圓錐慣性破碎機說明書

1、 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 34 頁 共 34 頁1 緒論破碎機廣泛應用于冶金，礦山，化學,陶瓷,水泥,建筑道路和其他的重要工業(yè)部門。慣性圓錐破碎機其科學的理論，獨特的設計思路，合理的結構，優(yōu)良的性能，在各行業(yè)得到了廣泛的應用和關注。慣性圓錐破碎機在減少電力消耗，降低金屬消耗，降低成本，提高經濟的優(yōu)勢是顯而易見的，在金屬和非金屬礦山，冶金，材料，磨料，化工，建材等行業(yè)的破碎，材料加工領域具有極其廣闊的應用前景1。它的推廣和應用，對企業(yè)技術的升級，實力的提高，對實現(xiàn)生產成本，技術和裝備水平與國外企業(yè)的差距縮小，以提高我國企業(yè)的國際競爭力具有重大的現(xiàn)實意義，慣性圓錐破碎機的研究可以產生巨大的

2、社會效益和經濟效益2。慣性圓錐破碎機是破碎機中高水平等的破碎機。1.1 物料粉碎的目的 1.增加物料的比表面積物料破碎后其比表面積增加，因而可提高物理作用的效果和化學反應的速度。 2.制備混凝土骨料與人造砂制備混凝土骨料需要各種粒度的骨料，是由開發(fā)出來的大塊石料經破碎篩分加工后得到的各種粒度的碎石。當天然砂不足時可用破碎方法制備人造砂。 3.使礦石中的有用成分解離在選礦作業(yè)中，破碎與磨碎作業(yè)，是把各種有用的礦物中的有用成分和雜質分開，即“解離”。物料解離后才能用選礦的方法出去雜質得到純凈的礦。 4.為原料下一步加工準備或便于使用在很多產品的生產過程中，所用的原料塊一般都比較大，要求碎末到一定的

3、粒度以下，供下一步加工處理用3。1.2 物料粉碎的意義物料的破碎是很多行業(yè)產品生產中關鍵的工藝過程，而粉碎是一個高能耗低效率的過程。每年用于粉碎工程領域的電能在總用電量中占很大比重，其中約有15%用于破碎，85%用于磨碎，而破碎機的效率是磨機的10倍，隨著貧礦增多、建筑材料需求量不斷增加、工業(yè)利用積聚起來的再生材料占有比例越來越大，加之能源短缺，急需不斷改善碎磨作業(yè)，因此“多碎少磨”的工藝流程在粉碎領域得到了廣泛的提倡4。1.3 破碎機的類型1.3.1 顎式破碎機顎式破碎機的工作部分由固定顎板和活動顎板組成。當活動顎板周期性的接近固定顎板時，借壓碎作用破碎物料。因為在兩顎板上的襯板有牙齒，故兼

4、有劈碎和折斷的作用。1.3.2 圓錐破碎機旋回式破碎機工作部分由固定的外錐和活動的內錐組成。內錐以一定的偏心半徑繞外圓中心線做偏心運動，物料在兩錐體之間被壓碎和折斷。1.3.3 錘式破碎機錘式破碎機工作部分是鉸接在轉盤上的錘頭。物料被高速旋轉的錘頭沖擊破碎并拋射到反擊板再次破碎，同時形成快料之間的破碎，最后從機體下部排出。1.3.4立軸破碎機立軸破碎機有兩種形式：立軸錘式破碎機和立軸反擊式破碎機，其工作部分基本和錘式反擊式破碎機后到第二級轉子后在進行第二次破碎，產品從機體下部排出。1.4 慣性圓錐破碎機的優(yōu)點慣性圓錐破碎機與傳統(tǒng)圓錐破碎機相比有以下顯著優(yōu)點：慣性圓錐破碎機的破碎腔是擠滿給料,

