PYB2100型标准弹簧圆锥破碎机的设计【含10张CAD图优秀课程毕业设计】
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PYB2100 型标准弹簧圆锥破碎机的设计摘 要当今社会在不断向前发展,原材料的需求也是与日俱增,然而富矿资源的储备是有限的,这就导致着矿石品位的日趋贫化。从目前我国的冶金行业的统计数据来看,铁矿石及锰矿石的平均品位在 20%30%之间。由于冶金行业对于炉料各方面的要求较高,所以绝大多数的原矿是需要破磨和选矿处理的。圆锥破碎机就此应运而生,作为金属矿山选矿厂的主要破碎设备,其具有生产效率高,破碎出来颗粒小且均匀等优点,可将直径 350mm 左右矿岩破碎至 l0mm 以下,以满足入磨粒度的需要。国内圆锥破碎机的研究起步较晚,上世纪 50 年代,在原苏联弹簧圆锥破碎机的基础上仿制开发而成了自己的弹簧圆锥破碎机。该类型破碎机靠动锥单向挤压和弯曲研磨破碎物料,而产品粒度则依赖于排料口大小,存在的不足之处就是物料之间相互作用很小,几乎是没有选择性的破碎过程。近些年来,随着科学技术的快速发展,最新研发的新型圆锥破碎机其可破碎的物料类型及种类正在不断扩大,而破碎出来的颗粒度也在不断减小。大型高效、实用可靠、节能减排和自动化是目前圆锥破碎机的发展方向。本文主要研究了 PYB2100 型标准弹簧圆锥破碎机,在熟悉其工作原理及结构特征的基础之上,对结构参数和工作参数进行了选择计算,确定了动力方案并对所设计的关键零部件进行了校核计算。关键词:矿石,破碎,圆锥破碎机AbstractAs society advances, the increasing consumption of raw materials, leading to the depletion of high-grade ore resources growing, increasingly depleted ore grade. China Metallurgical to mine, for example, the average grade of 31% of iron ore, manganese ore 22%. The vast majority of undressed ore broken grinding and milling needs to be dealt with after the furnace charge. Circular cone Breakers production efficiency, small size and homogeneous Pai expected to be broken mine rock from 350mm to the different levels of particles lOmm, meet the skills needs of granularity,so Circular cone Breakers became the major equipment of Metal mines plants.20th century the early 1950s, on the basis of the spring-loaded Breakers of former Soviet Union,developed its own domestic Breakers.The most basic design concepts of this Breakers is control products granularity by the size of the mouth. Broken material way is by moving cone winding equipment and one-way squeeze role broken materials, weak interaction between materials, Broken process virtually no selectivity.And the recent development of new highly efficient circular cone Breakers broken expanding the scope of application of materials, broken products granularity small, broken remarkable results. Currently circular cone Breakers is toward large, efficient, reliable, energy conservation, consumption and automation direction.This paper mainly studied the type PYB2100 standard spring cone crusher, on the basis of familiar with its working principle and structure characteristics, selected and calculated its structural parameters and working parameters , determined the motivation scheme and checked calculation of the key parts that designed.Key words: mine,break,cone breakers目录摘 要 .2Abstract.31 绪论 .51.1 引言 .51.2 历史发展 .51.3 应用效果 .72 总体方案设计 .82.1 圆锥破碎机的类型 .82.2 圆锥破碎机的工作原理 .82.3 简述各部分结构及功用 .93 圆锥破碎机的结构参数和工作参数的选择与计算 .123.1 结构参数 .123.1.1 给矿口宽度与排矿口宽度 .123.1.2 啮角 .123.1.3 破碎机的摆动行程 .133.1.4 平行碎矿区 l .143.2 工作参数 .143.2.1 破碎锥的摆动次数 .143.2.2 生产率 .153.2.3 电动机功率 .163.3 圆锥破碎机的运动学 .163.4 圆锥破碎机的动力学 .203.4.1 破碎锥的惯性力和惯性力矩 .213.4.2 偏心轴套的惯性力 .263.5 偏心部分的运动状态 .274 电动机的选择及轴的计算 .314.1 主电动机的选择及传动比的分配 .314.1.1 电动机的选择 .314.1.2 传动比的分配 .314.2 传动装置的运动和动力参数的选择和计算 .314.3 传动零件的设计计算 .324.3.1 齿轮的计算 .324.3.2 齿轮的校核 .334.3.3 传动轴的设计计算 .364.3.4 滚动轴承的选择和寿命验算 .42小结 .42致谢 .44参考文献 .441 绪论1.1 引言当今社会在不断向前发展,原材料的需求也是与日俱增,然而富矿资源的储备是有限的,这就导致着矿石品位的日趋贫化。从目前我国的冶金行业的统计数据来看,铁矿石及锰矿石的平均品位在 20%30%之间。由于冶金行业对于炉料各方面的要求较高,所以绝大多数的原矿是需要破磨和选矿处理的。圆锥破碎机就此应运而生,作为金属矿山选矿厂的主要破碎设备,其具有生产效率高,破碎出来颗粒小且均匀等优点,可将直径 350mm 左右矿岩破碎至 l0mm 以下,以满足入磨粒度的需要。破碎机的发展广泛使用,目前破碎机正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。近些年来,随着科学技术的快速发展,新结构、新材料以及新工艺广泛运用在各行各业中。最新研发的新型圆锥破碎机其可破碎的物料类型及种类正在不断扩大,而破碎出来的颗粒度也在不断减小。大型高效、实用可靠、节能减排和自动化是目前圆锥破碎机的发展方向。1.2 历史发展弹簧式圆锥破碎机始于上世纪初叶,也称为西蒙斯圆锥破碎机,它是以最初研制者西蒙斯兄弟的名字命名的。其主要结构形式为偏心套套于主轴之上,采用偏心套来驱动,矿岩就是在破碎腔内不断地受到动锥衬板的挤压和弯曲而破碎。该破碎方式存在振动大,排矿口大小调整困难,弹簧组的过载保护方式可靠性差,且弹簧易损坏。虽在不断改进,也日趋完善,但其工作原理和基本构造始终变化不大。