1、 学士学位论文1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，最后对两个主要工作零
2、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1 绪论1.1 锤式破碎机和破碎机的分类1.1.1 锤式破碎机的分类、按回转轴数分为：单转子和双转子。、按转子的回转方向分：不可逆式和可逆式。、按锤头的排列方式分：单排式和多排式。、按锤头在转子上的连接方式：固定锤式和活动锤式。1.1.2 破碎机的分类、按破碎作业的粒度要求分为：粗碎破碎机、中碎破碎机、细碎破碎机。、按结构和工作原理分为：颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、锟式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机。1.2 锤式破碎机的优缺点学士学位论文21.2.1 锤式破碎机的优点、构造简单
3、、尺寸紧凑、自重较小，单位产品的功率消耗小。、生产率高，破碎比大（单转子式的破碎比可达 i=1015）,产品的粒度小而均匀，呈立方体，过度破碎现象少。、工作连续可靠，维护修理方便。易损零部件容易检修和拆换。1.2.2 锤式破碎机的缺点、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。、破碎腔中落入不易破碎的金属块时，易发生事故。、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。1.3 锤式破碎机的规格和型号锤式破碎机的规格用转子的直径 D 和长度 L 来表示，如 1000mm1200mm 的锤
4、式破碎机，表示转子的直径 D=1000mm，转子的长度 L=1200mm。常见的型号有：不可逆式的：800mm600mm，1000mm800mm，1300mm1600mm，1600mm1600mm，2000mm1200mm。可逆式的：1430mm1000mm，1000mm1000mm。2 锤式破碎机的工作原理及破碎实质2.1 锤式破碎机的工作原理物料进入破碎机中，立即受到高速回转的锤头的冲击而粉碎。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，小于篦条缝隙的物料，便从缝隙中排出，而粒度较大的物料，就弹回到衬板和篦条上的粒状物料，还将受到锤头的附加冲击破碎
5、，在物料破碎的整个过程中，物料之间也相互冲击粉碎。2.2 锤式破碎机的破碎实质2.2.1 破碎的目的和意义、目的：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，如在选矿厂，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。磨机再将破碎机提供的原料磨至有用矿物单体分离的粒度。再如在水泥厂，须将原料破碎，以便学士学位论文3烧成熟料，然后在将熟料用磨机磨成水泥。另外，在建筑和筑路业，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
6、的粒度。、意义：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。因此，破碎机械在许多部门起着重要作用。2.2.2 矿石的力学性能与锤式破碎机的选择矿石都由许多矿物组成，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
7、的矿石。采用磨碎较好。常见的软矿石有：煤、方铅矿、无烟煤等，它的抗压强度是 24Mpa,最大也不超过 40Mpa。普式硬度系数一般为 24，再如一些中硬矿石：花岗岩、纯褐铁矿、大理石等，抗压强度是 120150Mpa，普式硬度系数一般为 1215，还有硬矿石、极硬矿石，普式硬度系数一般为 1520。可根据矿物的物理机械性能、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。2.2.3 破碎过程的实质破碎过程，必须是外力对被破碎物料做功，克服它内部质点间的内聚力，才能发生破碎。当外力对其做功，使它破碎时，物料的潜能也因功的转化而增加。因此，功率消耗理论实质上就是
8、阐明破碎过程的输入功与破碎前后物料的潜能变化之间的关系。为了寻找这种能耗规律和减小能耗的途径。许多学者从不同的角度提供了若干个不同形式的破碎功耗学说。目前公认的有：面积学说，体积学说，裂缝学说。我们只做简单的介绍：1面积学说：1867 年，Rittinger 提出的，破碎消耗的有用功与新生成的物料的表面积成正比。2体积学说：1874 年，俄国基尔皮切夫与 18885 年的基克先后独立提出，外力作用于物体发学士学位论文4生变形，外力所做的功储存在物体内，成为物体的变形能。但一些脆性物料，在弹性范围内，它的应力与应变并不严格遵从虎克定律。变形能储至极限就会破裂。可以这样叙述：几何形状相似的同种物料
