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1、中国矿业大学徐海学院本科生毕业设计姓 名：高明峰 学 号：22080981专 业：机械工程及其自动化设计题目：颚式破碎机专题：指导老师：杨建华 职称：讲师毕业设计（论文）中文摘要摘要：复摆颚式破碎机的出现已有140多年的历史,经过人们长期的实践和不断完善与改进,其结构型式和机构参数，复摆鄂式破碎机结构简单、制造容易、工作可靠、使用维修方便等优点，所以在冶金、矿山、建材、化工、煤炭等行业使用非常广泛。随着现代化的发展，各工业部门对破碎石的需求进一步增长，研究复摆鄂式破碎机具有很重要的意义。本毕业设计主要是目的是对传统的复摆颚式破碎机进行改进和优化，设计的主要内容包括主要机构件，零件的设计和保护装
2、置的设计。本毕业设计论文共分为七章，第一章介绍本论文所选课题的研究意义及现状；第二章介绍复摆颚式破碎机的特点、原理、使用维护及操作注意事项；第三章介绍复摆颚式破碎机主要参数的选择和计算；第四章介绍复摆颚式破碎机主要零件的运动学与动力学分析；第五章 主要零部件的设计与校核；第六章控制与保护系统的设计；第七章总结与展望；关键词：复摆颚式破碎机；破碎力；破碎腔设计、轴设计、PLC控制摘要ABSTRACT目录第1章 绪论41.1 概述复摆颚式破碎机发展历程及现状41.2 论文研究的内容4第2章 复摆颚式破碎机的基本内容42.1复摆颚式破碎机破碎机的简介42.2复摆颚式破碎机的特点42.3复摆颚式破碎机
3、的用途42.4复摆颚式破碎机的工作原理42.5复摆颚式破碎机的使用与维护42.6复摆颚式破碎机的操作注意事项4第3章 复摆颚式破碎机主要参数的选择和计算43.1啮角43.2排料口尺寸43.3 动颚的摆动行程及行程比值53.4偏心距53.6传动角53.7偏心轴的转速53.8生产能力53.9电动机功率与选择5第4章 复摆颚式破碎机主要零件的运动学与动力学分析54.1破碎力的确定54.1.1破碎力的性质54.1.2最大破碎力及位置54.1.3破碎机机构受力分析54.2 破碎机的运动学及动力学分析54.2.1位置分析54.2.2速度分析64.2.3加速度分析64.2.4惯性力和惯性力矩64.2.5破碎
4、机的平衡64.2.6弹簧及拉杆的计算6第5章 主要零部件的设计与校核65.1 活动颚板的工作过程分析和设计65.1.1动颚的机构设计65.1.2动颚的有限元分析65.1.3动颚的强度刚度校核65.2 机架的设计65.2.1机架的机构形式65.2.2机架的前、侧、后壁的结构设计65.2.3机架强度校核65.3 肘板、肘垫与板齿的设计75.4 主轴设计校核、轴承计算选择、键的校核75.4.1要求最小轴的计算、结构设计及强度校核75.4.2轴承当量载荷计算75.4.3轴承寿命计算75.5 飞轮的设计计算75.6 破碎机卸料口间隙调整装置设计7第6章 控制与保护系统的设计76.1 液压缸的设计，电磁阀
5、的选择76.2 plc程序的编写7第7章 总结与展望7第1章绪论1.1课题研究的意义，国内外研究现状、水平和发展趋势 随着我国国民经济的快速发展，矿产资源的综合利用技术与其产业迅猛前进，到1999年我国已建成10 879座国有大中型矿山和227 854个乡镇集体企业，全国矿石采掘总量超过50亿吨，矿业总产值为4 000亿元。 物料的破碎是许多行业(如冶金、矿山、建材、化工、陶瓷筑路等)产品生产中不可缺少的工艺过程。由于物料的物理性质和结构差异很大,为适应各种物料的要求,破碎机的品种也是五花八门的。就金属矿选矿而言,破碎是选矿厂的首道工序,为了分离有用矿物,不但分为粗碎、中碎、细碎,而且还要磨矿