20 世纪 40 年代末,单缸液压圆锥破碎机首先由美国 Allis Chalmers 公司推出,也称为陡锥破碎机,其底部结构是在旋回式破碎机基础上改进而来的。相比于西蒙斯圆锥破碎机,该机排矿口调整和过载保护均采用液压技术,大大简化了其结构形式,降低了质量,提高了使用性能。20 世纪 50 至 60 年代,上部单缸、周边单缸液压圆锥破碎机在国外多家公司,包括法国 Dragon 公司的子公司以及日本的神户制钢有限公司等均研制出来。20 世纪 70-80 年代,圆锥破碎机得到了快速的发展,一系列高性能的圆锥破碎机相继问世,其中就有美国 Allis Chalmers 公司的高能液压圆锥破碎机;Nordberg 公司推出的适用于中硬物料的破碎的旋盘式圆锥破碎机;由于其偏心距较小且破碎力不大,进而又推出超重型短头圆锥破碎机,该机虽加大了功率,但是弹簧和机架的材料要求较高,增加了制造成本,接着该公司又研发出了 Omni 型圆锥破碎机。BS 704UF 型超细圆锥破碎机是由 Babbitless 公司推出的,该机不在使用偏心套,取而代之滚动轴承,动力采用电动机,由皮带传动带动动锥摆动,排矿口大小调整和过载保护均采用单缸液压缸装置,可以实现给料粒度-10mm,产品粒度-6.3mm 占 80%。20 世纪 90 年代以来,新推出的破碎机结构大多分上、下两部分,上腔是按料层原理进行破碎物料,而下腔设计为平行区。实践表明该结构形式破碎机产品粒度细级别含量较一般圆锥破碎机提高 8%左右,衬板金属消耗量降低了至少 20%。其中就有美国Nordberg 的新一代 HP 系列圆锥破碎机;瑞典 Svedala 公司的新 H 系列圆锥破碎机;俄罗斯国内研究机构研究开发出的新型短头圆锥破碎机,国内圆锥破碎机的研究起步较晚,上世纪 50 年代,1 200 型和 2 200 型弹簧圆锥破碎机研发成功,它是在原苏联的某弹簧圆锥破碎机的基础上进行研究开发而成的。上世纪 70 年代国内相继开发出多种型号的液压圆锥破碎机,其中包括多液压缸和底部液压缸型。上世纪 80 年代,国内某重型机器厂家向美国 Nordberg 公司引进先进的设计制造技术,并合作生产了西蒙斯和旋盘式圆锥破碎机,之后又引进了各种类型圆锥破碎机,均取得了较好应用效果。为了能完全掌握圆锥破碎机的关键技术,国内厂家和研究机构纷纷与国外厂家合资办厂,各大相关科研机构与高校也纷纷成立了研究中心。随着国内石料加工行业的发展壮大,中小型圆锥破碎机也得到了快速的发展。由于中小型圆锥破碎机技术要求相对较低,国内许多企业也逐渐掌握了其关键技术,目前市场上的中小圆锥破碎机也多为国内企业所生产。例如,上海路桥机械设备有限公司生产的 AF 型圆锥破碎机;沈阳华杨机械厂生产的西蒙斯、旋盘式和 HP 系列圆锥破碎机等;其它一些生产企业包括鞍山矿山机械总厂、上海龙阳机械厂以及上海多灵-沃森机械设备有限公司等。目前,我国圆锥破碎机市场规格品种齐全,覆盖大、中、小全系列产品,基本可以满足国内需求。但是与国外同类产品相比,还是存在不小的差距,包括产品的稳定性、可靠性以及耐磨材料的使用等问题,有待进一步研究、改进。1.3 应用效果近些年来,新结构、新材料以及新工艺广泛运用在各行各业中。最新研发的新型圆锥破碎机其可破碎的物料类型及种类正在不断扩大,而破碎出来的颗粒度也在不断减小,破碎效果显著。国外 Butte 选矿厂,采用 Nordberg 公司的 MP-1 000 型破碎机进行生产,其产品粒度-12mm 占 80%,相比于 Symons 圆锥破碎机,使磨机生产能力提高了近 37%。波兰柳宾使用新的工艺,即在锤式破碎机破碎矿石后再使用 MP 型破碎机进行补充破碎,可以使颗粒度降至-14mm 占 80%,大大提高了生产效率,节约了能源消耗。国内鞍钢调军台选矿厂早期使用的中碎型 HP700 圆锥破碎机,排料粒度-75mm,处理能力 790t/h;而采用细碎机后,排料粒度-12mm 占 92%,处理能力 350t/h , 大大提高了生产效率,节约了磨机能源消耗。安徽铜陵某有色公司与北京矿冶研究总院合作对破碎工艺流程进行研究,采用两台设备(PD90 120 型颚式破碎机和 GYP1 200 型惯性圆锥破碎机)进行两段开路破碎,使生产能力达到了 70-80t/h,破碎颗粒度由给料-750mm 破碎到-8mm,并且整个系统能源消耗降低了 20%,磨机的处理能力也提高了 25%。2 总体方案设计2.1 圆锥破碎机的类型中碎用破碎机称为标准型,中、细碎用称为中间型,细碎用称为短头型。三种型式这是根据破碎机破碎腔型不同而划分的,其中以标准型和短头型应用最广。我国生产的破碎机代号标准为用汉语拼音字母和动锥的底部直径表示型号,如PYD2200、PYB2200 、PYZ2200 和,其中第一个字母代表破碎机、第二个字母 Y 代表圆锥;第三个字母分别表示为:D短头型、B 标准型、Z中间型、数字 2200 表示动锥底部直径(毫米) 。弹簧保险和液压保险两种类型的划分则是根据调整排矿口和过负载时的保险方式确定。本设计方案研究的是 2100 标准弹簧圆锥破碎机,即 PYB2100。2.2 圆锥破碎机的工作原理如图 2.1 所示,破碎机的动力输入采用马达,动力经过传动轴 2 传递给圆锥齿轮 3,圆锥齿轮 3 带动偏心套 4 旋转,偏心套上开锥孔,主轴 5 装于锥孔内,动锥 6 固装在主轴上并支持在球面轴承 8 上。当电机驱动偏心轴套旋转时,动锥6 以 O 为顶点,O1O 为中心线绕破碎机中心线 OO2 作锥面运动。这样,当动锥中心线 OO1转到如图所示的位置时,动锥6 与定锥 7 距离最近,此时矿石颗粒处于被挤压和破碎状态,图 2.1 圆锥破碎机1 马达; 2传动轴; 3伞齿轮; 4偏心轴套 5主轴; 6动锥; 7定锥; 8球面轴承D动锥底部直径当动锥面远离定锥时,被挤碎了的矿石靠自重从两锥体底部排出。圆锥破碎机的此种破碎方式相比于其他方式具有生产率高工作平稳的优势。2.3 简述各部分结构及功用图 2.2 圆锥破碎机总体1机架下盖;2止推盘了;3偏心轴套;4直衬套;5机架中心套筒;6大伞齿轮;7平衡重;8方销;9进水管口;10机架;11球面轴承座;12球面轴承;13挡油环 14衬板;15弹簧;16毛毡密封;17固定环(支承环) ;18弧形齿板;19锁紧螺帽;20制动齿板;21分矿盘;22漏斗;23支承罩;24“U”型螺栓;25定锥衬板;26耳环;27注黄油孔;28调整环;29螺栓;30动锥;31领缘;32环形油槽;33排水管口;34传动轴套筒;35小伞齿轮;36排油口;37锥衬套;38主轴;39进油口 图 2.2 的圆锥破碎机的几大主要部分为:机架部分;传动轴部分;偏心轴套部分;球面轴承部分;动锥部分;调整环部分。其中,机架是整个破碎机的载体其它所有部分均安装于机架之上。机架采用 4 个地脚螺栓进行固定。传动轴套筒(34)采用螺钉固定,并插入机架中心套筒(5)中。中心套筒里装入直衬套(4) (也叫直铜套) 。由于采用尼龙轴承效果较好,原来一直沿用青铜材料制造直衬套也逐渐改用尼龙直衬套。一般直衬套的上口要开两个缺口,用压板将其压住,以防止直衬套上串。装在机架传动轴套内的是破碎机的齿轮传动部分,其前端小圆锥齿轮和偏心轴套上的大圆锥齿轮相啮合。另一端则通过联轴器与电动机相连接。圆锥破碎机传动轴部分采用的轴承既可以选用滚动轴承也可用滑动轴承。由于破碎机动力传输时冲击力很大,滚动轴承容易遭到破坏,所以必须选用核实的轴承,并校核其强度与寿命。偏心轴套部分是由以下三部件组成:大圆锥齿轮(6) 、偏心轴套(3)以及锥衬套(37) 。锥衬套一般采用青铜或用巴氏合金制造,现多采用尼龙锥衬套。压装在偏心轴套锥形孔里的锥衬套需在其上部开缺口处铸锌加固。偏心轴套与大圆锥齿轮之间采用键联接。大圆锥齿轮顶部装有平衡重 7,目的是平衡动锥(30)的惯性力,并使偏心轴套与直衬套沿全长接触。球面轴承部分有球面轴承座(11)和球面轴承(球面瓦) (12)组成。球面轴承一般也采用青铜材料制作的,随着对尼龙轴承的性能的不断改善,此种轴承将会越来越多地被采用。球面瓦与球面轴承座是采用销子固定,球面瓦上开有回油孔,档油环(13)装于球面轴承座外圈,该结构用于防止从轴面瓦外缘挤出的油进入防尘水中。装防尘水装于球面轴承座上的一圈环形沟槽内。球面轴承座的下部止口与机器上的环形加工面相配合。动锥部分由动锥体(30)和主轴(38)组成,采用加热后加压装入的方式装配。锰钢衬板(14)装于动锥的外表面。中间铸锌以使它们之间贴合紧密。锁紧螺帽(19)用于锁紧其上部。