ⅢⅢ反擊式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)和校核研究摘要破碎是工業(yè)生產(chǎn)不能缺少的一步。礦石破碎便于提取，石料破碎用于混凝骨料，火電廠煤炭破碎提高燃燒率，化工原料破碎加快反應(yīng)速度等等。而反擊式破碎機(jī)的破碎方法是通過礦石在板錘和反擊板之間碰撞使原料破碎，多次碰撞使之達(dá)到想要的破碎效果。首先，本文分析了技術(shù)要求，參考文獻(xiàn)后將反擊式破碎機(jī)分為了：轉(zhuǎn)子—傳動(dòng)—反擊裝置—箱體，這幾個(gè)步驟。針對(duì)每個(gè)步驟提出方案，并進(jìn)行分析挑選，最終確定了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)系統(tǒng)，反擊裝置和箱體的設(shè)計(jì)方案。其次，根據(jù)上述方案完成了各個(gè)結(jié)構(gòu)的零部件和裝配圖的三維建模。建模步驟和上述相同，這樣就有效的排除了零部件之間的干擾。對(duì)重要零部件進(jìn)行了尺寸計(jì)算，連接件的選擇和校核，主軸的校核。最后，運(yùn)用有限元分析的方法對(duì)重要零件主軸和承重較大的箱體進(jìn)行了靜力學(xué)分析校核，并用破碎機(jī)整體數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)量。關(guān)鍵詞：破碎機(jī)；反擊式；礦山機(jī)械；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)子；反擊裝置。目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 第1章緒論1.1課題背景破碎機(jī)廣泛用于多個(gè)行業(yè)。像鐵路這樣的項(xiàng)目，在建設(shè)過程中要用到大量的砂、混凝土骨料。而且在以后的發(fā)展中，不論是基建還是礦物開采，對(duì)破碎機(jī)的要求都很高，并且對(duì)其粒型、質(zhì)量方面的要求也是越來越嚴(yán)格[1]。1.2研究的目的與意義國(guó)家的不斷強(qiáng)大，使得社會(huì)也逐漸富裕了起來，促使著基礎(chǔ)建設(shè)的進(jìn)行，而基礎(chǔ)建設(shè)對(duì)混凝土骨料的需求也加大了對(duì)破碎機(jī)的需求。然而國(guó)內(nèi)破碎機(jī)缺少自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，無創(chuàng)新，只是一味地仿造。如今受到反式破碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀制約，隨之而來的是其研究與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄?shù)據(jù)缺乏，導(dǎo)致破碎理論研究受限。模仿與借鑒支持著現(xiàn)如今我國(guó)產(chǎn)品的開發(fā)，急需完善理論的提出與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的創(chuàng)造。因此，進(jìn)行破碎理論的研究，造出屬于我們自己的反擊式破碎機(jī)，已是刻不容緩[2]。1.3反擊式破碎機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀19世紀(jì)50年代，美國(guó)生產(chǎn)了世界上第一臺(tái)破碎機(jī)，伴隨著破碎機(jī)的發(fā)展，破碎機(jī)逐漸開始應(yīng)用在更多的地方。在已有的機(jī)械基礎(chǔ)之上，德國(guó)人在20世紀(jì)20年代首先研制出了反擊式破碎機(jī)，因?yàn)槠涑錾男阅苁蛊湟恢毖赜弥两瘛ｋS著相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步和科技的突飛猛進(jìn)，誕生了更加強(qiáng)大的破碎機(jī)，能夠輕易地破碎強(qiáng)度更高的礦石?，F(xiàn)在，國(guó)際上著名的破碎機(jī)企業(yè)有：哈茲馬克，洪堡威達(dá)克，蒂森克虜伯，川崎重工等。N.Djordjevic等人對(duì)破碎機(jī)里面的礦石運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行了模擬，發(fā)現(xiàn)不同大小的礦石的能量不同，并總結(jié)了其規(guī)律。然后將這個(gè)規(guī)律運(yùn)用到實(shí)際的破碎機(jī)中，發(fā)現(xiàn)兩者的結(jié)論相同[4]。MatsLindqvist對(duì)破碎機(jī)中單個(gè)礦石進(jìn)行了分析并得出結(jié)論，再將該結(jié)論運(yùn)用與符合真實(shí)情況的多個(gè)礦石進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將得到的數(shù)據(jù)和礦物的樣本進(jìn)行對(duì)比。