士學位論文學士學位論文 錘式破碎機的設計摘要錘式破碎機大量應用于水泥廠、電廠等各個部門，所以，它的設計有著廣泛的前景和豐富的可借鑒的經驗。其設計的實質是，在完成總體的設計方案以后，就指各個主要零部件的設計、安裝、定位等問題，并對個別零件進行強度校核和試驗。并在相關專題中，對錘頭的壽命延長進行比較詳細的分析。在各個零部件的設計中，要包括材料的選擇、尺寸的確定、加工的要求，結構工藝性的滿足，以及與其他零件的配合的要求等。在強度的校核是，要運用的相關公式，進行危險部位的分析、查表、作圖和計算等。并隨后對整體進行安裝、工作過程以及工作后的各方面的檢查，同時兼顧到維修、保險裝置等方面的問題，最后對兩個主要工作零件的加工精度、公差選擇進行分析，以保證破碎機最終設計的經濟性和可靠性。關鍵詞：錘式破碎機；錘頭；強度；公差The Design Of the Hammer CrusherAbstractHammer 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 for 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 to the specific part, and in relevant thematic parts, analysis of comparing question 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 intensity is checked, should use relevant formulae, carry on the analysis of the dangerous position, need to check form, mapping, calculation, etc. Then to install , work course , work situation after predict that carries on more overall inspection whole, give consideration to the question in such 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.Keywords: Hammer type breakers, hammer, intensity, tolerance不要刪除行尾的分節符，此行不會被打印- II -目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 選題分析11.3 國內外現狀11.3.1 國內發展情況11.3.2 國外發展情況2第2章 原理及其設計方案的確定32.1 破碎機的結構及原理32.1.1 破碎原理32.1.2 破碎機的主要結構32.2 設計方案42.3 本章小結4第3章 錘式破碎機的電動機功率的計算和選擇53.1破碎機電動機功率的計算53.1.1 綜合各種因素計算功率53.1.2 根據生產實踐以及引用經驗公式計算電動機功率63.2 電動機型號的選擇73.3 本章小結7第4章 錘式破碎機的主要機構參數的84.1 轉子部分結構84.2轉子轉速的確定84.3轉子軸的設計94.3.1轉子軸尺寸設計94.3.2轉子軸的校核114.4錘頭參數的設計124.4.1錘頭質量確定的理論分析124.4.2錘頭質量參數的確定144.5帶傳動部分的設計164.5.1 設計步驟和方法164.5.2 帶輪的設計184.6圓盤的設計194.7角接觸球軸承的選擇及校核204.8鍵的選擇及校核204.8.1轉子上鍵的校核214.8.2皮帶輪上鍵的校核214.9本章小結21第5章 電渦流傳感器的選擇、功能原理及其結構235.1選擇電渦流傳感器235.2電渦流傳感器工作的原理235.3電渦流傳感器結構255.3.1探頭結構255.3.2延伸電纜255.4本章小結26結論27致謝28參考文獻29附錄30千萬不要刪除行尾的分節符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行- IV -第1章 緒論1.1 課題背景錘式破碎機是破碎的一種設備，尤其是適用于1215t/h礦山煤等硬度的物料破碎。