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中國礦業(yè)大學(xué)2007屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第73頁
第一章 緒論
1.1煤用破碎機(jī)的國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀
破碎是當(dāng)代飛速發(fā)展的工業(yè)礦物加工領(lǐng)域中一個重要的環(huán)節(jié)，破碎機(jī)就是礦山機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛的一種設(shè)備。在各種金屬、非金屬、化工、建材、電力等工業(yè)部門占有非常重要的地位。從經(jīng)濟(jì)角度來講，在選礦廠，破碎與磨碎作業(yè)的生產(chǎn)費(fèi)用占全部選礦費(fèi)用的40%以上，設(shè)備投資占總投資的60%左右。從能源與環(huán)保角度講，破碎作業(yè)要消耗巨大的能量，物料破碎過程中由于作業(yè)中產(chǎn)生發(fā)聲、振動、摩擦、粉塵等，使能源大量消耗，作業(yè)環(huán)境嚴(yán)重污染。因而多年來國內(nèi)外的界內(nèi)人士一直在研究如何達(dá)到節(jié)能、高效地完成破碎過程，從理論研究到新產(chǎn)品研制 (包括改造舊的設(shè)備)直至改變生產(chǎn)工藝流程，以求達(dá)到節(jié)約投資、低耗能、少污染、高效率、過粉碎量小、產(chǎn)品粒度均勻并滿足與之相配套的新設(shè)備、新技術(shù)系統(tǒng)的工藝要求。
煤礦是破碎機(jī)應(yīng)用最廣泛的行業(yè)，露天煤礦的原煤破碎和選煤廠入廠原料的預(yù)處理都離不開破碎設(shè)備。由于煤炭屬中硬巖石并具脆性以及破碎技術(shù)經(jīng)過長期的發(fā)展，所采用的破碎設(shè)備包括:鄂式破碎機(jī)、旋轉(zhuǎn)式破碎機(jī)、錘式和環(huán)錘式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)、選擇性破碎機(jī)、齒輥式破碎機(jī)等。最近 10多年來，破碎技術(shù)取得了較重大的進(jìn)展，隨著人們對破碎過程認(rèn)識的不斷深入，新的破碎方法和破碎設(shè)備不斷涌現(xiàn)，各國不斷把新工藝、新技術(shù)、新材料用于自己的破碎機(jī)工業(yè)，產(chǎn)品可靠性不斷提高，在產(chǎn)品的耐磨損、減少過粉碎量、嚴(yán)格控制碎后產(chǎn)品的粒度等方面都取得了有效的進(jìn)展。特別是煤用齒輥式破碎機(jī)以其制造簡單、維修方便、低能耗、成本低、高破碎能力和經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，無論是從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能還是工業(yè)應(yīng)用都成為煤用破碎機(jī)的佼佼者。1858年埃里·布雷克(EL·Blake)取得專利權(quán)，制造雙肘板鄂式破碎機(jī)。19世紀(jì)40年代，北美的采金熱潮對鄂式破碎機(jī)的發(fā)展有很大的促進(jìn)作用，19世紀(jì)中葉，多種類型的鄂式破碎機(jī)研制出來并獲得廣泛的應(yīng)用，上個世紀(jì)末，全世界己有70多種不同結(jié)構(gòu)的鄂式破碎機(jī)取得專利權(quán)。并由此引發(fā)了對破碎理論的較深入研究，但一直未形成規(guī)模。直到20世紀(jì)50年代，艾利斯一查爾默斯公司才開始大規(guī)模研究破碎工作。60年代得出重大意義的結(jié)論。隨著研究的深入，人們知悉了高功率破碎作業(yè)可以用來改善能源效率和降低成本岡?，F(xiàn)代最常用的鄂式破碎機(jī)是布雷克的鄂式破碎機(jī)和更近代制造的單肘板鄂式破碎機(jī)。鄂式破碎機(jī)的最大弱點(diǎn)就是它們在一個工作循環(huán)內(nèi)只有一半時間工作。B " H * Bergstrom在研究單顆粒破碎機(jī)時發(fā)現(xiàn)，在空氣中一次破碎的碎片撞擊金屬板時明顯產(chǎn)生二次破碎，一次破碎的碎片具有的功能占全部破碎能量的45%，如能充分利用二次破碎能量，則可提高