這種實(shí)驗(yàn)方式對(duì)后來的破碎機(jī)各種方面的設(shè)計(jì)打下了理論上的基礎(chǔ)[5]。ToniKojovic等繼續(xù)研究這項(xiàng)技術(shù)，用該項(xiàng)技術(shù)研究破碎機(jī)的磨損問題[6]。1.3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀上世紀(jì)50年代，第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)破碎機(jī)出世。如今國(guó)產(chǎn)破碎機(jī)技術(shù)含量偏低，工作性能也不如其他國(guó)家的破碎機(jī)。主要原因在于國(guó)內(nèi)制造商不愿再科研方面投入經(jīng)費(fèi)，導(dǎo)致科研手段缺乏，國(guó)內(nèi)缺少相關(guān)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)[7][8]?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)破碎機(jī)的發(fā)展以模仿為主。齊國(guó)成對(duì)礦石和板錘碰撞后進(jìn)行了力學(xué)分析，得到了工作中的礦石具體的工作情況，還得到了流道板的最佳結(jié)構(gòu)和位置，簡(jiǎn)化了破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[9]。趙麗梅等人通過調(diào)整破碎機(jī)中各個(gè)結(jié)構(gòu)系數(shù)，然后進(jìn)行模擬。得出了轉(zhuǎn)子速率和進(jìn)料速率對(duì)破碎機(jī)的產(chǎn)量的關(guān)系[10]。圖1-1CF400型反擊式破碎機(jī)以湯雙清為代表，陳波文、王定坤、朱運(yùn)玉等人協(xié)助其構(gòu)筑的幾何模型原型反映了PF1825型破碎機(jī)（圖1-2所示）的各項(xiàng)參數(shù)，將反擊板的傾角度數(shù)作為修訂值，構(gòu)建了以第一、第二、第三級(jí)反擊板傾角為變量的模擬實(shí)驗(yàn)，并得到了充足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。關(guān)于設(shè)計(jì)理論的選擇，采用Box試驗(yàn)進(jìn)行分組歸納實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。其中破碎物料的不同情況則EDEM軟件模擬統(tǒng)計(jì)斷裂鍵數(shù)數(shù)值，結(jié)合大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)思考得出反擊板傾角的變量改變與物料的斷裂鍵數(shù)之間的聯(lián)系，建立基本函數(shù)關(guān)系后構(gòu)造數(shù)據(jù)模型，最終獲得最優(yōu)的反擊板效率值。通過研究得到，破碎的能力與反擊板的傾角有關(guān)，其中第一級(jí)影響最大，后面的次之。除此之外，實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論為：PF1825里第一級(jí)10°，第二級(jí)35°，第三級(jí)30°時(shí)能得到最好的破碎效果。[11]。圖1-2PF1825反擊式破碎機(jī)李雙成，陳興媚等得出最佳參數(shù):當(dāng)TiC3.58%，TaC2.77%，Ni0.33%時(shí)，反擊板的受力情況。并且得出了這兩種材料的占比與反擊板的損耗的曲線，驗(yàn)證了仿真的結(jié)論。從而為反擊板的優(yōu)化以及降低其磨損量提供了研究基礎(chǔ)[12]。圖1-3PF1320反擊式破碎機(jī)1.4本課題的主要研究?jī)?nèi)容本課題主要研究的是礦山用反擊式破碎機(jī)，期望能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的要求。主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）參考技術(shù)要求，由內(nèi)向外的進(jìn)行破碎機(jī)的方案設(shè)計(jì)。（2）基于整體方案，進(jìn)行破碎機(jī)的詳細(xì)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。破碎機(jī)整體進(jìn)行3D建模設(shè)計(jì)。（3）開展關(guān)鍵部件仿真校核和動(dòng)力學(xué)分析。主要有關(guān)鍵機(jī)構(gòu)尺寸的理論計(jì)算以及部分電機(jī)的選擇；關(guān)鍵零部件的靜力學(xué)分析校核。第2章反擊式破碎機(jī)的方案設(shè)計(jì)2.1引言該破碎機(jī)要有滿足技術(shù)要求的破碎率，并且產(chǎn)能要符合要求。根據(jù)給出的要求完成破碎機(jī)各個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其能達(dá)到完成設(shè)計(jì)要求。