破碎機的設(shè)計 iv 7.4 裝配設(shè)計 .................................................48 7.5 三維動態(tài)運動檢查 .........................................48 7.6生成二維工程圖 ...........................................48 7.7 本章小結(jié) .................................................48 第八章 結(jié)論 .....................................................49 第九章 謝 辭 ...................................................50 參考文獻........................................................51 附錄 A The Effect of a Viscous Coupling Used as a Front-Wheel Drive Limited-Slip Differential on Vehicle Traction and Handling ..............................53 附錄 B 黏性連接器用作前輪驅(qū)動限制滑移差速器對汽車牽引和操縱的影響 ........55 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 I PE250×400 復(fù)擺顎式破碎機的設(shè)計 摘要 本文設(shè)計的 PE250×400 復(fù)擺顎式破碎機，其工作原理是通過偏心軸使動顎上下運動， 當動顎上升時，肘板和動顎間夾角變大，從而推動動動顎板向定顎板接近，與此同時物 料被擠壓、搓、碾等多重破碎。當動顎下行時，肘板和動顎間夾角變小，動顎板在拉桿、 彈簧的作用下離開定顎板，此時已破碎物料從破碎腔下口排出，隨著電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動破 碎機動顎作用周期性的壓碎和排料；本文主要有復(fù)擺顎式破碎機的方案設(shè)計，設(shè)計方案 主要有三大部分：1.破碎機懸掛方式的設(shè)計，其中包括正懸掛，零懸掛，負懸掛；2.兩 顎板的布置方式的設(shè)計，其中包括 a-動顎板傾斜、定顎板垂直，b-板都傾斜， c-顎板垂 直、定顎板傾斜；3.出料口調(diào)整裝置的設(shè)計，其中包括楔鐵調(diào)整裝置，液壓調(diào)整裝置， 墊片調(diào)整裝置；復(fù)擺顎式破碎機的主參數(shù)的確定；復(fù)擺顎式破碎機機構(gòu)尺寸參數(shù)的確定, 主要有偏心軸、動顎、皮帶輪、飛輪等；復(fù)擺顎式破碎機的腔形與機架設(shè)計；復(fù)擺顎式 破碎機齒板磨損的分析與設(shè)計；復(fù)擺顎式破碎機的三維建模。 關(guān)鍵詞：復(fù)擺顎式破碎機 ；動顎；齒板；機架設(shè)計。 孫智宇:PE250×400 顎式破碎機的設(shè)計 II PE250 × 400 Compound Pendulum Jaw Crusher Design ABSTRACT In this paper, the design of PE250 × 400 Jaw Crusher, its working principle is that through the eccentric shaft so that the jaw moving up and down movement, when the moving jaw to rise, the toggle plate and moving jaw angle between the larger, so as to promote action to move the jaw plate set close to the jaw plate, at the same time material was extruded, molded, milled, such as multiple broken. When moving down the jaw, the toggle plate and moving jaw angle between the smaller, fixed jaw plate in the bar, under the action of the spring jaw is scheduled to leave the board, at this time has been broken material from the mouth from under the crushing chamber, with continuous rotation motor broken cyclical role of mobile jaw crushing and nesting; In this paper, the main compound pendulum jaw crusher of the program design,There are three main designs most: 1. The design of jaw