PCG1316重锤式破碎机转子设计.docx
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PCG1316重锤式破碎机转子设计
PCG-1316重锤式破碎机转子设计
摘要：
本文介绍了破碎机的发展历史、研发目的及意义、分类、工作原理及其主要参数等。
其中重点介绍了重锤式破碎机的工作原理，并详细的分析了重锤式破碎机的构成，通过对关键零部件的强度校核计算优化了破碎机的整体结构，同时还分析了它的优缺点以及应用范围，然后对整个破碎机的结构进行了改进设计，其主要是对转子的改进设计及锤头材料的选择提供了合理的参数，从而可缩短整个产品的开发周期，提高产品的可靠性，最后对整个机器的操作、安装、日常维护和基本安全操作规程进行了详细的说明，可为企业破碎机的选择和使用提供参考。
通过自身的实践，更加认识破碎机的专业理论知识的学习，提高了操作技能，了解破碎机的内部构造及运用。
关键词：
重锤式破碎机；转子；锤头；轴
PCG-1316Therotordesignofhammercrushermachine
Abstract:
Thisarticledescribesthedevelopmenthistoryofthecrusher,thepurposeandsignificanceofresearch,classification,workingprincipleanditsmainparameters.Itfocusesontheworkingprincipleofhammercrusher,andanalyzesthecompositionofthehammercrusher.Itthroughstrengthcheckcalculationofthekeycomponentstooptimizetheoverallstructureofthecrusher,andalsoanalyzeitsstrengthsandweaknessesandapplication,thentheentirestructurehasbeenimprovedcrusherdesign,whichismainlytoimprovethedesignoftherotorandthechoiceofmaterialshammerheadprovidereasonableparameters,whichcanshortentheproductdevelopmentcycle,improveproductreliability,Finally,theentireoperationofthemachine,installation,routinemaintenanceandbasicsafetyrulesforadetaileddescription,canprovideareferencefortheselectionanduseofcorporatecrusher.Throughtheirownpractice,moreawareofprofessionalknowledgecrusherlearning,improveskills,understandingandapplicationoftheinternalstructureofthecrusher.
Keywords:
hammercrusher;rotor;hammer;axis
摘要………………………………………………………………………………3
Abstract………………………………………………………………………4
第1章绪论……………………………………………………………………5
1.1重锤式破碎机的介绍………………………………………………5
1.1.1重锤式破碎机转子的分类………………………………………5
1.2重锤式破碎机的优缺点…………………………………………………6
