一种不可逆式锤式挤压破碎机设计

张发厅

(黄河科技学院,河南 郑州　450063)



一种不可逆式锤式挤压破碎机设计

张发厅

(黄河科技学院,河南 郑州450063)

摘要:分析锤式破碎机的工作原理，重点对其结构、总体方案进行设计，对电机及皮带系统进行选择，对转子轴和轴承进行校核，表明满足设计要求，对破碎机的设计具有一定的参考价值。

关键词:锤式挤压破碎机; 结构设计; 总体方案选择; 校核

煤炭破碎已成为煤炭加工过程中一个重要的环节，破碎机的出现改变了以往煤炭燃烧的方式，使煤炭的燃烧更加充分，从而减少煤炭的使用量，改善大气的环境，破碎机在煤炭行业有着良好发展的空间。

1设计方案

图1　结构传动简图

本文设计一种不可逆式锤式挤压破碎机，具有结构简单、尺寸比较紧凑、体积较小、生产率高等特点。它主要由转子、圆盘、连接件、机壳和连接架等部件组成。机壳首先分为上下两个部分，用螺栓固定。筒体用钢板焊接而成。顶部装有进料口，物料通过进料口进入破碎机的箱体内，在锤头与机壳的作用下进行破碎。 本文选择“电机—V型带—主轴”设计方案。破碎机传动方案设计示意图如图1所示。

破碎机主轴上安装有圆盘，圆盘与锤头之间由连接架连接。锤头与连接架的连接采用的螺栓固定的方式。为了防止主轴上圆盘和圆柱销的轴向移动，分别在圆盘的两端和圆柱销的两端分别固定于一个挡圈。主轴的上下两端分别用单列圆锥滚子轴承支撑，轴承放置于轴承座中，在轴承座的两端都需采取密封装置。当转子高速转动时，锤头在离心力的作用下，撞击进入破碎腔中的物料，就形成了一个个合格的物料，通过破碎机下面的篦缝漏出。

在破碎机进行生产前需对主轴和转子进行动平衡测试，防止破碎机在使用的过程中因动不平衡造成危及人身的危害。

2破碎机主要参数计算

2.1破碎机转子参数的计算

2.1.1转子直径及长度

本设计是小型破碎机，根据公式Dz=(4～8)Dmax，中Dmax最大进料粒度，取Dmax=50mm。所以破碎机转子直径大约为：8×50=400mm，根据实际需要所需取D=590mm。

从日常生活经验中可知，转子直径和长度的比例关系一般为：DP=LP(0.7～1.5)，根据实际需要选取DP=1.18LP,计算得转子长度LP为500mm。

2.1.2转子转速

破碎机的转子转速可按圆周速度来设计，根据公式

n=60v/πD

式中 v—转子圆周速度，m/s;D—转子直径，m

转子圆周速度一般在18～70m/s之间选取。对于大型破碎机v=18～25m/s，而转速在200～300r/min之间。对于小型破碎机，取v=25～70cm/s,而转速在750～1500r/min之间。如果转子转速选择过高的话，得到的产品粒度就会越小，一些重要部件的磨损也会加快。所以在本设计中转速v取30m/s，将相关数据代入上式计算得：n=971.6r/min。

2.2破碎机锤头质量的计算

在本设计中，锤头通过螺栓固定在连接架上，锤头质量会严重影响到破碎机破碎时的效率。假设在锤头与煤炭发生碰撞时发生了弹性碰撞，且煤块在碰撞前速度为了0，根据动量定理，得：

mv1=mv2+mmv2

由上式可知v2=mv1/(m+mm)

式中m—锤头的有效质量,kg;mm—煤块的最大质量,kg

综上所述m=(0.7～1.5)mm

上式中的m只是锤头的打击质量，锤头的实际质量应根据打击质量和锤头的转动惯量求得

式中r—锤头打击中心到悬挂点的距离,m；ro—锤头质心到悬挂点的距离,m

最大物料质量mm=4/3(πR3ρ)=4/3(π×0.053×1200)=0.628kg

锤头折合到打击中心处的质量：

m=1.5×0.628=0.942kg

2.3电机选择

电动机功率P的确定，主要根据破碎机在运行过程中的载荷大小、每天需要工作的时间来确定。在电动机功率的确定时，选定电动机的额定功率Pe，而电动机的所需功率Pd，即要使P≥Pd。