9、，破碎成同样形状的产物，所需的功与她们的体积或质量成正比。3裂缝学说：1952 年，Bond 和中国留美学者王仁东提出的。外力使矿块发生变形，并贮存了部分变形能，一旦局部变形超过了临界点，则产生垂直与表面的断裂口。断裂口形成后贮存在料块的内部的变形能就释放，裂口扩展成新的表面。输入功一部分转化为新的生成面的表面能，另一部分因分子摩擦转化为热能释放。所以，破碎功包括变形能和表面能。变形能和体积成正比，表面能和面积成正比。三个学说各有一定的适用范围，Hukki 实验研究表明：粗碎时，体积学说比较准确，裂缝学说与实际相差很大。细碎时， 面积学说比较准确，裂缝学说计算的数据较小。粗碎、细碎之间的较宽的
10、范围，裂缝学说较符合实际。只要正确的运用它们，就可以为分析研究破碎过程提供理论根据和方法。3 锤式破碎机的总体及主要参数设计3.1 型号为 锤式破碎机的总体方案设计80pc本次设计的是单转子、多排锤、不可逆式锤式破碎机，型号为 pc- 800 00。8由机壳、转子、蓖条、打击板、锤头、支架、衬板等组成。1.机壳由上机体、后上盖、左侧壁和右侧壁组成，各部分用螺栓连结成一体，上部开有进料口,内部镶有高锰钢衬板，磨损后可以更换，机壳和轴之间漏灰现象十分严重，为了防止漏灰，设有轴封。机壳下部直接安放在混凝土基础上，并用地脚螺栓固定。为了便于检修、调整和更换蓖条，下机体的前后两面都开有一个检修孔。为了便
11、于检修、更换锤头方便，两侧壁也对称的开有检修孔。学士学位论文52.转子由主轴、圆盘、销轴等组成，圆盘上开有 6 个均匀分布的销孔，通过销轴将 6 8 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飞轮。3.主轴是支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求其材质具有较高的韧性和强度。通常断面为圆形，且有平键和其他零件连接。4.打击板有两块，折线型。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。
12、5.锤头是主要的工作部件。其质量、形状、和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。因此，根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。要破碎中等硬度的物料，可以采用如图 3-1 所示的形状。锤头用高碳钢铸造或锻造，也可用高锰钢铸造。为了提高耐磨性，有的锤头表面涂上一层硬质合金，有的采用高铬铸铁。6.蓖条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。7.蓖条和锤头间隙用凸轮装置调整（通过棘轮带动凸轮） 。图 3-1 锤 头 形 状
13、8.给定的原始数据是：（1） 破碎能力为 20 到 30 吨。学士学位论文6（2） 破碎机转子的转速在 900 和 1100 之间min/r（3） 破碎机的最大物料给料粒度为：小于 200（4） 破碎机的最大排料粒度不能超过：25（5） 破碎机的物料容许湿度小于 9%。（6） 破碎机的破碎程度为：中、细。（7） 破碎机的应用场所是：水泥厂、选煤厂、火力电厂等。（8） 破碎机的破碎对象是：石灰石、煤块、焦碳、石膏等软物料3.2 该型号破碎机的工作参数设计计算3.2.1 转子转速的计算锤式破碎机的转子转速按所需的圆周速度计算，锤头的圆周速度根据被破碎物料的性质、破碎产品的粒度、锤头的磨损等因素来确
14、定。按公式 DVn60min/r来计算。式中 锤头的圆周速度（m/s）V 转子的直径（m）D一般中小型破碎机转速为 750 到 1500 ，圆周速度为 25 到 70 ，速度in/r sm/越高，产品的粒度越小。锤头及衬板、蓖条的磨损越大。功耗增加。对机器零部件的加工、安装精度要求随之提高。在满足其粒度要求的情况下，圆周速度应偏低选取。3.2.2 生产率的计算生产率与锤式破碎机的规格、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： KDLPQ式中 Q 生产率( )ht/ 物料的密度( )3m 经验系数因为该型号的破碎机破碎的是中、硬物料。 取值在 30
15、到 45 之间。K3.2.3 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：学士学位论文7LnKDP2W系数 取值在 0.1 到 0.15 之间。3.3 该种破碎机的主要结构参数设计计算3.3.1 转子的直径与长度锤式破碎机的规格用转子的直径 D 和长度 L 来表示，所以转子的直径 D=800mm，转子的长度 L=800mm 。3.3.2 给料口的宽度和长度锤式破碎机的给料口的长度与转子的相同。其宽度 B 2 。maxD3.3.3 排料口的尺寸 该尺寸由蓖条间隙来控制，而蓖条间隙由产
16、品的粒度的大小来决定。对该破碎机来说，产品的平均粒度为间隙的 1/5 到 1/3。3.3.4 锤头质量的计算因为铰接在转子上，所以正确选择锤头质量对破碎效率和能耗都有很大影响，如果锤头质量选得过小，则可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求。若选得过大，无用功耗过大，离心力也大，对其他零件会有影响并易损坏。根据动量定理计算锤头质量时，考虑到锤头打击物料后，必然会产生速度损失，若损失过大，就会使锤头绕本身的悬挂轴向后偏倒。降低生产率和增加无用功的消耗。为了使锤头打击物料后出现偏倒，能够通过离心力作用而在下一次破碎时物料很快恢复到正确工作位置。所以，要求锤头打击物料后的速度损失不宜过大。一般允许速度