1.2.1重锤式破碎机的优点……………………………………………6
1.2.2重锤式破碎机的缺点…………………………………………6
1.3重锤式破碎机的规格和型号…………………………………………6
1.4研发目的及意义…………………………………………………………6
第2章重锤式破碎机的设计…………………………………………………7
2.1重锤式破碎机的工作原理及类型………………………………………7
2.2重锤式破碎机的规格型号及结构分析………………………………12
第3章重锤式破碎机的主要零件结构设计及计算……………………………13
3.1主轴的设计及强度计算…………………………………………………13
3.2大皮带轮的设计与计算……………………………………………………15
3.3轴的最小直径和长度的估算…………………………………………………16
3.4锤头设计与计算……………………………………………………………………16
第4章重锤式破碎机的操作说明及维修………………………………………………17
4.1操作说明………………………………………………………………………17
4.2机械的维修………………………………………………………………………18
第5章总结………………………………………………………………………………19
致谢……………………………………………………………………………20
参考文献………………………………………………………………………21
1绪论
1.1破碎机研究的目的和意义
随着我国国民经济的疾速开展，矿产资源的综合使用与工业迅猛行进，到1999年我国已建成10879座国有大中型矿山和227854个城镇集体企业，全国矿石采掘总量超越50亿吨，矿业总产值为4000亿元。
我国的钢铁工业和矿业快速发展，各种金属、非金属、化工矿物等物料的社会需求量和生产规模的日益扩大，需要破碎的物料量迅速增加，因此，对破碎机的需求也越来越大，各种规格破碎机的开发与发展。
物料的破碎为了节能和进步出产功率，所以提出了“多碎少磨”的技能准则。
这使破碎机向细碎、破坏和高效节能方向开展。
1.2破碎机的用途介绍
破碎机与建筑、高等级公路、桥梁、水坝和矿业的发展息息相关，它的使用范围也越来越广。
例如：
在冶金、矿山、化工、水泥等工业部门，每年都有大量的原料和再利用的废料都需要用破碎机进行加工处理。
在选矿厂，为使矿石中的有用矿物达到单体分离，就需要用破碎机将原矿破碎到磨矿工艺所要求的粒度。
需要用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。
在炼焦厂、烧结厂、陶瓷厂、玻璃工业、粉末冶金等部门，须用破碎机械将原料破碎到下一步作业要求的粒度。
在化工、电力部门，破碎粉磨机械将原料破碎，粉磨，增加了物料的表面积，为缩短物料的化学反应的时间创造有利条件。
随着工业的迅速发展和资源的迅速减小，各部门生产中废料的再利用是很重要的，这些废料的再加工处理需用破碎机械进行破碎。
图1.1碎石生产线
1.3破碎机的发展史
1.3.1国外发展情况
第一代的破碎机械是在蒸汽机和电动机等动力机械逐渐完善和推广之后相继创造出来的。
1806年用蒸汽机驱动的辊式破碎机出现了。
1858年，美国人年埃里²布雷克（E.W.Black）取得专利权，设计制造了世界上第一台破碎岩石的颚式破碎机。
其结构形式为双肘板式（简单摆动式）颚式破碎机。
1878年美国发展了具有连续破碎动作的旋回破碎机，其生产效率高于作间歇破碎动作的颚式破碎机。
1895年，美国人威廉发明能耗较低的冲击式破碎机。
19世纪40年代，北美的采金热潮对鄂式破碎机的发展有很大的促进作用，19世纪中叶，多种类型的鄂式破碎机研制出来并获得广泛的应用，上个世纪末，全世界己有70多种不同结构的鄂式破碎机取得专利权。
