1、成都理工大学毕业设计 I 锤式破碎机设计 摘要 锤式破碎机大量应用于水泥厂、电厂等各个部门，所以，它的设计有着广泛的前景和丰富的可借鉴的经验。 其设计的实质是，在完成总体的设计方案以后，就指各个主要零部件的设计、安装、定位等问题，并对个别零件进行强度校核和试验。并在相关专题中，对锤头的寿命延长进行比较详细的分析。在各个零部件的设计中，要包括材料的选择、尺寸的确定、加工的要求，结构工艺性的满足，以及与其他零件的配合的要求等。在强度的校核是，要运用的相关公式，进行危险部位的分析、查表、作图和计算等。并随后对整体进行安装、工作过程以及工 作后的各方面的检查，同时兼顾到维修、保险装置等方面的问题，最后
2、对两个主要工作零件的加工精度、公差选择进行分析，以保证破碎机最终设计的经济性和可靠性。 关键词 : 锤式破碎机 锤头 强度 公差 成都理工大学毕业设计 II Hammer Crusher Design Abstract： Hammer type breakers are applied to such each department as the cement plant , power plant ,etc. in a large amount, so its design has an extensive prospect and experience that can be used f
3、or reference. Its design essence is, formerly after total conceptual design, a design which points each main spare part , question of installing and making a reservation etc., and carry on the intensity to check and test tothe specific part, and in relevant thematic parts, analysis of comparing ques
4、tion that the life-span of very beginning of the hammer lengthens in detail . In the design of each spare part , should include the choice , sureness , demand processed , structure craft satisfication of the size of the material , and the demand for cooperating with other parts, etc. When the intens
5、ity is checked , should use relevant formulae , carry on the analysis of the dangerous position, need to check form , mapping , calculation ,etc. Then to to install , work course , work situation after predict that carries on more overall inspection whole, give consideration to the question in such
6、respects as maintaining and safety ,etc. at the same time . Finally , choose to analyse in machining accuracy , public errand to two groundwork parts, economy and dependability that the breaker soed as to ensure is designed finally. Key Words： Hammer type breakers hammer intensity tolerance 成都理工大学毕业