5、通過向物料層施加嚴格定量的由慣性力造成的壓力, 從而實現(xiàn)“料層粉碎”和物料的“選擇性破碎”；破碎比大，一般可達430；單位功耗低40%以上；可以帶負荷啟動和停車；工作的狀態(tài)平穩(wěn)可靠，傳給地基的動負荷很小，不需要大而堅固的基礎；無需過載保護裝置，由于傳動系統(tǒng)與動錐無剛性連接，即使有不可破碎物體進入破碎腔內，也不會造成機構的隨壞；調節(jié)可變參數(shù)，能夠到達預期要求的工藝效果（破碎比、粒度組成等），并能夠進行選擇性破碎和減少過粉碎；簡化粉碎流程，減少基建投資，提高經濟效益5。 慣性圓錐破碎機能夠很好地滿足“多碎少磨”新工藝的要求。1.5 慣性圓錐破碎機的結構和工作原理 慣性圓錐破碎機的結構原理圖如圖1-

6、1圖 1-1慣性圓錐破碎機體位于隔離裝置上，定錐和動錐組成了工作機構，錐體連接到耐磨襯上，動錐襯板和定錐襯板之間形成破碎腔，主軸自由地插入激振器軸套中，固定在軸套上的激振器的旋轉運動由電機通過傳動裝置傳遞，激振器旋轉時產生的慣性力，從而使得動錐繞球面軸承的球心做旋擺運動。動錐體與傳動機構之間沒有剛性聯(lián)接，當破碎腔里沒有物料時，動錐沿定錐內表面滾動，當破碎腔內有物料時，動錐將沿料層滾動，而滾動隨料層厚度的變化而變化，從而產生強烈脈動沖擊，破碎物料6。2 結構參數(shù)的選擇與設計2.1 給礦口與排礦口寬度 圓錐破碎機給礦口的寬度，用動錐接近定錐時，兩椎體的上端距離表示。排礦口寬度，用動錐靠近定錐時，兩

7、錐體下端的距離表示。和的選擇與給礦和排礦粒度有關。一般給礦口的寬度已知取 細碎機排礦口寬度等于產品粒度，所以取排礦口寬度。 細碎機排料口寬度取最小排料口寬度7。所以閉邊排料口寬度2.2 嚙角動錐與定錐襯板之間的夾角稱為嚙角，用表示。有了嚙角就可以放置礦石在破碎腔中滑動。但是如果嚙角的選擇過大，礦石將在破碎腔內打滑，增加襯板磨損和電能消耗,降低生產能力。 通常嚙角為，取。根據(jù)傳統(tǒng)機型的參數(shù)初選偏心角，底錐角。2.3 偏心距與動錐擺動行程偏心距所以動錐擺動行程2.4 破碎腔平行區(qū)長度 對于細碎機，平行區(qū)長度所以取2.5 生產率計算破碎機生產率的計算修正式為：其中,是松散系數(shù)，；取。 是動錐每分鐘擺

8、動的次數(shù)，已知 是物料料壓縮層層平均值，由3.1可計算得 是物料堆密度，。 為物料印度系數(shù)，設計破碎中硬物料，則。 為給料粒度系數(shù)，其選擇： 表2-1 粒度系數(shù)篩分給料公稱粒度粒度系數(shù)預先篩分0.8B1.00.6B1.050.3B1.10.80B1.0給料工稱粒度為20mm，給礦口寬度為，給料粒度為，所以 為物料壓縮層厚度 。 為動錐擺動一次，物料移動的距離。預設此臺慣性圓錐破碎機的生產率由此可得，所需的動錐擺動次數(shù)3 腔形設計3.1 基本腔形設計 圖 3-1 其設計程序為:(1) 由已知的動錐直徑尺寸D，可以畫畫直線，已初選動錐底錐角，畫線。(2) 畫平行于的線線，使，即為排礦口寬度，的長度