破碎物料重型锤式破碎机发展时间也颇久。
可逆式锤式破碎机自1924年问世来，发展较快。
由于它具有破碎比大，排料粒度均匀，过粉碎现象少、能耗低、维护方便等优点，因而在水泥、煤炭、化工以及冶金、矿山等行业得到广泛应用。
早在20世纪50年代，艾利斯-查尔默斯公司开始大规模研究破碎工作。
60年代得出具有重大意义的结论。
上个世纪60年代德国克虏伯公司生产出第一台液压破碎锤式破碎机。
随着研究的深入，人们熟知了高功率的破碎机作业可以用来改善能源效率和降低成本。
回转式破碎机最初见于60年代的联邦德国，由于国外大型矿山要求大型机械，而刚刚问世的回转式破碎机没有得到发展。
近年来，出现了巴马克公司的“石打石”冲击式破碎机，JCI的新型圆锥破碎机，德国的KRUPP公司，美国的MCLANAHAN公司也有新产品问世。
图1.2国外Rocklabs牌破碎机
1.3.2国内发展情况
我国在五十年代末已有反击式破碎机问世，在八十年代之前，国产的反击式破碎机局限于处理煤和石灰石之类中硬物料。
直到八十年代末引进KHD型硬岩反击式破碎机，填补国内空白。
但落后国外20多年。
两种反击式破碎机在腔形设计、转子结构上，特别是板锤的材料和装卡方法上是根本不同的。
国产的硬岩反击式破碎机，开始时其核心零件板锤依赖进口，国产化板锤在“八五”期间列为部级科研攻关项目，项目成功之后，国产板锤不仅取代进口，而且已大量出口欧美、日本等国。
耐磨材料的突破，使硬岩反击式破碎机如虎添翼，为我国的基本建设工程作贡献。
我国从20世纪50年代末开始试制可逆式锤式破碎机，虽然已取得了不少成绩，但发展比较缓慢，无论是规格品种，还是技术水平，和国际先进水平相比差距都很大。
我国可逆式锤式破碎机在20世纪70年代以前发展缓慢，近30多年来才有了较大发展，并形成了通用型中碎和细碎系列，煤用中碎和细碎系列，有10多种规格。
不可逆式锤式破碎机一般用于中碎，可逆式锤式破碎机一般用于细碎。
此外，还有将粒度为1100mm的石灰石等物料一次破碎到20mm以下的一段可逆式锤式破碎机。
近十几年，主要用于碎煤的环锤式破碎机也得到了发展，这是一种结构较为先进的新式破碎机，有10多种规格。
我国自50年代生产锤式破碎机以来，在破碎机设计方面经历了类比、仿制、图解法设计阶段，目前正向计算机辅助设计阶段过渡。
生产制造的锤式破碎机越来越大、性能越来越好、品种越来越多，并在国际上占有一定的市场。
近几年来生产的破碎机，是在传统破碎机的基础上采用了拉破理论、硬性破碎理论、差速理论等新的理论，形成了高效、环保、节能、智能等特点。
1.4破碎机的分类
矿业用破碎机也叫碎石机，是指排料中粒度大于三毫米的含量占总排料量50%以上的粉碎机械。
由英国人恒安发明。
破碎作业常按给料和排料粒度的大小分为粗碎、中碎和细碎。
1、根据破碎力作用的方式可以将破碎机粗略地分为两大类：
（1）破碎机：
破碎机一般处理较大块的物料，产品粒度较粗，通常大于8毫米。
其构造特征是破碎件之间有一定间隙，不互相接触。
（2）磨矿机：
一般来说磨矿机所处理的物料较细，产品粒度是细粒，可达0.074毫米，甚至还要细些。
其结构特征是破碎部件（或介质）互相接触，所采用的介质是钢球、钢棒、砾石或矿块等。
2、根据破碎方式、机械的构造特征（动作原理）来划分的，大体上分为六类：
（1）鄂式破碎机
（2）圆锥式破碎机
（3）辊式破碎机
（4）冲击式破碎机
（5）环锤式破碎机
（6）锤式破碎机
各类破碎机有不同的规格，不同的使用范围。
粗碎多用鄂式破碎机或旋回圆锥破碎机；中碎采用标准型圆锥破碎机；细碎采用短头型圆锥破碎机。
1.5破碎机的工作原理和优缺点
1.5.1颚式破碎机
工作原理：
利用两颚板对物料的挤压和弯曲作用，粗碎或中碎各种硬度物料的破碎机械。
其破碎机构由固定颚板和可动颚板组成，物料从顶部入口倒入含有鄂齿的破碎室。
鄂齿以巨大力量将物料顶向室壁，将之破碎成更小的石块。