7、设计 III 目 录 第一章 前言 1 1.1.煤用破碎机的国内外技术发展及现状 . 1 1.2.选题的目的和意义 . 7 第二章 破碎的定义和破碎机的类型 9 2.1.破碎的定义 . 9 2.2.破碎的方法 . 9 2.3.破碎机的选型 . 11 2.4.锤式破碎机的应用及发展 . 16 2.4.1.锤式破碎机的原理和类型 . 16 2.4.2.锤式破碎机的构造 . 16 2.5.矿石的力学性能与锤式破碎机的选择 20 2.6.破碎过程的实质 20 第三章 锤式破碎机的总体及主要参数设计 22 3.1.锤式破碎机的总体方案设计 22 3.2.该型号破碎机的工作参数设计计算 . 23 3.2.
8、1.转子直径 . 23 3.2.2.转子转速的计算 . 24 3.2.3.转子长度的计算 . 24 3.2.4.电机功率的计算 . 24 3.3.该种破碎机的主要结构参数设计计算 . 25 3.3.1.转子的直径与长度 . 25 3.3.2.给料口的宽度和长度 . 25 3.3.3.排料口的尺寸 . 25 3.3.4.锤头质量的计算 . 25 第四章 8 0 08 0 0 pc 锤式破碎机的主要结构设计 27 4.1.锤头设计与计算 27 4.2.圆盘的结构设计与计算 27 4.3.主轴的设计及强度计算 28 4.3.1.轴的材料的选择 . 28 4.3.2.轴的 最小直径和长度的估算 . 2
9、8 4.3.3.结构设计的合理性检验 . 30 4.3.4.轴的弯扭合成强度计算 . 32 4.3.5.轴的疲劳强度条件的校核计算 . 35 4.4.轴承的选择 37 4.4.1.材料的选择 . 38 4.4.2.轴承类型的选择 . 38成都理工大学毕业设计 IV 4.4.3.轴承的游动和轴向位移 . 38 4.4.4.轴承的安装和拆卸 . 39 4.5.传动方式的选择与计算（ V 带传动计算） 39 4.5.1.确定出带的型号 . 40 4.5.2.需要确定单根 V 带的基本额定功率 0p . 40 4.6.飞轮的设计与计算 41 4.7.棘轮的选择 42 4.8.蓖条位置调整弹簧的选择 4
10、2 4.9.箱体结构以及其相关设计 43 4.9.1.铸造方法 . 43 4.9.2.截面形状的选择 . 43 4.9.3.肋板的布置 . 44 第五章 部分零部件上的公差和配合 45 5.1.配合的选择 45 5.1.1. 配合的类别的选择 . 45 5.1.2.配合的种类的选择 . 45 5.2.一般公差的选取 45 5.3.形位公差 46 5.3.1.形位公差项目的选择 . 46 5.3.2.公差原则的选择 . 46 5.3.3.形位公差值的选择或确定 . 46 第六章 破碎机的使用注意事项 . 49 结 论 50 致 谢 . 51 参考文献 . 52 成都理工大学毕业设计 1 第一章
11、前言 1.1.煤用破碎机的国内外技术发展及现状 破碎是当代飞速发展的工业矿物加工领域中一个重要的环节，破碎机就是矿山机械中应用非常广泛的一种设备。在各种金属、非金属、化工、建材、电力等工业部门占有非常重要的地位。从经济角度来讲，在选矿厂，破碎与磨碎作业的生产费用占全部选矿费用的 70%以上，设备投资占总投资的 60%左右。从能源与环保角度讲，破碎作业要消耗巨大的能量，物料破碎过程中由于作业中产生发声、振动、摩擦、粉尘等，使能源大量消耗，作业环境严重污染。因而多年来国内外的界内人士一直在研究如 何达到节能、高效地完成破碎过程，从理论研究到新产品研制 (包括改造旧的设备 )直至改变生产工艺流程，以
12、求达到节约投资、低耗能、少污染、高效率、过粉碎量小、产品粒度均匀并满足与之相配套的新设备、新技术系统的工艺要求。 煤矿是破碎机应用最广泛的行业，露天煤矿的原煤破碎和选煤厂入厂原料的预处理都离不开破碎设备。由于煤炭属中硬岩石并具脆性以及破碎技术经过长期的发展，所采用的破碎设备包括：鄂式破碎机、旋转式破碎机、锤式和环锤式破碎机、反击式破碎机、选择性破碎机、齿辊式破碎机等。最近 ， 10 多年来，破碎技术取得了较重大的进展 ，随着人们对破碎过程认识的不断深入，新的破碎方法和破碎设备不断涌现，各国不断把新工艺、新技术、新材料用于自己的破碎机工业，产品可靠性不断提高，在产品的耐磨损、减少过粉碎量、严格控