crusher’s hoisting type, including being hoisted, hoisting zero, negative suspension; 2. Two jaw plate design layout, including a-moving jaw plate tilt, set jaw plate vertical, b-plate are tilted, c-jaw vertical plate will tilt the jaw plate; 3. The design of the opening adjustment, including the iron wedge adjustment devices, hydraulic adjustment device, gasket adjustment device; Jaw crusher to determine the main parameters; compound pendulum jaw Crusher parameters of body size, there are eccentric axis, moving the jaw, pulley, flywheel, etc.; compound pendulum jaw crusher and the cavity-shaped rack design; compound pendulum jaw crusher plate tooth wear analysis and design; compound pendulum jaw crusher of the three- dimensional modeling. Key words: compound pendulum jaw crusher; fixed jaw; tooth plate; rack design. 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 第一章 概述 凡用外力將大顆粒物料變成小顆粒物料的過程叫破碎，其使用的機械稱為破碎機。 凡用外力將小顆粒物料變成粉體物料的過程稱為粉磨或磨碎，其所使用的機械稱為粉磨 機械。將破碎和粉磨聯(lián)合起來簡稱粉碎或碎磨，所以使用的機械簡稱粉碎機械或碎磨機 械。 在基本建設(shè)工程中，需要大量的，各種不同粒徑的砂、石作為生產(chǎn)之用。在沒有合 格的天然砂子和一臺顎式破碎機問世以來，至今已有 140余年的歷史。在此過程中，其 結(jié)構(gòu)得到不斷的完善，而顎式破碎機的結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，石料可供破碎機械來進行 加工，來滿足工程的需要。所以在生產(chǎn)中廣泛的應(yīng)用。而工程上應(yīng)用最廣泛的是復(fù)擺顎 式破碎機，國產(chǎn)的顎式破碎機數(shù)量最多的也是復(fù)擺顎式破碎機。 破碎機是將開采所得的天然的石料按一定尺寸進行破碎加工的機械。顎式破碎機是 有美國人發(fā)明的。自第一臺破碎機的出現(xiàn)，生產(chǎn)效率快，又滿足安全條件，又能適應(yīng)生 產(chǎn)，大大加快了生產(chǎn)。 復(fù)擺顎式破碎機結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、使用維修方便等優(yōu)點，所有在冶 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(fù)擺顎式的研 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(chǔ)上，結(jié)合國情研制開 發(fā)了許多新型、高效的設(shè)備。上海建設(shè)路橋機械設(shè)備有限公司率先對復(fù)擺顎式破碎機進 行了重大的改進，即通過降低動顎的懸掛高度，改善動顎的運動軌跡，減小破碎腔的嚙 角，增大破碎比，增大了動顎的水平行程，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。 復(fù)擺顎式破碎機主要是由兩塊顎板（活動顎板和固定顎板）組成?；顒宇€板對固定 顎板周期性的往復(fù)運動，時而靠近，時而分開，由此使裝在兩顎板間的石塊受到擠壓、 劈裂和彎曲作用而破碎。復(fù)擺顎式破碎機的機器重量較輕，結(jié)構(gòu)簡單（比同規(guī)格的簡擺 顎式破碎機少了一件連桿、一塊肘板、一根心軸和一對軸承） ，生產(chǎn)效率較高（比同規(guī)格 的簡擺顎式破碎機生產(chǎn)效率高 20%—30%） 。復(fù)擺顎式破碎機適合破碎中硬度石料。在工程 中，多用它做中、細碎設(shè)備，其破碎比較大，可達 。隨著機械工業(yè)的進步，近年來，10?i 復(fù)擺顎式破碎機正朝著大型化發(fā)展。所以，一個合理的傳動裝置可以使復(fù)擺顎式破碎機 運行的更加順利，合理有效。動顎的優(yōu)化可使磨損大大的降低，沖擊、噪聲、振動都相 應(yīng)的減少，也減少工作人員的勞動強度，提高生產(chǎn)的質(zhì)量，降低制造成本和縮短生產(chǎn)周 期。 但是，復(fù)擺顎式破碎機也有它的缺點，具體如下： JB / ZQ 1032一 87《齒板鑄造技術(shù)條件》規(guī)定齒板壽命只有 60h，按 10h工作制， 每付齒板只能用 6d，不到一星期就需更換一次齒板。