毕业设计超细破碎机的设计.docx

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毕业设计超细破碎机的设计

超细破碎机的设计

王有杰

（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009）

摘要：

随着破碎机技术的不断发展，人们物料的入磨粒度大小的要求日益增高，这就要求现有市场上的破碎机能够高效率、高质量的对原材料进行加工。

而入磨粒度大小是影响下一步工序的关键因素。

同时在破碎加工过程中，由于入磨粒度的大小，也会对原材料的输出有影响。

因此，去减小入磨粒度是破碎机生产中一道必不可少的工序。

物料粉碎可增加物料比表面积可加快物料在参与反应中的反应速度；其次在加工大块矿石时也有十分重要意义；并未原料的下一步加工工作做准备或便于使用。

现代工程需要越来越多的高纯超细粉碎，超细粉碎技术在高技术研究开发中将起着越来越重要的作用。

本课题旨在利用现代的技术对超细破碎机的设计与研究。

目前国内生产的破碎设备主要分鄂式、立轴式、反击式和锤式等种类。

大多数产品在针对具体行业时，一般能满足行业特定的要求。

但超细破碎机确是今后的一个研究方向。

目前国内的冲击式和锤式破碎机能将1000mm的大块物料，一次性粉碎至10-30mm以下。

自磨机更是可以将600mm的物料一次粉碎至0.044mm以下，即一台机器就能完成从粗碎到细碎及磨碎的整个工艺过程。

关键词：

超细破碎机、锤式、转子、细碎、入磨粒度大小。

Superfinecrusherdesign

WANGYoujie

（CollegeofMachineryandAutomobileEngineering,HefeiUniversityofTechnology,AnhuiHefei,230009,China）

Abstract:

Withthedevelopmentofthetechnologyofcrusher,peopleofgrindingmaterialintotheparticlesizeoftherisingdemand,whichrequirestheexistingmarketcrushercanhighefficiency,highqualityofrawmaterialsformachining.Andintothegroundparticlesizeisthekeyfactorofaffectthenextstepprocess.Atthesametimeincrushingprocessingprocess,becauseofthesize,particlesizeintothegroundtotheoutputoftherawmaterialshaveinfluence.Therefore,toreducegroundparticlesizeistheproductionofanecessarycrusherprocess.Formaterialcrushingcanincreasethematerialsurfaceareacanspeedupthematerialinthaninthereactionspeedofresponse;Secondintheprocessingoforealsohaveveryimportantsense;Notthenextstepintherawmaterialprocessingprepareforworkoreasytouse.Modernengineeringneedmoreandmorehighpuritysuperfinecrushing,superfinecrushingtechnologyinhightechnologyresearchanddevelopmentwillplayamoreandmoreimportantrole.Thisprojectaimstousemoderntechnologyofultrafinecrusherdesignandresearch.

Thecurrentdomesticproductionofbrokenequipmentismainlypointsthehubeitype,

verticalshafttype,fightbackstyleandofhammertypecategories.Mostproductsinspecificindustryingeneralcanmeettherequirementsoftheindustryspecific.Butsuperfinecrusherisreallyoneofthefutureresearchdirection.Thecurrentdomesticandtheimpactofthetypeofhammertypebrokenfunctionwill1000mmchunksofmaterial,one-timecrushingto10-30mmbelow.Sincethemillcanbemorewillbe600mmmaterialacrushingto0.044mm,namelythefollowingamachinecanfinishfromcrushingtofinelyandgrindingthewholeprocess.

Keywords:

superfinecrusher,ofhammertype,rotorandthesmaller,intothegroundparticlesize.

1.引言

粉碎（包括破碎和磨碎）是当代飞速发展的经济社会必不可少的一个工业环节。

在各种金属、非金属、化工矿物原料及建筑材料的加工过程中，粉碎作业要消耗巨大的能量，,而且又是个低效作业。

物料粉碎过程中，由于作业中产生发声、发热、振动和摩擦等作用，使能源大量消耗。

因而多年来界内人士一直在研究如何达到节能、高效地完成破碎和磨碎过程。

从理论研究到创新设备（包括改造旧有的设备）直至改变生产工艺流程。

目前，破碎理论、工艺和设备的研究主要着重于：

①研究在破碎中节能、高效的理论，也力求找出新理论，突破人们已熟知的破碎三大理论；②研究新的非机械力高能或多力场联合作用的破碎设备，目前还未见有工业化的设备供应市场，只是处于研究阶段；③改进现有设备，这方面经常是用户根据自己的需要来进行，而不见市场上大规模生产或研制新设备。