能等硬度的調節破碎細度，具有生產效率高、能耗小、使用安全、維修方便等優點，所以得到了很多礦站的親睞。為了使錘擊破碎機得以進一步改進，在標準化、通用化、系列化方面日趨完善，現對錘式破碎機的性能因素和質量要素等方面進行分析、研究和討論，使其不但在結構和功能上更加先進合理，而且更加有利于環境保護1.2 選題分析我的畢業設計題目是錘式破碎機設計。破碎機是冶金、礦山、電力、化工、建筑、陶瓷、水泥和筑路等工業部門廣泛應用的設備，每年有大量的原料和再利用的廢物都需要用破碎機進行處理。如在選礦廠，為使礦石中的有用礦物達到單體分離，就需用破碎機將原礦物破碎到磨礦工藝需要的粒度，磨機再把破碎機所提供的原料磨至有余礦物單體分離的粒度。在水泥廠，需要用破碎機將原料破碎，以便燒成熟料，然后再將熟料磨細成水泥。在煉焦廠、燒結廠、陶瓷廠、玻璃廠、粉末冶金等部門，需用破碎機磨機械將原料粉磨到下一步作用需要的粒度。在建筑和筑路業中，許大量具有一定粒度的碎石料，這些碎石料都是有各類破碎機制備的。在化工、電力部門，破碎機磨機械將原料破碎研磨，增加物料的表面積，為縮短物料化工反應的時間創造有利條件。 1.3 國內外現狀1.3.1 國內發展情況根據參考文獻1知我國胡景坤和徐小荷研究顆粒的粉碎時得出結論，靜壓粉碎效率為100%，單次沖擊效率在35%40左右。為了節約能量，提高粉碎效率，應多用靜壓粉碎，少用沖擊粉碎。在各種金屬、非金屬、化工礦物原料及建筑材料的加工過程中，粉碎作業要消耗巨大的能量，而且又是個低效作業。物料粉碎過程中，由于作業中產生發聲、發熱、振動和摩擦等作用，使能源大量消耗。因而多年來界內人士一直在研究如何達到節能、高效地完成破碎過程。 目前破碎理論、工藝和設備的研究主要著重于：(1)研究在破碎中節能、高效的理論，也力求找出新 理論突破人們已熟知的破碎三大理論；(2)研究新的非機械力的高能或多力場聯合作用的破碎設備，目前還沒見有工業化的設備，只是研究階段；(3)改進現有設備，這方面經常是根據用戶自己需要來進行，而不見市場上大規模生產或研制新設備。 1.3.2 國外發展情況物料破碎是一個歷史悠久的話題。早在20世紀50年代艾利斯時，查爾默斯公司就開始大規模研究破碎工作，60年代得出具有重大意義的結論。隨著研究的深入，人們熟知了高功率的破碎作業，可以用來改善能源效率和降低生產成本。B HBergstrom在研究單顆粒破碎時發現，在空氣中一次破碎的碎片撞擊金屬板時明顯地產生二次破碎，一次破碎的碎片具有的動能占全部破碎能量的45。如能充分利用二次破碎能量，則可提高破碎效率。也有人指出，較小的持續負荷比短時間的強大沖擊更有希望破碎物料。目前“料層粉碎的理論”已為粉碎界的公認，根據料層粉碎理論研制的新設備有美國諾德伯格公司的旋盤圓錐破碎機、俄羅斯的慣性圓錐破碎機等。 第2章 原理及其設計方案的確定2.1 破碎機的結構及原理2.1.1 破碎原理破碎機械雖然類型繁多，但按施力方法不同，對物料破碎有擠壓，彎曲，沖擊，剪切和研磨等方法，而在破碎機械中，施力情況很復雜，往往是幾中施力情況同時存在。由于物料顆粒的形狀是不規則的，而且物料的物性不同，所以采用的破碎方法也不同，利用機械力破碎物料按施加外力不同有如下幾種方法：1、擠壓破碎兩個破碎工作面對夾于其間的物料施加壓力，當物料受到的壓應力達到其抗壓強度極限時而破碎。2、劈裂破碎當兩個帶尖棱的工作面靠近時，尖棱楔入物料而使內部產生拉應力，當其值虧過物料的抗拉強度極限時，物料裂開，并在尖棱與物料接觸點局部產生碎末。3、折斷破碎夾在工作面之間的物料如受集中力作用的簡支梁或多支梁，物料主要由于受彎曲應力而折斷，但在物料與工作面接觸處受到劈力作用。4、沖擊破碎物料受到足夠大的瞬時沖擊力而破碎，它的破碎力是瞬時作用的，其破碎效果高，破碎效果高，破碎比大，能量消耗小。