破碎效率。也有人指出，較小的持續(xù)負(fù)荷比短時間的強(qiáng)大沖擊更有希望破碎物料。Schonert研究表明，如果使大批脆性物料顆粒受到50Mpa以上的壓力，就能夠由“料層粉碎”節(jié)約出可觀的能量。目前的“料層粉碎的理論”己為粉碎界所公認(rèn)，根據(jù)料層理論研制的新設(shè)備有美國諾德伯格公司的旋盤圓錐破碎機(jī)、俄羅斯的慣性圓錐破碎機(jī)等等。
1982年B·Mandelrot提出分形理論應(yīng)用在巖石理論研究方面。進(jìn)入80年代以來，我國對破碎理論和破碎機(jī)的研究才有較重要的關(guān)注并取得了較大的成果。如我國的破碎機(jī)專家王宏勛教授提出了“動態(tài)嚙角”的概念，開發(fā)了GXPE系列深腔鄂式破碎機(jī)，當(dāng)時在國內(nèi)引起一定的轟動。該機(jī)與同種規(guī)格破碎機(jī)相比，在相同的工況條件下，處理能力可提高20%-25%,齒板壽命可提高1-2倍。北京礦冶研究總院林運(yùn)亮等人與上海多靈一沃森機(jī)械設(shè)備有限公司合作開發(fā)了PED低矮可拆式鄂式破碎機(jī)，該機(jī)是一種適用于井下作業(yè)特殊條件下的新型鄂式破碎機(jī)。設(shè)備本身高度低，動鄂位置低，固定鄂位于動鄂和偏心軸之間。多靈一沃森機(jī)械設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)了目前國內(nèi)最大的 1200 x 1500復(fù)擺鄂式破碎機(jī)。1996年第四屆全國粉體工程學(xué)術(shù)會議上鄧躍紅、張智鐵發(fā)表了 《物料粉碎分形行為的研究》，作者認(rèn)為破碎理論的研究應(yīng)歸結(jié)為三大方面:強(qiáng)度理論的研究，破碎效果的評價，破碎功耗的研究。長期以來，粉碎理論的研究主要停留在經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用和統(tǒng)計(jì)推測上，人們了解粉碎的規(guī)律尚不明確、不系統(tǒng)，人們期待新理論的出現(xiàn)會給破碎領(lǐng)域帶來一次革命。
回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)最初見于60年代的聯(lián)邦德國，由于國外大型礦山要求大型機(jī)械，而剛剛問世的回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)沒有得到發(fā)展。80年代初期，由于中小型礦山的迅速發(fā)展，我國有些研究工作者開始對回轉(zhuǎn)破碎機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的研制。眾所周知，破碎設(shè)備的好壞主要取決于破碎腔的設(shè)計(jì)，破碎腔能夠體現(xiàn)設(shè)備的生產(chǎn)能力、功耗、鋼耗及破碎產(chǎn)品質(zhì)量等重要性能指標(biāo)等?；剞D(zhuǎn)式破碎機(jī)具有變嚙角、高密度破碎、依次漸進(jìn)破碎、高頻破碎和強(qiáng)制排料等優(yōu)點(diǎn)。
旋盤圓錐破碎機(jī)、慣性圓錐破碎機(jī)因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、造價高、碎后產(chǎn)品的過粉碎量大等問題基本己退出煤炭破碎的行業(yè)，但在有色金屬礦山行業(yè)且得到了較廣泛的應(yīng)用。但近年來，巴馬克公司的“石打石”沖擊式破碎機(jī)，JCI的新型圓錐破碎機(jī)，德國的KRUPP公司，美國的MCLANAHAN公司又有新產(chǎn)品問世。