本章節(jié)主要內(nèi)容是根據(jù)要求確定各結(jié)構(gòu)參數(shù)和具體結(jié)構(gòu)，完成設(shè)計(jì)。2.2反擊式破碎機(jī)主要技術(shù)要求（1）礦石最高抗壓強(qiáng)度：120-300Mpa；（2）最大給料粒度800mm；（3）最大出料粒度60mm；（4）轉(zhuǎn)子線速度：20-30m/s；（5）產(chǎn)量：50-150t/h。2.3反擊式破碎機(jī)方案設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子架、反擊錘及板錘緊固裝置構(gòu)成。由于該破碎機(jī)屬于中型高硬破碎機(jī)，考慮到轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，采用厚鋼板疊合的轉(zhuǎn)子。將鋼板和壁管先定位，再進(jìn)行焊接，并用硬質(zhì)合金耐磨材料強(qiáng)化。為使質(zhì)量集中在轉(zhuǎn)子外緣，增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，厚鋼板數(shù)不宜過多，但考慮到強(qiáng)度問題也不能過少。如果轉(zhuǎn)子的質(zhì)量太大，則對(duì)電機(jī)的要求會(huì)變高，甚至無法啟動(dòng)，而轉(zhuǎn)子治療太小的話又會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)慣量不足，而使破碎效果變差，所以轉(zhuǎn)子質(zhì)量應(yīng)當(dāng)和電機(jī)功率綜合考慮。目前已有的資料無法準(zhǔn)確的確定的電機(jī)功率[13]?？梢酝ㄟ^幾種不同規(guī)格反擊式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量和電動(dòng)機(jī)功率之比來確定轉(zhuǎn)子質(zhì)量和電機(jī)功率之間的關(guān)系，如表2-1所示[14]。表2-1反擊式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)型號(hào)轉(zhuǎn)子質(zhì)量（Kg）反擊錘錘質(zhì)量(Kg)反擊錘質(zhì)量(Kg)反擊錘與轉(zhuǎn)子總質(zhì)量比值（%）電動(dòng)機(jī)功率（Kw）轉(zhuǎn)子質(zhì)量與電動(dòng)機(jī)功率比值（Kg/kw）PF10072010120120×4=48023.87526.8PF12145719181181×8=144825.318031.8PF13158130319319×8=255231.426031.3從上表數(shù)據(jù)可以得到破碎機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量和電機(jī)功率基本匹配，滿足M/P≈31kg/kW，所以電機(jī)功率可以在轉(zhuǎn)子質(zhì)量確定后確定。反擊式破碎機(jī)板錘工作時(shí)受到?jīng)_擊，工作環(huán)境差，極易磨損，普通鑄鐵無法滿足要求，KaushalKishore對(duì)板錘進(jìn)行研究后得出了板錘的主要損耗原因，并且提出解決方案：向板錘中加入合金，這樣就能提高板錘強(qiáng)度，減少損耗，KmTBCr26在強(qiáng)度和韌性上可以滿足工作要求，不易磨損，破碎高硬度材料時(shí)，能使用很長(zhǎng)時(shí)間[16]。由于該破碎機(jī)需要破碎高硬礦石，所以板錘采用高鉻鑄鐵KmTBCr26[17]。板錘的固定方法有以下幾種：螺栓緊固法。用螺栓將其固定在座上（圖2-1a）。連接件之間用斜面接觸，而且沖擊基本來自正面，這樣可以減少螺栓受到的剪力，增加使用時(shí)間，減少板錘脫落而引發(fā)的危險(xiǎn)。嵌入緊固法。板錘一側(cè)的兩條肋與轉(zhuǎn)子的槽相配合（圖2-1b），使其徑向固定，斜鐵頂在板錘另一側(cè)肋的空隙中可以實(shí)現(xiàn)軸向固定，只要固定好斜鐵就實(shí)現(xiàn)了板錘的緊固。該結(jié)構(gòu)板錘拆卸方便易于更換，制作容易。楔塊緊固法。通過楔塊插入空隙實(shí)現(xiàn)緊固。楔塊緊固法拆卸方便剋以減少轉(zhuǎn)子的損壞，緊固也比較牢固。但用于連接的螺栓螺紋容易失效，斷裂。這時(shí)，會(huì)使板錘不易拆下。為了解決這個(gè)問題，可以將螺栓改為液壓（圖2-1d)。這種方法更換簡(jiǎn)便，維護(hù)方便。abcd圖2-1板錘緊固方法螺栓緊固法雖然板錘利用率高，但是拆卸不便，且不適宜高沖擊的載荷，而嵌入緊固法拆卸方便工作可靠適合高沖擊載荷，所以采用嵌入緊固法。轉(zhuǎn)子與主軸之間使用脹緊套連接。脹緊聯(lián)結(jié)套不需要其他零件就能起到傳動(dòng)的作用，螺栓擰緊時(shí)會(huì)使內(nèi)套向內(nèi)抱，外套向外脹，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)結(jié)[18]，不僅拆卸方便，還能起過載保護(hù)的作用。