6、。因为破碎是选矿厂的耗能大户(约占全厂耗电的50%),为了节能和提高生产效率,所以提出了“多碎少磨”的技术原则。这使破碎机向细碎、粉碎和高效节能方向发展。 另外随着工业自动化的发展,破碎机也向自动化方向迈进(如国外产品已实现机电液一体化、连续检测,并自动调节给料速率、排矿口尺寸及破碎力等)。随着开采规模的扩大,破碎机也在向大型化发展,如粗碎旋回破碎机的处理能力已达6000th。至于新原理和新方式的破碎(如电、热破碎)尚在研究试验中,暂时还不能用于生产。对粗碎而言,目前还没有研制出更新的设备以取代传统的颚式破碎机和旋回式破碎机,主要是利用现代技术,予以改进、完善和提高耐磨性,达到节能、高效、长寿
7、的目的。细碎方面新机型更多些。总的来看,值得提出的有:颚式破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎机和辊压机。而应用最广泛的就是鄂式破碎机。传统的颚式破碎机由于具有结构简单、工作可靠、制造容易、维修方便、价格低廉、适用性强等优点,所以在工业上得到广泛应用。其缺点是非连续性破碎、效率较低,破碎比较小,给矿不均匀引起颚板磨损不均匀等。针对其缺点,各国都在以下几方面加以改进:优化结构与运动轨迹改进破碎腔型,以增大破碎比,提高破碎效率,减少磨损,降低能耗,现已普遍应用高深破碎腔和较小啮角;改进了动颚悬挂方式和衬板的支承方式,改善了破碎机性能;颚板采用了新的耐磨材料,降低了磨损消耗;提高了自动化水平(可自动调节、
8、过载保护、自动润滑等)。同时也出现了一些新的机型,如双腔双动颚式破碎机,其破碎比可达,排料口调节方便,产量大;复摆鄂式破碎机,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%。还有筛分颚式破碎机,把筛分和破碎结合为一体,不仅可简化工艺流程,且能及时将已达粒度要求的物料从破碎腔中排出,减轻了破碎机的堵塞和过粉碎,提高了生产能力,降低了能耗。在大型化方面国内外都已生产1500mm2100mm规格的颚式破碎机。而我们在这个设计中主要是为了满足进料口尺寸：；出料口尺寸：；进料块最大尺寸：；产量：。的要求老满足生产的需要。1.2 论文主要研究内容课题的主要内容有：阅读相关文献，论文调研、翻
9、译、收集资料，掌握复摆颚式破碎机的相关理论；整理资料，学习相关理论知识，并完成开题报告；完成总体结构设计；完成主要零部件的设计计算；绘制总装图及部分部件图；毕业设计说明书；翻译外文资料一篇；工厂实习23周。第2章 复摆颚式破碎机的基本内容2.1复摆颚式破碎机破碎机的简介复摆鄂式破碎机的动鄂，是直接悬挂在偏心轴上的饿，是曲柄连杆机构，没有单独的连杆。由于动鄂是由偏心轴的偏心直接带动，所以活动鄂板可同时做垂直和水平的复杂摆动，鄂板上各点的摆动轨迹是由顶部的接近圆形连续变化到下部的椭圆形，越到下部的椭圆形越扁，动鄂的水平行程则由下往上越来越大的变化着，因此对石块不但能起压碎、劈碎，还能起辗碎作用。由
10、于偏心轴的转向是逆时针方向，动鄂上各点的运动方向都有利于促进排料，因此破碎效果好，破碎率较高、产品粒度均匀且多呈立方体。2.2复摆颚式破碎机的特点 复摆颚式破碎机的机构属于四杆机构中曲柄摇杆机构的应用,曲柄为主动件。颚式破碎机以结构简单、性能可靠、维修方便,生产率高，结构简单可靠，破碎比较大（一般为68），外形尺寸较小，零件检查和更换较容易，操作维护简便，不用较高技术水平的工人就可嫩能够操作，应用范围广，与其他类型破碎机比较，不容易堵塞。因此物料粉碎行业广泛应用。2.3复摆颚式破碎机的用途适用于冶金、建筑、筑路、化学及硅酸盐行业中原料的破碎，可以破碎中等和中等硬度以上的各种矿石和岩石。液压圆锥