分矿盘(21)处于锁紧螺帽的顶部。制动齿板(20)可以防止破碎机运转时锁紧螺帽退扣。为了防止主轴与锁紧螺帽的相对运动,制动齿板的外齿与锁紧螺帽的内齿相互卡住,其下方的方形键卡在主轴头部的缺口内。调整环部分其实也可以看做一个动锥体,其特征表现为:外圆锥表面有锯齿形螺纹,内部锥体上开着七个缺口,八个耳环(26)位于定锥衬板(25)上面。将定锥衬板与调整环(28)通过过缺口钩耳环 U”形螺栓(24)固定。固定环(17)和调整环靠锯齿形螺纹联接;定锥上升或下降靠旋转环调整,从而达到改变破碎机排矿口大小的目的。由调整环的螺纹旋向,可以判断出排矿口大小的调整,即是增大还是减小。调整环是用弧形齿板(18)锁紧。在固定环(17)的下端装有密封毛毡(16)以及径向方向开黄油孔,起着保护螺纹、润滑调整以及密封灰尘的作用。由于破碎机的许多部件表面是相对运动的摩擦表面。所以破碎机正常运转离不开良好的密封和润滑。防尘装置:一般破碎机产生的灰尘是不可避免的,且产品的颗粒度越小灰尘越大,所以,完善的防尘系统是必不可少的。水封防尘是目前弹簧式中细碎圆锥破碎机采用的装置。盛水的环形沟槽(15)开于球面轴承座上,截锥形的领缘(34)焊于动锥上,且下端插入沟槽(15) 的水中,用于挡住灰尘,并使它落入水槽中,以防止灰尘进入破碎机内部。防尘水的流向为:经入水管口(35)进入沟槽,充满后从排水管口(36)流走,同时把落入水中的灰尘带走。破碎机的润滑:油循环润滑是破碎机采用的通用润滑方式。循环方式依次为:中心套筒的端盖上的进油孔流入偏心轴套的止推盘中,通过止推盘上放射状的油沟润滑止推盘;油经止推盘中心孔沿偏心轴套内外表面和主轴上的中心孔上升,同时也润滑各摩擦表面,最后润滑球面轴承和圆锥齿轮,圆锥齿轮上带出的油顺排油孔(38)排出。其中轴承的润滑则是采用单独的油路给油和排油。 3 圆锥破碎机的结构参数和工作参数的选择与计算3.1 结构参数3.1.1 给矿口宽度与排矿口宽度 给矿口宽度 B 选定的一般公式为: ,其中给矿粒度 D 由具体的选DB)5.12(矿流程来确定。实际排矿口宽度有合理的调整范围,以满足破碎各种宽度矿石的需求。PYB2100 圆锥破碎机适用于中碎工况,最大给矿粒度初选 260mm,所以最大给矿口宽度 B 可以初选为 312325mm.排矿的过大颗粒系数 (其中 是破碎产品的最大粒度,e 是排矿口的edZmaxmaxd宽度)与矿石硬度存在一定线性关系。对于 PYB2100 圆锥破碎机来说,破碎硬矿石时 Z=2.4;中硬矿石 Z=1.9 软矿石 Z=1.6。一般来说中碎用破碎机不会设检查筛分机构,所以在选择圆锥破碎机(中碎用)的排矿口宽度 e 时,一定要将过大颗粒对细碎破碎机给矿粒度的影响考虑在内。3.1.2 啮角 参考文献5 ,4-1 可知,圆锥破碎机的啮角需要满足下列不等式:12图 3.1 圆锥破碎机的啮角和平行带 2)(12(3.1)其中, 破碎锥的锥面斜角1固定锥的锥面倾斜角。2破碎锥轴线与破碎机中心线的夹角,通常取 。 o2衬板与矿石之间的摩擦角。设计时,通常取。中碎用圆锥破o231碎机取 ;在保证o450整体结构尺寸的情况下,较大的 将有利于提高机器的生产1效率。本设计方案中选用o401o6123.1.3 破碎机的摆动行程处于排矿口平面内的破碎锥轴线的摆动行程,即破碎锥的摆动行程 s,由右图所标示的几何关系计算可得:tan2Hr(3.2)式中 r 处于排矿口平面内的破碎锥轴线的偏向距;H 破碎锥下边缘与中心 O 点的距离。mm572tan80os图 3.2 破碎锥的摆动行程破碎锥下部 A 点的行程为:tan2Ls(3.3)式中,L 破碎锥母线长度。mm82tan1602oAs3.1.4 平行碎矿区 l平行碎矿区一般设置于圆锥破碎机的破碎腔下部,这是为了保证破碎机产品的均匀度和细度,因为在平行碎矿区内,物料至少要受一次检查性破碎。查阅文献5,4-4可知,标准型圆锥破碎机的平行碎矿区长度可初步由下式确定:Dl)085.((3.4)式中 D 是破碎锥的底部直径。mm5.178620)85.0.(l取 为 170 毫米。3.2 工作参数3.2.1 破碎锥的摆动次数圆锥破碎机进行破碎的矿石大多靠自重沿破碎锥斜面排除而不至于自由下落,因为破碎锥的倾角通常较小,并且在其下部还设置1有不同长度的平行碎矿区。因此,根据排矿特点可以设计圆锥破碎机破碎锥的摆动次数。右图所示为已破碎的矿石从平行碎矿区的始点滑到末点时所受力分解图。矿石重力沿斜面方向分力 图 3.3 矿石在破碎锥上所受的力、摩擦力 和离心惯性力 P。但是,惯性力 P 随着时间而不断改变方向,1sinG1cosfG据分析,在破碎锥摆动一次的时间内,它对矿石下滑的影响几乎为零,可以不做考虑。由上图力的分解图可求出矿石沿破碎锥平行碎矿区下滑时的加速度:11fGcos-sing故)fcssi(11式中 f 矿石与破碎锥表面之间的动摩擦系数,一般 f 取 0.250.35;G 重力加速度,按 g=9.81m/s 选取。2假定矿石以等加速度在平行碎矿区滑动,行程为 1cm 时破碎锥摆动一次所用时间为 t 秒,即有2112 )60(cos(sin1nfgatl 则次/分 lfn11ssi30(3.5)对于标准型圆锥破碎机而言上式是成立的。但是该理论计算公式是在理想状态下考虑,而实际上会有一部分矿石呈现跳跃式运动,所以也不能完全保证矿石在平行区内受 12 次破碎,可能会存在产品粒度过大情况。因此,我们可以适当的调整圆锥破碎机的转速,一般提高 10%左右,既能增加生产效率,提高合格产品的数量,同时,还可以减少闭路碎矿作业中的矿石循环量对筛面的磨损。但是转速也不能过高,因为这会增加破碎矿石时的离心力,进而影响矿石下滑速度,最终影响排矿和产量。查阅文献5 ,4-6 可知,下列经验公式可以用于初步计算圆锥破碎机实际有利转速:次/分 Dn320(3.6)式中 D 破碎锥底部直径,米。次/分201.3n3.2.2 生产率圆锥破碎机的生产率与矿石性质(可碎性、比重、节理以及粒度组成等) 、机器的规格类型以及破碎机操作条件(破碎笔、负荷系数与给瓯矿均匀程度)等相关因素有关,同时选矿工艺流程中破碎机的参数配置也对其有一定的影响。现有的理论计算方法也不能把这些影响因素全部考虑进去,故一般的初步计算采用经验总结公式,然后再依据实际的工作条件进行校正。查阅文献5 ,4-7 可知,圆锥破碎机开路破碎时的生产率计算公式如下:吨/小时 6.12eqKQo(3.7)式中 K 矿石的可碎性系数,查表得 K =1.0;1 1K 破碎比的修正系数,查表由插值法得 K =1.131.23;2 2 单位排矿口宽度的生产能力,查表由插值法得 =12.6713.67;oq oq 排矿口宽度,e=60 ;e 矿石的松散比重,取 =0.94。吨/小时506.1947.213.0Q吨/小时3查阅文献5 ,4-8 可知,在闭路破碎时,圆锥破碎机的生产能力按闭路通矿量来计算:吨/小时 KQ(3.8) 式中 Q 开路时破碎机的生产能力,顿/小时;K 闭路时平面给矿粒度变细的系数,标准型取 K=1.34。 79534.1 Q 吨/小时所以此圆锥破碎机的生产能力为 500800 吨/小时。3.2.3 电动机功率查阅文献5 ,4-9 可知,圆锥破碎机的电动机功率可按下列经验公式选取: 9.165DN(3.9)式中 D破碎锥底部直径,米。2.61.659KW查表得实际选用的电动机功率为 200KW。3.3 圆锥破碎机的运动学具有能在空间进行摆动的破碎锥是圆锥破碎机很重要的一个结构特征。机器中心线与破碎锥的轴线位置相交于 O 点,其夹角为 。o2破碎机开始运作时,破碎锥轴线相对于机器中心线的运动轨迹为圆锥面,其锥顶为球面轴承 O,O 点始终保持静止。因此,破碎锥的运动形式可看做为刚体绕某定点进行的转动。从破碎锥支承装置的结构特点分析可知,破碎锥既是公转运动也做自转运动,即不仅随偏心轴套的偏心孔绕机器的中心线做旋转运动,而且还绕自己的轴线旋转。因此破碎锥的运动是由两种旋转运动组成:绕机器中心线进行的旋转运动可以称为进给运动或者牵连运动;绕自己的轴线进行的旋转运动称为自转运动或者相对运动。我们将这种复杂的运动形式称为规则运动。该运动形式角速度关系为:(破碎锥绕瞬时轴线旋转的角速度向量)=o1图 3.4 破碎锥的角速度向量图2150290630(进给角速度向量)+ (自转角速度向量) ,即按平行四边形法则而相加。角速度1向量的所在线与物体的转动轴相重合,角速度向量的方向由右手螺旋法则确定。