由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量大，運(yùn)行時(shí)沖擊大，故采用滾子軸承。每天工作八小時(shí)，滿載荷使用。綜合考慮采用調(diào)心滾子軸承。2.3.2破碎腔方案設(shè)計(jì)破碎腔結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖2-2所示。其中包含的結(jié)構(gòu)有用于進(jìn)料的導(dǎo)板，反擊板還有反擊板與轉(zhuǎn)子之間的空間。圖2-2破碎腔結(jié)構(gòu)參數(shù)其中導(dǎo)板傾角β與破碎機(jī)高和物料下滑速度成正比的。在其他情況允許的情況下，宜取小值，降低破碎機(jī)高度，減小破碎機(jī)質(zhì)量。反擊板是關(guān)鍵工作部件之一，其工作條件惡劣，磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)變形[10]，當(dāng)反擊板中TiC含量為3.58%，TaC含量為2.77%，Ni含量為0.33%時(shí)，反擊板的磨損最小。每塊反擊板由兩顆螺栓緊固定在反擊板架上，而反擊板架通過彈簧調(diào)節(jié)裝置固定在上箱上。反擊板的結(jié)構(gòu)是使破碎機(jī)的效果發(fā)生改變的一個(gè)主要因素[19]。2.3.3箱體方案設(shè)計(jì)下箱是轉(zhuǎn)子的主要承重件，轉(zhuǎn)子工作中的旋轉(zhuǎn)和承受的沖擊會(huì)全部傳導(dǎo)到下箱體上，所以下箱體需要既能承重，又穩(wěn)定所以不能采用焊接件。為了便于運(yùn)輸，將下箱體拆卸為前后左右四塊，各塊之間通過槽聯(lián)結(jié)，軸承座處用肋板加固。上箱體主要起固定反擊板和進(jìn)料的作用，兩個(gè)反擊板都采用一根軸和兩個(gè)調(diào)整桿固定在上箱體上，既能實(shí)現(xiàn)反擊板的固定，還能起到緩沖的作用。上箱體的進(jìn)料口工作環(huán)境差，磨損嚴(yán)重。如果進(jìn)料導(dǎo)板是上箱體則會(huì)因?yàn)槟p而更換整個(gè)上箱體，所以將其換位可更換的襯板。上箱體與下箱體之間采用兩個(gè)圓空定位，箱體內(nèi)部由于礦石飛濺，也容易損壞，所以內(nèi)部采用小襯板加固，損壞時(shí)便于更換。上箱兩側(cè)還應(yīng)開兩個(gè)觀測(cè)窗，能觀測(cè)到破碎機(jī)內(nèi)部襯板和板錘的破損情況，以便及時(shí)更換。2.4本章總結(jié)本章首先確定了反擊式破碎機(jī)的技術(shù)要求，并確定了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)破碎腔結(jié)構(gòu)及箱體的方案設(shè)計(jì)。在第三章中，會(huì)按照這些方案進(jìn)行各個(gè)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)。第3章反擊式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1引言在第2章中，對(duì)反擊式破碎機(jī)各主要部分的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，本章則更具這些方案進(jìn)行各部分的具體設(shè)計(jì)，確定零部件尺寸及大小，完成反擊式破碎機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.2反擊式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求該破碎機(jī)為大型高硬中碎破碎機(jī)。選用單轉(zhuǎn)子反擊式破碎機(jī)。轉(zhuǎn)子直徑如公式（3-1）所示[15]：D=1.85式中Dmax——最大給料粒度，mm。單轉(zhuǎn)子時(shí)將公式（3-1）中結(jié)構(gòu)乘以2/3。轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度L和直徑D成比例關(guān)系，可由公式（3-2）確定。此時(shí)取0.7.L初定直徑D=1050mm，長(zhǎng)度=750mm為達(dá)到破碎的目的，轉(zhuǎn)子必須具有足夠的質(zhì)量，且質(zhì)量應(yīng)該主要分布在外圓。因此轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是空心的，若為實(shí)心會(huì)使質(zhì)量集中在中心部分，且會(huì)使轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏大，導(dǎo)致不能啟動(dòng)。