總之，掌握了物料性質與破碎方式相適應的道理，無論是對其它礦物，如金屬礦石，化工原料等破碎，都可正確選擇所需的破碎設備。2.1.2 破碎機的主要結構沖擊錘式破碎機主要由機體、轉子、蓖條體和傳動裝置四大部分組成。下面對這四大部分分別作一簡述。 1、機體 它的主要功能是支承轉子和蓖條體實現對物料的破碎且保證有足夠大的破碎腔使物料得以充分破碎。另外，為了防止物料對機體內壁的磨損，在機體易磨損的內壁上均鋪有襯板。反擊板應能開啟至適當位置，便于更換反擊襯板和其他襯板。打開檢修蓋后可以更換錘頭。此外，打開檢修門可將蓖條體移出更換蓖條。打開觀察門可以檢查錘頭與蓖條的間隙大小及錘頭的磨損情況。 2、傳動裝置 它的功能是馭動靜轉矩子、加速轉矩大的轉子。 3、轉子 轉子是本機的主要破碎工具。4、蓖條體 蓖條體是物料承受錘擊的承載體，同時又是物料排出的產品粒度的約束體。2.2 設計方案如圖2-1是錘式破碎機的機構簡圖，物料進入機體內，受高速運動的錘子打擊、沖擊、剪切、研磨作用而粉碎。在轉子下部大于篩孔尺寸的繼續受錘子打擊和研磨，最后通過篩孔排除機體外。因此在設計過程中主要考慮主軸、錘頭、軸承的受力情況，從而設計合適的主軸。 圖2-1破碎機結構簡圖設計步驟如下:1、先初選電動機并校核；2、軸的設計計算及較核；3、給料口尺寸；4、排料口尺寸；5、錘頭質量計算；6、軸承的選擇及較核；7、破碎機整體結構尺寸設計。2.3 本章小結本章主要是介紹破碎機的基本結構和基本原理以及設計方案的確定。第3章 錘式破碎機的電動機功率的計算和選擇3.1破碎機電動機功率的計算轉子直徑一般是根據物料的尺寸來決定。通常轉子的直徑與給礦塊的尺寸之比為48，大型破碎機則近似取2。轉子的長度視機器生產能力的大小而定。轉子直徑與長度的比值，一般為0.71.5，礦石抗沖擊力較強時，應選取較大的比值。現已知給礦塊的最大粒度為100mm，轉子轉數n=970r/min;取轉子直徑與給礦塊的比為6，則轉子直徑 D=1006=600mm；取轉子直徑與長度的比值1.5，則長度: L=D/1.5=600/1.5=400mm3.1.1 綜合各種因素計算功率1.沖擊功率 在錘式破碎機中，每個錘頭沖擊物料的平均質量可按以下式計算 =12.5式中 Z錘頭個數，20則在錘式破碎機中沖擊功率為=13.582kw 式中 沖擊功率，kW錘頭拖拉物料的摩擦功率 移動物料與靜止物料之間的摩擦力和錘頭與物料之間的摩擦力都消耗了功率，這部分功率可按下式計算=1.625kw 式中 摩擦功率，kW； S物料拖拉長度，0.4m； 摩擦力，N Nm f摩擦系數，f = 0.3; R轉子半徑，0.3m；2.鼓風功率 鼓風功率可按下式計算 式中 鼓風功率，kW； 錘式破碎機進出口壓差，N/m； A 錘頭側面投影面積，0.023.軸承摩擦功率 軸承摩擦功率損失率的計算如下式 式中 軸承摩擦功率，kW； 軸承摩擦力矩，Nm4.電動機功率 考慮到傳動效率，電動機功率按下式計算 式中 電動機功率，kW； 傳動效率， = 0.90.95 由于在普通型錘式破碎機中約占電動機功率的14%20%，則為 式中 錘式破碎機效率系數一般取0.80.85結合式，最后計算得到電動機的計算功率為 N = 18kw 3.1.2 根據生產實踐以及引用經驗公式計算電動機功率1.根據根據文獻1式（5-9）計算電動機功率 N = KQ（kW） 式中 Q機器的生產能力，kg/h； K比功耗，kw/kg，比功耗視待破碎物料的性質、機器結構特點和破碎比而定。對中等硬度的煤，錘式破碎機取K=1.22。由已知Q=15t/h；且取K=1.2；則N = 15 1.2 =18kw 2.根據文獻3得電動機的功率 （kW）式中 D轉子直徑，D=0.6m； L轉子長度，L=0.4m； K過載系數，K=1.151.35，取K=1.35； n轉子轉數，n = 970r/min 。則 N = 28.29kw 3.2 電動機型號的選擇結合式、和式，電動機的功率N28.29kw，根據C參考文獻3表16-1-28，選擇電動機JB/T 9619-1999型號為Y200L-4，電動機功率為30kw,轉速為1470r/min。