錘式破碎機(jī)自問世以來就因其結(jié)構(gòu)使其的應(yīng)用受到了限制。過粉碎量較大，蓖板易堵塞、對入料的水分要求較嚴(yán)格，對入料上限要求小，出料下限又達(dá)不到精細(xì)破碎的要求等。目前錘式破碎機(jī)應(yīng)用較多的是電力行業(yè)和建筑石料、水泥行業(yè)，煤炭行業(yè)應(yīng)用較少。
反擊式破碎機(jī)適用于粗、中、細(xì)碎等中硬度脆性物料，如石灰石、白云巖、頁巖、砂巖、煤、石棉、石墨和巖鹽等。其工作原理是當(dāng)物料進(jìn)入機(jī)殼內(nèi)板錘作用區(qū)時，受到板錘高速沖擊而破碎，同時被拋向安裝在轉(zhuǎn)子上方的反擊板進(jìn)行再次破碎，然后從反擊板彈到板錘作用區(qū)被重新破碎。這個過程反復(fù)進(jìn)行，直到物料全被破碎至所需粒度而排出機(jī)外。該型破碎機(jī)廣泛地應(yīng)用于建材、化工、煤炭等工業(yè)部門。其優(yōu)點(diǎn)是:破碎比大，一般為10-20,高的可達(dá)50-60，簡化破碎流程，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，使用和維修方便，以及能夠作選擇破碎等。但由于板錘的集中磨損，限制了在破碎堅(jiān)硬物料上的應(yīng)用。目前對我國生產(chǎn)研究反擊破碎機(jī)的廠家、研究機(jī)構(gòu)及成果報道較少，國外的如德國KHD公司對反擊式破碎機(jī)研究成果較多。
選擇性破碎機(jī)（也稱碎選機(jī)）具有分離破碎煤和選出研石的作用。在選煤廠曾得到普遍的推廣應(yīng)用。碎選機(jī)是根據(jù)煤和研石硬度的不同，即可碎性的差異而設(shè)計(jì)的。工作時，容易破碎的煤被擊碎后漏到篩下，而堅(jiān)硬的研石則由篩上排出。因此，當(dāng)煤和研石在硬度上相差懸殊，即可碎性的差異顯著。碎選機(jī)用于處理經(jīng)過預(yù)先篩分后的塊煤，也適用于原煤。它可同時進(jìn)行篩分、破碎、選出大塊殲石、金屬雜物和木塊等作業(yè)，達(dá)到一機(jī)多用的目的。用碎選機(jī)代替人工揀研，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的目的。對解放工人笨重的體力勞動，提高勞動效率具有重要的意義。碎選機(jī)在80年代的初期之前，我國曾進(jìn)行過研究和應(yīng)用，到90年代初期曾有過此方面報道，但90年代中后期由于新的破碎技術(shù)的出現(xiàn)未見再有此方面的報道和成果。
齒輥式破碎機(jī)可以說是一種古老的機(jī)械。由于具有構(gòu)造簡單、工作可靠、成果低廉等優(yōu)點(diǎn)，至今仍然被廣泛的應(yīng)用于大、中、小型廠礦，對脆性物料和韌性的中硬和軟礦石進(jìn)行細(xì)碎。如煤、焦炭、石灰石、泥頁巖、長石、泥灰土等。齒輥式破碎機(jī)按照輥?zhàn)拥臄?shù)目可分為:單齒輥破碎機(jī)、雙齒輥破碎機(jī)和多齒輥（三輥、四輥和六輥）破碎機(jī)。單齒輥破碎機(jī)采用較長的齒輥，主要用作粗碎，雙齒輥破碎機(jī)的齒輥一般較短，用于中碎，多齒輥破碎機(jī)主要用于細(xì)碎。
對于齒輥式破碎機(jī)，由于其上述的優(yōu)點(diǎn)，可以說自50年代以來，各方面對其一直比較關(guān)注，但50-70年代期間研究進(jìn)展不大，其主要代表成果是帶彈簧保險裝置的單齒輥和雙齒輥破碎機(jī)，帶有彈簧保險裝置的目的的是為了防止入料中的木、鐵、研石，巖石等硬物損壞破碎齒。當(dāng)大塊硬物落到破碎腔不能被破碎時，破碎板或齒輥受力增大，從而壓縮彈簧增大破碎腔的間隙，以使排出硬物，然后借彈簧的恢復(fù)力使可動破碎板或齒輥回到原來的位置，由此便不能嚴(yán)格控制碎后產(chǎn)品的粒度。同時受當(dāng)時基礎(chǔ)材料工業(yè)、制造技術(shù)和相關(guān)配套技術(shù)的限制，當(dāng)時的破碎機(jī)存在破碎齒易損壞、碎后產(chǎn)品過粉量大、機(jī)體受到的沖擊載荷大、整體噪聲大、維修量大等缺點(diǎn)。