11、破破碎比大、效率高、能耗低，产品粒度均匀，适合中碎和细碎各种矿石，岩石。2.4复摆颚式破碎机的工作原理 电动机驱动皮带和皮带轮，通过偏心轴使动颚上下运动，当动颚上升时肘板与动颚间夹角变大，从而推动动颚板向固定颚板接近，与其同时物料被压碎或劈碎，达到破碎的目的；当动颚下行时，肘板与动颚夹角变小，动颚板在拉杆，弹簧的作用下，离开固定颚板，此时已破碎物料从破碎腔下口排出。随着电动机连续转动而破碎机动颚作周期运动压碎和排泄物料，实现批量生产。颚式破碎机的工作部分是两块颚板，一是固定颚板（定颚），垂直（或上端略外倾）固定在机体前壁上，另一是活动颚板（动颚），位置倾斜，与固定颚板形成上大小的破碎腔（工作腔
12、）。活动颚板对着固定颚板作周期性的往复运动，-分开 ，时而靠近。分开时，物料进入破碎腔，成品从下部卸出；靠近时，使装在两块颚板之间的到挤压、弯折和劈裂作用而破碎。带轮与偏心轴固联成一整体，他是运动和动力输入构件，即原动件，其余构件都是从动件。当带轮和偏心轴2绕轴线A转动时，驱使输出构件动鄂3做平面复杂运动，从而将矿石压碎。2.5复摆颚式破碎机的使用与维护（一）、基本维护1.要有除铁装置，防止破碎腔过铁，如果频繁过铁，则可能引起断轴事故。2.要满负荷生产，否则会出现产品粒度过粗3.生产线中的破碎比分配要合理，这样才能最大限度发挥破碎机效率。4.润滑油温度不能太高或太低，否则会影响机器运行。5.润
13、滑油要经常更换，不能太脏，太脏了会加速齿轮及碗形瓦、轴套等磨损，甚至使轴套研死。6.传动皮带安装不能太紧，否则会引起传动轴转动不灵活或断裂；也不能太松，否则会引起破碎机闷车。7.给料不能太湿太粘，细粒不能太多，也不能太大，否则会引起闷车。8.破碎机排料口积矿亦会引起闷车。复摆颚式破碎机在实际操作使用过程中会有这样那样的问题，视具体情况不一样要采取不同的解决办法，这里介绍的只是实际操作中经常见到的一些情况。（二）、日常维护：、轴承：破碎机的轴承担负机器的全部负荷，所以良好的润滑对轴承寿命有很大的关系，它直接影响到机器的使用寿命和运转率，因而要求注入的润滑油必须清洁，密封必须良好，本机器的主要注油
14、处转动轴承、轧辊轴承、所有齿轮、活动轴承、滑动平面、新安装的轮箍容易发生松动必须经常进行检查、注意机器各部位的工作是否正常、注意检查易磨损件的磨损程度，随时注意更换被磨损的零件、放活动装置的底架平面，应出去灰尘等物以免机器遇到不能破碎的物料时活动轴承不能在底架上移动，以致发生严重事故、轴承油温升高，应立即停车检查原因加以消除、转动齿轮在运转时若有冲击声应立即停车检查，并消除（三）、安装试车：1、该设备应安装在水平的混凝土基础上，用地脚螺栓固定。2、安装时应注意主机体与水平的垂直。3、安装后检查各部位螺栓有无松动及主机仓门是否紧固，如有请进行紧固。4、按设备的动力配置电源线和控制开关。5、检查完
15、毕，进行空负荷试车，试车正常即可进行生产。2.6复摆颚式破碎机的操作注意事项（一）、设备的起动和停机1.应根据电机型号选配合适的起动器，由起动器起动。2.设备应按顺序开机与停机。3.设备应空载起动，待运转平稳后方可加料。加料时要均匀，不得超载运行。4.停机前应先停止加料，待机内物料全部排空后方可停机。（二）、给料1.入机物料应符合本机的技术要求，粒度不得超过规定范围，含水量与物料物性有关，不宜大于15，以免堵塞入料口和产生糊机现象。2.喂料应均与，以提高破碎效果，改善工作条件。3.严禁金属物料入机，以防损坏轴承等部件。（三）、排料1.复摆颚式破碎机排料口应确保畅通，以免因出料不畅而引起设备过载