物料的破碎是许多行业（如冶金、矿山、建材、化工、陶瓷筑路等）产品生产中不可缺少的工艺过程。

由于物料的物理性质和结构差异很大，为适应各种物料的要求，破碎机的品种也是五花八门的。

就金属矿选矿而言，破碎是选矿厂的首道工序,为了分离有用矿物,不但分为粗碎、中碎、细碎，而且还要磨矿。

磨矿是选矿厂的耗能大户（约占全厂耗电的50%）,为了节能和提高生产效率，所以提出了“多碎少磨”的技术原则。

这使破碎机向细碎、粉碎和高效节能方向发展。

另外随着工业自动化的发展,破碎机也向自动化方向迈进（如国外产品已实现机电液一体化、连续检测,并自动调节给料速率、排矿口尺寸及破碎力等）。

随着开采规模的扩大,破碎机也在向大型化发展,如粗碎旋回破碎机的处理能力已达6000t/h。

至于新原理和新方式的破碎（如电、热破碎）尚在研究试验中,暂时还不能用于生产。

对粗碎而言,目前还没有研制出更新的设备以取代传统的颚式破碎机和旋回式破碎机，主要是利用现代技术,予以改进、完善和提高耐磨性，达到节能、高效、长寿的目的。

细碎方面新机型更多些。

总的来看,值得提出的有：

颚式破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎机和辊压机。

现代工程将需要越来越多的高纯超细粉碎，超细粉碎技术在高技术研究开发中将起着越来越重要的作用。

虽然可以通过化学合成法制备高纯超细粉体，但成本过高，至今未能用于工业化生产。

获得超细粉体的主要手段仍然是机械粉碎方式。

用机械方式制取超细粉体所依赖的超细粉碎与分级技术的难度不断增大，其研究深度永无止境。

超细粉碎技术是

多方面技术的综合，其发展也有赖于相关技术的进步，如高硬高韧耐磨构件的加工，高速

轴承，亚微米级颗粒度分布测定等。

1.矿石的力学性能与锤式破碎机的选择

矿石都有许多矿物组成，各矿物的物理机械性能相差很大，故当破碎机的施力方式与矿石性质相适应时，才会有好的破碎效果。

对硬矿石，采用折断配合冲击来破碎比较合适，若用研磨粉碎，机件将遭受严重磨损。

对于脆性矿石，采用劈裂和弯折破碎比较有利，若用研磨粉碎则产品中细粉会增多。

对于韧性及粘性很大的矿石，采用磨碎比较好。

而本次设计的破碎对象平时较为常见的中等硬度的矿石。

常见的软矿石有：

煤、方铅矿、无烟煤等，它的抗压强度是2～4Mpa，最大也不超过40Mpa；普氏硬度系数一般为2～4。

再如一些中硬矿石：

花岗岩、纯褐铁矿、大理石等，抗压强度是120～150Mpa，普氏硬度系数一般为12～15。

还有硬矿石、极硬矿石，普氏硬度系数一般为15～20。

可根据矿石的物理机械性能、矿块的形状和所要求的产品粒度来选择破碎施力方式，以及与该破碎施力方式相应的破碎机械。

2.超细破碎机的粉碎方式

该此设计的超细破碎机采用反击式与冲击式相结合的物料破碎方式，大大延长了易损件（如锤头等）的寿命，提高了效率同时也延长了设备的使用寿命。

电动机带动转子在破碎腔内高速旋转。

工作时，电动机带动转子在破碎腔内高速旋转，物料自上部给料口给入机内，在电机的带动下，转子高速旋转，物料进入破碎腔破碎与转子上的板锤撞击破碎，受高速运动的锤子的打击、冲击、剪切、研磨作用而细碎，同时高速运动的物料也会因撞击反击板而受到反击板的冲击力从而实现细碎物料的目的。