9、即為平行區(qū)長度。(3) 畫線使直線與直線線的夾角。(4) 以給料口尺寸B值為直徑畫圓，與線和線分別相切于點和點，并連接線。此時，閉邊破碎腔已經完成。(5) 取中點，畫動錐軸線直線，以為對稱軸可得點，連線。此時，動錐整體外形已定。(6) 已選偏心角，偏心距，使，直線與直線相交于點，其夾角等于。線即為定錐中心線。(7) 以中心線為對稱軸軸，即可得到、和三個點，連接這三點。此時，破碎腔腔形設計完成。(8) 破碎腔內的物料在壓縮時要有足夠的密實度和壓縮比，便能獲得較高的產量而且又能使細粒級產品含量顯著增多8。因此要正確選擇動錐擺動行程。(9) 根據(jù)驗算是值否合適，其中。由設計圖測量得所以則由設計圖測量

10、得開邊排礦口寬度等于，所以設計圖中的動錐擺動行程S是合適的。(10) 按破碎腔各截面的通過能力對腔形進行修正即可完成對基本腔形的設計9。4 慣性圓錐破碎機的運動學和動力學分析及計算4.1 運動學分析慣性圓錐破碎機身不需要直接固定在地基上，而是安裝在彈性元件上，從而使機體有六個自由度，三個轉動自由度，三個平動自由度。動錐相對于身體有三個轉動自由度，激勵有一個旋轉自由度和相對動錐沿軸線平移自由度。破碎機最重要的是破碎機的機體，即相對固定在機體上的定錐相對于動錐之間的運動。動錐動錐球面支承的球心作旋擺運動，動錐與電機之間無剛性連接，動錐相對于機體的運動為與剛體繞固定點的旋轉運動10。以點為坐標系的原

11、點，機體中心線軸建立坐標系，另取以動錐軸線為軸并與動錐固結的動坐標系, 如圖4-1所示:圖 4-1由于破碎錐與傳動系統(tǒng)間無剛性連接，及破碎錐支承裝置的結構特點，圓錐破碎機不僅圍繞機體作旋轉運動還圍繞其自身的旋轉軸做旋轉運動。同時，由于在破碎腔的物料顆粒分布不均勻，材料層厚度不斷變化，所以破碎錐沿料層滾動的運動是不穩(wěn)定的，每滾動一周都伴有強烈震動11。因此，破碎錐的運動包括以下三種旋轉運動：進動運動破碎錐繞破碎機中心線作旋轉運動；自轉運動破碎錐繞自己的軸線作旋轉運動；章動運動破碎錐繞節(jié)線 作旋轉運動。破碎錐的各個角速度向量如圖4-2所示：圖 4-2圖中，為破碎錐繞瞬時軸線旋轉的絕對角速度向量；為

12、破碎錐的進動角速度向量,破碎機正常運轉時,即為激振器的角速度向量；為破碎錐的自轉角速度向量； 為破碎錐的章動角速度向量。瞬時軸線與破碎錐軸線的夾角為。當破碎腔內有破碎料時，由激振器產生的離心力將迫使破碎錐沿著定錐內表面做滾動運動，這種滾動是無間隙的滾動。破碎錐在運動過程中不會繞節(jié)線旋轉,所以。此時的破碎錐的運動情況為只有進動運動和自轉運動12。破碎錐和與錐在破碎機工作過程中表面相互產生摩擦，它們之間的摩擦是遠比破碎錐球面支承和軸瓦對圓錐破碎錐的摩擦大。所以，破碎錐沿定錐內表面是滾動，而不是滑動。破碎錐與定錐內表面接觸的每一個時刻，圓錐破碎機在旋轉的一瞬時以角速度繞一連線旋轉。因此，這條線就是瞬

