浅析钢铁厂颚式破碎机改进方案

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  摘 要:鄂式破碎机结构简单、制造容易、工作可靠、使用维修方便,所以在冶金、矿山、建材、化工、煤炭等行业得到广泛引用。颚式破碎机最基本的机型有两种:简摆颚式破碎机和复摆颚式破碎机。两种破碎机比较,两者各有其优点和缺点。就目前来看,国内外市场绝大多数还是使用复摆颚式破碎机,故复摆颚式破碎机的前景较为客观,且一般用于粗碎作业。
  关键词:颚式破碎机 电动机 定颚 动颚 连杆运动
  中图分类号:TD451 文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2013)004-044-02
  1 颚式破碎机简介
  颚式破碎机主要由机架、偏心轴、大皮带轮、飞轮、动颚、肘板、复位弹簧、固定颚板、活动颚板等组成,其中肘板起到了保险的作用。借助外力将大颗粒物料变成小颗粒物料。其工作部分由固定颚板和活动颚板组成,当活动颚板周期性地接近固定颚板时,借压碎作用破碎物料,在两颚板上的衬板有牙齿,故兼有劈碎和折断作用。
  对于不同型号的颚破有不同的应用,常见的为PE系列用于粗破,PEX系列则多用于中、细破。它们都是以电动机为动力,通过电动机皮带轮,由三角带和槽轮驱动偏轴心,使动颚按预定轨迹作往复运动,从而将由固定颚板、活动颚板和边护板组成的破碎腔内的物料予以破碎,并通过排料口给出,随着电机连续转动和周期性的压碎和排料,实现物料的批量给出。
  2 颚式破碎机的发展
  对于国内颚式破碎机的制造水平而言,有少数的产可以接近世界先进水平,而大多数仍处于低水平状态。保证颚式破碎机最佳性能的根本原因是动颚有最佳运动特性,而这个特性又是借助结构优化设计所得到的,因此,颚式破碎机结构优化设计是保证破碎机有最佳性能的根本方法。
  3 物料的破碎
  3.1 破碎比
  我们常用破碎比这个概念来衡量破碎机的破碎效果,破碎比即原料粒度与破碎后产品粒度之比,它表示破碎后原料减小的倍数。常用的破碎比计算方法为平均粒度计算:i=。其中:Dep-破碎后物料的平均直径;Dvp-破碎前物料的平均直径。这种方法得出的破碎比,能较真实地反映破碎程度。
  3.2 破碎形式
  巨大的颗粒物料采用各种不同的破碎方法,可以得到不同的产品以适用不同的工艺要求。目前,物料破碎的方法依旧是机械力破碎,主要由挤压、劈碎、折断、研磨和冲击破碎等,非机械力的破碎在当代的工业生产中还没有使用。
  4 颚式破碎机的改进
  4.1 破碎功率改进
  对于现代工业来说,降低能耗越来越受到重视,对于颚式破碎机的研究,从不同的角度有不同的的功耗学说。
  4.1.1 表面积学说
  即粉碎物料所消耗的能量与物料新生的表面积成正比,得到物料破碎所消耗的功W(J)为:W = K(-) 。其中:D0-破碎前物料粒径;d-破碎后物料粒径;K-比例系数,由试验确定。
  由上式可知,对于同一种物料在同一颚式破碎机中的比例系数是一定的,从而知道,要降低功率损耗,在破碎前物料粒径一定的情况下,增大新生物料的粒径才能较少损耗,但是有时为了满足一定的功耗要去,往往要求的新生粒径较小,此时就要求提供破碎机破碎物料的电动机达到一定的强度,这样才能满足要求,同时减少由于功率不足所造成的影响。
  4.1.2 体积学说
  在相同的条件下,将几何形状相似的物料粉碎成相似的成品时,所消耗的能量与物料体积或质量成正比,由物理层面来说,其受到的应力与应变之间的关系可近似看做线性关系,得到粉碎功W(J)为:W = 。其中: max-物料强度限;V-物料体积;E-弹性模量。由于在相同条件下物料强度限和弹性模量处于一定值,不会改变,当减小物料的体积时,则相对应的粉碎功也会减少,根据不同的体积要求提供不同能耗功的大小,达到功率的最大应用,以实现最大的利润。
  4.1.3 裂缝学说
  粉碎物料消耗的能量与物料产生的裂缝长度成正比,而裂缝又与物料粒径的平方根成反比,则得到单位质量所消耗的功W(J)为:W = W1(-)。其中:D0-给料质量80%所通过的标准筛孔尺寸的粒径;d-产品质量80%所通过的标准筛孔尺寸的粒径;W1-功指数,有试验可求得。通过减小给料标准筛孔尺寸的大小或增大产品出料口筛孔尺寸大小,都可以较少所消耗的功率。