总有用功耗为Pa=0.18×12=2.2kW

设计中总的机械效率取0.85。

根据Pd=Pa/η，计算电动机功率Pd=Pa/0.85=2.2/0.85=2.58kW

查机械设计手册选择电机型号为：Y100L2-4

额定功率为：Pe=3kW，满载转速为：1430r/min机座号：110L

3V带系统设计

V带的设计内容包括选择带的型号、确定基准长度、根数、中心距、带轮的材料、基准直径及其结构尺寸、初拉力和压轴力、张紧装置等。

3.1确定计算功率

计算功率Pca是根据传递的功率P和带的工作条件而确定的

Pca=KAP

式中：KA—工作情况系数；P—所需传递的额定功率，kW。

式中，P=3kW，KA查《机械设计》表，得KA=1.5。

Pca=1.5×3=4.5kW

本设计中选取A型带。

3.2带轮的基准直径dd并验算带速

根据V带的带型，选取小带轮基准直径dd1=80mm。

带速不易过高或过低，一般应试v=5～25m/s，最高不得超过30m/s。根据公式V=πdd1n1/60000(m/s)计算带速。本设计中V=π×80×1430/60000=5.98695m/s;取V=6m/s

大带轮的基准直径dd2，由dd2=idd1计算，并根据《机械设计》表加以适当调整。本设计中dd2=1.5625×80=125mm。

3.3确定中心距a并选择V带的基准长度Ld

(1)初定中心距

根据带传动总体尺寸的限制条件或要求的中心距，结合下式初定中心距a0。

0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2)。

本设计中的a0为0.7×(80+125)≤a0≤2(80+125)

根据实际需要选取a0为410mm。

(2)计算相应的带长Ld0

Ld0≈2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0

本设计中代入数据得Ld0=1142.83mm。

有Ld0再根据《机械设计》表查的V带的基准长度为Ld=1120mm。

(3)计算中心距a及其变动范围

传动的实际中心距近似为a≈a0+(Ld0-Ld)/2

所以本设计中实际中心距a=410+(1142.83-1120)/2=421.42mm。

该设计中实际中心距取a=420mm。

3.4验算小带轮上的包角α1

小带轮上的包角α1小于大带轮上的包角α2。小带轮上的总摩擦力小于大带轮上的总摩擦力。因此，V带打滑也只可能发生在小带轮上。为了提高带传动的工作能力，应试

α1≈180°-(dd2-dd1)53.7°/a≥90°进行校核。

该设计中将数据带入式中得α1=174.25°>90°，所以满足设计需要。

3.5确定带的初拉力F0

根据离心力和包角的影响，可得单根V带所需的最小初拉力为：

(F0)min=500(2.5-Kα)Pca/ Kαzv+qv2

其中：Kα-包角修正系统，取0.98;z-带的根数，取4根；v-带速，根据前面计算取6m/s;Pca-计算功率，根据前面计算取4.5kW;q-每米带的质量，取0.25kg/m。

将相关数据代入计算得(F0)min=154.4N。

3.6计算带传动的压轴力Fp

为了设计带轮轴的轴承，需要计算带传动的作用力在轴上的压轴力Fp，(如图2)

Fp=2z F0sin(α1/2) 本设计中带入数据得Fp=1233.65N

图2　压轴力计算示意图

4轴的设计

4.1轴的结构及基本尺寸的确定

结构如图3所示。

图3　轴的结构

图3中从右到左轴的直径依次是d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7和d8，长度依次L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7和L8。

轴的各部分直径和长度分别如表1所示。

表1　轴结构基本尺寸表

L1L2L3L4L5L6L7L8mm62782138.5499152024

查手册选择轴承型号为：30210 轴承，采用脂润滑。

4.2转子轴的力学分析和强度计算

转子轴是破碎机中受力很大的零件之一，为了保证破碎机能够稳定的运行，提高转子轴的使用寿命，应该对轴进行详细的受力研究分析。

将上述数据代入下式

τ=9550P/n×1/0.2d3计算得τ=13.5MPa

查手册可知[τT]=25～45MPa，所以τ=13.5MPa<[τT]，轴的扭转刚度足够。

5结论

设计了一种不可逆式锤式挤压破碎机，具有结构简单、尺寸比较紧凑、体积较小、生产率高等特点。主要完成电机的选择，总体方案设计，并对转子轴和轴承进行校核，满足设计要求，对破碎机的设计具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]潘永秦，路迈西.大处理能力分级破碎设备的研究应用[J]. 选煤技术，2005.

[2]张月斌. 双齿辊破碎机总体方案设计及关键技术研究[J]. 机械工程，2012.

[3]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社，2004.

[4]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社，2012.

[5]孙恒，葛文杰.机械原理 [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

中图分类号：TD451

文献标识码：A

文章编号：1001-9383(2016)01-0048-05

基金项目:河南省重点学科资助项目(豫教高2012(186))，河南省民办高校品牌专业(豫财教2013(140))，河南省本科工程教育人才培养模式改革试点专业(教高2012(964))，河南省专业综合改革试点(教高2012(859))。

收稿日期：2016-02-22