不僅給維修帶來很大的不便，而且 增加了破碎物料的成本。 現(xiàn)代的設(shè)計應(yīng)以人為本，面對服務(wù)對象、面向市場、面對循環(huán)經(jīng)濟、面對礦產(chǎn)資源 利用的大趨勢、面對環(huán)保，搞全性能、全生命的設(shè)計。所以做好復(fù)擺顎式破碎機的設(shè)計,讓 它更好的為生產(chǎn)服務(wù)，提高生產(chǎn)效率。 孫智宇:PE250×400 顎式破碎機的設(shè)計 2 1.1 物料的粉碎 1.1.1 粉碎的目的與意義 1.1.1.1 物料粉碎的目的 A 增加物料的比表面積 物料破碎后，其比表面積增加，因而可提高物料作用的效果和化學(xué)反應(yīng)的速度。如 幾種不同固體物料的混合，若物料破碎得越細，則混合均勻的程度越高；水泥熟料的燒 成，基本上是一種固相反應(yīng)，其反應(yīng)速度與物料碎磨粒度有關(guān)，物料磨得越細，反應(yīng)速 度進行得越快。反應(yīng)速度越快，煅燒時節(jié)省熱量越多。 B 制備混凝土骨料與人造砂 制備混凝土需要各種粒度的骨料（碎石） ，是由開采出來的大，塊石料，經(jīng)破碎刷分 加工后得到的各種粒度的碎石。當天然砂不足時，可用破碎方法制備人造砂。 C 使礦石中有用成分解離 在選礦作業(yè)中，破碎與磨碎作業(yè)，是把各種有用礦物里緊密結(jié)合與共生在一起的有 用成分和雜質(zhì)分開，即“解離” 。物料解離后，才能用選礦的方法除去雜質(zhì)而得到純潔的 精礦。 D 為原料下一步加工作準備或便于使用 在煉焦廠、燒結(jié)廠、制團廠、建筑材料以及粉末冶金部門中，所用的原料塊度一般 都比較大，要求碎磨到一定粒度以下，供下一步加工處理用 在食品、化學(xué)醫(yī)藥、化肥及農(nóng)藥等工業(yè)部門中，常將產(chǎn)品碎磨成粉末狀態(tài)，以便使 用。 1.1.1.2 物料粉碎的意義 物料的粉碎是冶金、礦山、建材、化工、電力等工業(yè)部門應(yīng)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。 在選礦工業(yè)中，物料的破碎占有重要地位。選礦廠與磨碎作業(yè)的生產(chǎn)費用，平均約 占全部選礦生產(chǎn)費用的 40%以上，而碎磨設(shè)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%，而磨碎機械的耗電量則占 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%以上用于磨碎。 隨著貧礦增多、建筑材料需求量不斷增加、工業(yè)利用積聚起來的再生材料占有比例愈來 愈大，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(shè)備和改進現(xiàn)有碎磨機械，對于達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本、低能耗具有非常重 要的意義。 1.1.2 破碎比與粉碎流程 1.1.2.1 破碎比 衡量破碎機破碎效果，常用破碎比這個概念。破碎機破碎比就是原料粒度與破碎后 產(chǎn)品粒度之比，它代表破碎后原料減小的倍數(shù)。 破碎比（i）有以下幾種計算方法： （1）用破碎前物料最大粒度與破碎后產(chǎn)品最大粒度之比計算： i=Dmax/dmax (1-1) 式中 Dmax -------破碎前物料最大粒度； dmax ------- 破碎后物料最大粒度。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 由于各國的習(xí)慣不同，最大粒度取值方法也不同。英、美以物料 80%能通過篩孔的 篩孔寬度為最大粒度的直徑；我國和前蘇聯(lián)以物料的 95%能通過篩孔的篩孔寬度為最大粒 度的直徑。 （2）用破碎機給料口有效寬度和排料口寬度的比值 計算： i=0.85B/b (1-2) 式中 B -----破碎機給料口寬度； b------破碎機排料口寬度。 式中的 0.85是為保證破碎機咬住物料的有效寬度系數(shù)。排料口寬度 b的取值，粗碎 機取最大排料口寬度，中、細碎機取最小排料口寬度。 用式（1-2）計算破碎比很方便，因在生產(chǎn)中不可能經(jīng)常對大批物料作篩分分析，但 只要知道破碎機給料口和排料口寬度，便可按式（1-3）計算破碎比。 （3）用平均粒度計算： I=Dcp/dcp (1-3) 式中 Dcp------ 破碎前物料的平均直徑； dcp ------破碎后物料的平均直徑。 這種方法求得的破碎比，能較真實地反映破碎程度。因而理論研究中采用它。 孫智宇:PE250×400 顎式破碎機的設(shè)計 4 1.1.2.2 粉碎流程 圖 1-1 三段破碎機機械流程圖 1—固定格條篩 ； 2—粗碎顎式破碎機； 3，5—振動篩； 4—中碎圓錐破碎機； 6—細碎圓錐破碎機；7—礦倉； 8—磨機 圖 1-1所示為典型破碎篩分流程圖，原礦進入棒條篩 1進行預(yù)先篩分，這樣可以把 原礦中細粒級分出，從而減輕破碎機負荷。篩上物料進入顎式破碎機機 2里，經(jīng)破碎后， 所得產(chǎn)品與 1號篩下物料都落到振動篩 3上。