当两颚板靠近时物料即被破碎，当两颚板离开时小于排料口的料块由底部排出。
它的破碎动作是间歇进行的。
优缺点：
颚式破碎机具有破碎比大、能破碎坚硬物料、产品粒度均匀、成品片石少、工作可靠、耐磨件使用时间长、结构简单、维修简便、运营费用经济等特点。
由于动颚垂直行程较大，物料不仅受到挤压作用，还受到部分的磨剥作用，加剧了物料过粉碎现象，增加了能量消耗，产生粉尘较大，颚板比较容易磨损。
复摆型颚式破碎机在破碎物料时，动颚受到的巨大挤压力，直接作用到偏心轴上。
图1.3颚式破碎机
1.5.2圆锥破碎机
工作原理：
圆锥破碎机工作时，破碎机的水平轴由电机通过三角皮带和皮带轮来驱动，水平轴通过大、小齿轮带动偏心套旋转，破碎机圆锥轴在偏心套的作用下产生偏心距做旋摆运动,使得破碎壁表面时而靠近定锥表面,时而远离定锥表面，从而使石料在破碎腔内不断地受到挤压、折断和冲击而破碎。
动锥离开该区段时，该处已破碎至要求粒度的物料在自身重力作用下下落，从锥底排出。
待破碎物料从圆锥式破碎机的进料口装入。
圆锥破碎机动锥的上腔支撑在固定主轴上端的球面轴瓦上，其下腔套在偏心轴套的外面，其运动由偏其运动由偏心轴套直接带动。
当偏心轴套绕主轴旋转时，动锥不仅随偏心轴套绕机器的中心线做旋转运动，而且还绕自己的轴线旋转，该动锥是绕着其球面支承中心作空间旋摆运动的。
图1.4圆锥式破碎机工作示意图
优缺点：
圆锥式破碎机的破碎腔深度大，工作连续，生产能力高，单位电耗低。
易于启动，工作比较平稳，振动较轻，机器设备的基础重量较小。
可以挤满给矿，大型圆锥破碎机可以直接给入原矿石，无需增设矿仓和给矿机。
但是圆锥破碎机也存在以下缺点：
旋回的机身较高，故厂房的建筑费用较大；它不适宜于破碎潮湿和粘性矿石；安装、维护比较复杂，检修亦不方便。
1.5.3冲击式破碎机
工作原理：
石料由机器上部直接落入高速旋转的转盘，在高速离心力的作用下，与另一部分以伞型方式分流在转盘四周的靶石产生高速度的撞击与高密度的粉碎，石料在互相打击后，又会在转盘和机壳之间形成涡流运动而造成多次的互相打击、磨擦、粉碎，从下部直通排出。
形成闭路多次特环，由筛分设备控制达到所要求的粒度。
优缺点：
冲击式破碎机的结构新颖、独特、运转平衡；能量消耗小、产量高、破碎比大。
它的设备体积小、操作简便、安装和维修方便。
具有整形功能、产品呈立方状、堆积密度大。
生产过程中，石料能形成保护底层，机身无磨损，经久耐用。
图1.5冲击式破碎机
2重锤式破碎机设计
2.1重锤式破碎机的介绍
重锤式破碎机是破碎设备中的一种，也是目前行业内锤式破碎机系列中技术比较先进的一种设备，采用先进的生产技术，实现一次投料成型，具有高效、节能环保之特点。
成料能按照需求进行调整，粗、中、细、各种规格齐全；无片状、无光滑体、多角多棱保正抗压强度。
特别适应于高速公路，建筑及大型工程用料。
重锤式破碎机去掉了鄂式破碎机的初破过程，成为大小物料一次完成破碎的新机型，产量大、效率高、动力小、节约了人力物力，降低了物料的破碎成本。
该机破碎的石料，不但规格全，而且匀清晰，是老式鄂式破碎机和板式锤破的替代产品。
本系列产品适用于破碎各种中等硬度和脆性物料。
如石灰石、煤等物料。
主要用于水泥、矿山、选煤、发电、化工及建材行业。
图2.1重锤式破碎机
2.2重锤式破碎机的工作原理
重锤式破碎机可根据用户要求调整蓖条间隙，改变出料粒度，以满足不同用户的不同需求。
速转动的锤体与物料碰撞面破碎物料，它具有结构简单，破碎比大，生产效率高等特点，可作干、湿两种形式破碎设备。
该机的主要工作部件为带有锤头的转子。
转子由主轴、圆盘、销轴和锤子组成。
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破碎机内，立即受到高速回转的锤头的打击、冲击、剪切、研磨作用而粉碎。
