一種不可逆式錘式擠壓破碎機設(shè)計

張發(fā)廳

(黃河科技學(xué)院,河南 鄭州　450063)

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一種不可逆式錘式擠壓破碎機設(shè)計

張發(fā)廳

(黃河科技學(xué)院,河南 鄭州450063)

摘要:分析錘式破碎機的工作原理，重點對其結(jié)構(gòu)、總體方案進(jìn)行設(shè)計，對電機及皮帶系統(tǒng)進(jìn)行選擇，對轉(zhuǎn)子軸和軸承進(jìn)行校核，表明滿足設(shè)計要求，對破碎機的設(shè)計具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞:錘式擠壓破碎機; 結(jié)構(gòu)設(shè)計; 總體方案選擇; 校核

煤炭破碎已成為煤炭加工過程中一個重要的環(huán)節(jié)，破碎機的出現(xiàn)改變了以往煤炭燃燒的方式，使煤炭的燃燒更加充分，從而減少煤炭的使用量，改善大氣的環(huán)境，破碎機在煤炭行業(yè)有著良好發(fā)展的空間。

1設(shè)計方案

圖1　結(jié)構(gòu)傳動簡圖

本文設(shè)計一種不可逆式錘式擠壓破碎機，具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸比較緊湊、體積較小、生產(chǎn)率高等特點。它主要由轉(zhuǎn)子、圓盤、連接件、機殼和連接架等部件組成。機殼首先分為上下兩個部分，用螺栓固定。筒體用鋼板焊接而成。頂部裝有進(jìn)料口，物料通過進(jìn)料口進(jìn)入破碎機的箱體內(nèi)，在錘頭與機殼的作用下進(jìn)行破碎。 本文選擇“電機—V型帶—主軸”設(shè)計方案。破碎機傳動方案設(shè)計示意圖如圖1所示。

破碎機主軸上安裝有圓盤，圓盤與錘頭之間由連接架連接。錘頭與連接架的連接采用的螺栓固定的方式。為了防止主軸上圓盤和圓柱銷的軸向移動，分別在圓盤的兩端和圓柱銷的兩端分別固定于一個擋圈。主軸的上下兩端分別用單列圓錐滾子軸承支撐，軸承放置于軸承座中，在軸承座的兩端都需采取密封裝置。當(dāng)轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動時，錘頭在離心力的作用下，撞擊進(jìn)入破碎腔中的物料，就形成了一個個合格的物料，通過破碎機下面的篦縫漏出。

在破碎機進(jìn)行生產(chǎn)前需對主軸和轉(zhuǎn)子進(jìn)行動平衡測試，防止破碎機在使用的過程中因動不平衡造成危及人身的危害。

2破碎機主要參數(shù)計算

2.1破碎機轉(zhuǎn)子參數(shù)的計算

2.1.1轉(zhuǎn)子直徑及長度

本設(shè)計是小型破碎機，根據(jù)公式Dz=(4～8)Dmax，中Dmax最大進(jìn)料粒度，取Dmax=50mm。所以破碎機轉(zhuǎn)子直徑大約為：8×50=400mm，根據(jù)實際需要所需取D=590mm。

從日常生活經(jīng)驗中可知，轉(zhuǎn)子直徑和長度的比例關(guān)系一般為：DP=LP(0.7～1.5)，根據(jù)實際需要選取DP=1.18LP,計算得轉(zhuǎn)子長度LP為500mm。

2.1.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

破碎機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可按圓周速度來設(shè)計，根據(jù)公式

n=60v/πD

式中 v—轉(zhuǎn)子圓周速度，m/s;D—轉(zhuǎn)子直徑，m

轉(zhuǎn)子圓周速度一般在18～70m/s之間選取。對于大型破碎機v=18～25m/s，而轉(zhuǎn)速在200～300r/min之間。對于小型破碎機，取v=25～70cm/s,而轉(zhuǎn)速在750～1500r/min之間。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速選擇過高的話，得到的產(chǎn)品粒度就會越小，一些重要部件的磨損也會加快。所以在本設(shè)計中轉(zhuǎn)速v取30m/s，將相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式計算得：n=971.6r/min。