經(jīng)篩分后，篩上物料進入中碎圓錐破碎機 （簡稱中碎機） ，篩下物料都落到振動篩 5上，從中碎機 4排出的產(chǎn)品也落到振動篩 5上。 經(jīng)篩分后，篩上物料在進入細碎圓錐破碎機 6（簡稱細碎機）里。這樣，振動篩 5既是預(yù) 先篩分又是檢查篩分。檢查篩分的作用，是對破碎機排料進行篩分，其篩孔尺寸大致等 于預(yù)先篩分篩孔尺寸。篩上不合格的物料進入細碎機 6，其產(chǎn)品返回到振動篩 5，而篩下 合格品落入料倉 7，然后被送入球磨機 8.。振動篩 5上的不合格物料再進入細碎機 6。 這個流程中，細碎機為閉路破碎，旋回與中碎機都是開路破碎。旋回破碎機為一段 破碎（一次破碎） 。中碎機為二段破碎（二次破碎） ，細碎機為三段破碎（三次破碎） 。整 個流程也可稱為粗碎段、中碎段、細碎段及磨碎段。各破碎段給料和破碎產(chǎn)品的力度范 圍見表 1-1。 表 1-1 破碎的劃分 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 破碎端 粗碎 中碎 細碎 給料粒度 D/mm 500～1500 100～350 40～100 排料粒度/mm 100～350 40～100 10～30 1.1.3 物料破碎力學(xué)分析 1.1.3.1 物料破碎方法 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對物料破碎的認識也取得了很大進展。巨大的顆粒物料采用 各種不同的破碎方法，可獲得幾個微米的產(chǎn)品，以適應(yīng)各種工藝要求。 在工業(yè)中，目前廣泛應(yīng)用的物料破碎方法仍是機械力破碎，主要有擠壓、劈碎、折 斷、研磨和沖擊破碎等。非機械力破碎至今尚未在大工業(yè)生產(chǎn)中使用。 物料在外力作用下，所產(chǎn)生的應(yīng)力達到極限強度，物料即行破碎。破碎機械施力方 式有以下幾種。 A 壓碎 將物料放在兩擠壓表面之間，施力后，因物料壓應(yīng)力達到抗壓強度限而破碎。 B 劈碎 將物料放在一個平面和一個牙齒之間，當施加擠壓力后，物料中產(chǎn)生擠壓力，因其 拉應(yīng)力達到拉伸強度限，則沿作用力方向劈裂。 C 折斷 將物料放在兩個帶牙齒的表面之間，當施加擠壓力后，其彎曲應(yīng)力達到物料彎曲強 度極限時，則物料被折斷。 D 沖擊破碎 物料受高速旋轉(zhuǎn)的沖擊力而破碎。這種方法可用多種方式來實現(xiàn)。由于施力是瞬間 作用的，變形來不及擴展到被撞擊物的各部位，只在被沖擊處產(chǎn)生相當大的局部應(yīng)力， 沿著內(nèi)部的微觀裂紋破碎。所以，動載荷的破碎作用遠較靜載荷大。 E 磨碎 將物料放在兩個相對運動工作表面之間，同時施加壓力和剪切力，物料中產(chǎn)生的剪 應(yīng)力達到其剪切強度極限時，則物料破碎。 實際上，各種破碎機在破碎物料過程中，都是幾種破碎方式綜合作用的結(jié)果。但是， 其中必以某一種或兩種施力方式為主，兼有其他破碎方式。由于各種物料物理機械性質(zhì) 差別很大，所以破碎機施力方式應(yīng)該與物料機械性質(zhì)相適應(yīng)，才能取得好的破碎效果。 對于各種硬度的物料采用沖擊破碎或配合折斷來破碎比較合適，如用研磨破碎，機件磨 損嚴重；對于脆性物料，采用劈碎、彎折和壓碎破碎比較有利，若用研磨粉碎，則產(chǎn)品 中細粉會增多；對于韌性及黏性較大物料采用磨碎和劈碎方式比較適宜。 圖 1-2 破碎機和磨礦機的主要形式 a)顎式破碎機 b)旋回破碎機和圓錐破碎機 c)輥式破碎機 d)錘式破碎機 孫智宇:PE250×400 顎式破碎機的設(shè)計 6 1.1.3.2 物料破碎力學(xué)分析 所有機械的破碎都是用外力施于被破碎的物料上，克服物料顆粒之間的內(nèi)聚力使物 料產(chǎn)生破碎。 物料的內(nèi)聚力有兩種：一種內(nèi)聚力作用于晶體內(nèi)部的晶體各質(zhì)點之間；另一種內(nèi)聚 力作用于晶體與晶體之間，即作用在晶界面上。兩種內(nèi)聚力的物理性質(zhì)相同，區(qū)別在于 內(nèi)聚力大小不同，前者比后者大很多倍。 內(nèi)聚力的大小，取決于物料塊中晶體本身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，也與晶體結(jié)構(gòu)中所具有的 錯位和微裂紋等缺陷有很大關(guān)系。如果選擇晶體物料的缺陷處破碎，不僅能省功而且又 能保證要求的粒度，減少過粉碎。達到這樣的破碎目的叫“選擇性破碎” 。 實現(xiàn)選擇性破碎的技術(shù)方法是，被破碎的物料應(yīng)在體積粒層中承受全方位的擠壓， 同時在晶體或微晶邊緣引發(fā)應(yīng)力，料塊應(yīng)承受組合負荷，包括剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)，最好 還兼有拉伸。若具體到破碎機上是，物料在破碎腔中承受全方位的擠壓；料塊彼此多次 沖擊或沖擊到襯板上，料塊群的快速轉(zhuǎn)移；控制料層有一定密實度，并使物料從破碎腔 入口到出口，破碎力是逐漸增加。此外，若對料層采用高頻強烈振動作用，可使料塊彼 此改變方向，從而可在料塊中產(chǎn)生交變剪切和彎曲應(yīng)力。這種破碎方法稱為強迫內(nèi)層振 動破碎。 現(xiàn)有破碎機，如慣性振動圓錐破碎機就是采用強迫內(nèi)層振動破碎，兼有上述某幾種 辦法，從而可完全實現(xiàn)選擇性破碎。 