重锤式破碎机在转子下部设有衬板、篦条。
破碎了的物料，从锤头处获得动能，以高速向机壳内壁的衬板和篦条上冲击而第二次破碎。
此后，小于筛孔尺寸的粒级的粉碎物料，便从篦条缝隙中排出，而粒度较大的物料，就弹回到衬板和篦条上的粒状物料，继续受到锤头的附加冲击破碎，最后通过篦条排出机外。
在物料破碎的整个过程中，物料之间也相互冲击粉碎。
图2.2重锤式破碎机工作示意图
2.3重锤式破碎机的优缺点
重锤式破碎机的优点：
1、具有入料粒度大，细碎比大，效率高；
2、结构简单，装配紧凑，重量较轻；
3、产品粒度均匀，过碎粉少；
4、维修方便，磨损小；
5、电耗低等优点，是作为中、细碎的破碎设备。
重锤式破碎机的缺点：
1、主要工作部件，如：
锤头、蓖条、衬板、转子、圆盘等磨损较快，尤其工作对象十分坚硬时，磨损更快。
2、破碎腔中落入不易破碎的金属块时，易发生事故。
3、含水量﹥12%的物料，或较多的粘土，出料篦条易堵塞使生产率下降，并增大能量损耗，以至加快了易损零部件的磨损。
2.4重锤式破碎机转子的结构分析
本次设计的是重锤式破碎机转子由锤头、主轴与轴承、销轴、锤架及转盘组成。
圆盘上开有6个均匀分布的销孔，通过销轴将6
24个锤头悬挂起来。
为了防止圆盘和锤子的轴向窜动，销轴两端用锁紧螺母固定。
转子支承在两个滚动轴承上。
此外，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大皮带轮。
图2.3转子示意图
重锤式破碎机的转子是一个回转速度较高的部件，质量又大，平衡问题就显得非常重要。
为了使破碎机能正常工作，首先必须使它的转子获得平衡。
如果转子的重心偏离转轴的几何中心时，则产生静力不平衡现象；若转子的回转中心线和其主惯性轴中心线不重合而成交叉状态时，则将产生动力不平衡现象。
转子产生不平衡时，则破碎机的轴承除了承受转子质量之外，还受到其离心惯性力，离心惯性力矩作用，以致轴承很快磨损，功率消耗增加，机械产生振动。
因此，转子制造与修理后，还要精确地进行平衡。
通常当锤子磨损以后，破碎机的破碎效果显著降低，生产力下降，此时则需要更换其中一部分锤子。
当锤子磨损而需要调换工作面，或更换新锤子时，更要把锤头的质量选配好。
更换新锤子时，在径向要对称成对地更换，使破碎机运转起来平稳，减少振动。
2.4.1锤头的分析
锤头是锤式破碎机最关键的零件，其质量、形状、和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。
锤头的质量大小直接影响破碎效果。
在锤式破碎机中料块受到高速旋转的锤头冲击而粉碎。
当转子的圆周速度一定时，锤头质量愈大则其动能愈大，才能将大块和坚硬物料粉碎。
实践证明，锤头的有效质量，不但要能对料块产生碎裂的冲击，而且还要在冲击时不产生向后偏倒。
否则将大大降低破碎机的生产力，而且增加能量消耗。
所以，在粉碎大块而坚硬的物料时宜选用重型的锤头，但个数不要求很多。
在粉碎小块而松软的物料时，宜选用轻型的锤头，这时锤头的数目不妨多些，宜增加的物料的冲击次数，从而更有利于物料的粉碎。
锤头用高碳钢或锻造，也可以用高锰钢锻造。
用高碳钢锻造锤头时，以锻造的质量较高。
为了提高锤头的耐磨性，有时在它的工作面上，涂焊上一层硬质合金或焊上一薄层高锰钢，或者进行热处理。
用高锰钢锻造的锤头，最好经过水硬热处理以提高锤头的质量，延长使用时间。
锤头磨损后，可以采用高锰钢堆焊进行修补，这样可以大大节省金属的消耗。
重锤式破碎机锤头子的形状与破碎物料性质和粒度有关，即与被破碎物料硬度、脆性、粒度等因素有关。
锤头形状的正确选择；一是可以加大打击力度；二是能够延长锤头的使用寿命。
常见的锤头设计的形状对称（如图2.4所示），所以当锤头的一面磨损后，可以翻面使用。
如果锤头磨损过度，转子在转动的过程中会失去平衡，破碎机的工作不稳定，会导致轴瓦磨损过快。