破碎锥的进动角速度向量 、自转角速度向量 和绝对角速度向量 在坐标轴上1oox 和 oz 上的投影为: sinsi1o(310)co解上列联立方程组得:(3.11))sin(o式中 为瞬时轴线与机器中心线之间的夹角。当 和 为定值时,则 的函数关系如图 3.5。fo从图中可以看出,当 时, 有最小值:900sinmio(3.12) 当 时,则 有最大值:00maxo(3.13) 破碎机在空载运转和负载运转时,破碎锥的瞬时轴线位置是不同的。破碎机在空载运转时,由于安装或制造的质量,或球面轴承和偏心轴套内孔的润滑等情况的变化,可能出现两种极限情况:(1)当 时, ,即破碎锥的瞬时轴010线与破碎机的中心线重合。此时破碎锥与偏心轴套一起转动。产生的主要原因则是存在安装制造的误差,造成破碎锥主轴与偏心轴套内孔局部接图 3.5 与角 的关系曲线1图 3.6 空载时破碎锥的角速度向量图触,或存在润滑不良、轴与偏心轴套内孔之间的间隙过小而使主轴被偏心轴套抱住的情形。这种情况是绝对不允许的。(2)当 时,说明安装质量和制造质量以及润滑都很好。根据平行四边形法则可1以求得 的大小和方向。从图 3.6 中可以看出,由于 ,0 0o,故 为等腰三角形, ,因此, o0o29218o(3.14)所以,圆锥破碎机的 。o1的大小可由下式确定: 0290cos20(3.15)根据以上分析,破碎机空载时,破碎锥的绝对角速度 的转动方向始终与偏心轴套的回转方0向相同。根据实践,破碎机正常运转时,破碎锥的绝对转数为 转/分,即 。15o1502破碎机有载运转时,矿石对破碎锥.表面.的摩擦力大大地超过.了作用在破碎锥.的上部支承点和偏心轴套内.孔对破碎锥.的摩擦力,因此,破碎锥.就以通过.球中心和破碎锥.与矿石的接.触点.的连线为瞬时轴线(由于接触点是变化的,可以近似的区破碎锥.的母线位瞬时轴线)沿位于破碎腔.内的矿石层.作无滑动的滚动。滚动的角速度 可由0破碎锥轴.线上的 B 点绕.以破碎.锥.母线位瞬时.轴图 3.7 有载时破碎锥的速度计算图线转.动时的速度来确定。轴上的 B 点以角速度 绕瞬时轴.线转动,故 B 点的速度为:oz0oc式中 c 为 B 点至瞬时轴.线(破碎锥的母线)的垂距。轴上的 B 点又以角速.度 绕 oz 轴转动,故 B 点的速度亦为:oz0rV式中 为 B 点之 oz 轴的垂距。0因此,则知: 0rcVB即cr0(3.16)式中负号表示 的转动方向与 的转.动方向相反。根据破碎机的结.构尺寸,通常,o。05.4.0cr破碎机负载运转时, 。破碎机的绝对角.速度 的转动方向与偏心.轴o504min0套的转动方向相反。3.4 圆锥破碎机的动力学由于圆锥破碎.机的特殊结构特.征和运动形式,其破碎锥和偏心轴.套的质心都不是在回.转中心线上的,故在运转过程中,必然会存在惯.性力以及相对应于固定点 O 的惯性力矩。它对机架的作用表.现为一种周期性的动载荷运动,是引起机架振.动以及偏心轴套偏斜的主要因素,严重时,甚至会导致机器无法正常运转。所以,了解其惯性力和惯性力矩产.生的大小和方向对采取措施消除其有害影.响至关重要。3.4.1 破碎锥的惯性力和惯性力矩由圆锥破碎机的运.动学分析可知,圆锥破碎机的破.碎锥是作规则运动。而要使破碎锥作规.则运动,必须在其上加一具有一定大小和方向的固.定点 o 的外力力矩,反过来说,在迫使破.碎锥作这种运动时,破碎锥上将作用有与外力力矩大小相.等方向相反的惯性力矩。我们可以采用下述方法来确定作用在破.碎锥上的惯性力矩。图 3.8 牵连惯性力对 ox,oy,oz轴的力矩 以固定点 o 为原点,选定直角坐.标系 oxyz,,使 oz 轴(即角速度向量 的方向)与破碎机中心线相.重合(图 3.8) ;取动坐标系 ,使 轴(即相对角速度向量zyox的方向)与破碎锥的轴线相.重合,并且使 轴位于 z 垂直平面内,则 轴是与1ooy该平面相垂直的。从 轴的正向一端看去,反时针的方.向即由 到 转到一个 角的oy 1方向,记为正的转向。将破碎锥分成许多垂.直并对称于 轴的薄圆片。另 表示任一薄.圆片上的质点,oziP其绝对加速度 为:piakirieii a(3.17)式中 牵连加速度, ;eia2eiir为 至 oz 轴的垂距;eiriP相对加速度, ;ri 21riia为 至 轴的垂距;riioz哥式加.速度, ; 为 的相对加速度。kia ),sin(2rirki VriiP设 为质点 的质量,则加于质点 上的惯性力可表示为:imiPiP2eieiei rC1ririria),sn(2ririikiki Vm(3.18)下面就分别确定牵连惯性力、相对惯性力以及哥式惯性力对 、 、 轴的力矩。oxyz(1) 牵连惯性力对 、 、 轴的力矩oxyz将质点 的牵连力 沿着坐标轴 ox、oy 可分解为:iP2eirm 22cosxmrCieieixnyiiiy(3.19)因此,将质点系的牵.连惯性力进行分解,各分力对 、 、 轴的力矩分别为:oxyz(沿坐标轴方.向的力矩向量为正):2 zymMiexiy22 xyxiiez(3.20)由图 3.8 可知:sincozxysicxz(3.21)将公式(3.21)分别代入公式(3.20)中得:02 zymMiex由于破碎锥是对.称于 的,所以其相对于 轴的离.心转动惯量 。ooz0zymi)sinc)(sinc(2 xzxiey( 222 zmi )(cos2zxi)(n22yyi (cs2 xizirmr)oi21J式中 , 和 分别为 至 , 轴的距离,所以 和 就表示破碎0zxmizrxiPozx1J2锥对 和 轴的转动惯量。o 0)sinc(22 zymyzMiiez 式中 , 。0yxi 0yi(2)相对惯性力对 、 、 轴的力矩 oxz相对角速.度 为常数,故向心加速度就可表示相对加.速度。由于破碎锥与 轴存1 oz在对称关系,而大小相等,方向相反的两个惯.性力是互相抵消的,所以破碎锥内每两.个对称质点的相对惯性力抵消,因而与任何轴的力矩也就为零。(3)哥式加速度对 、 、 轴的力矩oxyz将 移到 处,并沿 和 轴iP分解为 和 ,其值为:xzsincoz和 组成的平面与坐标xz面 平行,因此,哥式加速o度沿 和 轴的分量为(图3.9):1 cos2sin2rrzkixVa其方向沿 线的离心方向。r图 3.10 哥氏惯性力对 ox,oy,oz轴的力矩图 3. 9 哥氏惯性力对 ox,oy,oz轴的力矩sin2cos2)sin(2 11 xrVarxkiz 其方向垂直于 平面而与 轴反向。oyz因此,对应于哥式加速度分.量的惯性力为:rikixkixmaCcos21 n xiiziz(3.22)都通过 轴,并且对于破碎锥内任.意两个对称质点的惯性力总是大小相.等方kixCoz向相反,处于一种平衡状态,可想而知整个破.碎锥的这种惯性力也处于平衡状态,平衡状态的力对于任.何轴的力矩就为零。而 的方向与 轴一致。相对称的两个质点kizCoz和 ,其惯性力当然大小相等方向相反。因此, 和 的惯性力形成一个力偶,其iPi iPi中作用面和坐标面 是相互平行的,故力偶矩等于:ozx211 sin42sin2xmmii 在平行平面内的这些力偶组成了整个破碎锥的哥.式惯性力,它们对于 、 、oxy轴的力矩为:oz0kxM211 4sinsin4xmxmiiy (3.23) 0kz因破碎锥与 轴的对称关系, ,故o22yxii122)(4 Jrmyxmiii 式中 代表一对质点的质量。因此可知:isinsin4sin1121 JJxMiky 由上述公式可知,各惯性力对 、 、 轴的力矩之和为:oyz 0 kxrexxM yryysin)(cosin1212J(3.24))cos(si1211JJ0 kzrzezzM为了便于求出破碎 锥的转动惯量 和 ,可把破碎锥及其心轴划分为若干个形状1J2简单的单元体(图 3.10) ,再根据以下公式分别求出每个单元 体的转动惯量 和 ,iJ1i2然后取其总合即为 和 。其计算公式如下:1J2)(1412 iiiiii ZRgrRm2122 iii ZJJ)(4)(31 1413121 iiiiiiii RZRgr(3.25) 式中 各单元体的质量;im破碎锥及其心轴材料的比重,吨/米 ;3重力加速度,米/秒 ; g2及 破碎锥的轴 线与各个1iRi单元体边缘的距离,单位为米;及 破碎锥的悬挂点与各个1iZi单元体的边 缘的距离,单位为米。