同时在转子下部，设有筛板，经破碎的物料若尺寸小于筛孔尺寸的粒级便通过筛板排出，最后从出料口排出。

平时工矿企业生产中常见的物料粉碎方式主要有以下几种：

（1）挤压粉碎

挤压粉碎是粉碎设备的工作部件对物料施加挤压作用，物料在压力作用下发生粉碎。

挤压磨、鄂式破碎机等均属此类破碎设备。

物料在两个工作面之间受到相对缓慢的压力而被破碎，如下左图1-2所示。

因为挤压力作用较缓慢均匀，故物料粉碎过程均匀。

这种方法通常多用于物料的粗碎，当然，近年来发展的细鄂式破碎机也可将物料破碎至几毫米以下。

另外，挤压磨出磨物料有时会呈片状粉料，故常作为细粉磨前的预粉碎设备。

图1-2图1-3

（2）挤压剪切粉碎

挤压剪切粉碎如图1-3所示。

辊压磨、雷蒙磨及各种立式磨通常采用挤压剪切粉碎方式。

（3）冲击粉碎

冲击粉碎包括高速运动的粉碎体对被粉碎物料的冲击和高速运动的物料向固体壁或靶的冲击以及运动物料的相互冲击，如图2-4所示。

这种粉碎过程可在较短时间内发生多次冲击碰撞，每次冲击碰撞的粉碎时间是在瞬间完成的，所以粉碎体与被粉碎物料的动量交换非常迅速产生的破碎力也较大破碎较前两种更有力。

本次的设计受到此种破碎方式的启发。

图1-4

（4）研磨磨削粉碎

研磨和磨削本质上均属剪切粉碎，包括研磨介质对物料的粉碎和物料相互间的磨擦作用。

振动磨、搅拌磨以及球磨机的细磨仓等都是以此为主要原理的。

与施加强大粉碎力的挤压和冲击粉碎不同，研磨和磨削是靠研磨介质对物料颗粒表面的不断磨蚀而实现粉碎的。

因此，研磨介质的物理性质、尺寸、形状及其填充率对粉磨效率具有重要影响。

以下是物料常见的专业术语：

（1）单一颗粒的粒径

粒度是指一个颗粒的大小，对于规则的球形颗粒，我们可以用“直径”来精确描述其大小，而绝大多数情形下颗粒的形状都不是球形，用直径表示显然欠确切，也容易引起误解。

因此，表示颗粒大小引用“粒径”的概念。

所谓粒径，即表示颗粒大小的尺寸。

同一颗粒，由于应用场合不同，测量的方法也往往不同，所得到的粒径值当然也不同。

（2）颗粒群的平均粒径

在生产实践中，我们所涉及到的往往并非单一粒径，而是包含不同粒径的若干颗粒的集合体，即颗粒群。

其平均粒径通常用统计数学的方法来计算。

该次设计的原始数据中的最大进料粒度及最大出料粒度均为石灰石等中硬度物料的平均粒径。

3.总体方案设计

本设计给定的原始数据有：

（1）主轴转速在900-1100r/min;

（2）最大进料粒度≤180mm；

（3）最大出料粒度≤5mm；

（4）破碎机的破碎程度为：

细碎超细碎；

（5）破碎机的破碎对象是：

各种中等硬度矿石如：

花岗岩、石灰石等。

本次设计的是单转子、六排锤、不可逆式的超细破碎机，型号为Ф600mm×600mm。

主要结构由支架、转子、锤头、轴、反击板、筛板、飞轮等组成。

其主要结构图如图2-1所示。

图2-1

4.整机主要结构介绍

（1）支架由槽钢焊接而成，用于支撑整体结构。

支架下部有地脚螺栓孔用于连接其余部件。

（2）转子由主轴、锤架、销轴等组成，锤架上开有36个均匀分布的孔，销轴两端用两对圆螺母进行固定。

主轴主要依靠两个圆锥滚子轴承支撑。

（3）主轴是支撑锤架（以及转子的主要部分）的主要零件，冲击力由它来承受。

又因，其刚度和强度均有较高要求（详见主轴的设计及校核部分），因此要求其材质具有较高的韧性和强度。

通常断面为圆形，通过平键和其它零件连接。

（4）锤头是整部机器主要的工作部件和易磨损部分，其质量、形状和材质对破碎机的生产能力和设备的使用寿命有很大的影响。

因此，根据不同的物料尺寸来选择适当的锤头质量。

锤头用高锰钢铸造，为了提高耐磨性，应对锤头进行淬火处理；可在锤头表面上涂一层硬质合金，或采用高铬铸铁。

（5）反击板有两块，折线型并且要倾斜一定角度进行安装角度。

一个可以调整，一个是固定的。

调整的一个靠的是安装在箱体上的螺杆装置，反击板主要用于破碎高速撞击的其表面的物料，实现细碎或超细碎，达到生产需要的粒度。

（6）筛板的排列形式是与锤头的运动方向垂直的。

与转子的回转半径有一定的间隙的圆弧状，合格的产品通过蓖缝排出。

其断面形状为梯形，常用锰钢铸成。

蓖条多为一组尺寸相等的钢条。

安装时，插入蓖条架上的凹槽，两蓖条之间用垫片隔开。

截面形状用梯形。

此外，本次的设备转速较高，速度也会有波动。

因此，为了使转子在运动中储存一定的动能，避免破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大和减小电动机的尖峰负荷，在主轴的一端还装有一个飞轮。