2.2破碎機錘頭質(zhì)量的計算

在本設(shè)計中，錘頭通過螺栓固定在連接架上，錘頭質(zhì)量會嚴(yán)重影響到破碎機破碎時的效率。假設(shè)在錘頭與煤炭發(fā)生碰撞時發(fā)生了彈性碰撞，且煤塊在碰撞前速度為了0，根據(jù)動量定理，得：

mv1=mv2+mmv2

由上式可知v2=mv1/(m+mm)

式中m—錘頭的有效質(zhì)量,kg;mm—煤塊的最大質(zhì)量,kg

綜上所述m=(0.7～1.5)mm

上式中的m只是錘頭的打擊質(zhì)量，錘頭的實際質(zhì)量應(yīng)根據(jù)打擊質(zhì)量和錘頭的轉(zhuǎn)動慣量求得

式中r—錘頭打擊中心到懸掛點的距離,m；ro—錘頭質(zhì)心到懸掛點的距離,m

最大物料質(zhì)量mm=4/3(πR3ρ)=4/3(π×0.053×1200)=0.628kg

錘頭折合到打擊中心處的質(zhì)量：

m=1.5×0.628=0.942kg

2.3電機選擇

電動機功率P的確定，主要根據(jù)破碎機在運行過程中的載荷大小、每天需要工作的時間來確定。在電動機功率的確定時，選定電動機的額定功率Pe，而電動機的所需功率Pd，即要使P≥Pd。

總有用功耗為Pa=0.18×12=2.2kW

設(shè)計中總的機械效率取0.85。

根據(jù)Pd=Pa/η，計算電動機功率Pd=Pa/0.85=2.2/0.85=2.58kW

查機械設(shè)計手冊選擇電機型號為：Y100L2-4

額定功率為：Pe=3kW，滿載轉(zhuǎn)速為：1430r/min機座號：110L

3V帶系統(tǒng)設(shè)計

V帶的設(shè)計內(nèi)容包括選擇帶的型號、確定基準(zhǔn)長度、根數(shù)、中心距、帶輪的材料、基準(zhǔn)直徑及其結(jié)構(gòu)尺寸、初拉力和壓軸力、張緊裝置等。

3.1確定計算功率

計算功率Pca是根據(jù)傳遞的功率P和帶的工作條件而確定的

Pca=KAP

式中：KA—工作情況系數(shù)；P—所需傳遞的額定功率，kW。

式中，P=3kW，KA查《機械設(shè)計》表，得KA=1.5。

Pca=1.5×3=4.5kW

本設(shè)計中選取A型帶。

3.2帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗算帶速

根據(jù)V帶的帶型，選取小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1=80mm。

帶速不易過高或過低，一般應(yīng)試v=5～25m/s，最高不得超過30m/s。根據(jù)公式V=πdd1n1/60000(m/s)計算帶速。本設(shè)計中V=π×80×1430/60000=5.98695m/s;取V=6m/s

大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2，由dd2=idd1計算，并根據(jù)《機械設(shè)計》表加以適當(dāng)調(diào)整。本設(shè)計中dd2=1.5625×80=125mm。

3.3確定中心距a并選擇V帶的基準(zhǔn)長度Ld

(1)初定中心距

根據(jù)帶傳動總體尺寸的限制條件或要求的中心距，結(jié)合下式初定中心距a0。

0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)。

本設(shè)計中的a0為0.7×(80+125)≤a0≤2(80+125)

根據(jù)實際需要選取a0為410mm。

(2)計算相應(yīng)的帶長Ld0

Ld0≈2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0

本設(shè)計中代入數(shù)據(jù)得Ld0=1142.83mm。

有Ld0再根據(jù)《機械設(shè)計》表查的V帶的基準(zhǔn)長度為Ld=1120mm。

(3)計算中心距a及其變動范圍

傳動的實際中心距近似為a≈a0+(Ld0-Ld)/2

所以本設(shè)計中實際中心距a=410+(1142.83-1120)/2=421.42mm。

該設(shè)計中實際中心距取a=420mm。

3.4驗算小帶輪上的包角α1

小帶輪上的包角α1小于大帶輪上的包角α2。小帶輪上的總摩擦力小于大帶輪上的總摩擦力。因此，V帶打滑也只可能發(fā)生在小帶輪上。為了提高帶傳動的工作能力，應(yīng)試

