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二原始数据和设计要求4
三方案设计及讨论5
四设计步骤与运动解析10
摘要
破碎机械是对固体物料施加机械力,克服物料的内聚力,使之碎裂成小块物料的设备。
破碎机械所施加的机械力,可以是挤压力、劈裂力、弯曲力、剪切力、冲击力等,在一般机械中大多是两种或两种以上机械力的综合。
对于坚硬的物料,适宜采用产生弯曲和劈裂作用的破碎机械;
对于脆性和塑性的物料,适宜采用产生冲击和劈裂作用的机械;
对于粘性和韧性的物料,适宜采用产生挤压和碾磨作用的机械。
在矿山工程和建设上,破碎机械多用来破碎爆破开采所得的天然石料,使这成为规定尺寸的矿石或碎石。
在硅酸盐工业中,固体原料、燃料和半成品需要经过各种破碎加工,使其粒度达到各道工序所要求的以便进一步加工操作。
一设计题目
出石口被送出的破碎机机构。
如图1,设计一破碎机系统,该系统由原动部分(电动机带动偏心轮的机构)、传动部分(带传动和组合机构)和执行部分组成。
电机的驱动力矩有传动部分给动颚板,使其作往复摆动。
当动颚板向左摆向与机架固连的定颚板时,石块即被轧碎,当动颚板向右摆离定颚板时,被轧碎的石块即下落。
完成一个工作循环。
本题要求设计能是石头按要求被压碎并顺利从颚腔中落下。
图1
二原始数据和设计要求
1、动颚板压石时摆动角速度为0.3rad/s,行程速比系数k=1.4。
2、动颚板重7000N,转动惯量为35kgm²
,主传动构件重4000N,传动惯量为20kgm²
,其它构件的重量及转动惯量忽略不计。
3、生产率为每小时20~30吨。
4、破碎机总体尺寸为2000*1400*1200mm。
5、运转不均匀系数&
=0.1
三方案设计
颚式破碎机在工矿企业中被广泛应用,这是因为该机结构较简单、机型齐全并已大型化。
颚式破碎机主要作为一级(粗碎和中碎)破碎机械使用。
现有颚式破碎机按动颚的运动特征,分为简单摆动型、复杂摆动型和混合摆动型三种型式。
方案一:
简单摆动型(简摆型)颚式破碎机
如图2所示为简摆式破碎机的实物图,颚式破碎机有定颚和动颚,定颚固定在机架的前壁上,动颚则悬挂在心轴上。
当偏心轴旋转时,带动连杆作上下往复运动,从而使两块推力板亦随之作往复运动。
通过推力板的作用,推动悬挂在悬挂轴上的动颚作左右往复运动。
当动颚摆向定颚时,落在颚腔的物料主要受到颚板的挤压作用而粉碎。
当动颚摆离定颚时,已被粉碎的物料在重力作用下,经颚腔下部的出料口自由卸出。
因而颚式破碎机的工作是间歇性的,粉碎和卸料过程在颚腔内交替进行。
这种破碎机工作时,动颚上各点均以悬挂轴为中心,单纯作圆弧摆动。
由于运动轨迹比较简单,
故称为简单摆动型颚式破碎机,简称简摆型颚式破碎机.
图2
此机构是曲柄摇杆机构,却不是简单四杆机构,而是六杆机构,分别由曲柄、连杆、推力板、摇杆,机架组成。
当偏心轴1旋转时,带动连杆2作上下往复运动,从而使两块推力板3,4亦随之作往复运动。
通过推力板的作用,推动悬挂在悬挂轴上的动颚5作左右往复运动,从而压碎石块。
我们画出了这个机构的结构简图,见图3图3
方案二:
复杂摆动型(复摆型)颚式破碎机
如图四所示,动颚1直接悬挂在偏心轴2上,受到偏心轴的直接驱动。
动颚的底部用一块推力板3支撑在机架的后壁上。
当偏心轴转动时,动颚一方面对定颚作往复摆动,同时还顺着定颚有很大程度的上下运动。
动颚上每一点的运动轨迹并不一样,顶部的运动受到偏心轴的约束,运动轨迹接近于圆弧,在动颚的中间部分,运动轨迹为椭圆曲线,愈靠近下方椭圆愈偏长。
由于这类破碎机工作时,动颚各点上的运动轨迹比较复杂,故称为复杂摆动型颚式破碎机,简称复摆型颚式破碎机。
复摆型颚式破碎机的工作过程中,动颚顶部的水平摆幅约为下部的1.5倍,而垂直摆幅稍小于下部,就整个动颚而言,垂直摆幅为水平摆幅的2-3倍。
由于动颚上部的水平摆幅大于下部,保证了颚腔上部的强烈粉碎作用,大块物料在上部容易破碎,整个颚板破碎作用均匀,有利于生产能力的提高。
同时,动颚向定颚靠拢,在挤压物料过程中,顶部各点还顺着定颚向下运动,又使物料能更好地夹持在颚腔内,并促使物料排除。
我们用CAD绘出的机构运动简图见图4
图4
方案三:
其他型式的颚式破碎机
混合摆动型(混摆型)颚式破碎机:
为了克服简摆型和复摆型颚式破碎机的缺点,曾试制过混摆型颚式破碎机,其工作原理见图5。
动颚与连杆共同安在偏心轴上,连杆头装在偏心轴的中部,而动颚的两个轴壳则安装于连杆头的两侧。
两个推力板仍然是支承在动颚和连杆的下端及机架的后壁上。