5.主要结构计算

（1）超细破碎机转子部分的参数值确定

超细破碎机转子的结构参数主要有转子直径D和长度L。

其直径一般根据物料的尺寸来确定有经验公式D=（1.2～5）Dmax，转子的长度值视破碎机的生产能力而定，一般取转子直径与长度之比L/D=0.7～1.8，物料抗冲击力较大时应选取较大的比值，超细破碎机的规格用L/D来表示。

本次破碎机的主要结构参数：

D=0.6m;L=0.6m。

（2）超细破碎机进/出料口尺寸的参数值确定

进料口尺寸包括进料口的宽度和长度，其中进料口的宽度B≈0.7D,其中D为转子直径；进料口的长度于转子长度有相等关系，出料口的尺寸由筛板尺寸来确定。

（3）超细破碎机转子转速的初步确定

转子的转速是破碎机的重要工作参数，影响破碎机的破碎效率和生产能力，转子的转速：

（2-1）

式中v→转子的圆周速度,m/s

转子的圆周速度v可以根据待破碎物料的性质，按式（4-2）计算

（2-2）

式中：

g→重力加速度,g=9.8m/s²

γ→物料密度,取γ=2.66×10³kg/m³

σ→物料的抗压强度,取

E→物料的弹性模量,

代入式（2-1）得

由于式（2-2）没有反映出破碎比和锤头质量这2个因素,所以按上式计算的转子圆周速度只能作为选取时参考。

目前超细破碎机的转子圆周速度为18～70m/s。

一般中小型破碎机的转速为750～1500r/min；圆周速度为25～70m/s；大型破碎机的转速为200～350r/min;转子的圆周速度为18～25m/s。

速度愈高，破碎产生的粒度愈小，锤头及衬板、筛板的磨损越大，功率消耗也相应会有增加。

从设备制造角度来看，高转速对机器零部件的加工、安装精度要求较较低转速的设备高，而且锤头磨损与转子圆周速度成正比，与此同时，如前所述锤头的使用寿命会影响整机的寿命，所以，在满足产品粒度要求的情况下，转子圆周速度应选取较低值。

综合以上因素，取转子转速n=960r/min，则转子的线速度v=30.14m/s。

（4）超细破碎机生产率的确定

生产率与破碎机的规格、转速、排料蓖条间隙的宽度、给料粒度、给料状况以及物料性质等因素有关。

一般采用经验公式：

式中：

Q→生产率（t/h）

ρ→物料的密度（t/m³）

K→经验系数

因为该型号的破碎机破碎的是中、硬物料。

K取值在30到45之间。

（5）超细破碎机电动机功率的确定

至今尚无比较准确的公式可用于计算超细破碎机的功率。

在选配电动机时，可按照经验公式估算:

P0=kD2Ln（2-3）

式中P0其值为超细破碎机的主轴功率，单位：

Kw；系数K值取决于具体条件的经验系数，一般情况下K=0.1～0.2，破碎机规格大时取上限。

P0=kD2Ln=20.74Kw.

选择电动机类型

按工作要求和条件，初步确定三相异步异步电机，由于超细破碎机的转子轴转速在900～1100r/min，功率为20.74KW。

于是选取Y200L2-6型的电动机。

电动机经过校核选择可行。

选电机型号为Y200L2-6，额定功率22kW，转速970r/min。

具体技术参数详见表2-1。

型号

额定转矩

转速

功率

电流（A）

转动惯量

不大于

（N·m）

（r/min）

（Kw）

额定

激磁

（Kg·m²）

Y200L2-6

216.6

970

22

44.6

0.28

0.360

（6）超细破碎机传动方式的确定

常见的传动方式中常用于连接电动机的输出与主轴输入的主要有带传动和通过联轴器传动两种方式：

其中带传动十分常见且其作为高速端与较低速度端得传动方式优点是十分多的，如：

可以降低扭矩，降低输入转速，缓冲吸震等。

在本例中按上述所选电动机其转速为970r/min，而破碎机所选的转速为960r/min,相差不大故可以不必采用常见的带传动方式而直接选用联轴器来传递所需功率。

联轴器作为另一种传动方式应用也十分广泛，目前常见的有刚性联轴器和弹性联轴器两大类，其中刚性联轴器结构简单、成本低、可传递较大转矩，多用于冲击小、转速低、轴的刚性大、对中性好时常采用。

而弹性联轴器因具有挠性故可以补偿两轴相对位移，按有无弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件挠性联轴器。