旋盤破碎機采用料層粉碎，料塊承受全方位擠壓，并產(chǎn)生物料層間沖擊作用以及動 錐對物料沖擊取向作用。物料有一定的密實度并滿足了逐漸增加破碎力的要求等，從而 這種破碎機在較大程度上實現(xiàn)選擇性破碎。 傳統(tǒng)圓錐破碎機若能采用旋轉(zhuǎn)布料器，正確控制給料也能在一定程度上實現(xiàn)選擇性 破碎。 對傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機實現(xiàn)層壓破碎，原江西冶金學(xué)院院長姚踐謙、郭年琴教授做 了大量實驗和研究并取得很有價值的成果，對破碎機創(chuàng)新很有幫助。 對傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機若不改變結(jié)構(gòu)和運動特性，僅就改善腔形及其運動參數(shù)很難 實現(xiàn)選擇性破碎。慣性振動顎式破碎機基本上可以實現(xiàn)選擇性破碎，但也沒能得到廣泛 應(yīng)用。 沖擊破碎可實現(xiàn)選擇性破碎，因在沖擊破碎開始的瞬間，顆粒內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波，迅 速向四方傳播，并在內(nèi)部缺陷、裂紋和晶粒界面等處產(chǎn)生應(yīng)力集中，促使顆粒首先沿這 些脆弱面破碎。 像已有的沖擊式破碎機，如反擊式破碎機和立軸沖擊式破碎機等，從物料破碎機里 來看沖擊式破碎機是非常先進和有發(fā)展前途的設(shè)備。但這種破碎機易損件壽命較低，一 直是阻礙它快速發(fā)展的重要因素。 運用選擇性破碎方法的研究成果，可建立新的工藝，制成各種規(guī)格尺寸破碎機，可 破碎極高強度的物料而沒有晶粒的過粉碎，從而達到在一個工作循環(huán)中，用最小的力和 能消耗量，得到很高的破碎比。 礦石的力學(xué)性能對物料破碎效果、破碎機零部件的磨損、強度和選擇破碎方法等有 重要意思。也是破碎機選型和設(shè)計的主要考慮因素。如國內(nèi)某選廠，在引進美國底部單 缸液壓圓錐破碎機時，沒能充分結(jié)合本廠礦石很硬和礦石含泥量太多，最后導(dǎo)致不能使 用，不得不拆除這種破碎機。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 1.2 破碎理論與破碎機類型 1.2.1 破碎理論 破碎理論，實質(zhì)上就是闡述物料粉碎過程的輸入功與破碎前后物料潛能變化之間的 關(guān)系。從而明確輸入功是怎么消耗的。為了尋找這種能耗規(guī)律和降低能耗途徑，許多學(xué) 者從各種不同角度提出不同形式的破碎功耗學(xué)說，其中公認的有表面積學(xué)說、體積學(xué)說 和裂縫學(xué)說。 1.2.1.1 表面積學(xué)說 1867年雷延智提出表面積學(xué)說：“粉碎物料所消耗的能量與物料新生成的表面積成 正比。 ” 根據(jù)此學(xué)說經(jīng)數(shù)學(xué)誘導(dǎo)，最后得物料破碎所消耗的功 W（J/kg）為： W=K（ – ） （1-4） 式中 D——————破碎前物料粒徑，m d —————— 破碎后物料粒徑，m K——————比例系數(shù)，由實驗確定 1.2.1.2 體積學(xué)說 1874年基爾皮切夫與 1885年基克先后獨自提出體積學(xué)說：“在相同條件下，將幾何 形狀相似的物料粉碎成相似的成品時，所消耗的能量與物料體積或質(zhì)量成正比。 ” 該學(xué)說的物理基礎(chǔ)是任何物料受到外力時，在其內(nèi)部引起應(yīng)力和產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)力和 應(yīng)變隨外力增加而增加，當應(yīng)力達到強度限后，導(dǎo)致物料破碎，應(yīng)力與應(yīng)變近似看作線 性關(guān)系，經(jīng)數(shù)學(xué)誘導(dǎo)可得粉碎功 W（J）為： W= （1-5）EV2max? 式中 ———— 物料強度極限，Pamax? V——————物料體積， E——————彈性模量，Pa 1.2.1.3 裂縫學(xué)說 1952年邦德和中國旅美學(xué)者王仁東根據(jù)大量的試驗結(jié)果，提出裂縫學(xué)說：“粉碎物 料消耗的能量與物料的能量與物料產(chǎn)生的裂縫長度成正比，而裂縫又與物料粒徑的平方 根成反比。 ”該學(xué)說認為，物料限在壓力作用下變形，激烈一定變形功后 ，物料中某些 脆弱的內(nèi)應(yīng)力達到極限強度，因而產(chǎn)生裂縫，此時變形功就集中于裂縫附近并使裂縫加 大，變?yōu)楫a(chǎn)生斷裂面所需的功。經(jīng)誘導(dǎo)可得，破碎單位質(zhì)量所消耗的功 W（J/kg）為： W= (1-6)???????01dDW 孫智宇:PE250×400 顎式破碎機的設(shè)計 8 式中 ——————給料質(zhì)量 80%所通過的標準篩孔尺寸的粒徑,0D m? ——————產(chǎn)品質(zhì)量 80%所通過的標準篩孔尺寸的粒徑, d ——————功指數(shù),J/kg。1W 上述三個學(xué)說，各有一定得應(yīng)用范圍，胡基的試驗研究證實，粗碎以體積學(xué)說較為 精準，而細碎以面積學(xué)說為準確。