階梯式漸開(kāi)線型反擊板的設(shè)計(jì)

莊 巖，李 許

階梯式漸開(kāi)線型反擊板的設(shè)計(jì)

莊 巖，李 許

Design of Stepped Involute Impact Plate

反擊式破碎機(jī)的反擊板形狀對(duì)其破碎效果有著至關(guān)重要的影響，實(shí)際應(yīng)用中，反擊板可被設(shè)計(jì)為折線形、圓弧形等形式，其中漸開(kāi)線型反擊板是唯一能實(shí)現(xiàn)與物料發(fā)生垂直碰撞的結(jié)構(gòu)形式。筆者分析了多種形式的反擊板及其構(gòu)成的破碎腔，提出了階梯式漸開(kāi)線型反擊板的設(shè)計(jì)思路。

反擊式破碎機(jī)；初碎；反擊板；破碎腔；漸開(kāi)線

1 引言

隨著初碎反擊式破碎機(jī)的大型化，破碎腔的進(jìn)料口越來(lái)越大，對(duì)反擊板的反擊效率要求也越來(lái)越高，而反擊板設(shè)計(jì)實(shí)際上就是破碎腔的設(shè)計(jì)，筆者就多段式破碎系統(tǒng)中的初碎反擊式破碎機(jī)的破碎腔型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究，以尋求一種最優(yōu)的反擊板結(jié)構(gòu)形式。

2 反擊板設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)

反擊式破碎機(jī)的破碎腔是由進(jìn)料溜板、反擊板（多為兩級(jí)、可調(diào)節(jié)式）以及由進(jìn)料溜板卸載點(diǎn)到第二級(jí)反擊板排料口的圓弧所構(gòu)成的空間組成的，如圖1所示。

物料是沿著進(jìn)料溜板進(jìn)入破碎腔的，因此進(jìn)料溜板傾角β就是一個(gè)重要參數(shù)，β取值應(yīng)在45°~60°之間。β越大，物料沿進(jìn)料溜板下滑的速度越快；β越小，物料沿進(jìn)料溜板下滑的速度越慢，甚至產(chǎn)生堆料現(xiàn)象。β值增大，破碎機(jī)高度增加；β值減小，破碎機(jī)高度降低。在其他條件允許的情況下，β取值宜盡量取小，這樣有利于降低機(jī)身重量并保證破碎機(jī)入料口足夠大。

反擊板輪廓的最高點(diǎn)由圖1中x和y的尺寸確定，但y又與y0以及進(jìn)料口尺寸a有關(guān)；反擊板輪廓的最低點(diǎn)由角度θ1和排料口尺寸b確定。

3 反擊板設(shè)計(jì)實(shí)例及分析

反擊式破碎機(jī)的反擊板的作用是承受被板錘擊出物料的沖擊，沖擊到反擊板破碎后的物料重新彈回到破碎區(qū)，再次受到板錘的沖擊破碎。反擊板的形狀和結(jié)構(gòu)對(duì)破碎效果影響很大。根據(jù)力學(xué)碰撞原理，物料以正碰撞（垂直撞擊）效果最佳。由于板錘是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，若保證破碎腔內(nèi)轉(zhuǎn)子圓弧擊出的物料都正面拋射到反擊板上，則反擊板必須是一條漸開(kāi)線，這樣才能保證物料的擊出射線（轉(zhuǎn)子的切線）和反擊板垂直[1]。

圖1 反擊式破碎機(jī)的破碎腔結(jié)構(gòu)

圖2 折線型反擊板-整體式

圖3 折線型反擊板-分級(jí)式

圖4 折線型反擊板-中碎、細(xì)碎機(jī)

3.1 折線型和圓弧型反擊板

對(duì)于初碎反擊式破碎機(jī)，由于進(jìn)料粒度大（往往＞1m3），所以進(jìn)料口尺寸a也必須大。若將反擊板設(shè)計(jì)為理想的漸開(kāi)線形狀，那么在保證第一級(jí)反擊板排料口尺寸b的情況下，形成的進(jìn)料口尺寸a太小；在保證進(jìn)料口尺寸a的情況下，保持漸開(kāi)線的形狀，排料口尺寸b又太大。對(duì)于初碎，目前有兩種反擊板：（1）接近漸開(kāi)線形狀的折線反擊板，反擊板追求正碰撞，如圖2、3所示。（2）圓弧型反擊板，其設(shè)計(jì)理念是物料從反擊板反彈后，能充分發(fā)揮反擊破碎作用，物料在反擊板圓心形成激烈的相互碰撞，如圖5、6所示。筆者分別按整體式和分級(jí)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出上述兩種反擊板，各自特點(diǎn)分析如下：

