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济南大学毕业设计 1 前言 1.1 选题背景与意义 在工业生产中破碎机械大致可分为 6 种，有锤式破碎机， 辊式破碎机， 复摆颚式 破碎机，圆锥碎机，反击式破碎机和立轴冲击式破碎机（ VSI ）。现在主要介绍下复摆 颚式破碎机。 复摆颚式破碎机是石料厂的初级破碎设备。 本文从 3 个方面来比较国内 外相关产品的差别。 （一）颚式破碎机的设计与制造工艺： 自上世纪 90 年代，尤其是 近 10 年以来针对复摆颚式破碎机运动方法的四连杆机械设计理论有较大的创新与突 破。例如：破碎腔的双向啮角，短肘板大摆角，减少传动角与偏心距等，美国一些公 司所生产的颚式破碎机往往已采用这些先进的设计理论来提高产品性能和操作可行 性与安全性。 与此同时中国公司由于成本， 技术等因素采用上述先进设计理论较 少，采用耐磨材料（如高锰钢）和重要配套件（如调心滚子轴承）等国产基础件，使 用平均寿命低于国际先进水平。 此外，生产厂商的制造和装配工艺上多年来也少有改 进与优化，例如轴承孔、座的加工的装配工艺和机架的装配等。 （二）颚式破碎机的 品种规格：复摆颚式破碎机是以进料口的外部尺寸来标定机器的规格， 国内制造商基 本上按行业标准制造约 10 种规格粗碎系列产品，国外主要制造商的产品有更多的规 格。例如：诺德伯格公司，有 C、VB和重型 3 个系列合计 22 种规格；锡达公司有 28 种规格；先锋公司有 15 种规格。 （三）颚式破碎机的性能复摆颚式破碎机的主要技 术参数是对石料的处理能力和最大允许进料尺寸。 同一种规格的复摆颚式破碎机由于 设计不同， 其最大允许进料尺寸不一定相同， 我国是参照采用前苏联标准， 进料口宽 度以齿底与齿尖距离为标准， 而国际上以固定齿板和活动齿板之间距离为标准。 由此， 标明相同规格的产品， 实际上国内比国外往往小一个齿深的距离， 大规格的破碎机齿 深为 60-100mm，国内产品的允许进料尺寸则偏小 50-80mm。 随着社会主义市场经济的健康发展， 城市乡村基础设施建设， 公路铁路及其他大 型交通建设，水利发电站等行业对石料，特别是高规格高质量的石料需求与日俱增。 单就高速公路建设一项，每年以 2200KM的速率发展，约需石料 3500 万 3M。 破碎是选料的首道工序 , 为了分离出有用的石料 , 其加工工序分为粗碎、 中碎、细 碎, 磨矿。因为破碎是高耗电的加工，所以 “多碎少磨”的技术原则是破碎的一项重 要原则。为的就是要节能减排，提高效率。随着机械工程自动化的发展 , 国内外一些 颚式破碎机已实现机械， 电气，液压的一体化、 检测并自动调节给料速率和破碎力等。 与此同时 , 破碎机也在向大型化重型化发展 , （粗碎旋回破碎机的处理能力已达 6000th ）。 颚碎机的缺点也是显而易见的。 例如；阶段式破碎、 破碎效率偏低 , 破碎比偏小。 针对其缺点 , 各国主要着手从以下几方面加以改进 : （1）提高了破碎机自动化水平 ( 可 - 1 - 济南大学毕业设计 自动检测并调节、应对过载保护、工作时自动润滑 ) （2 ）改进了动颚悬挂方式和衬板 的支承方式 , 提高性能 ; （3 ）优化结构与运动轨迹改进破碎腔型 , 增大其破碎比 , 提高 效率 , 现已普遍应用高深破碎腔和较小啮角。 （4 ）颚板采用了新的耐磨材料 , 最大程度 降低了磨损消耗。与此同时也有一些新机型问世 , 例如（ 1）复摆式鄂式破碎机 , 兼有 颚式破碎机与圆锥破碎机的性能其产量较同规格的破碎机高 50%。（2 ）筛分颚式破碎 机 , 把筛分和破碎结合为一体 , 简化工艺流程 , 及时将已达粒度要求的石料排出 , 减轻 了破碎机的堵塞和避免过粉碎。 （3 ）双腔双动颚式破碎机 , 其破碎比高达 20 ~ 50 , 产 量大， 效率有所提高而且其排料口便于调节 ; （4 ）在大型化破碎机方面国内外都已生 产 1500mm×2100mm规格的颚式破碎机。 在实际生产中仅对粗碎而言 , 现阶段主要对现有颚式破碎机予以优化改进、 完善 , 达到节能减排、长寿的高效耐用的目的。 1.2 设计内容 通过前面查阅中外参考资料和对实际生产设备的观察与解读 , 基本了解了颚式 破碎机工作的基本原理和加工工序。 在查阅相关资料后， 确定对颚式破碎机的设计方 案，画出该颚式破碎机的总装配图。 最后分步进行该设备的零件设计， 以及总装配图 的设计 主要是建立在所学的机械专业课的基础上，参照相关参考文献，结合参观实习， 运用 《机械零件设计手册》 《破碎机》《机械原理》等书籍， 进行不断的分析和比较， 确定最好的设计。 本文所设计的鄂式破碎机是在原鄂式破碎机的基础上， 保留了原鄂式破碎机的优 点，主要对复摆颚式破碎机进行运动分析、 V 带的选择，鄂板、齿板磨损的分析，各 种工作参数的选择从而得到最优化的设计。 本次设计的要求是设计一台效率高， 结构合理的颚式破碎机。 通过各零件的优化 改进，对数据的计算， 使完成设计后的机器能够满足生产要求。 预期研究成果是获得 一份比较完整的设计方案及设计说明书，然后完成关于颚式破碎机的总装配图一张， 零件图若干张。 1.3 设计方案 根据本次设计题目， 在学院所开设的专业课指导下， 结合参观实习以及在查阅中 外资料后，确定颚式破碎机的系统组成。使用《机械零件设计手册》等资料，并利用 autocad 设计软件进行分析设计和计算。 依次确定颚式破碎机的电动机， V 带，鄂板、 齿板，偏心轴，其他技术性能参数 - 2 - 济南大学毕业设计 2 颚式破碎机的参数 2.1 结构参数的确定 （1）进料口与卸料口。进料口长度 L 为宽度 B 的 1.25 ～1.6 倍。对于大型破碎 机，取 L=(1.25 ～1.6)B, 中小型破碎机取 L=(1.5 ～ 1.6)B 。对于小型破碎机，为了获 得较高的生产率和粉碎比， L ／B 值可以选大些， L ／B=2.5～5。进料口宽度 B=（1.1 ～ 1.25 ） Dmax 。 Dmax 是最大给料粒度，这是由破碎机啮住物料的条件所决定的。 ( 建材 机械工程手册 ) 进料口宽度 B=(1.1 ～1.25) Dmax =240 （mm） 中、小型破碎机 L=(1.5 ～1.6)B =384 （mm） 卸料口最小宽度 e 可以按下式确定： 1 1 d s 简摆鄂式破碎机： max ( 5 ～ 7 )B 1 1 d max s 7 10 复摆鄂式破碎机： （ ～ ）B 1 1 d max s 7 10 e= （ ～ ）B =46 （mm） d 式中 max — 最大卸料粒度； S — 动鄂板的摆动行程（卸料口出的水平行程） 。 （2）动鄂板摆动行程 S 与偏心轴的偏心距 r 。在理论上，动鄂板摆动行程 S 应 按物料达到破坏时所需压缩量来决定。 然而， 由于破碎板的变形， 及动鄂板与固定鄂 板之间存在的间隙等因素的影响， 实际选取的动鄂板摆动行程远远大于理论上求出的 数值。 在简摆鄂式破碎机中， 动鄂板摆动行程是破碎腔的上部行程小， 下部行程大， 物 料大小是从破碎腔的上部逐渐向下逐渐减小的， 所以只要动鄂板上部的摆动行程能够 满足破碎物料所需的压缩量就可以。根据实验，破碎腔上部的动鄂板摆动行程大于 0.01Dmax，Dmax是最大进料粒度。 在复摆鄂式破碎机中， 动鄂板摆动行程是破碎腔的上部行程大， 下部行程小。 根 据实验， 它的动鄂板摆动行程受卸料口宽度的限制， 因为，如果动鄂板下部行程增加 到大于卸料口最小宽度的 0.3 ～0.4 倍时，将引起物料在破碎腔下部的过压实现象， - 3 - 济南大学毕业设计 容易造成卸料口堵塞， 使负荷急剧增大， 所以动鄂板下部的摆动行程不得大于卸料口 宽度的 0.3 ～0.4 倍。 