在粗碎與細碎之間的較寬范圍內(nèi)，裂縫學(xué)說計算結(jié)果 比較符合實際。三個學(xué)說本質(zhì)就是揭示了物料強度、給料粒度、產(chǎn)品粒度機功耗等各因 素之間的關(guān)系。在破碎機設(shè)計中，必須進行修正后，方能用于計算破碎機功率。 1.2.2 破碎機類型 1.2.2.1 顎式破碎機 其工作部分由固定顎板和活動顎板組成。當活動顎板周期性地接近固定顎板時，借 壓碎作用破碎物料。因在兩顎板上的襯板有牙齒，故兼有劈碎和折斷作用。 1.2.2.2 其他分類 圓錐破碎機 錘式破碎機 反擊式破碎機 立軸破碎機 沖擊式制砂機 輥式破碎機 1.3 顎式破碎機的發(fā)展 國內(nèi)各廠家制造的顎式破碎機技術(shù)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。 保證顎式破碎機最佳性能的根本因素是動顎有最佳的運動特性，這個特性又是借助 機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計所得到的。因此，顎式破碎機機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是保證破碎機有最佳性能的根 本方法。 上海建設(shè)路橋機械設(shè)備有限公司（簡稱上建）開發(fā)了顎式破碎機 CAD軟件，借助其 中機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊對各種規(guī)格的破碎機進行優(yōu)化設(shè)計，得到了最佳的動顎運動特性。 實踐結(jié)果表明么破碎機性能有顯著提高。該廠山寶牌顎式破碎機銷往歐美各大洲以及東 南亞各國，產(chǎn)品基本上達到世界先進水平。目前，計算機在國內(nèi)各廠家已基本普及，但 顎式破碎機機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計尚未得到廣泛應(yīng)用，在上建實踐結(jié)果的拉動下，各廠家會積極 采用破碎機機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的辦法。 國內(nèi)顎式破碎機的機重普遍高于國外同規(guī)格的破碎機。減輕機重也是一個重要課題。 顎式破碎機機架占整機質(zhì)量的比例很大（鑄造機架占 50%，焊接機架占 30%） 。國外 顎式破碎機都是焊接機架，甚至動顎也采用焊接結(jié)構(gòu)。顎式破碎機采用焊接機架式發(fā)展 方向。國內(nèi)顎式破碎機機架結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理實例有許多，其原因就是沒按破碎機實際受 力情況去布置加強筋。動顎結(jié)構(gòu)設(shè)計也應(yīng)以動顎受力為依據(jù)，在滿足強度、剛度要求的 條件下，盡量減輕質(zhì)量。此外，應(yīng)加強機架、動顎有限元研究，進行機架、動顎有限元 優(yōu)化設(shè)計，達到機架、動顎質(zhì)量輕又有高度的可靠性。另外，還要合理地確定破碎機參 數(shù)，破碎腔、破碎機動力平衡等都可以借助計算進行優(yōu)化設(shè)計?？傊瑧?yīng)采用現(xiàn)代設(shè)計 方法代替原有的常規(guī)設(shè)計方法。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 再者，由于焊接、鑄造熱處理工藝等因素都會對破碎機產(chǎn)生影響。所以，我們應(yīng)提 高設(shè)計制造工藝等綜合技術(shù)水平以及采用液壓調(diào)整排料口和液壓保險，逐步使國產(chǎn)顎式 破碎機達到世界一流水平。 孫智宇:PE250×400 顎式破碎機的設(shè)計 10 第二章 破碎機的設(shè)計方案 2.1 復(fù)擺顎式破碎機工作原理 顎式破碎機的結(jié)構(gòu)主要有機架、偏心軸、大皮帶輪、飛輪、動顎、側(cè)護板、肘板、 肘板后座、調(diào)隙螺桿、復(fù)位彈簧、固定顎板與活動顎板等組成，其中肘板還起到保險作 用。 該系列顎式破碎機破碎方式為驅(qū)動擠壓型，電動機驅(qū)動皮帶輪和皮帶輪，通過偏心 軸使動顎上下運動，當動顎上升時，肘板和動顎間夾角變大，從而推動動顎板向定顎板 接近，與此同時物料被擠壓、搓、碾等多重破碎。當動顎下行時，肘板和動顎間夾角變 小，動顎板在拉桿、彈簧的作用下離開定顎板，此時已破碎物料從破碎腔下口排出，隨 著電動機連續(xù)轉(zhuǎn)動破碎機動顎作周期性的壓碎和排料，實現(xiàn)批量生產(chǎn)，其工作原理見圖 2-1、圖2-2所示。 圖 2-1 復(fù)擺顎式破碎機結(jié)構(gòu)圖 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 圖 2-2 復(fù)擺顎式破碎機機構(gòu)運動簡圖 2.2 兩顎板的布置方式的設(shè)計 破碎機定、動顎板的布置方式，可歸納為三種：動顎板相對垂直方向傾斜一個 а 角而定顎垂直；定、動顎板分別傾斜為 α1 和 α2 角；定顎板傾斜 α 角而動顎板垂直。 見圖 2-3： a b c 圖 2-3 定、動顎板布置方式 a -動顎板傾斜、定顎板垂直； b-兩顎板都傾斜; c-動顎板垂直、定顎板傾斜 1-定顎板； 2-動顎板 第一種方式用的最普遍。