整體式折線型反擊板（見(jiàn)圖2）是對(duì)漸開(kāi)線的一種近似模擬，目的是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和降低制造難度，但同時(shí)也人為降低了物料與反擊板垂直撞擊的幾率。圖3是將圖2所示整體式反擊板分為第一、第二兩級(jí)反擊板，破碎機(jī)理沒(méi)有改變，在保證進(jìn)料口的情況下，第一級(jí)反擊板排料口尺寸遠(yuǎn)大于2倍的成品出料粒度尺寸，最終由第二反擊板控制排料粒度大小。

對(duì)于中碎、細(xì)碎破碎機(jī)，因其進(jìn)料粒度小，分級(jí)式折線型反擊板（見(jiàn)圖4）易于保證進(jìn)料口和第一級(jí)反擊板的排料口尺寸，并且能實(shí)現(xiàn)正面碰撞破碎。但對(duì)初級(jí)破碎則不能兼顧入料口足夠大和排料口足夠小，因而具有特定的適用場(chǎng)合。

圓弧形反擊板對(duì)物料的破碎作用主要體現(xiàn)在物料以不垂直于反擊板的方向撞向反擊板并反彈，反彈料與破碎腔中物料相互撞擊。為便于制造，往往將反擊板設(shè)計(jì)成接近圓弧的多段線。

在對(duì)圓弧型初碎反擊板的設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：圓弧型反擊板最佳曲率范圍的確定與破碎機(jī)進(jìn)料口位置及大小有直接關(guān)系。增大曲率，反彈料塊的撞擊區(qū)距離反擊板近；相反，減小曲率，反彈料塊的撞擊區(qū)距離反擊板遠(yuǎn)，反彈料塊之間相互撞擊的幾率小，更多的撞擊發(fā)生在反彈料與進(jìn)料口來(lái)料之間，筆者認(rèn)為反彈料之間的撞擊越充分越好。在進(jìn)料口位置及大小確定的情況下，可通過(guò)預(yù)先假定最佳撞擊區(qū)的方法反推出反擊板的最佳曲率，這樣可最大限度地發(fā)揮圓弧型反擊板反彈物料間相互撞擊破碎的效果。

另外，圓弧型反擊板由于圓弧曲率、圓弧端點(diǎn)位置不同而產(chǎn)生另一種現(xiàn)象，即初碎機(jī)（見(jiàn)圖5、圖6）由于入料口大，反擊板的圓心往往高于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圓，導(dǎo)致物料被反擊板反彈到喂料口方向，這種反擊板常被稱為后退型反擊板。相反，中碎、細(xì)碎機(jī)（見(jiàn)圖7）由于入料口小，反擊板的圓心能夠落入轉(zhuǎn)子圓范圍內(nèi)，物料被反擊板反彈后運(yùn)動(dòng)方向朝向排料口，這種反擊板常被稱為前進(jìn)型反擊板。前者利于增加破碎比，但通過(guò)量低，后者相反。

3.2 漸開(kāi)線型反擊板

前文所述兩種反擊板對(duì)物料的破碎機(jī)理不盡相同，但均未實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的正碰撞。折線型反擊板雖近似漸開(kāi)線，第一反擊板出料口卻偏大，浪費(fèi)了第一破碎腔的排料口處的擠壓力、剪切力、摩擦力破碎；圓弧型反擊板物料反彈后的相互碰撞所產(chǎn)生的破碎力遠(yuǎn)沒(méi)有物料與反擊板正碰撞的破碎力大。

下面筆者將對(duì)漸開(kāi)線型反擊板的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行探索研究，以達(dá)到拋磚引玉的效果。

圖5 圓弧型反擊板-整體式

圖6 圓弧型反擊板-分級(jí)式

圖7 圓弧型反擊板-中碎、細(xì)碎機(jī)