13、制碎后产品的粒度等方面都取得了有效的进展。特别是煤用齿辊式破碎机以其制造简单、维修方便、低能耗、成本低、高破碎能力和经久耐用等优点，无论是从产品的结构、技术性能还是工业应用都成为煤用破碎机的佼佼者。 1858 年埃里布雷克(EL.Blake)取得专利权，制造双肘板鄂式破碎机。 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。并由此引发了对破碎理论的较深入研究，但一直未形成规模。直到 20世纪 50年代，艾利斯一查尔默斯公司才开始大规模研究
14、破碎工作。成都理工大学毕业设计 2 60 年代得出重大意义的结论。随着研究的深入，人们知悉了高功率破碎作业可以用来改善能源效率和降低成本。现代最常用的鄂式破碎机是布雷克的鄂式破碎机和更近代制造的单肘板鄂式破碎机。鄂式破碎机的最大弱点就是它们在一个工作循环内只有一半时间工作。 B“H*Bergstrom 在研究单颗粒破碎机时发现，在空气中一次破碎的碎片撞击金属板时明显产生二次破碎，一次破碎的碎片具有的功能占全部破碎能量的 45%，如能充分利用二次破碎能量，则可提高 ， 破碎效率。也有人指出，较小的持续负荷比短时间的强大冲击更有希望破碎物料。 Schonert研究表明，如果使大批脆性物料颗粒受到
15、50Mpa 以上的压力，就能够由“料层粉碎”节约出可观的能量。目前的“料层粉碎的理论”己为粉碎界所公认，根据料层理论研制的新设备有美国诺德伯格公司的旋盘圆锥破碎机、俄罗斯的惯性圆锥破碎机等等。 1982 年 B.Mandelrot 提出分形理论应用在岩石理论研究方面。进入 80 年代以来，我国对破碎理论和破碎机的研究才有较重要的关注并取得了较大的成果。如我国的破碎机专家王宏勋教授提出了“动态啮角”的概念，开发了 GXPE 系列深腔鄂式破碎机，当时在国内引起一定的轰动。该机与同种规格破碎机相比，在相同的工况条件下，处理能力可提高 20%-25%,齿板寿命可提高 1-2 倍。北京矿冶研究总院林运亮
16、等人与上海多灵一沃森机械设备有限公司合作开发了 PED 低矮可拆式鄂式破碎机，该机是一种适用于井下作业特殊条件下的新型鄂式破碎机。设备本身高度低，动鄂位置低，固定 鄂位于动鄂和偏心轴之间。多灵一沃森机械设备有限公司设计了目前国内最大的， 1200x1500 复摆鄂式破碎机。 1996年第四届全国粉体工程学术会议上邓跃红、张智铁发表了，物料粉碎分形行为的研究，作者认为破碎理论的研究应归结为三大方面 :强度理论的研究，破碎效果的评价，破碎功耗的研究。长期以来，粉碎理论的研究主要停留在经验应用和统计推测上，人们了解粉碎的规律尚不明确、不系统，人们期待新理论的出现会给破碎领域带来一次革命。 回转式破碎
17、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。 80 年代初期，由于中小型矿山的迅速发展，我国有些研究工作者开始对回转破碎机进行进一步的研制。众所周知，破碎设备的好坏主要取决于破碎腔的设计，破碎腔能够体现设备的生产能力、成都理工大学毕业设计 3 功耗、钢耗及破碎产品质量等重要性能指标等。回转式破碎机具有变啮角、高密度破碎、依次渐进破碎、高频破碎和强制排料等优点。，旋盘圆锥破碎机、惯性圆锥破碎机因其结构复杂、笨重、造价高、碎后产品的过粉碎量大等问题基本己退出煤炭破碎的行业，但在有色金属矿山行业且得到了较广泛的应用。但近年来，巴马克公司的“
18、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 公司又有新产品问世。 锤式破碎机的工作部分是许多按一定规律铰在转盘上的锤子，当转盘告诉旋转时，锤子因离心力和旋转力，打击装入机内的物料，使之破碎，同时，受到打击的石块彼此之间以及与机内衬板，蓖条之间相互撞击，也促使物料破碎。常见的锤式破碎机有单转子和双转子两种，按照锤子在转盘上的排列，还有单排锤和多排锤等，转子的转向有可逆式和不可逆式两类。此外还有一些简易型锤式破碎机，如十字锤粉碎机，链环式碎煤机等。其中，使用最广泛的是单转子多排锤式破碎机。锤 式破碎机一般适用于含水量小于 12%，抗压强度小