动颚各点的运动轨迹均为椭圆,其长轴向着卸料方向倾斜,促使物料前进,并将物料推向出料口,改善了卸料条件,提高了破碎机生产能力。
同时动颚底部的水平摆幅与垂直摆幅之比为1:
0.8,这又比复摆型颚式破碎机合理,可使齿板的磨损降低。
由于动颚与连杆都悬挂在偏心轴上,使偏心轴及其轴承受力很大,工作条件恶劣,容易损坏。
同时构造也比较复杂,虽然国内有关矿山机器厂曾制成混合摆动型破碎机,均因以上原因未推广。
图5
方案比较:
在众多方案中,本文选择图三所示简单摆动型(简摆型)颚式破碎机。
该方案有以下优点:
简单摆动颚式破碎机
(1)构造简单、牢固、工作安全可靠;
(2)操作维护方便;
安装高度低,处理物料范围广,可处理料块达1m以上的物料;
(3)破碎力没有直接作用到偏心轴上,因而对偏心轴及其轴承的工作有利,所以可以制成大型的。
四设计步骤与运动解析
动颚板的尺寸确定:
如图6,为偏心轮的几何中心,C为偏心轮的转动中心,DO为连杆,BO、AO为推力板,AO为动颚。
我们在分析杆件的时候,为了方便计算与分析选取了杆件的特殊位置,对机构的运动作出了如下的分析:
图六所示,当曲柄摆动到最高点时,连杆OD与曲柄CO1重合,动颚板转动到最左端,A、O、B三点在同一条直线上,AO杆与BO杆在一条直线上,此时为机构的一个极限位置,动颚板达到最左端的一刻,下一刻将会反向回程转动。
所以这一刻的动颚板速度趋向0,则板上的力趋向于∞,可以有很大力来压碎石头。
回程后,当曲柄摆动到最低端的时候,连杆OD依旧和曲柄CO1在一条直线上但不再重合,这时机构的动颚板将达到最右端,是另一个极限位置,完成了一次压石过程,如图7,下一时刻动颚板将会向左转动。
要求已知行程速比系数K=1.4。
所以分析得到,如图8,∠OAB即为即位夹角:
Φ=180°
·
(K-1)/(K+1)=30°
推力板AO杆长可能与BO杆长相等,如图8,就是说,假定两推力板长度相等。
在直角三角形AOO₄与直角三角形BOO₄全等,所以AO=BO又因为机架要求总体规格长为2000㎜以内,则令
AO=BO=700㎜。
偏心距e在图中用CO₁表示,所以当曲柄由最顶端运动到最低端,D点在竖直方向移动的位移等于OO₄长,
即OO₄=2·
e。
在直角三角形AOO4由正弦定理可得:
OO₄=AO·
sin∠OAB,
所以e=175㎜.③
如图6,由理论力学可以知道杆AO2的转动惯量公式:
J₁=1/3·
²
因为动颚板转动惯量为35kgm²
重7000N,可以得到动颚板AO₂
=387㎜。
连杆长度(L2)与偏心轮半径(R)的确定:
L₂+R+2e=1200①
由圆盘的转动惯量公式J=1/2·
R²
得到,
J₂=1/2·
m·
②
且知道,主动构件为曲柄CO1,令偏心轮半径为R,转动惯量为20kg.m²
,重4000N,
由已知条件及公式①②③得到:
R=316㎜,L₂=534㎜。
引用运转不均匀系数公式:
&
=(W₁-W₂)/W₃
W1为最大角速度,W₂为最小角速度,W₃是平均角速度,且
W₃=(W₁+W₂)/2。
已知动颚板压石的角速度W₁=0.3rad/s,求得最小角速度
W₂=0.27rad/s.则,
平均角速度
W₃=(0.27+0.3)/2=0.285rad/s.
分析机构简:
如图9所示A点速度可以分解在杆的垂直方向Va和沿着杆的方向Vb。
Va=W₃·
AO₂=0.11m/s.
由理论力学的知识可以知道,利用基点法,根据速度分析得知Vd、Vc且其合速度与Ve的夹角为α,
sinα=e/L,α=19.2°
由实际生产经验可以知道动颚板啮角为23°
,所以有
Vc·
cosα=Va·
cos23°
所以,
Vc=0.107m/s
由正切公式Vc/Vd=tanα,得到
Vd=0.31m/s
Ve=Vd=0.31m/s
偏心轮上任一点的V=W·
e,所以偏心轮的转动角速度为:
W=1.78rad/s
所以转换成转速n
n=17r/min
综上所述,我们已经确定偏心轮的尺寸:
偏心距为175㎜,连杆长为534㎜,推力杆长均为700㎜,动颚板长387㎜
运动参数:
主动件偏心轮的转动角速度W为1.78rad/s,即位夹角30°
参考文献
【1】
心得总结:
通过这次课程设计,我们学到了很多平时课堂中学不到的知识,提高了将理论运用于实践的能力。
感谢在这次课程设计中辅导老师的指导与帮助。
在此之后我们会仔细总结这次课程设计遇到问题,认真反思,追求进步。
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