实际上，动鄂板行程是根据经验数据确定的。 通常，对于大型鄂式破碎机， S=25～ 45mm，中小型鄂式破碎机， S=12～15mm。因此，动鄂摆动行程 S=14mm。 动鄂板摆动行程确定后， 偏心轴的偏心距 r 可以根据初步拟定的构件尺寸利用绘 制机构图的方法来确定。通常，对于简摆鄂式破碎机， S≈r(2 ～2.2)r 。对于复摆鄂 式破碎机 s=(2 ～2.2)r=2.1r, 偏心轴偏心距 r=6.7 （2）破碎腔的形状。破碎腔的形状是决定生产率、动力消耗和衬板磨损等破碎 机性能的重要因素。 破碎腔分直线型和曲线型。 直线型的破碎腔各连续的水平线间形成的梯形断面面 积，向下依次递减， 因而造成一种随着物料降落而向下递增的堵塞倾向。 这种倾向在 物料到达出料口时为最大， 这是造成破碎机过载和衬板下端磨损严重的主要原因。 直 线型的破碎机生产率随卸料区的加深而大大减少。 采用曲线型时， 已破碎的物料在容 积大的破碎区向下降落， 这不仅使所有的大块物料容易移动， 而且也可以使细小的物 料有可能从破碎区内自由卸出， 因而不易发生堵塞， 衬板磨损减少， 生存率大。 同时， 动鄂板和固定鄂板末端有一段平行带， 在较长期工作之后仍可保持平行， 故破碎产品 较均匀。但目前仍有不少破碎机采用直线型，因为它在制造和修理时都较方便。 如下图所示：图 2.1 是常用的腔形，应用最多，它的特点是定鄂竖直，动鄂在定 鄂的一侧，啮角 18°～24°。图 2.2 动鄂、定鄂在同一竖直面的两侧，动鄂与竖 直面所成夹角为 2 ，定鄂与竖直面所成夹角为 1 ，啮角 = 1 + 2 =18°～24 °。该 形分三种情况，即 1 ＜ 2 ， 1 = 2 ， 1 ＞ 2 ，当 1 =0 时，就是图 2.1 的腔形。 图 2.1 常用破碎机腔形 图 2.2 定鄂、动鄂在同一竖直面两侧 - 4 - 济南大学毕业设计 2.2 工作参数的确定 偏心轴的转速。偏心轴转一圈，动鄂板往复摆动一次，前半圈为破碎物料，后半 圈为卸出物料。为了获得最大的生产能力，破碎机的转速 n 应该根据以下条件确定： 当动鄂板后退时， 破碎后的物料应在重力作用下全部卸出， 然后动鄂板立即返回破碎 物料。转速过高或过低都会使生产能力不能达到最大值。 如图 2.3 所示， b 为公称排料口， s L 为动鄂下端点水平行程， L 为排料层的平 ABB A ABB A 均啮角。 1 1 为腔内物料的压缩破碎棱柱体， 2 2 为排料棱柱体。破碎机的主 轴转速 n 是根据在一个运动循环的排料时间内，压缩破碎棱柱体的上层面（ AA1 ）按 自由落体至破碎腔外的高度 h 计算确定的。而该排料层高度 h 与下断点水平行程 sL 及 排料层啮角 L 有关。即排料层上层面（ AA1 ）降至下层面（ BB1 ）, 正好把排料 层的物料全部排出所需的时间来计算主轴的转速。 对于排料时间有不同的意见： 一种 认为排料时间 t 应考虑破碎机构的急回特性，即排料时间与机构的行程速比系数有 关。这一观点未注意到动鄂下端点排料起始点与终止点并不一定与机构的两极限位置 相对应。 另一种认为排料时间 t 应按 t=15 ／n 计算，即排料时间对于主轴的四分之一 转，这种假定与实际情况相差甚大。 据了解认为排料时间按主轴半径计算比较符合实 际情况。 图 2.3 排料口处排料示意图 排料时间 t 为 t=30/n (2.1) 排料层完全排出下落的高度 h 为 h= sL ／tan L (2.2) 1 2 由 h= g t 2 (2.3) - 5 - 济南大学毕业设计 2 令 g=9800mm ／s (2.4) 将式 (2-1) 、（2-2 ）、（2-4 ）代人（ 2-3 ），得 n 2100 q tan sL 式中 n ——主轴转速（ r ／min）； sL ——动鄂下端点水平行程（ mm）； L ——排料层平均啮角（ ）； q ——系。