16、发生事故。2.应定期检查出料情况，如发现排料粒度不符合规定排料粒度，应检查动颚、衬板的磨损情况和V带的张紧情况，发现问题应及时更换磨损零部件及调整V带的张紧力。第3章 复摆颚式破碎机主要参数选择和计算3.1啮角钳角大小直接影响生产率和破碎腔高度。钳角小能提高生产率,但在一定的破碎比条件下,又增加了破碎腔高度;钳角大会使破碎腔高度降低,但生产率也下降了。另外,钳角最大也不能超出咬住物料的允许值,故一般钳角取值为:式中: 齿板与物料间的摩擦系数。实际生产中,为安全起见,复摆颚式破碎机的钳角通常取理论计算值的65%,即:在本设计中我们选择钳角为。3.2排料口尺寸在这个设计中主要是为了进料块最大尺寸：
17、；产量：。所以B取，所以b取100200（mm）3.3 动颚的摆动行程及行程比值动颚水平行程对破碎机生产率影响较大,排料口水平行程小会降低生产率;但也不能太大,否则在排料口的物料由于过多而使破碎力急剧增加,致使机件过载损坏。因此,动颚在排料口处的水平行程为:式中: 最小排料口尺寸。3.4偏心距偏心距对破碎机生产率和传动功率都有影响。在其它条件相同的情况下,增大偏心距可使动颚行程增加而提高生产率,但也因此增加功率消耗。在传统设计中,偏心距是由动颚行程通过画机构图来初步确定的。在这个破碎机的设计中我们根据机构图选择了。3.5传动角传动角大小影响着机构的传动效率。在推力板长度一定的情况下,加大传动角
18、会提高机构的传动效率,但必须要求偏心距增大才能保证行程的要求,这就导致动颚衬板上部水平行程的偏大,物料的过粉碎引起排料口的堵塞,使功耗增加。同时,也将使定颚衬板下部加速磨损。故传动角取:在此设计中我们选择。3.6偏心轴的转速电动机的选择要根据动力源和工作条件，首先要满足的就是所需功率要求。根据设计目的，复摆鄂式破碎机是为了破碎中等硬度的各类矿石或岩石。进料块的最大尺寸750mm，要压碎这种矿石或岩石，用压力测试机可以测试出来用3100N.m的力可以压碎750mm的矿石或岩石。根据设计生产产量的目的150300吨/时，而矿石假比重为1600kg/m3，所以动鄂的转动周期为223转/分。3.7生产
19、能力 影响生产能力的影响有很多，如物料的性质、规格、操作、转速、破碎腔的形状、以及机器的质量等。所以公式求去的生产能力跟实际情况有误差，但理论的公式能反应很多与实际生产能力的相互关系。 破碎腔的截面积为：将和带入得到：每小时的复摆颚式破碎机的生产能力为：L排料口的长度，m；u物料的松散度，一般去0.650.75；所以本设计中3.8电动机功率与选择复摆鄂式破碎机的需要的功率与很多因素有关，例如：规格（）、偏心轴转速、啮角、动鄂下端水平行程、偏心距、以及破碎机的物理机械性能、粒度特征、破碎齿板表面形状和齿形参数等，都会影响功率消耗。迄今，一些功率计算公式大多属于经验公式的范畴。我们用应用最广泛的维
20、雅德公式：式中：为鄂式破碎机主电机功率（安装功率）；为破碎机进料口长度；为最大给料粒度。所以， JR中型绕线转子异步电动机主要用于驱动各种不同的机械，如卷扬机、压缩机、破碎机、球磨机、运输机械和其它设备，并可供煤矿、机械、工业、发电机及工矿企业原动机之用。所以非常适合作为破碎机的原动力。在满足额定功率的情况下还要考虑其它的方面，如果选择型号的电动机的话，它的额定电压只是，不用升压，只用接三相电即可，并且转速也符合标准，价格也便宜，其它的方面也都比较合适所以选用型号的电动机。表1电动机的参数表型号额定功率（）额定电压（V）额定电流（A）额定转速（r/min）转子最大转矩价格重量电压（V）电流（A