  4.2 制造工艺改进
  4.2.1 机架重量
  国内破碎机的机重普遍高于国外同规格的破碎机。颚式破碎机机架占整机的比例很大,将其采用焊接机架甚至连动颚也采用焊接结构,这样可以再很大程度上较少机架所占整机质量的比例,从而直接减少了破碎机的重量。
  4.2.2 破碎机结构设计
  颚式破碎机的机构优化设计主要涉及:
  (1)结构参数的最佳优化。给料口的尺寸为B=(1.1~1.25)Dmax,其中Dmax为原料最大颗粒尺寸。根据要求确定最佳的给料口尺寸。动颚板与固定颚板之间的夹角叫啮角,啮角的取值范围一般控制在:17o ≤ ≤ 26o。而相对应的排料口的范围:b = (bmin + bmax) / 2,进料口的尺寸B = (Bmin +Bmax) / 2三者之间与给料口长度H之间的关系为:tan = 或H = 。根据以上公式,结合实际需要,我们就可以确定最佳的参数选择。
  (2)两颚板的布置方式。动颚板相对垂直方向倾斜一个 角,而定颚板垂直;定、动颚板分别倾斜为 1和 2角,定颚板倾斜 而动颚板垂直。三种方法各有所长,第一种最为常用,第三种能够使衬板相对动颚产生垂直推理,相对于支撑系统则至产生不大的分力。因为生产效率与tan 成反比,所以对于第二种方法,当 1 + 2 = / 2为最有利情况。
  (3)啮角的影响。从参数优化可知,较少啮角 ,增加破碎机高度,从而会增加机重。而啮角与破碎机生产率有一下关系tan = ,由式中关系可知,啮角与破碎腔高度、生产效率都成反比,提高生产效率则要求啮角较小,降低破碎腔高度则要求有大的啮角,从而这里需要找到一个最佳的设计方案。   (4)动颚行程。排料口水平行程较小时,会降低生产率,但是增大时会由于生产过压现象使破碎力急剧增大,容易导致过载造成机件损坏,所以一般取其水平行程为:S1 ≤ (0.3~0.4)bmin。
  4.3 破碎机机型分析及相应改进
  4.3.1 小型破碎机
  该机型进行启动时,应该是空负荷启动,但是当破碎腔内有物料能启动时,此时的破碎机动颚重心离回转中心较近,这样也有可能出现满负荷启动事实。而且在空负荷工作时几乎听振动的声音,说明破碎机平衡最佳,切该机采用零悬挂形式。
  小型破碎机有时违背破碎机必须空负荷启动的规定,针对这点,我们应该将破碎机的动颚重心进行调整,当破碎腔并没有存在空负荷时,将重心偏离回转中心,这样才不会使得破碎机在满负荷的时候也可以启动,影响到破碎机的使用。
  4.3.2 大破碎比破碎机
  该机是采用负悬挂,由于动颚悬挂高度降低,可用较小的偏心距,得到较大的动颚行程,从而提高产量又能降低能耗,减小动颚行程比,及减少衬板磨损。由于动颚结构紧凑、质量轻、质量中心距回转中心距离减少,产生惯性力较少,从而使破碎机易启动,运转中及机器振动和噪声显著降低,提高机器运转的平稳性。
  此类破碎机采用多目标优化设计,现代设计方法,可以提高产量、减轻机重、综合考虑偏心距、动颚悬挂高度、行程比等设计参数的相互影响,从而找到一个最佳设计方案以及最佳参数值,从而使破碎机得到最大优化。
  4.3.3 中型颚式破碎机
  对于此类型的破碎机,我们采用结构优化设计使破碎机有最佳的动颚运动特性,不仅能保证破碎机产量提高35%而且衬板的使用寿命也会延长,破碎机的总体质量大幅度下降,减少了负重。结构上,将肘座导轨受力得到改善,将它设计成受压的杠件而不是呈梁形式,从而提高它的强度,而减轻了重量。选择合适的材质和工艺,可以为破碎机效率的提高起到一定的好处。
  4.3.4 大型颚式破碎机
  该机机架为组合式焊接结构,这种机架便于安装和运输,但是加工量较大,增加机重,动颚由铸造圆筒以及焊在本身的各个筋板和前面与动颚齿板相贴盖板以及下部由一根圆钢制成的动颚上的肘座构成焊接动颚。这样使得它的使用寿命可以延长,其安装和使用也会方便很多,在工艺上也容易达到要求。
  4.4 分析小结
  破碎机的质量,主要是机械元件材质和综合机械制造工水平,对于破碎机的自动控制,对于从事这方面的人员来说是很简单地,总之,破碎机结构设计是保证破碎机有最佳性能的基本因素,结合先进的机械制造工艺就是保证最佳性能的充分条件,两者缺一不可。
  参考文献:
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