對(duì)于初碎反擊式破碎機(jī)，反擊板頂部需足夠高以保證破碎機(jī)進(jìn)料口足夠大，而反擊板底部需盡量靠近轉(zhuǎn)子以保證出料口足夠小從而控制成品粒度。依此思路可以將反擊板設(shè)計(jì)為一整條漸開(kāi)線，即只有一級(jí)反擊板，如圖8所示。具體的做法是以轉(zhuǎn)子上板錘頂點(diǎn)的回轉(zhuǎn)圓為基圓，在圓周上任取一點(diǎn)畫(huà)漸開(kāi)線，繞圓心旋轉(zhuǎn)漸開(kāi)線，使?jié)u開(kāi)線遠(yuǎn)端與破碎機(jī)入料口頂點(diǎn)重合。

可以看出，這樣的漸開(kāi)線型反擊板出料口已低于轉(zhuǎn)子水平中心線，易形成積料區(qū)，進(jìn)而導(dǎo)致排料不暢和板錘磨損加劇，因此也不是理想的反擊板。

筆者據(jù)此對(duì)反擊板進(jìn)行了優(yōu)化，將一整條漸開(kāi)線分為若干階梯，分段繪制漸開(kāi)線，每一段均實(shí)現(xiàn)正碰撞。圖9、圖10所示為兩種形式的階梯式漸開(kāi)線型反擊板，分別為整體式和分級(jí)式。整體式反擊板不可調(diào)，但具有一個(gè)大的反擊破碎腔，通過(guò)能力強(qiáng)；分級(jí)式反擊板的第一、二級(jí)反擊板與轉(zhuǎn)子包絡(luò)為兩個(gè)獨(dú)立的破碎腔，每級(jí)破碎腔的排料口均由彈性推桿支撐，因此具備過(guò)鐵釋放功能，但破碎腔體積小于整體式反擊板的破碎腔，通過(guò)能力略差。

無(wú)論如何，階梯式漸開(kāi)線型反擊板具有其他類型反擊板無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，如此設(shè)計(jì)的反擊板（專利號(hào)：ZL 2014 2 0038348.5）能夠?qū)崿F(xiàn)垂直撞擊的反擊破碎，理論上其腔型更優(yōu)于前述折線型和圓弧型反擊板。

圖8 漸開(kāi)線型反擊板

圖9 階梯式漸開(kāi)線型反擊板-整體式

圖10 階梯式漸開(kāi)線型反擊板-分級(jí)式

圖11 整體鑄造的階梯式漸開(kāi)線型反擊板

圖12 簡(jiǎn)化的階梯式漸開(kāi)線型反擊板

圖13 襯板

圖14 反擊板基體

具體制作時(shí)，反擊板可以制作成整體鑄造件（見(jiàn)圖11），也可以鑄造出各襯板并通過(guò)螺栓將其固定于基體上組成裝配件（見(jiàn)圖12），這樣在反擊板磨損后只需更換襯板，能夠提高材料利用率。值得注意的是，襯板的形狀可進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化以降低加工難度并保證其互換性（見(jiàn)圖13）。

另外，由于襯板長(zhǎng)期受到物料沖擊，螺栓會(huì)承受較大剪切力，一旦螺栓斷裂，將會(huì)導(dǎo)致襯板墜落到破碎腔內(nèi)，并會(huì)對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子造成極大的破壞性沖擊。對(duì)此，我們?cè)O(shè)計(jì)了螺栓的防斷裂結(jié)構(gòu)，在襯板（見(jiàn)圖13）背部增設(shè)一條凸棱，相應(yīng)地在反擊板基體（見(jiàn)圖14）上開(kāi)設(shè)凹槽。這樣，襯板由凹槽定位到反擊板基體固定的位置上并承受剪切力，而螺栓主要承受拉力，其斷裂的幾率大大降低。

4 結(jié)語(yǔ)

反擊板的形狀對(duì)破碎腔的破碎效率和通過(guò)能力影響很大，相比折線型、圓弧型反擊板，階梯式漸開(kāi)線型反擊板能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物料的垂直撞擊，同時(shí)兼顧大的通過(guò)能力，但設(shè)計(jì)、制造難度較大，可通過(guò)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)將各段階梯襯板優(yōu)化，使其更易于制造并具有互換性，以利于推廣應(yīng)用。

[1]郎寶賢，郎世平.破碎機(jī)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.?

TQ172.611.6

A

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2016-06-28；編輯：孫娟