經(jīng)過設(shè)計(jì)[20]，轉(zhuǎn)子板錘架如圖3-1所示：圖3-1轉(zhuǎn)子板錘架初定直徑D=1050mm，則半徑為525mm，該半徑是轉(zhuǎn)子中心到板錘尖端的的長(zhǎng)度，又因?yàn)橐紤]板錘要比板錘架長(zhǎng)一段，以保證破碎效果，所以初定板錘架為一個(gè)內(nèi)接于直徑為1050的圓的正方形，再?gòu)恼叫蔚乃膫€(gè)角上切出空隙用作板錘固定部位。如圖3-2所示。圖3-2板錘架工作時(shí)，物料沖擊板錘，板錘再將沖擊傳遞到板錘座上，所以板錘座需要比較高的強(qiáng)度，所以將板錘架上受板錘沖擊的部位加大拉伸貫通。得到的板錘架結(jié)構(gòu)如圖3-3所示：圖3-3板錘架結(jié)構(gòu)板錘為一個(gè)長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，為使其能固定在板錘架上，他的一側(cè)有兩條通肋，與板錘架的兩個(gè)槽配合，另一側(cè)是一條有三個(gè)缺口的肋，缺口正好對(duì)應(yīng)的是板錘架的三片厚鋼板。如圖3-4所示：圖3-4板錘結(jié)構(gòu)斜鐵主要是防止板錘軸向竄動(dòng)，并且緊固板錘，使其不會(huì)晃動(dòng)，所以斜鐵做成楔形，為防止其向下移動(dòng)在斜鐵內(nèi)部擰上螺栓，螺栓底部頂在板錘架上，就能軸向固定住斜鐵。如圖3-5所示：圖3-5斜鐵結(jié)構(gòu)斜鐵擋板的作用是防止斜鐵從側(cè)面掉出，使板錘掉落，所以其通過螺栓固定在板錘架上，伸出的部分限制了斜鐵的軸向移動(dòng)。如圖3-6所示：圖3-6斜鐵擋板板錘數(shù)目與轉(zhuǎn)子直徑成類正比。具體板錘數(shù)由公式（3-3）得到。z=式中δ1——厚度，m；δ2——座厚度，m；z——數(shù)目；n——轉(zhuǎn)速，r/min；h——板錘高度，m；g——重力加速度，m/s2；D——轉(zhuǎn)子直徑，m；H——物料下落高度，m。計(jì)算得z≈4，所以板錘數(shù)為4。板錘通過嵌入緊固方式固定在板錘架上。圖3-7板錘裝配體主視圖圖3-8板錘裝配圖俯視圖1-轉(zhuǎn)子板錘架2-板錘3-斜鐵擋板4-斜鐵板錘有兩條肋的一面與轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)的槽嵌合，防止板錘上下移動(dòng)；斜鐵與板錘一條肋上的空隙配合，固定板錘防止板錘軸向竄動(dòng)；斜鐵中心有通孔，插入螺栓，螺栓底部與轉(zhuǎn)子接觸，防止斜鐵向下移動(dòng)；兩塊斜鐵擋板將斜鐵與轉(zhuǎn)子固定，防止斜鐵側(cè)向移動(dòng)。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成，估算轉(zhuǎn)子總質(zhì)量。由solidworks裝配圖得到，板錘架體積：0.1186m3，板錘體積：0.0184×4m3，斜鐵體積：0.00419×12m3，斜鐵擋板體積：0.000229×24m3。得到的轉(zhuǎn)子如圖3-9所示。圖3-9轉(zhuǎn)子裝配圖板錘采用高鉻鑄鐵KmTBCr26。其他部分皆采用鑄鋼。破碎時(shí)，物料打擊位置距離板錘頂端越近，破碎效果越好。由計(jì)算得板錘架質(zhì)量：925kg，板錘質(zhì)量：567kg，斜鐵質(zhì)量：90kg，斜鐵擋板質(zhì)量：54kg，轉(zhuǎn)子整體質(zhì)量為1635kg。3.2.2主軸的設(shè)計(jì)由表1可得公式（3-4）。M式中M——轉(zhuǎn)子總質(zhì)量，kg；P——電動(dòng)機(jī)功率，kW。由該式可得破碎機(jī)功率為53kW，但由于此破碎機(jī)相對(duì)于表1中的其他三個(gè)板錘質(zhì)量占比更大，且板錘質(zhì)量比PF1007更大，因此初定電動(dòng)機(jī)功率90kW。目前已有資料中由于初估軸徑只考慮轉(zhuǎn)矩，且破碎機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量大，彎矩相應(yīng)也比較大，所以初估軸徑不準(zhǔn)確，但也可以用來最小軸徑。初估軸徑公式如（3-5）所示：D≥C式中d——軸徑，mm；n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min；C——由許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定的系數(shù)。由公式（3-4）所得軸徑為100mm，由于未計(jì)算彎矩，偏小且偏差較大，綜合三維圖初定軸頸140mm。轉(zhuǎn)子扭矩由公式（3-6）得到Mn=3.78kN?m。Mn=9550主軸配合處軸徑為160mm左右，綜合考慮采用ZJ2型脹緊聯(lián)結(jié)套如圖3-10所示，具體參數(shù)為d=160mm，D=210mm，l=34mm，L=38，L1=52，額定轉(zhuǎn)矩Mt=28kN?m。圖3-10ZJ2型脹緊聯(lián)結(jié)套主軸與轉(zhuǎn)子之間用定位環(huán)定位，再用脹緊套聯(lián)結(jié)，主軸與轉(zhuǎn)子之間無任何接觸，如圖3-11所示。