破碎锥绕破碎机中 心线以等角速度 回转时,根据质 心运动定理,破损锥的惯性力 为52mrCPYB2100 型标准弹簧圆锥破碎机的设计摘 要当今社会在不断向前发展,原材料的需求也是与日俱增,然而富矿资源的储备是有限的,这就导致着矿石品位的日趋贫化。从目前我国的冶金行业的统计数据来看,铁矿石及锰矿石的平均品位在 20%30%之间。由于冶金行业对于炉料各方面的要求较高,所以绝大多数的原矿是需要破磨和选矿处理的。圆锥破碎机就此应运而生,作为金属矿山选矿厂的主要破碎设备,其具有生产效率高,破碎出来颗粒小且均匀等优点,可将直径 350mm 左右矿岩破碎至 l0mm 以下,以满足入磨粒度的需要。国内圆锥破碎机的研究起步较晚,上世纪 50 年代,在原苏联弹簧圆锥破碎机的基础上仿制开发而成了自己的弹簧圆锥破碎机。该类型破碎机靠动锥单向挤压和弯曲研磨破碎物料,而产品粒度则依赖于排料口大小,存在的不足之处就是物料之间相互作用很小,几乎是没有选择性的破碎过程。近些年来,随着科学技术的快速发展,破碎物料的类型和种类的不断增加;相应地最新研发出来的圆锥破碎机的种类和应用范围越来越多,破碎比不断增大,使得破碎出来的物料的颗粒度也在不断减小。大型高效、实用可靠、节能减排和自动化是目前圆锥破碎机的发展趋势和方向。本文主要研究了 PYB2100 型标准弹簧圆锥破碎机,在熟悉其工作原理及结构特征的基础之上,对结构参数和工作参数进行了选择计算,确定了动力方案并对所设计的关键零部件进行了校核计算。关键词:矿石,破碎,圆锥破碎机AbstractIn todays society in constant development, but also grow with each passing day demand for raw materials, however rich mineral resources reserves are limited, which leads to an increasingly depleted ore grade. From the currentstatistical data of metallurgical industry of our country, iron ore andmanganese ore grade average between 20%30%. Due to the metallurgical industry for higher requirements of various aspects of the burden, so most of the ore is needed for broken grinding and milling processing. Cone crusherwas born, as the main crushing concentrator equipment of metal mine, whichhas the advantages of high production efficiency, breaking out the advantagesof particles are small and uniform diameter of about 350mm, can be broken rock below l0mm, in order to meet the need of the grinding size。Machine of the domestic research starts relatively late cone crusher, the last century 50s, in the former Soviet Union spring cone crusher on the basis of the development of imitation and became their spring cone crusher. This type ofcrusher by moving cone uniaxial pressing and bending of grinding material, andthe particle size of the product depends on the discharge size, the interaction between the existing shortcomings is the material is very small, almost noselective crushing process.In recent years, with the rapid development of science and technology,increasing fragmentation types and materials; machine types and application of more and more conical accordingly newly invented crushing, crushing ratioincreases unceasingly, makes the broken out of the material particle size is in continuously decrease. Large efficient, practical and reliable, energy-saving emission reduction and automation is a trend of cone crusher and direction.This paper mainly studies the PYB2100 standard spring cone crusher, based on the familiar with its working principle and structural characteristics, thestructural parameters and working parameters were chosen calculation,determined the power scheme and key parts of the design are calculated and checked.Key words: mine,break,cone breakers目录摘 要 .2Abstract.31 绪论 .51.1 引言 .51.2 历史发展 .51.3 应用效果 .72 总体方案设计 .92.1 圆锥破碎机的类型 .92.2 圆锥破碎机的工作原理 .92.3 简述各部分结构及功用 .102.3.1 机架部分 .102.3.2 传动轴部分 .102.3.3 偏心轴套部分 .103 圆锥破碎机的参数的选择与计算 .153.1 结构参数选择 .153.1.1 给、排料口宽度 .153.1.2 啮角 .153.1.3 动锥的摆动行程 .173.1.4 平行碎矿区长度 l .183.2 工作参数 .183.2.1 动锥的摆动次数 .183.2.2 生产率 .203.2.3 电动机功率 .213.3 圆锥破碎机的运动学 .213.4 圆锥破碎机的动力学 .273.4.1 破碎锥的惯性力和惯性力矩 .273.4.2 偏心轴套的惯性力 .333.5 偏心部分的运动状态 .344 电动机的选择及轴的计算 .384.1 主电机马达的选择及传动比的设计 .384.1.1 电动机的选择 .384.1.2 传动比的计算 .384.2 动力传递装置的参数确定选择 .384.3 传动零件的设计计算 .394.3.1 齿轮的计算 .394.3.2 齿轮的校核 .414.3.3 传动轴的设计计算 .444.3.4 滚动轴承的选择和寿命验算 .50小结 .51致谢 .52参考文献 .531 绪论1.1 引言当今社会在不断向前发展,原材料的需求也是与日俱增,然而富矿资源的储备是有限的,这就导致着矿石品位的日趋贫化。从目前我国的冶金行业的统计数据来看,铁矿石及锰矿石的平均品位在 20%30%之间。由于冶金行业对于炉料各方面的要求较高,所以绝大多数的原矿是需要破磨和选矿处理的。圆锥破碎机就此应运而生,作为金属矿山选矿厂的主要破碎设备,其具有生产效率高,破碎出来颗粒小且均匀等优点,可将直径 350mm 左右矿岩破碎至 l0mm 以下,以满足入磨粒度的需要。随着实际工况下对破碎机提出的特殊要求,人们对新材料、新的工艺的应用,以及人们对操作舒适性和环境友好型社会的需求,破碎机的发展正向着大型、施工高效、性能可靠、节能降耗和操作自动化方向发展。