19、于 120MPA 的脆性物料，如石灰石 油母页岩，矿渣，煤块等。 锤式破碎机所具有优点有 （ 1）构造简单，尺寸紧凑，自重较小，单位产品的功率消耗小； （ 2）生产率较高，破碎比大，产品的粒度小而均匀，呈立方体型，过度破碎现象少。工作连续可靠，维护修理方便，易损零部件容易检查和更换。 反击式破碎机适用于粗、中、细碎等中硬度脆性物料，如石灰石、白云岩、页岩、砂岩、煤、石棉、石墨和岩盐等。其工作原理是当物料进入机壳内板锤作用区时，受到板锤高速冲击而破碎，同时被抛向安装在转子 上方的反击板进行再次破碎，然后从反击板弹到板锤作用区被重新破碎。这个过程反复进行，直到物料全被破碎至所需粒度而排出机外。该型
20、破碎机广泛地应用于建材、化工、煤炭等工业部门。其优点是 :破碎比大，一般为 10-20,高的可达 50-60，简化破碎流程，结构简单，制造容易，使用和维修方便，以及能够作选择破碎等。但由于板锤的集中磨损，限制了在破碎坚硬物料上的应用。目前对我国生产研究反击破碎机的厂家、研究机构及成果报道较少，国外的如德国 KHD 公司对反击式破碎机研究成果较多。 选择性破碎机，也称碎选机，具有分离破碎煤和选出研 石的作用。在选煤成都理工大学毕业设计 4 厂曾得到普遍的推广应用。碎选机是根据煤和研石硬度的不同，即可碎性的差异而设计的。工作时，容易破碎的煤被击碎后漏到筛下，而坚硬的研石则由筛上排出。因此，当煤和研
21、石在硬度上相差悬殊，即可碎性的差异显著。碎选机用于处理经过预先筛分后的块煤，也适用于原煤。它可同时进行筛分、破碎、选出大块歼石、金属杂物和木块等作业，达到一机多用的目的。用碎选机代替人工拣研，实现一机多用的目的。对解放工人笨重的体力劳动，提高劳动效率具有重要的意义。碎选机在 80 年代的初期之前，我国曾进行过研究和应用，到 90 年代初期曾有过 此方面报道，但 90 年代中后期由于新的破碎技术的出现未见再有此方面的报道和成果。 齿辊式破碎机可以说是一种古老的机械。由于具有构造简单、工作可靠、成果低廉等优点，至今仍然被广泛的应用于大、中、小型厂矿 对脆性物料和韧性的中硬和软矿石进行细碎。如煤、焦
22、炭、石灰石、泥页岩、长石、泥灰土等。齿辊式破碎机按照辊子的数目可分为：单齿辊破碎机、双齿辊破碎机和多齿辊，三辊、四辊和六辊破碎机。单齿辊破碎机采用较长的齿辊，主要用作粗碎，双齿辊破碎机的齿辊一般较短，用于中碎，多齿辊破碎机主要用于细碎。 对于齿辊式破碎机，由于其上 述的优点，可以说自 50 年代以来，各方面对其一直比较关注，但 50-70 年代期间研究进展不大，其主要代表成果是带弹簧保险装置的单齿辊和双齿辊破碎机，带有弹簧保险装置的目的的是为了防止入料中的木、铁、研石、岩石等硬物损坏破碎齿。当大块硬物落到破碎腔不能被破碎时，破碎板或齿辊受力增大，从而压缩弹簧增大破碎腔的间隙，以使排出硬物，然后
23、借弹簧的恢复力使可动破碎板或齿辊回到原来的位置，由此便不能严格控制碎后产品的粒度。同时受当时基础材料工业、制造技术和相关配套技术的限制，当时的破碎机存在破碎齿易损坏、碎后产品过粉量大、机 体受到的冲击载荷大、整体噪声大、维修量大等缺点。改革开放后， 1987 年原充州煤矿设计院， (现南京煤矿设计研究院 )在消化吸收美国雷克斯诺德 (REXNORD)公司生产的冈拉克 36DAM型 ， CGundlach36DAM)破碎机的基础上，设计出的 4PGC-380/350X1000 型齿辊破碎机，是当时技术上较先进的破碎机。该型破碎机在技术上有两个突出点 :一是将破碎齿由整体铸造的齿板改为单一的齿板，
24、便于制造维修 ;另一个突出点是采用了“ Nitroil” 控制系统 该系统可以独立地调整上段齿辊的间距来控制下段成都理工大学毕业设计 5 的给料粒度。这样 可根据破碎工艺要求灵活地调整破碎程序。同时，此型破碎机把调整齿辊间距装置和保险装置做成一个系统，采用液压 气动系统 :油缸的活塞杆与可动齿辊相连，在有活塞杆的油缸腔内，泵入一定可变量的液压油，同时在油缸的无活塞杆的腔内泵入一定压力的气体，形成空气柱弹簧。这样可以根据泵入油量的多少来改变活塞的位置，从而确定齿辊间的距离，达到控制产品粒度的目的。当硬物或不可碎物进入破碎机后，由于破碎力增大，可动齿辊压缩空气柱，使硬物通过，随后又可使动齿辊复位。