圖3-11轉(zhuǎn)子與脹緊聯(lián)結(jié)套1-轉(zhuǎn)子2-定位環(huán)3-主軸4-脹緊聯(lián)結(jié)套轉(zhuǎn)子質(zhì)量大，運(yùn)行時(shí)沖擊大，考慮采用滾子軸承。預(yù)計(jì)每天工作時(shí)常八小時(shí)，滿載荷使用，預(yù)期壽命20000~30000h。主軸配合部位軸徑為160mm左右，選用調(diào)心滾子軸承241300（如圖3-12所示）。主要參數(shù)：D=250，d=150，B=100，r=2.1。圖3-12調(diào)心滾子軸承3.2.3破碎腔的設(shè)計(jì)破碎腔結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖3-13所示。圖3-13破碎腔結(jié)構(gòu)參數(shù)由相關(guān)資料[21]可得到表3-1參數(shù)。表3-1破碎腔主要結(jié)構(gòu)參數(shù)β/（°）α/（°）δ/（°）γ/（°）θ1/（°）θ2/（°）le1mine2min45~61321~262~7515~21＞62≤910.15D~0.2D0.01D0.1Dα=31°~50°左右，α取較小時(shí)能使反擊板的最高點(diǎn)更低，使得破碎機(jī)更低，所以α=30°。板錘外圓切線角δ一般取2°左右。反擊板架相對(duì)位置如圖3-14所示。圖3-14反擊板架結(jié)構(gòu)及相對(duì)位置由于反擊板也是易損件，所以需要和反擊板架分開，便于更換損壞的反擊板，反擊架如圖3-15所示。圖3-15反擊板架由于反擊板和板錘的工作情況相同，所以采用和板錘同樣的材料。反擊版的受擊面傾斜一定角度，這樣可以增加反擊板整體的折線度，提高破碎效果。反擊板結(jié)構(gòu)如圖3-16所示。圖3-16反擊板反擊板通過螺栓與板架連接，便于更換和安裝，每一塊反擊板之間留一定的空隙，防止反擊板之間相互擠壓損壞。反擊板整體裝配圖如圖3-17所示。圖3-17反擊板裝配體反擊板的懸掛裝置有三種形式:拉桿自重式?？孔陨碇亓_(dá)到平衡使其穩(wěn)定在工作位置。拉桿彈簧式。通過彈簧的存儲(chǔ)的彈力使其的穩(wěn)定在工作位置。液壓式。利用液壓裝置使其穩(wěn)定在工作位置位置。拉桿彈簧式中反擊板的穩(wěn)定位置是通過彈簧提前儲(chǔ)備的壓力來達(dá)到的，預(yù)壓力通過穩(wěn)定時(shí)合力零得到。礦石與反擊板沖擊所產(chǎn)生的力Fc（N）可由式（3-7）算得。Ft=式中m——物料塊質(zhì)量，kg；v——轉(zhuǎn)子圓周速度，m/s；K2——恢復(fù)系數(shù)，0＜K2＜1；t——沖擊時(shí)間，s；R——礦塊半徑，m。物料塊質(zhì)量可按下述確定：物料經(jīng)撞擊后是平分的，如圖3-18所示。每次撞擊后的物料質(zhì)量是撞擊前的一半，設(shè)第n次撞擊時(shí)質(zhì)量為mn，為計(jì)算方便，取平均值：m式中n——物料塊數(shù)。圖3-18反擊裝置的平衡反擊板整體所受的沖擊力可按式（3-10）確定：F式中K3——修正系數(shù)，取0.5~0.7；μ——不均勻系數(shù)，μ=0.1~0.25；j——撞擊物料塊數(shù)。自重W（N）為：W=式中l(wèi)——反擊板懸掛軸心到其下端點(diǎn)的距離，m；e——反擊板懸掛軸心到其重力作用線的距離，m。該破碎機(jī)采用彈簧調(diào)節(jié)裝置，故此時(shí)的自重為彈簧的預(yù)壓力。反擊版懸掛裝置如圖3-19所示：圖3-19反擊板懸掛裝置3.2.4下箱體的設(shè)計(jì)在第二章中確定了下箱體采用分塊拼接的結(jié)構(gòu)。首先要使下箱穩(wěn)定，則底座應(yīng)該較寬，要能承重則軸承座處要有肋板強(qiáng)化。結(jié)合設(shè)計(jì)完成的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和軸承的尺寸后確定下箱內(nèi)部尺寸為寬860mm，長(zhǎng)1590mm。得到的下箱體如圖3-20、21、22所示：圖3-20下箱側(cè)板圖3-21下箱后板圖3-22下箱前板下箱裝配圖所示：圖3-23下箱體裝配圖1-軸承座固定處2-定位機(jī)構(gòu)四個(gè)下箱板之間通過鍵槽聯(lián)結(jié)，軸承座固定處由肋板加強(qiáng)，下箱和上箱之間的定位由圖3-23-2所示的機(jī)構(gòu)用銷定位。箱體部破碎腔中，破碎過程中飛濺的礦石部分會(huì)擊打在箱體內(nèi)部，破壞箱體內(nèi)壁，故箱體內(nèi)部用襯板加強(qiáng)，能防止箱體受到破壞，而襯板損壞時(shí)可以替換單個(gè)襯板。襯板通過螺栓連接在箱體上，襯板如圖3-24所示圖3-24襯板箱體上由多個(gè)襯板組裝覆蓋所有可能會(huì)被礦石擊中的部位，每塊襯板之間間隔一定距離，防止襯板之間傳遞沖擊，擠壓變形。下箱側(cè)板襯板裝配如圖3-25所示:圖3-25下箱側(cè)板襯板裝配體3.2.5上箱的設(shè)計(jì)由于上箱除了懸掛反擊裝置之外不承受任何載荷，故上箱可采用整體結(jié)構(gòu)，通過焊接連接。上箱體進(jìn)料口處流出進(jìn)料導(dǎo)板的空隙，并加肋板強(qiáng)化，側(cè)面留出兩個(gè)觀察窗，方便觀察襯板和板錘是否損壞。