α1≈180°-(dd2-dd1)53.7°/a≥90°進(jìn)行校核。

該設(shè)計中將數(shù)據(jù)帶入式中得α1=174.25°>90°，所以滿足設(shè)計需要。

3.5確定帶的初拉力F0

根據(jù)離心力和包角的影響，可得單根V帶所需的最小初拉力為：

(F0)min=500(2.5-Kα)Pca/ Kαzv+qv2

其中：Kα-包角修正系統(tǒng)，取0.98;z-帶的根數(shù)，取4根；v-帶速，根據(jù)前面計算取6m/s;Pca-計算功率，根據(jù)前面計算取4.5kW;q-每米帶的質(zhì)量，取0.25kg/m。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入計算得(F0)min=154.4N。

3.6計算帶傳動的壓軸力Fp

為了設(shè)計帶輪軸的軸承，需要計算帶傳動的作用力在軸上的壓軸力Fp，(如圖2)

Fp=2z F0sin(α1/2) 本設(shè)計中帶入數(shù)據(jù)得Fp=1233.65N

圖2　壓軸力計算示意圖

4軸的設(shè)計

4.1軸的結(jié)構(gòu)及基本尺寸的確定

結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　軸的結(jié)構(gòu)

圖3中從右到左軸的直徑依次是d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7和d8，長度依次L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7和L8。

軸的各部分直徑和長度分別如表1所示。

表1　軸結(jié)構(gòu)基本尺寸表

L1L2L3L4L5L6L7L8mm62782138.5499152024

查手冊選擇軸承型號為：30210 軸承，采用脂潤滑。

4.2轉(zhuǎn)子軸的力學(xué)分析和強度計算

轉(zhuǎn)子軸是破碎機中受力很大的零件之一，為了保證破碎機能夠穩(wěn)定的運行，提高轉(zhuǎn)子軸的使用壽命，應(yīng)該對軸進(jìn)行詳細(xì)的受力研究分析。

將上述數(shù)據(jù)代入下式

τ=9550P/n×1/0.2d3計算得τ=13.5MPa

查手冊可知[τT]=25～45MPa，所以τ=13.5MPa<[τT]，軸的扭轉(zhuǎn)剛度足夠。

5結(jié)論

設(shè)計了一種不可逆式錘式擠壓破碎機，具有結(jié)構(gòu)簡單、尺寸比較緊湊、體積較小、生產(chǎn)率高等特點。主要完成電機的選擇，總體方案設(shè)計，并對轉(zhuǎn)子軸和軸承進(jìn)行校核，滿足設(shè)計要求，對破碎機的設(shè)計具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)：

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[5]孫恒，葛文杰.機械原理 [M].北京:高等教育出版社，2012.

A kind of irreversible hammer type extrusion crusher design

ZHANG Fa-ting

(HuangheScience&TechnologyCollege，ZhengzhouHenan450063，China)

Abstract:Analyses the working principle of hammer crusher, focusing on its structure, the overall scheme design, selection of motor and belt system of rotor shaft and bearing, this article suggests that meet the design requirements, the design of crusher has a certain reference value.

Keywords:Hammer type extrusion crusher; The structure design; The overall scheme selection; Check

中圖分類號：TD451

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-9383(2016)01-0048-05

基金項目:河南省重點學(xué)科資助項目(豫教高2012(186))，河南省民辦高校品牌專業(yè)(豫財教2013(140))，河南省本科工程教育人才培養(yǎng)模式改革試點專業(yè)(教高2012(964))，河南省專業(yè)綜合改革試點(教高2012(859))。

收稿日期：2016-02-22