17、损失 40%到 60%（根据实践经验）即：12)6.04.(VV式中 锤头打击物料后的圆周线速度(m/s) 锤头打击物料前的圆周线速度(m/s)1若锤头与物料为了弹性碰撞。且设物料碰撞之前的运动速度为 0，根据动量定理，可得：(3-1)221vmv由上式可知， 12式中 锤头折算到打击中心处的质量(kg)m 最大物料块的质量(kg)学士学位论文8综上所述， 5.170mm但是， 只是锤头的打击质量。实际质量应根据打击质量的转动顺序和锤头的转动惯量求得， 20r式中 锤头打击中心到悬挂点的距离(m)r 锤头质心到悬挂点的距离 (m)04 锤式破碎机的主要结构设计80pc4.1 锤头设计与计算锤头
18、是主要工作零件，其设计主要是指结构的设计。因为锤头的形状、质量、材质与破碎机的生产能力有很大影响。尤其形状对质量的分布、材料的充分利用有很大的影响。关于锤头 的结构设计及相关改进在专题中有较详细的论述。总之，其形状、结构的设计，对于其工作能力，对整个机器的生产能力。以及经济性等各方学士学位论文9面有深远的影响。锤头形状大体分轻型、中型、重型。本型号的锤式破碎机主要是设计中型的 锤头。其形状如前面的图 3-1 所示。并有相关的计算。锤头材料的选择问题是很关键的问题。材料的选择取决于工作零件的工作状况和要求。因为破碎机要破碎的是石灰石等中等硬度的物料。一般用高碳钢锻造或铸造，也可用高锰钢铸造。为了
19、提高其耐磨性，采用高锰低合金钢，有的在工作表面涂上一层硬质合金。有的采用高铬铸铁，其耐磨性比高锰钢锤头提高数倍。关于材料的选择问题，在专题部分：提高锤头的耐磨性研究中，有专门的论述。就不详细介绍了。总之，锤头材料的选择，不仅关系到锤头的工作寿命，机器的生产能力、生产效率，还关系到各方面的经济性。 4.2 圆盘的结构设计与计算根据设计的要求，每根销轴上需要有 8 个锤子。圆盘是用来悬挂锤头的，一共需有 9 个圆盘，最两侧的两个，共有的特点是，一侧设置了锁紧螺母，另一端用轴肩定位。所用的螺母为 GB-812-85，这样每个圆盘均匀分布 6 个圆孔，即可以通过六根销轴，用来悬挂锤头，锤头和院盘之间的
20、间隙除了通过削轴连接，还有隔套隔开，为了保护圆盘的侧面，减少或尽量避免其侧面的磨损。圆盘的大小取决于转子的直径，转子的直径的大小是圆盘的设计大小的依据。因为，该型号的破碎机，光凭其型号就可以知道，转子的直径为 850mm，所以，圆盘的大小的取值就有了一定的范围。不妨取做 560 mm，圆孔沿径向的距离也是依据起承受载荷的能力和强度，尽可能取整数；圆孔的大小和锤头的圆孔的大小近似相等即可。圆盘是通过键与主轴相连接的，而随主轴高速回转的。所以结构中一定有键槽，其厚度也是满足强度要求、工作状况的。不宜过大。圆盘之间也是通过主轴的轴套隔开（其作用是，在高速回转时，保证圆盘的运动平稳，并使其轴向定位）
21、。圆盘的结构，如图 4-1 所示。4.3 主轴的设计及强度计算通常轴的设计包括两个部分，一个是结构设计，一个是工作能力计算。后者主要是指强度计算。主轴的结构设计根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造、工艺等方面的要求，合理确定出其结构和尺寸，轴的工作能力的计算不仅指轴的强度计算，还有刚度、稳定性等方面的计算，当然大多数情况下，只需要对轴的强度进行计算即可。因为学士学位论文10其工作能力一般主要取决于轴的强度。此时只做强度 图 4-1 圆 盘 的 结 构计算，以图 圆 盘 的 结 构防止或检验断裂和塑性变形。而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止产生过大的线性变形。对于高速
22、运转的轴，还应该进行振动稳定性计算。以防止产生共振破坏。因此，对该破碎机的主轴来说，只需进行强度计算。4.3.1 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提高其耐磨性和抗疲劳强度的。故采用碳钢制造轴尤为广泛。最常用的是 45 号钢。4.3.2 轴的最小直径和长度的估算零件在轴上的安装和拆卸方案确定了之后，轴的形状便大体确定了，因为对该主轴来说，其安装顺序为：先安装中间的转子部分，然后放置在箱体上，再安装轴承端盖，接着是轴承、外轴承座。最后两端分别是带轮和飞轮。各轴段的直径所需要的轴径与轴上的载荷的大小有关。在初步确定其直径的同时，还通常不知道支反力的作用点，不能确定其弯矩的大小及分布情况。因此还不能按轴上的所受的具体载荷及其引起的应力来确定主轴的直径。但是，在对其进行结构设计之前，通常能求出主轴的扭矩。所以，先按轴的扭矩初步估计所要的轴的直径。并记此时所求出的最小直径为 。然后再按照主轴的装配方案和定位要求，mind从 处逐一确定各轴段的直径的大小。另外 ，有配合要求的轴段，应尽量采用标mind