改革開放后，1987年原充州煤礦設(shè)計(jì)院 (現(xiàn)南京煤礦設(shè)計(jì)研究院)在消化吸收美國雷克斯諾德(REXNORD)公司生產(chǎn)的岡拉克36DAM型 CGundlach36DAM)破碎機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出的4PGC-380/350 X 1000型齒輥破碎機(jī)，是當(dāng)時技術(shù)上較先進(jìn)的破碎機(jī)。該型破碎機(jī)在技術(shù)上有兩個突出點(diǎn):一是將破碎齒由整體鑄造的齒板改為單一的齒板，便于了制造維修;另一個突出點(diǎn)是采用了“Nitroil”控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以獨(dú)立地調(diào)整上段齒輥的間距來控制下段的給料粒度。這樣，可根據(jù)破碎工藝要求靈活地調(diào)整破碎程序。同時，此型破碎機(jī)把調(diào)整齒輥間距裝置和保險裝置做成一個系統(tǒng)，采用液壓—?dú)鈩酉到y(tǒng):油缸的活塞桿與可動齒輥相連，在有活塞桿的油缸腔內(nèi)，泵入一定可變量的液壓油，同時在油缸的無活塞桿的腔內(nèi)泵入一定壓力的氣體，形成空氣柱彈簧。這樣可以根據(jù)泵入油量的多少來改變活塞的位置，從而確定齒輥間的距離，達(dá)到控制產(chǎn)品
粒度的目的。當(dāng)硬物或不可碎物進(jìn)入破碎機(jī)后，由于破碎力增大，可動齒輥壓縮空氣柱使硬物通過，隨后又可使動齒輥復(fù)位.但同樣存在不能嚴(yán)格控制碎后產(chǎn)品粒度的問題。進(jìn)入90年代后，隨著我國改革開放力度的加大，煤的銷售市場也發(fā)生了較大的變化，人們對選煤技術(shù)及設(shè)備提出了更高的要求。其中包括對煤碎后產(chǎn)品中降低細(xì)顆粒的含量、產(chǎn)品粒度的均勻性、減少過限粒度、增大處理能力等。特別是具有分選效率高、處理能力大、適合于處理難選煤的重介質(zhì)選煤工藝的出現(xiàn)，由于其非常適合我國高硫、難選煤多的國情，已成為國內(nèi)重點(diǎn)推廣的主要選煤工藝方法。作為重介選的主洗設(shè)備重介質(zhì)旋流器對洗選的入料粒度有嚴(yán)格要求，一旦超限粒進(jìn)入旋流器極易造成系統(tǒng)堵塞，影響系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。由此方方面面，都對煤用破碎機(jī)提出了新的技術(shù)要求，從而也推動了破碎機(jī)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。首先煤炭科學(xué)研究總院唐山分院在90年代初期開發(fā)了2PL系列強(qiáng)力破碎機(jī)。該破碎機(jī)在技術(shù)上的進(jìn)步主要是取消了原雙齒輥破碎機(jī)的退讓彈簧保險裝置，將雙破碎輥固定，破碎齒使用新的技術(shù)和材料來防止難碎硬物損失破碎齒，從而可較嚴(yán)格控制碎后產(chǎn)品中的過大顆粒。同時提出了強(qiáng)力破碎的的概念。華北工學(xué)院針對單齒輥破碎機(jī)存在效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受力不均勻特點(diǎn)，開發(fā)了新一代的4)915單一齒輥破碎機(jī)。這種破碎機(jī)有兩種結(jié)構(gòu)形式。第一種結(jié)構(gòu)形式主要是將原來調(diào)整破碎板位置的拉力彈簧改為推力彈簧，彈簧的彈性力為490KN，在彈簧的兩端分別裝有兩組螺母，外側(cè)的螺母用于調(diào)整破碎板位置，從而調(diào)整排料口間隙，內(nèi)側(cè)的螺母用于調(diào)整彈簧的彈性力。安裝彈簧的拉桿插在裝于機(jī)體的支座上，支座孔沿垂直方向?yàn)殚L方孔，用此調(diào)整產(chǎn)品的粒度。這種結(jié)構(gòu)降低了機(jī)體高度，縮短了拉桿長度，使結(jié)構(gòu)更為緊湊。第二種結(jié)構(gòu)是利用顆式破碎機(jī)的楔形調(diào)整機(jī)構(gòu)和雙輥破碎機(jī)的主動輥軸相結(jié)合，吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，如:進(jìn)料口大，破碎輥表面可裝有不同尺寸的破碎齒板，領(lǐng)板上鑲有可更換的耐磨襯板，出料口大小可通過推力板上的長方形螺孔調(diào)整。與同規(guī)格的顆式或雙齒輥破碎機(jī)相比，破碎能力明顯增大，效率可提高30%。同時，由于這種破碎機(jī)有預(yù)碎和破碎兩個區(qū)域，破碎后的物料受齒輥撥動而被強(qiáng)制排出機(jī)體外，所以更適用于處理含水份較大的煤。