因此，在使用中要经常检查锤头的磨损情况，及时更换新锤头。
图2.4常见的锤头形状
轻型整体中型轻型板式
2.4.2主轴的分析
整个转子的零件都由主轴来支承，主轴又装在机架侧壁流动轴承中。
破碎板工作时所产生的冲击力也由主轴承受，因此，要求主轴的材料具有较高的强度和韧性。
主轴有圆形断面和方形断面两种，后者是锤架活套在主轴上不用平键连接。
通常断面为圆形，且有平键和其他零件连接。
图2.5主轴结构示意图
2.4.3锤盘的分析
锤盘主要是通过转盘与销轴将主轴与锤子连接起来。
锤盘是由多个转盘和压紧转盘、销轴等组成。
锤盘是靠两端压紧转盘和锁紧螺母固定在一起，锤头就装在销轴上。
锤盘是用来悬挂锤头的，它不起破碎物料的作用，但锤式破碎机在运转工作过程中，锤架还是要受矿石冲击和磨檫而造成的磨损。
所以，锤架要能承受一定的冲击，有一定的耐磨性。
转盘有三角形、圆形和十字形几种。
不论哪种形式，在强度、刚度允许条件下，尽量减轻质量，因为锤式破碎机与反击式破碎机不一样，它仅仅是靠锤子的动能来完成对物料破碎。
图2.6锤盘结构示意图
3PCG—1316重锤式破碎机转子的主要参数及计算
3.1转子直径与长度
1、转子直径
转子直径一般是根据所给物料的尺寸来决定的。
通常转子的直径与所给物料尺寸直径比为6—15，大型破碎机则近似取为3。
由于Φ1350×1600mm破碎机为中型，所以直径与所给物料尺寸之比取13.5，而加工物料粒度≤50mm。
转子直径：
D=13.5×100=1350mm
2、转子的长度
转子的长度根据机器的生产能力而定，转子直径与长度的比值，一般为0.7—1.5，物料抗冲击力较强时，应取较大的比值。
由于Φ1350×1600mm加工的物料为低硬度的矿石，所以比值取1.18；
转子长度：
L=D×1.18=1600mm
L=1600mm
3.2基本结构尺寸
1、给料口的宽度和长度
给料口宽度：
B＞3dmax，（dmax表示最大给料块的尺寸）
B＞3×20=60mm，
B＞50mm，则取B=620mm
给料口长度：
与转子长度相同L=1600mm
2、排料口尺寸
排料口尺寸由反击板和转子的间隙尺寸决定，一般按入料粒度要求来确定。
由于处料粒度为5~25mm，所以取20mm，则转子和反击板之间的间隙为20mm。
3、给料口倾角β的计算
为了选择破碎腔合理的结构参数，取4个规格的重锤式破碎机破碎腔结构参数列表3.1中作为参考：
机型
β/（°）
α/（°）
δ/（°）
γ/（°）
θ1/（°）
θ2/（°）
PCG-1010
47
44
＞2
68
17
70
PCG-1007
60
30
2
60
15
60
PCG-1210
55
50
＞2
70
15
69
PCG-1215
45
30
2
73
19
77
表3.1重锤式破碎机破碎腔结构参数
破碎机物料是沿导板进入破碎腔，因此导板倾角β就是一个重要参数。
从表3.1中可以看出，β角在45°到60°之间，这完全符合实际情况。
β角越大物料沿导板下滑的速度越快，β角越小物料沿导板下滑的速度越慢，甚至产生堆料现象。
β角大，破碎机高度增加，β角小，破碎机高度降低。
在其它条件允许的情况下，以取β角小为宜。
所以，本次设计的破碎机选择β角为45°。
3.3传动方案的选择
3.3.1电机功率的计算
电机功率的消耗取决于物料的性质、给料的圆周速度。
破碎比和生产率。
目前，尚无一个完整的计算公式，一般根据实践经验和实验数据，根据经验公式进行计算,根据公式得：
P=0.14×1.25²×1×980=214.375KW
系数K取0.14。
选用Y系列的三相异步电动机，其额定功率为220KW，型号是Y355M-6。
3.3.2传动方式
为了使破碎机的转子在运转中储存一定
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