本次设计中因工作情况的因素选用弹性柱销联轴器。

型号为：

TL8联轴器45×112GB/T4323。

其主要技术参数如下：

。

联轴器型号的选择应根据所要传递的转矩以及工作情况来确定。

本例中电动机的功率P=22Kw，而转速为970r/min，故该电动机的公称转矩T=216.6N·m。

则计算转矩

故转矩合适，经验算

故转速亦合适。

结合工作中的情况最终确定联轴器的型号为：

TL8联轴器45×112GB/T4323。

6.锤头的设计计算

（1）锤轴中心与打击中心距离的设计

由于超细破碎机的锤头是通过销轴悬挂在转子的孔上，若锤头销孔位置不正确，尽管转子已达到静力与动力平衡，但当物料与锤头冲击时，仍将在锤头销轴、转子圆盘、主轴及主轴轴承上产生反作用。

所以必须通过打击平衡计算，讨论锤轴孔位置的确定方法,并给出了相应的计算公式，最终确定锤轴孔的具体位置。

图3.1中O为锤轴孔中心位置,

为无孔锤头的重心，S为有孔锤头的重心，假定锤头的打击中心在锤头的右侧外棱处,打击中心到锤轴中心O的距离为L，根据面矩定理,经简化整理得：

图3.1

（3-1）

→锤头长度,mm;

b→锤头宽度,mm;

d→锤头销轴孔的直径,mm。

取

＝113mm；b=65mm；d=24mm。

带入式（3-1）得:

=31.4mm

按上式计算方法求得锤头销轴孔的位置，在实际工作中也难免锤头销轴不受打击力的作用，因为在计算之初是假定锤头以其外棱打击物料的。

由于给料粒径的变化，并非都是以锤头外棱打击物料。

另外，由于制造和安装的误差，以及外棱和销轴的磨损等原因，都会改变打击平衡条件。

因此，在设计锤头和改进时要有所考虑。

综合以上各因素，取x=24mm,则L=

-x=113-24=89mm。

35mm（3-2）

转子是超细破碎机上的关键零部件，除了在制造上保证转子的静力平衡和动力平衡外，还要就锤头的几何形状进行打击平衡计算，从而减小由于打击反作用力给破碎机带来的不良影响，保证机器的稳定运行，延长机器的使用寿命。

（2）锤头质量的计算

锤头质量的设计计算应根据动量守恒原理,锤头打击物料后,必然会产生速度损失,锤头打击物料的允许速度损失随着破碎机规格大小而变,一般允许速度损失为40%~60%,即：

（3-3）

式中ν

→锤头打击物料前的圆周线速度,m/s;

→锤头打击物料后的圆周线速度,m/s.

转子的直径愈大,允许速度损失就愈大,反之取偏小值,若锤头物料是塑性碰撞,且设物料碰撞前的速度为零,则根据碰撞理论动量相等的原理可得：

（3-4）

式中:

m→锤头折算到打击中心处的质量,kg;

Q→最大物料块的质量,kg.

将式（3-3）代入式（3-4）,得：

（3-5）

m仅仅是锤头的打击质量,锤头实际质量

应根据打击质量的转动惯量和锤头质量的转动惯量相等的条件进行质量代换：

（3-6）

式中:

→锤头打击中心到悬挂点的距离,m;

→锤头的重心到悬挂点的距离,m.

从式（3-1）可以看出,锤头质量只与打击物料的质量有关,实际上还与物料的性质.受力情况和转子速度有关，根据动量定理:

（3-7）

式中:

F→锤头作用在物料上的打击力,N;

t→锤头打击物料的时间,一般取t=0.001~010015s。

物料一般是脆性的,当其受力达到强度极限时就开始破坏,即物料所受外力超过它本身的内聚力就会破坏"在材料实验机上破坏物料的力

（3-8）

式中σ→物料的抗压强度,Pa;

A→物料垂直于外力方向的断面积,

。

在实际破碎过程中,大多数物料是各向异性,且物料形状不规则,锤头打击过程又不可能是面接触,故破坏物料所需的力

（3-9）

把式（3-5）式（3-6）代入式（3-4）,得:

（3-10）

如果允许锤头在打击物料的过程中速度损失40%～60%,则:

（3-11）

式中μ→修正系数,μ=0.21~0.28，取μ=0.24,

t=0.0012，设物料形状为立方体,其边长

=0.018m,则

=3.5kg则锤头实际质量:

参照上述过程中的计算结果可知

的值，经过计算得

=10Kg。

7.主轴的设计计算

（1）轴的材料的选择及轴颈的初步确定

1．轴的材料的选择：

轴的材料主要是碳素钢和合金钢。

钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件。

有的则直接用圆钢。

碳素钢比合金钢低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的方法