兩側(cè)有四個(gè)掛鉤，方便安裝，后面又用于和下箱定位的結(jié)構(gòu)。上箱結(jié)構(gòu)如圖3-26所示：圖3-26上箱體1-掛鉤2-觀測(cè)窗3-導(dǎo)板安放處4-定位結(jié)構(gòu)與下箱體相同，上箱內(nèi)部也需要用襯板保護(hù)，襯板如圖3-27所示：圖3-27上箱襯板裝配圖3.3反擊式破碎機(jī)總成經(jīng)過反擊式破碎機(jī)各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與部分結(jié)構(gòu)計(jì)算與校核，最終設(shè)計(jì)出的反擊式破碎機(jī)如圖3-28所示。圖中為了便于觀察將上箱半透明，一側(cè)襯板隱藏。圖3-28總裝配圖3.4產(chǎn)量計(jì)算轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)產(chǎn)出的排料的量就是破碎機(jī)生產(chǎn)率，如式（3-12），（3-13）所示：V=LQ=60nL式中V——物料體積，m3；L——轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度，m；h——板錘伸出高，m；e——最小間隙，m；d——最大排料粒度，m；Z——板錘數(shù)；n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；Q——生產(chǎn)率，m3/h；K——物料不均勻系數(shù)，K=0.1。其中L=0.75m，h=0.12m，e=0.04m，d=0.06m，n=227r/min，Z=4。計(jì)算得Q=29m3/h。礦石密度一般在3.5~5t/m3。最后得到產(chǎn)量為87~145t/h，符合要求。3.5本章總結(jié)本章按第二章的方案進(jìn)行了反擊式破碎機(jī)的具體設(shè)計(jì)，具體包括轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、反擊裝置設(shè)計(jì)、箱體設(shè)計(jì)以及箱體內(nèi)襯的加固設(shè)計(jì)。對(duì)破碎機(jī)中重要部件進(jìn)行了尺寸計(jì)算，包括轉(zhuǎn)子尺寸，脹緊聯(lián)結(jié)套的選型計(jì)算，軸承選型計(jì)算及壽命校核和主軸計(jì)算校核。分析了主要部件的材料組成。最后用破碎機(jī)整體數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)量，得到的產(chǎn)量也符合要求。至此反擊式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成。關(guān)鍵零部件的校核4.1引言在第三章中完成了反擊式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在本章節(jié)中將對(duì)破碎機(jī)中受力較大的主要部件進(jìn)行靜力學(xué)分析并校核。4.2關(guān)鍵部件的校核4.2.1主軸的校核主軸如圖4-1所示。質(zhì)量237kg。圖4-1主軸1-皮帶輪配合處2-軸承配合處3-脹緊套配合處4-定位環(huán)5-處于轉(zhuǎn)子筒內(nèi)部分未與轉(zhuǎn)子同內(nèi)壁接觸轉(zhuǎn)子受力如圖4-2所示。圖4-2轉(zhuǎn)子軸受力分析圖中O1，O2點(diǎn)為脹緊聯(lián)結(jié)套配合處，R1，R2為軸承支點(diǎn)。其中L=1110mm，L1=L2=141mm。主軸校核由公式（4-1）~（4-3）所示：F=其中FF式中F1——轉(zhuǎn)子重力，N；F2——轉(zhuǎn)子外端的圓周力，N；F3——板錘的不平衡力，N；K0——沖擊系數(shù)；P——電機(jī)功率，Kw;n——轉(zhuǎn)速，r/min；r——半徑，m；r1——滾動(dòng)面半徑，m；μ——摩擦阻力系數(shù)，取0.3。計(jì)算得：F1=16023N，F(xiàn)2=7200N，F(xiàn)3=45.42N，F(xiàn)=34903N。作用在主軸上的彎矩Mw（N?m）如公式（4-4）所示：M作用在主軸上的扭矩Mn（N?m）如公式（4-5）所示：M作用在軸上的當(dāng)量應(yīng)力бe如公式（4-6）所示：б由上述公式計(jì)算得бe=23.4＜40，符合條件。4.2.2軸承壽命校核公式（4-7）~（4-8）所示：LP=3式中Lh——額定壽命，h；fT——溫度系數(shù)，取0.9；fP——載荷系數(shù)，取3；C——基本額定動(dòng)載荷，該軸承為1580N；P——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；ε——壽命指數(shù)，滾子軸承取10/3；計(jì)算得Lh=26580h符合條件。