但第三種也有它的長處，即通過精心設(shè)計，能夠使襯板相 對動顎產(chǎn)生垂直的推力，而支撐系統(tǒng)上，只產(chǎn)生不大的分力。此外，還能改善動顎特性， 即在相同條件下，能減少垂直行程、減少阻礙排料的作用。 在破碎機規(guī)格尺寸 L、排礦口尺寸 b、動顎行程 S和動顎擺動次數(shù) n相對條件下，生 產(chǎn)率與（tanα1+tanα2）成反比。對圖 a、c 兩種破碎機嚙角 α，則生產(chǎn)率與 tanα 成 反比。 當 α=α1+α2 時，則 tanα>tanα1+tanα2,更甚者是 tanα>tanα1+tanα2（α1≠α2）>tanα1+tanα2(α1=α2=α/2)。故后者布置方式較 為合理，而且 α1=α2=α/2 更為有利。但是，從動顎運動學(xué)方面來看，故當 α1=α2=α/2 時，會受到動顎運動特性的約束，其綜合影響結(jié)果，并不一定有利。因此， 一般采用 α1≠α2 的方案。若固定顎板裝設(shè)曲線形襯板，其傾角為 5°左右較合適。當 然，動顎板的布置方式還要受到其他因素的影響。 根據(jù)上述比較，本次設(shè)計采用第一種方式。 2.3 破碎機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 孫智宇:PE250×400 顎式破碎機的設(shè)計 12 a 正懸掛 b 零懸掛 c 負懸掛 圖 2-4 復(fù)擺顎式破碎機懸掛方式 復(fù)擺顎式破碎機懸掛方式見圖 2-4，按照結(jié)構(gòu)特點可把復(fù)擺顎式破碎機分為三種類型。 即正懸掛（h>0)、零懸掛（h=0)和負懸掛（h<0)三種類型。懸掛高度 h是從定顎上端水 平面量至曲柄支承軸承中心（又稱懸掛點）間的距離。由于一定型號的破碎機的進料口、 排料口尺寸已經(jīng)標準化，所以較大的懸掛高度將會得到較長的動顎即較高的機架尺寸， 而且也改變了實際參與破碎的動顎各點距懸掛點的距離，從而影響各點的軌跡性能。因 此不同懸掛高度的復(fù)擺顎式破碎機，將對破碎機的結(jié)構(gòu)和運動性能產(chǎn)生較大的影響。由 于降低懸掛高度除可降低機器的整體高度減輕機重外，隨著懸掛高度的降低，還可改善 動顎上部的軌跡性能以提高機器的性能。因此，建議采用較小的懸掛高度為宜。應(yīng)該注 意，當采用負懸掛結(jié)構(gòu)，必須考慮當單塊礦石在進料口破碎時，發(fā)生動顎傾翻（此時肘 板與其襯墊脫開）的可能性。根據(jù)前人經(jīng)驗，低懸掛復(fù)擺顎式破碎機是代表改機結(jié)構(gòu)設(shè) 計的方向。 根據(jù)上述比較，因為零懸掛和負懸掛需要考慮的因素較多，設(shè)計難度太大，故在本 次設(shè)計中采用正懸掛。 2.4 調(diào)整裝置的設(shè)計 調(diào)整裝置供調(diào)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(diào)整裝置，定期地調(diào) 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(diào)整排料口大小?，F(xiàn)有顎 式破碎機的調(diào)整裝置多種多樣，歸納起來有墊片調(diào)整裝置、楔鐵調(diào)整裝置、液壓調(diào)整裝 置以及襯板調(diào)整。 楔鐵調(diào)整裝置 楔鐵調(diào)整裝置是一種比較老式的。它分立式和臥式兩種。見圖 2- 5、2-6 ①立式楔鐵調(diào)整裝置。它是借助后肘板座與機架后壁之間的兩個垂直放置的楔鐵作 相對運動，來實現(xiàn)破碎機排料口的調(diào)整。轉(zhuǎn)動螺栓上的螺母，使調(diào)整楔鐵 3沿著機架 4 的后壁作上升或下降運動。推動調(diào)整座 2向前或向后移動，從而推動肘板或動顎，以達 到調(diào)整排料口的目的。 ②臥式楔鐵調(diào)整裝置圖。它是借助后肘板做與機架后壁之間的水平放置的楔鐵作相 對運動，來實現(xiàn)破碎機排料口的調(diào)整。在機架后壁上有后肘座 1、楔鐵 2及有正反螺紋的 軸 5構(gòu)成的調(diào)整機構(gòu)，和由電動機 3與蝸輪減速器 4所構(gòu)成的傳動裝置。軸 5另一端有 手柄 6。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 圖 2-5 立式楔鐵調(diào)整裝置 圖 2-6 臥式楔鐵調(diào)整裝置 1 肘板 2 調(diào)整座 1 后肘座 2 楔鐵 3 電動機 3 調(diào)整楔鐵 4 機架 4 減速器 5 軸 6 手柄 兩種調(diào)整方式的比較：臥式調(diào)整方便，在機器左右側(cè)都能調(diào)整，且調(diào)整過程楔鐵不 會歪斜。立式由于一個人不能同時擰動兩個螺栓，因此不保證兩個楔鐵同步上升或下降， 所以調(diào)整不方便，有時甚至卡住。 楔鐵調(diào)整的優(yōu)點是：能實現(xiàn)無極調(diào)整、調(diào)整方便、不必停車、結(jié)構(gòu)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(diào)整很費勁，所以只能用于中、 小型破碎機。