25、但同样存在不能严格控制碎后产品粒度的问题。进入 90 年代后，随着我国改 革开放力度的加大，煤的销售市场也发生了较大的变化，人们对选煤技术及设备提出了更高的要求。其中包括对煤碎后产品中降低细颗粒的含量、产品粒度的均匀性、减少过限粒度、增大处理能力等。特别是具有分选效率高、处理能力大、适合于处理难选煤的重介质选煤工艺的出现，由于其非常适合我国高硫、难选煤多的国情，已成为国内重点推广的主要选煤工艺方法。作为重介选的主洗备重介质旋流器对洗选的入料粒度有严格要求，一旦超限粒进入旋流器极易造成系统堵塞，影响系统的运转。由此方方面面，都对煤用破碎机提出了新的技术要求，从而也推动了破碎机技术的 发展和进步。
26、首先煤炭科学研究总院唐山分院在 90 年代初期开发了 2PL 系列强力破碎机。该破碎机在技术上的进步主要是取消了原双齿辊破碎机的退让弹簧保险装置，将双破碎辊固定，破碎齿使用新的技术和材料来防止难碎硬物损失破碎齿，从而可较严格控制碎后产品中的过大颗粒。同时提出了强力破碎的的概念。华北工学院针对单齿辊破碎机存在效率低、结构复杂、受力不均匀特点，开发了新一代的 4)915单一齿辊破碎机。这种破碎机有两种结构形式。第一种结构形式主要是将原来调整破碎板位置的拉力弹簧改为推力弹簧，弹簧的弹性力为 490KN，在弹簧的两 端分别装有两组螺母，外侧的螺母用于调整破碎板位置，从而调整排料口间隙，内侧的螺母用于调
27、整弹簧的弹性力。安装弹簧的拉杆插在装于机体的支座上，支座孔沿垂直方向为长方孔，用此调整产品的粒度。这种结构降低了机体高度，缩短了拉杆长度，使结构更为紧凑。第二种结构是利用颗式破碎机的楔形调整机构和双辊破碎机的主动辊轴相结合，吸收了两者的优点，如：进料口大，破碎辊表面可装有不同尺寸的破碎齿板，领板上镶有可更换的耐磨衬板，出料口大小可通过推力板上的长方形螺孔调整。与同规格的颗式或双齿辊破碎机相比，破碎能力明成都理工大学毕业设计 6 显增大，效率可提高 30%。同时，由于这种破碎机有预碎和破碎两个区域，破碎后的物料受齿辊拨动而被强制排出机体外，所以更适用于处理含水份较大的煤。 1994 年平顶山选煤
28、设计院和郑州长城冶金设备厂研究开发出了 FP500 系列分级破碎机，该系列破碎机采用单电机驱动，液力偶合器过载保护。其传动系统是电机驱动液力偶合器并带动一对锥齿轮，改变转动方向并驱动主动破碎辊转动，主动破碎辊通过另一端的一组直齿轮驱动被动辊转动。破碎齿呈螺旋形布置，入料中的小颗粒很容易通过破碎辊之间的间隙排出，大块则利用齿的剪切和拉伸力来进行破碎，改善了传统破碎机中物料 不受控制一律破碎的情况。 九十年代中期，山东莱芜煤矿机械厂通过从德国技术引进，开发生产了 2PGL系列双齿辊强力高效破碎机。该系列破碎机采用双电机、双液力偶合器、双套齿轮箱直联式驱动，一侧壁和一破碎辊用手动液压系统可移动，用来
29、调整齿辊间的间距，从而控制排料粒度。破碎机有液力偶合器过载保护和电控过载保护，可有效的防止难碎硬物损坏破碎齿。整机结构紧凑，机体高度低，冲击负荷小。 同一时期，煤炭科学研究总院唐山分院相继开发了 2PLF 系列分级破碎机、2FJP600 系列强力分级破碎机、 4PGG 系列强力破碎机和 DP系列单齿 辊破碎机、2PLF 系列分级破碎机在传动形式上采用三角带大带轮传动，传动结构简单、故障率低，由于大带轮有蓄能作用，故所需的电机功率比直联式传动的小。双齿辊采用对转方式，破碎齿采用子弹头式或鹰嘴式，表面堆焊硬质合金、强度大、破碎效率高并且磨损后便于修复。 2FJP600 系列强力分级破碎机的双齿辊分
30、别各自向两侧壁方向转动，齿辊上的破碎板采用拼装式，破碎齿为在韧性较好的铸基体上堆焊硬质合金，不但强度大、可破碎难碎硬物，而且破碎齿 “ 宁弯不折”，当难碎硬物卡弯破碎齿后，生产现场无需更换破碎板而可将破碎齿直接修复。在两侧 壁上分别装有梳齿板，其有两个作用：使破碎过程完全为剪切、拉伸破碎，不易产生过粉碎物。起棒条筛的作用，可通过不需破碎的物料，而对需破碎的大块物料，可严格的控制碎后产品的粒度，使碎后物料的三维尺寸都能得到控制。两齿辊分别向各自的侧壁方向旋转也可以保证入料中已经达到要求粒度的物料不再二次破碎，从齿辊间的排料口和齿辊与梳齿板间的排料口直接排出，从而减少能量消耗和因挤压破碎产生的过粉碎。两破碎辊有两套独立的驱动装置使两破碎辊各自独立工作，在实际破碎时，可根据入料量改变工作制度，即入料少时开