4.3關(guān)鍵部件的有限元分析4.3.1主軸的靜力學(xué)分析主軸在工作時(shí)由調(diào)心滾子軸承穩(wěn)定在機(jī)箱上，通過圖36-1處傳遞扭矩，主軸所受扭矩由式（11）得出Mn=3780N?M，受力如圖4-3所示：圖4-3主軸受力1-承受扭矩處2-軸承固定處生成主軸網(wǎng)格如圖4-4所示：圖4-4主軸網(wǎng)格運(yùn)行算例，得到如圖4-5所示結(jié)果圖4-5受力變形圖圖4-5中傳遞扭矩端產(chǎn)生了變形，因?yàn)樽冃伪壤?655.43，所以實(shí)際變形幾乎可以忽略不記。由右邊可以得到屈服力為6.204×108N/m2，而最大受力為2.838×107N/m2。滿足要求。4.3.2下箱體的靜力學(xué)分析下箱體主要承受整個(gè)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，包括轉(zhuǎn)子，主軸，軸承及兩個(gè)軸承座?？傎|(zhì)量約為2000kg，則重力為19600N，兩個(gè)下箱側(cè)板平分質(zhì)量，則每個(gè)板受力為9800N。如圖4-6所示：圖4-6下箱側(cè)板受力下箱體由底部固定，軸承座固定出受壓力。結(jié)果如圖4-7所示：圖4-7下箱側(cè)板變形圖圖中變形比例為5843，故下箱側(cè)板變形也可忽略不計(jì)。滿足要求。4.4本章總結(jié)本章是先運(yùn)用力學(xué)校核了軸和軸承，再運(yùn)用力學(xué)分析有限元法對(duì)主軸和受力較大的下箱進(jìn)行了靜力學(xué)分析，分析結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能符合條件。結(jié)論本課題基于已有要求設(shè)計(jì)出反擊式破碎機(jī)，包括原料粒度，排料粒度，原料硬度和產(chǎn)量。在分析了國(guó)內(nèi)外已有的反擊式破碎機(jī)及其發(fā)展現(xiàn)狀，深入了解學(xué)習(xí)了反擊式破碎機(jī)等相關(guān)的礦山機(jī)械理論知識(shí)后，完成了本文的反擊式破碎機(jī)方案設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取得了如下成果：（1）根據(jù)技術(shù)要求確定了反擊式破碎機(jī)的各個(gè)結(jié)構(gòu)方案，并對(duì)其中一些方案案進(jìn)行了分析對(duì)比。（2）根據(jù)已有方案完成了反擊式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)部分結(jié)構(gòu)完成了理論計(jì)算，最終完成了反擊式破碎機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（3）運(yùn)用有限元分析對(duì)破碎機(jī)中關(guān)鍵部件和受力部件進(jìn)行了靜力學(xué)分析。計(jì)算了該反擊式破碎機(jī)的產(chǎn)量。該破碎機(jī)的設(shè)計(jì)思路是先設(shè)計(jì)最主要的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，接下來是傳動(dòng)系統(tǒng)，然后是反擊裝置，最后進(jìn)行箱體設(shè)計(jì)。這樣從內(nèi)到外，從最重要的結(jié)構(gòu)到箱體的方法，使得設(shè)計(jì)思路清晰明了，降低設(shè)計(jì)難度。并且這樣的設(shè)計(jì)思路會(huì)減少結(jié)構(gòu)之間的干涉，減少了魚和熊掌不可兼得的情況。參考文獻(xiàn)唐春梅.反擊式破碎機(jī)的發(fā)展[J].科技資訊,2008(23):33.李本仁.反擊式破碎機(jī)的發(fā)展[J].礦山機(jī)械,2001(10):6-8+4.王宏勛，吳建明，袁海生.粉碎工程及其加工設(shè)備的進(jìn)展.金屬礦山,2005.8N.Djordjevic，F(xiàn).N.Shi，R.D.Morrison.Applyingdiscreteelementmodellingverticalandhorizontalshaftimpactcrushers[J].MineralsEngineering，2003，(16):983-991.MatsLindqvist.Energyconsiderationsincompressiveandimpactcrushingofrock[J].MineralsEngineering，2008，(21):631-641.FengnianShi，ToniKojovic.Validationofamodelforimpactbreakageincorporatingparticlesizeeffect[J].Int.J.Miner.Process，2007，(82):156-163.李本仁.當(dāng)前國(guó)際破碎機(jī)械的動(dòng)態(tài)及破碎技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J].礦山機(jī)械,2002(7):9-10李本仁.砂石場(chǎng)常見破碎機(jī)械的國(guó)內(nèi)外差距探討[J].工程機(jī)械與維修,2005(7):70-72ShuliTeng，PengWang，QiZhang，CostasG