大型顎式破碎機由于極少調(diào)整排料口，所以常用增減肘板座與后壁之間的 墊片厚度，或改換不同長度的肘板方法調(diào)整排料口尺寸。 1)墊片調(diào)整裝置 有利于螺栓頂推和利用液壓缸頂推兩種調(diào)整裝置。 ①利用螺栓頂推調(diào)整 利用螺栓頂推肘板座，取出墊片則排料口增大；反之，加入 墊片則排料口減小，頂推肘板座之前，要適當放松拉緊彈簧，松開壓緊墊板螺栓。這種 方法適用于中、小型破碎機。 ②利用液壓缸頂推調(diào)整 圖 2-7是 PEJ-1200×1500顎式破碎機的液壓調(diào)整裝置。 它是借助液壓缸 4的柱塞 3，推動后肘座 2，然后增加或減少墊片 8的數(shù)量，使排礦口減 小或增大。然后停止供油，并用螺栓將肘座與后壁壓緊。 這兩種調(diào)整裝置比較，后者操作靈活、省力、方便，但結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜些，所以最適合 于大中型破碎機。 液壓加墊片調(diào)整裝置安裝在破碎機側(cè)壁。這種方式除能調(diào)整排料口外，同時又能使 肘座壓緊在后壁上，不必附加壓緊螺栓。 2)液壓調(diào)整裝置 這里是指液壓調(diào)整兼液壓保險裝置的破碎機。各種調(diào)整裝置比較 起來，這種是最先進的，但它的結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)也是最復(fù)雜的。所以，一般以液壓缸加 墊片調(diào)整裝置為最合適。 孫智宇:PE250×400 顎式破碎機的設(shè)計 14 圖 2-7 PEJ1200×1500 顎式破碎機 液壓調(diào)整裝置 1 肘板 2 肘座 3 柱塞 4 液壓缸 5 肘座緊固螺栓 6 油管 7 機架 8 墊片 此外，也可用更換不同長度的肘板，來調(diào)整排料口間隙。這種調(diào)整范圍大，調(diào)整困 難，費時間，一般不用。 通過調(diào)整裝置來改變調(diào)整座的位置，就可以改變排料口的大小。調(diào)整時，調(diào)整座是 在其滑座內(nèi)滑動的。 通過上述比較，在本次設(shè)計中采用較簡單的立式楔鐵調(diào)整裝置。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 第三章 復(fù)擺顎式破碎機的主參數(shù)設(shè)計 顎式破碎機的主參數(shù)即決定機器技術(shù)性能及其密切相關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)。破碎機的 主參數(shù)包括轉(zhuǎn)速、生產(chǎn)能力、破碎力、功耗等。其中生產(chǎn)能力、破碎力、功耗除與破碎 物料的物理、力學(xué)性能以及機器的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)外，還與實地生產(chǎn)時的外部條件（如 裝料塊度及裝料方式等）有關(guān)，要作出精確的理論計算是比較困難的。本設(shè)計中用的公 式都是通過一定數(shù)量的測試而得到的實驗理論分析式。多次實踐表明這些計算公式有足 夠的計算精度。因此，從設(shè)計的角度，本設(shè)計只重視計算公式的是實用性，這些計算公 式是破碎機最優(yōu)設(shè)計時建立目標函數(shù)和設(shè)計約束的重要依據(jù)。 3.1 顎式破碎機動顎運動軌跡 復(fù)擺顎式破碎機的機構(gòu)，是一種曲柄搖桿機構(gòu)，因此，它的動顎運動軌跡就是連桿 軌跡，動顎板上各點的運動軌跡見圖 3-1所示；動顎板上部的運動軌跡接近圓形,越向下 水平運動幅度越小,運動軌跡也越呈橢圓形。 圖 3-1 復(fù)擺顎式破碎機運動軌跡示意圖 3.1.1 描繪動顎運動軌跡方法 描繪動顎運動軌跡的方法有兩種：作圖法和解析法。 3.1.1.1 作圖法 圖 3-2中 OA為曲柄、AB 為連桿、OB 為肘板、OO 為機架。現(xiàn)求動顎上 C、D 兩點的運 動軌跡如下：將曲柄 OA的運動軌跡圓周等分為若干等份，并按其旋轉(zhuǎn)方向標出序號 A.A.A.…筋板上 B點的軌跡是以 O為圓心，OB 為半徑的圓弧⌒mm:；在運動過程中 AB長 孫智宇:PE250×400 顎式破碎機的設(shè)計 16 度不變，因此動顎 AB上 B點的軌跡也是以 AB為半徑，分別以 A,A, …點為圓心，作弧與 圓弧⌒mm:分別交于 B,B, …,即得 B點的軌跡。 連接 AC和 CB線構(gòu)成△ACB，在曲柄旋轉(zhuǎn)過程中，三角形各邊長度不變，只要找出動 顎各個位置，C 點的位置 C,C, …,把各點按照運動的連續(xù)性描繪成圓滑的曲線，即得 C 點的軌跡，D 點的運動軌跡可用上述同樣方法繪出。 特別應(yīng)該指出，肘板最上和最下位置 B′及 B″點的作法。B′點是動顎 A′B′運動 到與曲柄 O A′完全重合時的位置，因此以 O 為圓心，以（AB-AO）為半徑作弧，與⌒mm 的交點，即 B′、B″是 A″B″位于曲柄 O A″的延長線上的位置，因此以 O為圓心，以 （OA+AB）為半徑作弧，與⌒mm 的交點即 B″。根據(jù) B′、B″的位置即可求出 C、D 點相 應(yīng)的位置 C′、C″及 D′、D″等。 圖中 y、y 為動顎給、排料口的垂直形成，而 x、x 為動顎給、排料口水平行程。標 志動顎運動特