13、時軸，可近似作為一個破碎錐母線。破碎腔中有物料時，破碎錐不僅作自轉運動和進動運動，還作章動運動，令為章動角，破碎錐的角速度為：由于不均勻的料粒度和物料在破碎腔內的分布不均是隨機的，所以和無法用以時間為變量的數(shù)學表達式表達,不能準確地求出的大小。由于章動角速度向量的存在,所以：在運動學上，慣性圓錐破碎機和偏心圓錐破碎機的最顯著區(qū)別是動錐是否存在章動運動。4.2 動力學分析4.3 慣性圓錐破碎機破碎力的分析及計算自轉運動、進動運動和章動運動組成了動錐的運動，后者是動錐繞軸線作旋轉運動。即由于破碎腔內物料顆粒又大有小，且料層分布不均勻，使得動錐沿著料層滾動時產生的運動不穩(wěn)定，動錐每一周的滾動都會伴有

14、劇烈的振動。但是，動錐沿料層滾動時的章動角速度向量是無規(guī)律的變化，故無法準確求出慣性力的大小，所以先分析動錐無載時的慣性力，受力情況如圖4-3：圖 4-3破碎力； 動錐慣性力； 激振器慣性力； 動錐自重； 激振器自重； 作用點到O點的距離； 作用點到O點的距離； F作用點到O點的距離； h到O點的距離以O點為矩心，取力矩平衡，得： 動錐慣性力公式為：式中為動錐質量。 動錐襯板直接參與破碎要求硬度高,耐磨性好,抗沖擊力強，所以選擇了ZGMn13作為動錐襯板材料，此材料表面高硬度的硬化層可以抵抗沖擊磨料磨損，其密度。動錐體材料選擇35鋼，其密度為。動錐的質量 由此可得：激振器產生的慣性力： 式中

15、激振器質量，kg；其材料選擇35鋼，工作時，章動角很小，一般不會超過，取。動錐的質心距機體中心線很近, 所以動錐產生的慣性力比激振器產生的慣性力小很多, 所以主要是由激振器旋轉時產生的慣性力來決定慣性圓錐破碎機中破碎力的大小的13。由資料可知動錐的破碎力公式為：將已知數(shù)值代入上式 5 電機最小轉速以及功率的確定工作時，若破碎力 F小于破碎物料所需的破碎F0，則破碎腔將會被堵塞，從而使得機器不能正常工作1415。所以，為了使破碎機能夠正常工作，其必要條件是 另外為了使破碎機能正常連續(xù)地破碎物料，其必要件是 由資料可知電機的最小轉速計算公式為 為激振器轉速，為V帶傳動的傳動比，取。電動機功率P的計

16、算公式為：為破碎機的傳動效率，一般取為滿載荷系數(shù)，一般取代入數(shù)據(jù)計算得：所以所需的電動機功率為5.5。由手冊查得符合要求的電動機型號為Y132M2-6。具體參數(shù)如下表：表5-1 Y132M2-6電機參數(shù)型號功率（kW）電流380V(A)轉速（）效率（）功率因數(shù)）堵轉轉矩堵轉電流最大轉矩額定轉矩額定電流額定轉矩Y132M2-65.512.696085.50.742.02.02.06 主要件的結構設計及選型 6.1 動錐的設計此設計中動錐外配有耐磨可換的動錐襯板，所以動錐選用了35鋼為材料。在3.1基本腔型的設計中已經得出了動錐的基本外形，根據(jù)動錐O點的位置以及動錐直徑可設計出動錐下球面。動錐體的

17、整體外形如圖6-1： 圖6-1動錐襯板選用耐磨的ZGMn13,其結構如圖6-2： 圖 6-2 動錐襯板通過襯板壓蓋安裝在動錐體上，便于更換。動錐體與動錐襯板的裝配及如圖6-3： 圖 6-3 主軸與動錐由鍵聯(lián)接固定，主軸自由得插在激振器套筒中，圖6-4。 圖 6-46.2 球面瓦及動錐支承的設計破碎機工作時，動錐沿球面瓦球心做旋擺運動，球面瓦同樣采用耐磨的ZGMn13為材料，動錐支承支承在機體外殼上，將振動傳遞到隔振原件，有效減少整機的振動。球面瓦結構設計如圖6-5： 圖 6-5 激振器懸掛在動錐支承上，球面瓦與動錐支承的裝配結構如圖6-6： 圖 6-66.3 激振器的結構設計慣性圓錐破碎機中產