如表3-1表3-1電動機參數表型號額定功率kW滿載時轉動慣量轉數rmin效率%Y200-L430147092.20.2623.3 本章小結本章主要進行錘式破碎機的電動機功率的總體參數計算以及電動機選擇的確定。第4章 錘式破碎機的主要機構參數的選擇和計算4.1 轉子部分結構轉子部分是錘式破碎機的主要部件，如圖4-1所示：轉子軸4，圓盤5，錘頭2，用錘頭銷軸3分別懸掛在圓盤之間，為防止圓盤和錘軸竄動，固定圓盤套筒1固定。 圖 圖4-1 錘式破碎機的主要部件4.2轉子轉速的確定轉子的轉速是破碎機的重要工作參數,影響破碎機的破碎效率和生產能力。轉子的速度 式中 v 轉子的圓周速度,m/s n轉子轉數，970r/min 按上式計算的轉子圓周速度只能作為選取時參考。根據文獻4可知，目前錘式破碎機的轉子圓周速度為1870m/s。一般中小型破碎機的轉速為7501 500 r/min，圓周速度為2570 m/s ;大型破碎機的轉速為200350 r/min ，轉子的圓周速度為1825 m/s。速度愈高,破碎產生的粒度愈小,錘頭及襯板、篦條的磨損越大,功率消耗也隨之增加。從設備制造角度來看,高轉速對機器零部件的加工、安裝精度要求也隨之增高,而且錘頭磨損與轉子圓周速度成正比,所以在滿足產品粒度要求的情況下,轉子圓周速度應選取偏低值。綜合以上因素,取轉子轉速n =970r/min，則轉子的線速度v =30.46 m/s。4.3轉子軸的設計4.3.1轉子軸尺寸設計由于圓盤加厚，錘頭質量加重，軸也要相應加粗。該軸主要受轉矩m和轉子部分的重力。根據文獻3可知設計的軸并滿足以下條件：1.軸的彎曲強度不能大于許用彎曲強度彎曲強度彎矩 = + 式中 均勻載荷產生的彎矩為扭矩m產生的彎矩 式中 q為軸所受均勻載荷，q=9070N/m r 軸的最小半徑，可忽略不計 L該破碎機兩軸承的距離，L=0.565m c轉子部分的寬度，c=0.4m可得 =512.5N/m = 159.2式中 傳遞功率 = 電動機功率皮帶傳遞效率= 3090% =27 kw n轉子轉速 n =970r/min =30.46m/s所以 = 727.1 Nm彎曲強度 12.396 Nm式中 抗彎截面系數,軸的材料為鑄鋼，從參考文獻3得屈服強度為355N/，安全系數 n = 1.152.5，取n=2；則=177.5mm 將和代入得，即mm 2.求撓度轉子的重力q產生的撓度與扭矩m產生的撓度迭加起來等于f，應該滿足： 式中 均勻載荷產生的撓度 轉扭產生的撓度 E彈性模量，查參考文獻 6,得E = 200 GPa I慣性矩， 將、代入得 從參考文獻6查得 = 0.3mm/m將各數據代入得：mm 3.求轉角 轉角應滿足每米不大于 式中 均勻載荷產生的扭角 轉扭產生的扭角從參考文獻6查得 = 將有公式和數據代入解得 各數據代入上式得 4.主軸尺寸綜合、可得 取軸徑中間最大徑145mm，即d = 145mm4.3.2轉子軸的校核主軸是支承轉子的主要零件，沖擊力由它來承受。因此，要求主軸的材質具有較高的強度和韌性。通常主軸為圓形，有的主軸斷面為方行。由于作用在轉子主軸上每個瞬間的載荷大小不等，其用的持續時間又短，僅為千分之幾秒，而確定處載荷又與實踐情況較大，因此按一般方法計算轉子主軸的強度常偏大，當轉子體發生嚴重故障時，主軸仍能保持完整無損。根據有關文獻推薦，主軸的強度校核可以簡略成下列方法計算。作用在轉子主軸上的相對彎矩為： (4-15)式中 作用在主軸上的彎矩，其值可按經驗公式計算 = /8 m （為轉子總重量，）；(4-16) 作用在主軸上的扭矩；=9550P/n； (4-17)P電動機功率KW；30Kwn電動機的轉速。1470r/min已知電動機功率P=30Kw，轉速為970r/min則初步計算軸的最小直徑。由于選取軸的材料為38SiMnMo，調質處理，由機械設計實用手冊可得。A與軸的材料及相應的許用扭剪應力如表4-1所示。38SiMnMo的基本參數：=3555Mpa,A=11297Mpa,取 A=105MPa。