1.2 历史发展破碎机是大型矿山选矿、大型砂石生产线、建筑垃圾破碎处理中用到的最重要的设备之一。根据破碎的原理,破碎机可以分为颚式破碎机、圆锥破碎机、反击破、锤式破碎机、冲击破碎机等很多种类,随着新的工艺和新的技术的不断发展,破碎机的家族还会继续扩大。每种破碎机根据动力的不同又可以分为多个种类。以圆锥破碎机为例,按照不同的种类来分,主要有以下四大类:弹簧圆锥破碎机、液压圆锥破、轧臼式圆锥破和复合圆锥破。其中弹簧圆锥式破碎机是最早被研制和使用一种圆锥破,弹簧圆锥破适用于硬度中等及偏上的物料的破碎。随着破碎技术的发展,弹簧圆锥式破碎机目前市场上主要有 PY 系列弹簧圆锥破碎机以及 CS 系列高效弹簧圆锥破碎机两种系列。弹簧式圆锥破碎机始于上世纪初叶,也称为西蒙斯圆锥破碎机,它是以最初研制者西蒙斯兄弟的名字命名的。其主要结构形式为偏心套套于主轴之上,采用偏心套来驱动,矿岩就是在破碎腔内不断地受到动锥衬板的挤压和弯曲而破碎成为小粒径的矿石颗粒。由于当时技术的限制,该破碎方式存在振动大,排矿口大小调整困难,弹簧组的过载保护方式可靠性差,且弹簧易损坏。虽然技术在不断改进,效果也越来越好,但是此种圆锥破的工作原理和总体的结构大同小异,没有什么根本的变化。20 世纪 40 年代末,单缸液压圆锥破碎机首先由美国 Allis Chalmers 公司推出,也称为陡锥破碎机,其底部结构是在旋回式破碎机基础上改进而来的。相比于西蒙斯圆锥破碎机,该机排矿口调整和过载保护均采用液压技术,大大简化了其结构形式,降低了质量,提高了圆锥破的使用性能。20 世纪 50 至 60 年代,上部单缸、周边单缸液压圆锥破碎机在国外多家公司,包括法国 Dragon 公司的子公司以及日本的神户制钢有限公司等均研制出来。20 世纪 70-80 年代,圆锥破碎机得到了快速的发展,一系列高性能的圆锥破碎机相继问世,其中就有美国 Allis Chalmers 公司的高能液压圆锥破碎机;Nordberg 公司推出的适用于中硬物料的破碎的旋盘式圆锥破碎机;由于其偏心距较小且破碎力不大,进而又推出超重型短头圆锥破碎机,该机虽加大了功率,但是弹簧和机架的材料要求较高,增加了制造成本,接着该公司又研发出了 Omni 型圆锥破碎机。BS 704UF 型超细圆锥破碎机是由 Babbitless 公司推出的,该机不在使用偏心套,取而代之滚动轴承,动力采用电动机,由皮带传动带动动锥摆动,排矿口大小调整和过载保护均采用单缸液压缸装置,可以实现给料粒度-10mm,产品粒度-6.3mm 占 80%。20 世纪 90 年代以来,新推出的破碎机结构大多分上、下两部分,上腔是按料层原理进行破碎物料,而下腔设计为平行区。实践表明该结构形式破碎机产品粒度细级别含量较一般圆锥破碎机提高 8%左右,衬板金属消耗量降低了至少 20%。其中就有美国Nordberg 的新一代 HP 系列圆锥破碎机;瑞典 Svedala 公司的新 H 系列圆锥破碎机;俄罗斯国内研究机构研究开发出的新型短头圆锥破碎机,在国内,圆锥破碎机的研究起步较晚,基础都是从前苏联引进的技术和人才而开发成功的。随着国内工业基础的不断建立,科研人员对苏联技术的消化吸收,上世纪70 年代国内相继开发出多种型号的液压圆锥破碎机,其中包括多液压缸和底部液压缸型。上世纪 80 年代,国内某重型机器厂家向美国 Nordberg 公司引进先进的设计制造技术,并合作生产了西蒙斯和旋盘式圆锥破碎机,之后又引进了各种类型圆锥破碎机,均取得了较好应用效果。为了能完全掌握圆锥破碎机的关键技术,国内厂家和研究机构纷纷与国外厂家合资办厂,各大相关科研机构与高校也纷纷成立了研究中心。随着国内石料加工行业的发展壮大,中小型圆锥破碎机也得到了快速的发展。由于中小型圆锥破碎机技术要求相对较低,国内许多企业也逐渐掌握了其关键技术,目前市场上的中小圆锥破碎机也多为国内企业所生产。例如,上海路桥机械设备有限公司生产的 AF 型圆锥破碎机;沈阳华杨机械厂生产的西蒙斯、旋盘式和 HP 系列圆锥破碎机等;其它一些生产企业包括鞍山矿山机械总厂、上海龙阳机械厂以及上海多灵-沃森机械设备有限公司等。目前,我国圆锥破碎机市场规格品种齐全,覆盖大、中、小全系列产品,基本可以满足国内需求。但是与国外同类产品相比,还是存在不小的差距,包括产品的稳定性、可靠性以及耐磨材料的使用等问题,有待进一步研究、改进。1.3 应用效果近些年来,新结构、新材料以及新工艺广泛运用在各行各业中。最新研发的新型圆锥破碎机其可破碎的物料类型及种类正在不断扩大,而破碎出来的颗粒度也在不断减小,破碎效果显著。国外 Butte 选矿厂,采用 Nordberg 公司的 MP-1 000 型破碎机进行生产,其产品粒度-12mm 占 80%,相比于 Symons 圆锥破碎机,使磨机生产能力提高了近 37%。波兰柳宾使用新的工艺,即在锤式破碎机破碎矿石后再使用 MP 型破碎机进行补充破碎,可以使颗粒度降至-14mm 占 80%,大大提高了生产效率,节约了能源消耗。国内鞍钢调军台选矿厂早期使用的中碎型 HP700 圆锥破碎机,排料粒度-75mm,处理能力 790t/h;而采用细碎机后,排料粒度-12mm 占 92%,处理能力 350t/h , 大大提高了生产效率,节约了磨机能源消耗。安徽铜陵某有色公司与北京矿冶研究总院合作对破碎工艺流程进行研究,采用两台设备(PD90 120 型颚式破碎机和 GYP1 200 型惯性圆锥破碎机)进行两段开路破碎,使生产能力达到了 70-80t/h,破碎颗粒度由给料-750mm 破碎到-8mm,并且整个系统能源消耗降低了 20%,磨机的处理能力也提高了 25%。2 总体方案设计2.1 圆锥破碎机的类型中碎用破碎机称为标准型,中、细碎用称为中间型,细碎用称为短头型。三种型式这是根据破碎机破碎腔型不同而划分的,其中以标准型和短头型应用最广。我国生产的破碎机代号标准为用汉语拼音字母和动锥的底部直径表示型号,如PYD2200、PYB2200 、PYZ2200 和,其中第一个字母代表破碎机、第二个字母 Y 代表圆锥;第三个字母分别表示为:D短头型、B 标准型、Z中间型、数字 2200 表示动锥底部直径(毫米) 。弹簧保险和液压保险两种类型的划分则是根据调整排矿口和过负载时的保险方式确定。本设计方案研究的是 2100 标准弹簧圆锥破碎机,即 PYB2100。2.2 圆锥破碎机的工作原理不同种类的圆锥破碎机,其工作原理是一样的。如下图 2-1 所示为一个圆锥破碎机的简图。图 2.1 圆锥破碎机简图1-电机; 2-传动轴; 3-伞齿轮; 4-偏心轴套 5-主轴; 6-动锥; 7-定锥; 8-球面轴承如图 2.1 所示,圆锥破碎机的动力输入采用电机马达 1。电机马达 1 的动力经过联轴器及传动轴 2 传递给圆锥齿轮机构中的主动齿轮 3;圆锥齿轮机构 3 的作用是提供一定的减速比和改变动力的方向。圆锥齿轮机构从动轮和偏心套 4 固定在一起,带动偏心套 4 旋转,偏心套上开锥孔,主轴 5 装于锥孔内,动锥 6 固装在主轴上并支持在球面轴承 8 上。当电机驱动偏心轴套旋转时,动锥 6 以 O 为顶点,O 1O 为中心线绕破碎机中心线 OO2 作锥面运动。这样,当动锥中心线 OO1 转到如图所示的位置时,动锥 6与定锥 7 距离最近,此时矿石颗粒处于被挤压和破碎状态,当动锥面远离定锥时,被挤碎了的矿石靠自重从两锥体底部排出。圆锥破碎机的此种破碎方式相比于其他方式具有生产率高工作平稳的优势。2.3 简述各部分结构及功用图 2-2 所示为本设计中的弹簧式圆锥破碎机的总图。图中省略了安装机架和电机。图 2-2 所示的弹簧圆锥破主要由以下几大关键部件组成:机架部分;传动轴部分;偏心轴套部分;球面轴承部分;动锥部分;调整环部分;密封和润滑部分。2.3.1 机架部分机架对于圆锥破碎机而言是非常重要的,它相当于各个部件间的桥梁,把各个部件有序地连接在一起,实现了整个破碎机的功能。此外,机架采用多个地脚螺栓固定在另一个特殊制作的基础机架上。2.3.2 传动轴部分电机产生的动力通过联轴器 33 传递给传动轴,传动轴通过一对圆锥齿轮把动力传递给主动轴。传动轴依靠传动轴套筒(36)支撑在机架上。传动轴套筒(36) ,通过两端的轴承支撑传动轴。传动轴套筒(36) ,采用螺钉固定在机架上,并插入机架中心套筒(5)中。2.3.3 偏心轴套部分偏向轴套与机架中心套筒之间镶嵌有由耐磨特性的轴承合金制作的直衬套。