18、生的破碎力的大小主要是由激振器旋轉時產生的慣性力來決定。其主要結構由2部分組成：帶軸的套筒如圖6-7所示和偏心質量塊如圖6-8所示。帶軸的一端與聯(lián)軸節(jié)相連接，套筒端與動錐軸相連，高速旋轉的偏心塊產生激振力，從而迫使動錐繞球面瓦球心作旋擺運動。圖 6-7圖 6-8在慣性圓錐破碎機中，破碎力的大小在被破碎物料的硬度及破碎腔內物料的充填率變化時變化不大，調整激振器的靜力矩可以針對任何工作條件產生所需的破碎力。為了方便調整質量塊的總體質量，將質量塊分成質量相等的4份，可以單獨在任意位置由螺栓連接與套筒緊固在一起，裝配關系如圖6-9所示。圖 6-96.4 撓性聯(lián)軸節(jié)的結構設計電動機的旋轉運動通過傳動機構

19、傳給固定在軸套上的激振器，動錐與電機間無剛性聯(lián)接，激振器需要同時實現(xiàn)軸向旋轉和徑向運動，因此選用撓性聯(lián)軸節(jié)。撓性聯(lián)軸節(jié)由轉套和彈性片組成，一端通過輪轂與軸與V帶傳動機構相連，另一端與激振器聯(lián)接。轉套和彈性結構設計如圖6-10,6-11：圖 6-10 圖 6-11彈性片與轉套通過螺栓聯(lián)接，繞性聯(lián)軸節(jié)的整體結構如圖6-12：圖 6-12激振器與繞性聯(lián)軸節(jié)的裝配如圖6-13： 圖 6-136.5 定錐體和定錐襯板的結構設計定錐面直接參與破碎，需要高的耐磨性和硬度，所以同樣設計了可換的定錐襯套，其材料為ZGMn13。定錐襯板的內部輪廓和定錐襯板的外部輪廓構成了破碎腔的結構。破碎機定錐襯板的結構如圖6-

20、14：圖 6-14定錐體結構如圖6-15：圖 6-15定錐襯板通過螺釘與定錐體裝配在一起便于更換定錐襯板，裝配如圖6-16：圖 6-16定錐體上部為給料口，下部設計有螺紋，與外殼上螺紋配合，可通過此螺紋的聯(lián)接來調整排礦口尺寸，并用調整螺栓來固定位置。定錐體與外殼的配合如圖6-17：圖 6-176.5 隔振元件的結構設計慣性圓錐破碎機一大優(yōu)點是安裝時不需要專門建造大而堅固的地基。橡膠彈簧的剪切彈性剛度較小，可承受多方向載荷，且其阻尼大，對吸收突然沖擊和高頻振動及減小噪音有良好的效果。根據(jù)前人建立的破碎機隔振系統(tǒng)的數(shù)學模型及分析計算,可知慣性圓錐破碎機隔振系統(tǒng)采用橡膠彈簧作為隔振元件效果極佳，可以

21、大大減弱破碎機傳給地基的動載荷16。慣性圓錐破碎機應用的橡膠彈簧結構如圖6-18所示：圖 6-18橡膠彈簧結構裝配剖視圖如圖6-19：圖 6-19由此，慣性圓錐破碎機的主要結構設計完成，其裝配效果如圖6-20：圖 6-20爆炸圖如圖6-217 運動仿真及結構分析以Solidworks三維設計軟件為基礎建立了慣性圓錐破碎機裝配模型，并在虛擬模型的基礎上進行干涉分析和模型質量屬性檢查，結果表明該設計方案可行且此方法具有二維建模方法無法相比的優(yōu)越性17。7.1 速度仿真圓錐破碎機運動學仿真是多驅動的開環(huán)機構模擬，是比較復雜的運動仿真。在模擬過程中需要創(chuàng)建多個動力源的伺服電機。這是一個多驅動開環(huán)機構模