表4-1 軸常用的幾種材料的及A值軸的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13/MPa1525203525453555A14912613511212610311297軸的最小直徑是與帶輪相連接的，考慮到其他因素的影響，參考=600400可逆式破碎機這里取:mm按常規考慮到圓盤在軸向固定等因素影響圓盤處的軸徑=145mm校核軸的強度 ：kgm = =36.62kgm kgm轉子軸調質處理時：MpaMpa 根據: mm只需要滿足34.56就可滿足強度，所以本設計選軸徑強度足夠。4.4錘頭參數的設計由于錘式破碎機的錘頭是鉸接地懸掛在轉子上，所以正確地選擇錘頭的重量對破碎機效果和能量消耗有很大作用。如果錘頭的重量選得小，則可能滿足不了錘擊一次就將礦塊破碎的要求；若是選得過大，則無用的功率消耗過大，這也是不經濟的。因此，錘頭重量一定要滿足錘擊一次使礦塊破碎，并使無用功率消耗達到最小值，同時還必須不使錘頭過度向后偏倒倒。4.4.1錘頭質量確定的理論分析計算錘頭質量的方法有兩種：一種是根據使錘頭運動起來生產的動能等于破碎礦石所需的破碎功來計算錘頭的重量；另一種是根據碰撞理論動量相等的原理來計算錘頭的重量。前一種方法由于沒有考慮錘頭打擊礦塊后的速度損失，故計算出來的錘頭重量往往偏小。1. 根據碰撞理論動量相等的原理計算錘頭重量根據碰撞理論動量相等的原理計算錘頭重量時，考慮錘頭打擊礦塊后，必然會產生速度損失。根據時間總結，追拖打擊礦塊后的允許速度損失隨著破哦隨即的規格大小而變，一般在40%60%的范圍內，即如圖4-2所示： 圖4-2 錘頭打擊物料簡圖在這一過程中，設錘頭給物料的沖量為 ，物料給錘頭的沖量為 ，錘頭的質量為 ，沖擊物料前后的速度分別為 。最大物料塊的質量為 ，物料受到錘頭沖擊物料前和物料被錘頭破碎后將離開錘頭瞬間的速度分別為 ，根據文獻7得到下列公式 式中 則， 沖擊物料前錘頭和物料的動能為物料受到沖擊剛好被破碎離開錘頭前瞬間錘頭和物料的動能為故在錘頭沖擊破碎物料過程中動能的損失為 將代入得 整理上式得 或 式中 錘頭的理想質量，； 最大物料塊質量，； 錘頭沖擊物料過程中所損失的能量； 錘頭打擊物料前的速度，； R轉子半徑； n轉子轉速由式 求得的錘頭質量是假定破碎機在理想工作狀態下，即錘頭在沖擊過程中所損失的能量，全部用在破碎物料上。實際破碎機在工作過程中，有機械損失，熱量損失等。因此在確定錘頭質量時，應當考慮到各種能量損失。2.根據經驗推算法確定錘頭質量還有一種確定錘頭質量的方法叫經驗推算法。錘頭沖擊物料后，其速度損失過大，這會使錘頭繞自己的懸掛軸回轉而向后傾斜過大，在下一次與物料相遇時，會空過而不破碎物料，因而會降低破碎機的生產能力和增加無用功的消耗。當然，錘頭沖擊物料產生的傾斜在離心力的作用下迅速復原，不影響第二次沖擊物料。所以錘頭沖擊物料后只能允許速度損失不大于50%60%。根據文獻7 即：由式 式中 ，則整理上式可得 即 從式 中可以得出，錘頭質量只與最大物料塊質量有關。實際上用式 來確定錘頭質量，能保證破碎機的良好破碎性能。分別計算式 和式 ，求得錘頭質量，并取較大者。4.4.2錘頭質量參數的確定根據參考文獻5并由碰撞理論動量相等的原理計算錘頭重量 = (0.60.4) 式中 錘頭打擊物料前的圓周線速度,m/s ; 錘頭打擊物料后的圓周線速度,m/s。轉子的直徑愈大,允許速度損失就愈大,反之取偏小值。若錘頭物料是塑性碰撞,且設物料碰撞前的速度為零,則根據碰撞理論動量相等的原理可得m= m+Q 式中 m 錘頭折算到打擊中心處的質量,kGQ 最大物料塊的質量,kG將式1 代入式2 ,得m = (0.71.5)Q m 僅僅是錘頭的打擊質量,錘頭實際質量應根據打擊質量的轉動慣量和錘頭質量的轉動慣量相等的條件進行質量代換 式中 r 錘頭打擊中心到懸掛點的距離,m; 錘頭的重心到懸掛點的距離,m。從式4可以看出,錘頭質量只與打擊物料的質量有關,實際上還與物料的性質、受力情況和轉子速度有關。根據動量定理m (v1-v2) = Ft 式中