直衬套(4) (也叫直铜套) ,开始是由铜基合金制作,后来改用巴士合金,现在逐渐采用尼龙轴承。由于尼龙轴承的使用效果较好,原来一直沿用青铜材料制造直衬套也逐渐改用尼龙直衬套。装在机架传动轴套内的是破碎机的齿轮传动部分,即圆锥齿轮传动机构。此圆锥齿轮机构具有改变速比和传动方向的作用。伞齿轮的前端是小齿轮,后端是大齿轮。圆锥破碎机传动轴部分采用的轴承既可以选用滚动轴承也可用滑动轴承。由于破碎机动力传输时冲击力很大,滚动轴承容易遭到破坏,所以必须选用核实的轴承,并校核其强度与寿命。偏心轴套部分是由以下三部件组成:大圆锥齿轮(6) 、偏心轴套(3)以及直衬套(4) 。直衬套一般采用具有耐磨特性的合金制作,有青铜和巴氏合金两种。不过,随着耐磨材料的发展和应用,发现采用尼龙材料制作的衬套效果也非常好。所以,现在多采用尼龙锥衬套。压装在偏心轴套锥形孔里的锥衬套需在其上部开缺口处铸锌加固。偏心轴套与大圆锥齿轮之间采用花键或者多个平键联接。大圆锥齿轮顶部装有平衡重7,目的是平衡动锥(30)的惯性力,并使偏心轴套与直衬套沿全长接触。2.3.4 球面轴承部分球面轴承部分主要包括有球面轴承座(图中序号 11 所示)和球面轴承(球面瓦)(图 2-2 中序号 12 所示)组成。考虑到耐磨性,球面轴承一般也采用青铜材料制作的,随着对尼龙轴承的性能的不断改善,此种轴承将会越来越多地被采用。球面瓦与球面轴承座是采用销子固定,球面瓦上开有回油孔,档油环(13)装于球面轴承座外圈,该结构用于防止从轴面瓦外缘挤出的油进入防尘水中。装防尘水装于球面轴承座上的一圈环形沟槽 32 内。球面轴承座的下部止口与机器上的环形加工面相配合。图 2.2 2100 标准型圆锥破碎机1机架下盖;2止推盘了;3偏心轴套;4直衬套;5机架中心套筒;6大伞齿轮;7平衡重;8方销;9进水管口;10机架;11球面轴承座;12球面轴承;13挡油环 14衬板;15弹簧;16毛毡密封;17固定环(支承环) ;18弧形齿板;19锁紧螺帽;20制动齿板;21分矿盘;22漏斗;23支承罩;24“U”型螺栓;25定锥衬板;26耳环;27注黄油孔;28调整环;29螺栓;30动锥;31领缘;32环形油槽;33排水管口;34传动轴套筒;35小伞齿轮;36排油口;37锥衬套;38主轴;39进油口2.3.5 动锥部分动锥部分由动锥体(30)和主轴(38)组成,采用加热后加压装入的方式装配。锰钢衬板(14)装于动锥的外表面。中间铸锌以使它们之间贴合紧密。锁紧螺帽(19)用于锁紧其上部。分矿盘(21)处于锁紧螺帽的顶部。制动齿板(20)可以防止破碎机运转时锁紧螺帽退扣。为了防止主轴与锁紧螺帽的相对运动,制动齿板的外齿与锁紧螺帽的内齿相互卡住,其下方的方形键卡在主轴头部的缺口内。2.3.6 调整环部分调整环部分其实也可以看做一个动锥体,其特征表现为:外圆锥表面有锯齿形螺纹,内部锥体上开着七个缺口,八个耳环(26)位于定锥衬板(25)上面。将定锥衬板与调整环(28)通过过缺口钩耳环 U”形螺栓(24)固定。固定环(17)和调整环靠锯齿形螺纹联接;定锥上升或下降靠旋转环调整,从而达到改变破碎机排矿口大小的目的。由调整环的螺纹旋向,可以判断出排矿口大小的调整,即是增大还是减小。调整环是用弧形齿板(18)锁紧。在固定环(17)的下端装有密封毛毡(16)以及径向方向开黄油孔,起着保护螺纹、润滑调整以及密封灰尘的作用。2.3.7 密封和润滑部分由于破碎机的许多部件表面是相对运动的摩擦表面。所以破碎机正常运转离不开良好的密封和润滑。密封装置主要是针对防尘的。因为破碎的过程会产生大量的浮尘而且破碎比越大,即产品的颗粒度越小,产生的灰尘越大,如果浮尘进人机器的轴承及其他有相对运动的部件,长期运行会对机器的性能产生很大的负面影响,所以说完善的防尘系统是必不可少的。水封防尘是目前弹簧式中细碎圆锥破碎机采用的装置。盛水的环形沟槽(32)开于球面轴承座上,截锥形的领缘(31)焊于动锥上,且下端插入沟槽(32)的水中,用于挡住灰尘,并使它落入水槽中,以防止灰尘进入破碎机内部。防尘水满后会通过特殊设计的通道排出,同时把落入水中的灰尘带走。破碎机的润滑:油循环润滑是破碎机采用的通用润滑方式。循环方式依次为:中心套筒的端盖上的进油孔流入偏心轴套的止推盘中,通过止推盘上放射状的油沟润滑止推盘;油经止推盘中心孔沿偏心轴套内外表面和主轴上的中心孔上升,同时也润滑各摩擦表面,最后润滑球面轴承和圆锥齿轮,圆锥齿轮上带出的油顺排油孔(38)排出。其中传动轴轴承的润滑则是采用单独的油路给油和排油。 3 圆锥破碎机的参数的选择与计算3.1 结构参数选择圆锥破碎机的结构参数主要包括给、排料口宽度;啮合角;破碎机的摆动行程;平行碎矿区长度。3.1.1 给、排料口宽度 根据使用破碎机的场合要确定给料口的宽度;根据成品料粒径的要求来确定出料口的宽度。根据经验公式,给料口的宽度 B 一半由下面的公式确定。;DB)5.12(其中:B-破碎机给料口的宽度;D-选矿的最大粒径,根据具体的选矿工艺流程来确定。如果圆锥破前面有颚式破碎机等初级破碎装置,则 D 可以选比较小的值,如果没有,那么 D 必须选比较大的值。实际排料口宽度有合理的调整范围,以满足破碎各种宽度矿石的需求。PYB2100 弹簧圆锥破碎机适用于中碎工况,进料的最大粒径允许为 260mm,即D=260mm。由上面公式得,进料口的宽度 B:312325。(1.25)(1.25)60BD.所以 B 初选为 312325mm.排矿的过大颗粒系数 (其中 是破碎产品的最大粒度,e 是排矿口的edZmaxmaxd宽度)与矿石硬度存在一定线性关系。对于 PYB2100 圆锥破碎机来说,破碎硬矿石时Z=2.4;中硬矿石 Z=1.9 软矿石 Z=1.6。一般来说中碎用破碎机不会设检查筛分机构,所以在选择圆锥破碎机(中碎用)的排矿口宽度 e 时,一定要将过大颗粒对细碎破碎机给矿粒度的影响考虑在内。图 3.1 圆锥破碎机的啮角和平行带3.1.2 啮角 动锥和定锥之间形成的夹角称为啮角,用 a 表示。合理设计的啮角能保证动锥的衬板和定锥的衬板之间形成的破碎腔,能有效地咬住矿石,不允许矿石向上滑动。弹簧圆锥破碎机的啮角必须满足下列公式中对啮角的要求:2)(12(3.1)其中, 动锥的锥面斜角1固定锥的锥面倾斜角。2动锥轴线与破碎机机架中心线的夹角,通常取 。 o2衬板与矿石之间的摩擦角。图 3.1 圆锥破碎机的啮合角设计时,通常取 。中碎用圆锥破碎机取 ;在保证整体o231 o4501结构尺寸的情况下,较大的 将有利于提高机器的生产效率。本设计方案中选用1o401o623.1.3 动锥的摆动行程图 3.2 圆锥破碎机的摆动行程当动锥转动一周时,它的轴线处底部的水平行程称为动锥的摆动行程。对于不同的物料,摆动行程的选择也不同。物料硬度大,行程短;硬度小,行程长。规定破碎锥的摆动行程用 s 表示,根据上图 3-2,分析。由正切定理得:tan2Hrs(3.2)式中 r 处于排矿口平面内的破碎锥轴线的偏向距;H 破碎锥下边缘与中心 O 点的距离。 mm572tan80os动锥下部 A 点的行程为:tLs(3.3)式中,L 动锥表面上母线的长度。mm82tan1602oAs3.1.4 平行碎矿区长度 l平行碎矿区一般设置于圆锥破碎机的破碎腔下部,这是为了保证破碎机产品的均匀度和细度,因为在平行碎矿区内,物料至少要受一次检查性破碎。图 3-1 中的 L 即为平行碎矿区的长度。标准型弹簧圆锥破碎机的碎区长度可按照经验公式由下式确定:Dl)085.((3.4)式中 D 是动锥的底部圆柱体的直径。根据上面公式,可以得到碎矿区的长度:mm5.178620)85.0.(l取 为 170 毫米。3.2 工作参数3.2.1 动锥的摆动次数圆锥破碎机进行破碎的矿石大多靠自重沿破碎锥斜面排除而不至于自由下落,因为破碎锥的倾角 通常较小,并且在其下部还设置有不同长度的平行碎矿区。因此,1根据排矿特点可以设计圆锥破碎机破碎锥的摆动次数。图 3.3 矿石在破碎锥上的受力分析上图 3-3 所示为已破碎的矿石从平行碎矿区的始点滑到末点时所受力分解图。矿石重力沿斜面方向分力 、摩擦力 和离心惯性力 P。但是,惯性力 P 随着1sinG1cosfG时间而不断改变方向,据分析,在破碎锥摆动一次的时间内,它对矿石下滑的影响几乎为零,可以不做考虑。由上图力的分解图可求出矿石沿破碎锥平行碎矿区下滑时的加速度:11fGcos-sing故)fcssi(11式中 f 矿石与破碎锥表面之间的动摩擦系数,根据经验选 f=0.250.35;G 重力加速度,按 g=9.81m/s 选取。