22、擬器的核心部分，它會直接影響到整個機構的仿真逼真度。在破碎機的機構中創(chuàng)建三個伺服電機，以實現(xiàn)其運動仿真18。通過仿真的運動，可以直觀地了解破碎機的動態(tài)特性?？蛰d時，動錐破碎平行區(qū)松邊中部下端點的絕對轉速為一個恒定的值，既為。圓錐破碎機的動錐在空間擺動，破碎機的中心線與動錐的軸線相交于一個固定點，夾角約為 。破碎機運轉時動錐軸線相對于破碎機中心線作圓錐面運動，其頂點就是破碎機中心線與動錐的軸線的相交固定點。動錐中心線與破碎機中心線所夾的鈍角，通過對圓錐破碎機進行運動學分析計算得理論轉速 n18.612 r/ min。所以仿真得出的動錐空載時的轉速與理論計算轉速基本一致。7.2 結構分析激振器的結

23、構分析結果如圖7-1.7-2： 圖 7-1 圖 7-2由以上分析可知此激振器結構設計符合要求。 結束語本文在閱讀理解各種相關文獻的基礎上對慣性圓錐破碎機的結構進行了設計。主要做了以下工作：1. 閱讀和查閱相關文獻資料，對資料進行理解和整理。了解了慣性圓錐破碎機的歷史發(fā)展以及前景，并著重學習了慣性圓錐破碎機的原理和結構，從中對慣性圓錐破碎機優(yōu)勢有了更深刻的認識，為對慣性圓錐破碎機的結構設計打好基礎。2. 在掌握了慣性圓錐破碎機的工作原理和結構的基礎上，對其結構進行了參數(shù)選擇和設計。并對腔型做了詳細的設計和解釋。3. 結合慣性圓錐破碎機的原理和結構對其運動學和動力學進了簡單的分析和相關計算，并通過

24、計算得出電動機的最小轉速和功率，從為慣性圓錐破碎機選擇了合適的電動機。4. 在對慣性圓錐破碎機的原理，受力以及運動等有了深刻的理解的基礎上，對其主要件進行了結構設計和材料的選擇，最后對其部分重要部件做了結構分析以保證設計符合產品要求。由于本人設計水平有限，對專業(yè)知識的掌握還不夠全面，設計中的錯誤和不完善的地方敬請各位老師批評和指正。致 謝經過數(shù)月的不懈努力，本設計即將完成。在設計的過程中邱明老師的悉心指導貫穿始終，從最先熟悉課題，理解設計產品到具體的的設計，每次遇到無法理解或解決的問題，老師的耐心指導總能讓我有山窮水復疑無路，柳暗花明又一村的感覺，在對結構建模中我選擇使用新的設計軟件，老師更是

25、耐心仔細地指引，使我能夠順利的按計劃完成各部分的設計。在此衷心感謝邱明老師對我的指導。此外還要感謝舍友們，是他們給我提供了一個良好的氛圍，保證了每天的工作量，對設計中很多細節(jié)上的問題提供了有效的幫助，使彼此專業(yè)知識的到提高。感謝四年中教會我機械專業(yè)知識的所有老師，是他們讓我了解了機械，使我對機械產生越來越濃厚的興趣。感謝父母一直以來的支持，感謝學校為我們的學習提供了良好的條件和環(huán)境。本設計能夠圓滿完成，離不開學校、老師、父母、朋友的相助，在此再次表達我誠摯的感謝和祝福！參 考 文 獻 1 郎寶咸.郎世平 .破碎機.冶金工業(yè)出版社，2008.11. 2 唐威.慣性圓錐破碎機的研究與發(fā)展J.世界有色金屬，2006，（02）：22 25. 3 唐威.慣性圓錐破碎機結