21、）额定转矩3.9V带的传动3.9.1V带的功率 如果有以上已知条件可知：，转速，从动轴转每天的工作时间大概为16h/天查表2得；所以表2 工作情况系数工作机原 动 机类类一天工作时间（h）载荷变动较大破碎机（旋转式、鄂式）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机1.31.41.51.51.61.7 3.9.2选普通V带型号根据，查表得出此坐标点位于E区，所以，选用E型带进行计算。3.9.3大、小带轮基准直径D1、D2考虑结构紧凑，由表3查得，取3.9.4大轮计算直径D1可查表4可得，取 表3 V带带轮最小直径型号OABCDEF71（63）100（90）140（125）200315500800 表4 V
22、带轮的计算直径计算直径ABCDE150016001800注：优先选择 可以选择3.9.5验算带速 在范围内，所以合适。3.9.6初步选取中心距取，符合3.9.7初算V带长度查表5可得，取节线长度的V带，内周长度 表5 V带长度系列内周长度节线长度DEF900090769096911910000100761009610119112001127611296113913.9.8实际中心距 3.9.9小带轮包角，合适3.9.10单根V带所能传递的功率根据和，查表6可得， 表6 V带所能传递的功率型号小带轮直径V带速度18192021E50025.1125.6226.1826.4856028.7629.
23、5130.2330.7863032.1733.1234.0234.7435.2436.3737.4238.32并按比例计算求得E型带考虑传动比的影响，单根V带传递功率的增加量。 传动比，查表7、8得，则表7 弯曲影响系数 表8传动比系数 带型传动比1.001.031.081.121.14 表9 小带轮包角系数包角1801701601501401.000.980.950.920.893.9.11求V带根数由查表9、10可得，表10 长度系数内周长度CDE90001.221.081.05100001.111.07112001.141.10则所以取六根。3.9.12单根V带的初拉力查表得，故得单根V
24、带的初拉力3.9.13作用在轴上的压力第4章 复摆颚式破碎机主要零件的运动学与动力学分析4.1破碎力的确定4.1.1破碎力的性质4.1.2最大破碎力及位置4.1.3破碎机机构受力分析4.2 破碎机的运动学及动力学分析4.2.1位置分析4.2.2速度分析4.2.3加速度分析4.2.4惯性力和惯性力矩4.2.5破碎机的平衡4.2.6弹簧及拉杆的计算第5章 主要零部件的设计与校核5.1 活动颚板的工作过程分析和设计5.1.1动颚的机构设计5.1.2动颚的有限元分析5.1.3动颚的强度刚度校核5.2 机架的设计5.2.1机架的机构形式5.2.2机架的前、侧、后壁的结构设计5.2.3机架强度校核5.3 肘板、肘垫与板齿的设计5.4 主轴设计校核、轴承计算选择、键的校核5.4.1要求最小轴的计算、结构设计及强度校核5.4.2轴承当量载荷计算5.4.3轴承寿命计算5.5 飞轮的设计计算5.6 破碎机卸料口间隙调整装置设计第6章 控制与保护系统的设计6.1 液压缸的设计，电磁阀的选择6.2 plc程序的编写第7章 总结与展望