2假定矿石以等加速度在平行碎矿区滑动,行程为 1cm 时破碎锥摆动一次所用时间为 t 秒,即有2112 )60(cos(sin1nfgatl 则次/分 lfn11ssi30(3.5)对于标准型圆锥破碎机而言上式是成立的。但是该理论计算公式是在理想状态下考虑,而实际上会有一部分矿石呈现跳跃式运动,所以也不能完全保证矿石在平行区内受 12 次破碎,可能会存在产品粒度过大情况。因此,我们可以适当的调整圆锥破碎机的转速,一般提高 10%左右,既能增加生产效率,提高合格产品的数量,同时,还可以减少动锥和定锥衬板的磨损。但是,不能为了增加生产效率,而无限制的增加动锥的转速,因为转速增加后,碎石的离心力会增加,影响了成品碎石的下滑速度,最终反而降低了生产效率。根据下面的经验公式,我们可以用于初步计算圆锥破碎机实际有利转速:次/分 Dn320(3.6)式中 D 破碎锥底部直径,单位 m。次/分201.3n3.2.2 生产率生产率最大化,是圆锥破碎机的最终目标。但是生产率不仅和破碎机的设计参数有关,还与被碎原料的性质有关,比如矿石的硬度、比重等;生产率还与破碎机的操作环境有关系。同时选矿工艺流程中破碎机的参数配置也对其有一定的影响。现有的理论计算方法也不能把这些影响因素全部考虑进去,故一般的初步计算采用经验总结公式,然后再依据实际的工作条件进行校正。开路破碎、闭路破碎是破碎机的两种不同的工艺流程。开路破碎是指破碎后的成品不经过再次破碎直接运走。而闭路破碎是指,破碎后的成品经过筛分检查后不合格的物料重新放入破碎机中进行破碎,直至都合格为止。如果对成品料的粒径要求严格,就必须用闭路破碎流程。根据参考文献得,圆锥破碎机开路破碎时的生产率计算公式如下:(3.7)6.12eqKQo式中 K 矿石的可碎性系数,查表得 K =1.0;1 1 K 破碎比的修正系数,查表然后根据插值法求得 K =1.131.23;2 2 单位出料口宽度的生产能力,查表由插值法得 =12.6713.67;oq oq 排矿口宽度,e=60 ;e 矿石的松散比重,取 =0.94。吨/小时506.1947.213.0Q吨/小时3查阅参考文献可知,在闭路破碎时,圆锥破碎机的生产能力按闭路破碎时通过的矿石的量来计算:(3.8) KQ式中 Q 开路破碎时此破碎机每小时的生产能力,吨 /小时;K 闭路时平面给矿粒度变细的系数,标准型取 K=1.34。79534.1 吨/小时所以此弹簧圆锥破碎机的生产率为 500800 吨/小时。3.2.3 电动机功率根据经验公式,电动机的选型要求的圆锥破碎机的电动机功率: 9.165DN(3.9)式中 D动锥底部的直径,米。2.61.659KW查电机选型表,选用功率为 200KW 的电动马达。3.3 圆锥破碎机的运动学圆锥破碎机的重要特征是破碎锥,破碎锥在空间进行周期性的摆动。破碎锥的轴插入在偏心轴套中,偏心轴套的结构参数设计决定了机架中心线和动锥的中心线的夹角。破碎机工作时,动锥的轴线在电机的带动下绕垂直中线做周期性的转动,动锥轴线在运动过程中形成的轨迹为构成一个圆锥面。在动锥或者某个空间上,肯定存在一点O,静止不动。破碎机的工作过程中动锥的运动可以认为是一个刚体绕某个固定的点的周期性转动。从破碎锥的支承装置偏心轴套的结构分析可知,破碎锥既是公转运动也做自转运动,即不仅随竖直布置的偏心轴套一起绕偏心轴套的轴线,也是机器的中心线做旋转运动,而且在公转的同时还绕自己的轴线旋转。因此动锥实际工作时的运动不是一个简单的运动,而是由两种旋转运动的合成的运动。根据理论力学的知识得知,绕破碎机机器中心线的旋转运动我们可以称之为进给运动,也可以称为牵连运动;绕动锥自己的轴线进行的旋转称为自转运动,还可以称为相对运动。虽然,表面上动锥的运动很复杂,但是复杂的运动也有规律可循。我们根据理论力学的知识,可以把将动锥的看上去很复杂的运动形式简化成为规则运动。该运动形式角速度关系为: (破碎锥绕瞬时轴线旋转的角速度向量)= (公转/进o给运动角速度向量)+ (自转/相对运动角速度向量) 。根据力的平行四边形向量合1成法则而相加。绝对角速度向量的所在线与物体的转动轴相重合,动锥的绝对角速度向量的方向由理论力学中的右手螺旋法则来确定。图 3.4 破碎锥的角速度向量图破碎机的动锥的公转进给运动角速度向量 、自转运动的角速度向量 和绝对角1速度向量 在坐标轴上 ox 和 oz 上的投影为: osinsi1(310)coo解上列联立方程组得:(3.11))sin(o式中 为动锥绝对你运动时的瞬时轴线与破碎机机器中心线之间形成的夹角。图 3.5 0 与角 的关系曲线当 和 为定值时,则 的函数关系绘制成曲线 ,如图 3.5 所示。fo结合三角函数的知识,从图 3-5 中可以看出,当 时,式 3-11 中的分母有o90最大值,为 1,此时 有最小值:0(3.12) sinmio当 时,则 有最大值:0(3.13) maxo根据破碎机在空载运行和实际工作带载运行时时,动锥运动中的瞬时轴线的空间位置是不一样的。图 3.6 空载时破碎锥的角速度向量图由于破碎机的装配工人的操作 以及本身破碎机制造工艺的区别,还有就是球面轴承座和球面轴瓦之间的润滑以及偏心轴套主轴和偏心轴套内孔的润滑情况的不同,破碎机在空载运转时可能出现两种极限情况:(1)破碎锥运转的瞬时轴线与破碎机的机架中心线重合:此时, 时, 。010在此种情况下,由于制造装配的误差,造成主轴和偏心轴套内孔之间的锥套局部接触,或着由于润滑情况不好,主轴和偏心轴套内孔中的锥套之间的间隙过于小,而使动锥的主轴与偏心轴套抱在一起,共同运转。这种情况是绝对不允许的。(2)设计合理,制造工艺能满足图纸精度要求,且装配安装质量得到保障以及球面轴承处及主轴与偏心轴套之间的润滑都很好。当 时根据平行四边形法则可以求得1的大小和方向。从图 3.6 中可以看出,由于 , ,故0 0o00o为等腰三角形, ,因此, o00o29218oo(3.14)所以,圆锥破碎机的 。o91的大小可由下式确定: 0(3.15)290cos20根据以上分析,破碎机在空载运行的时候,破碎锥规则运动的绝对角速度 的方向0与偏心轴套的回转方向始终是保持一致的。大量的实践经验研究,当圆锥破碎机在正常的工况下,运转时,动锥的绝对转速为 转/ 分,即 。150o1520破碎机在进行矿石破碎的有载运行时,根据受力分析,物料对动锥.表面形成的摩擦力相对于破碎锥.的上部轴承支承点和偏心轴套内.孔的锥套对动锥.的摩擦力而言,是很大的。此时,轴承和锥套对动锥的摩擦力由于良好润滑的存在,可以忽略不计。因此,动锥的绝对运动的瞬时轴线就可以用通过.球中心和破碎锥.与矿石的接.触点.的连线来表示。因为矿石和动锥的接触点是时刻变化的,所以动锥的绝对运动的瞬时轴线可以用动锥的母线来近似表示。动锥相对于破碎腔.内的矿石层而言,是做的纯滚动,无相对滑动。经过分析,动锥纯滚动时的角速度 完全可以根据动锥轴.线上的某一点 B 点绕.0瞬时轴线绝对转.动时的瞬时速度 Vb 来确定。图 3.7 有载时破碎锥的速度计算图动锥轴线 上的某一点 B 点以角速度 绕动锥合成运动确定的瞬时轴.线转动,所oz 0以 B 点的速度可以由下面来确定为:oBc式中 c 为 B 点至动锥运动瞬时轴.线(破碎锥的母线)的垂直距离。轴上的 B 点同样以角速.度 绕轴 oz 做转动,所以瞬时轴线上点 B 的速度亦为:oz0rVB式中 为 B 点之 oz 轴的垂线的长度,即转动半径。0因此,则知: 0rcVB即cr0(3.16)式中负号表示 的转动方向与 的转.动方向是不一致的,相反的。根据破碎机的o结.构尺寸,通常, 。05.4.0cr破碎机负载运转时, 。破碎机的绝对角.速度 的转动方向与偏心.轴omin0套的实际运转方向相反。3.4 圆锥破碎机的动力学图 3.8 牵连惯性力对 ox,oy,oz轴的力矩由于弹簧圆锥破.机的结构很特殊,以及它独特的运动形式,圆锥破碎机的工作部件动锥和主轴插入的偏心轴.套的质心没在一条中心线上,当然也没在回转中心线上。所以在动锥的实际运行过程中,肯定会存在有一定的惯.性力以及的惯性力矩,惯性力矩是相对于固定点 O 而言。惯性力和惯性力矩对于整个机器而言,是不利的因素。我们要女里去消除它对机器的影响。惯性力和惯性力矩的不利影响是,机架的震动和偏心轴套的过度偏斜导致的提前磨损。如果不去分析惯性力和惯性力矩,不去消除它,那么机器就会无法达到它设
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