1994年平頂山選煤設(shè)計(jì)院和鄭州長城冶金設(shè)備廠研究開發(fā)出了FP500系列分級破碎機(jī)，該系列破碎機(jī)采用單電機(jī)驅(qū)動，液力偶合器過載保護(hù)。其傳動系統(tǒng)是電機(jī)驅(qū)動液力偶合器并帶動一對錐齒輪，改變轉(zhuǎn)動方向并驅(qū)動主動破碎輥轉(zhuǎn)動，主動破碎輥通過另一端的一組直齒輪驅(qū)動被動輥轉(zhuǎn)動。破碎齒呈螺旋形布置，入料中的小顆粒很容易通過破碎輥之間的間隙排出，大塊則利用齒的剪切和拉伸力來進(jìn)行破碎，改善了傳統(tǒng)破碎機(jī)中物料不受控制一律破碎的情況。
九十年代中期，山東萊蕪煤礦機(jī)械廠通過從德國技術(shù)引進(jìn)，開發(fā)生產(chǎn)了2PGL系列雙齒輥強(qiáng)力高效破碎機(jī)。該系列破碎機(jī)采用雙電機(jī)、雙液力偶合器、雙套齒輪箱直聯(lián)式驅(qū)動，一側(cè)壁和一破碎輥用手動液壓系統(tǒng)可移動，用來調(diào)整齒輥間的間距，從而控制排料粒度。破碎機(jī)有液力偶合器過載保護(hù)和電控過載保護(hù)，可有效的防止難碎硬物損壞破碎齒。整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)體高度低，沖擊負(fù)荷小。
同一時期，煤炭科學(xué)研究總院唐山分院相繼開發(fā)了2PLF系列分級破碎機(jī)、2FJP600系列強(qiáng)力分級破碎機(jī)、4PGG系列強(qiáng)力破碎機(jī)和DP系列單齒輥破碎機(jī)，2PLF系列分級破碎機(jī)在傳動形式上采用三角帶大帶輪傳動，傳動結(jié)構(gòu)簡單、故障率低，由于大帶輪有蓄能作用，故所需的電機(jī)功率比直聯(lián)式傳動的小。雙齒輥采用對轉(zhuǎn)方式，破碎齒采用子彈頭式或鷹嘴式，表面堆焊硬質(zhì)合金，強(qiáng)度大，破碎效率高并且磨損后便于修復(fù)。2FJP600系列強(qiáng)力分級破碎機(jī)的雙齒輥分別各自向兩側(cè)壁方向轉(zhuǎn)動，齒輥上的破碎板采用拼裝式，破碎齒為在韌性較好的鑄基體上堆焊硬質(zhì)合金，不但強(qiáng)度大，可破碎難碎硬物，而且破碎齒 “寧彎不折”，當(dāng)難碎硬物卡彎破碎齒后，生產(chǎn)現(xiàn)場無需更換破碎板而可將破碎齒直接修復(fù)。在兩側(cè)壁上分別裝有梳齒板，其有兩個作用:①使破碎過程完全為剪切、拉伸破碎，不易產(chǎn)生過粉碎物。②起棒條篩的作用，可通過不需破碎的物料，而對需破碎的大塊物料，可嚴(yán)格的控制碎后產(chǎn)品的粒度，使碎后物料的三維尺寸都能得到控制。兩齒輥分別向各自的側(cè)壁方向旋轉(zhuǎn)也可以保證入料中已經(jīng)達(dá)到要求粒度的物料不再二次破碎，從齒輥間的排料口和齒輥與梳齒板間的排料口直接排出，從而減少能量消耗和因擠壓破碎產(chǎn)生的過粉碎。兩破碎輥有兩套獨(dú)立的驅(qū)動裝置使兩破碎輥各自獨(dú)立工作，在實(shí)際破碎時，可根據(jù)入料量改變工作制度，即入料少時開單機(jī)，入料多時開雙機(jī)，用戶更加節(jié)能。每臺破碎機(jī)可配有A, B, C三種齒型，每種齒型對應(yīng)一種產(chǎn)品粒度，用戶可通過更換齒型來調(diào)整產(chǎn)品粒度而不需更換破碎機(jī)，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，減少用戶的重復(fù)投資。另外，由于該系列破碎機(jī)為強(qiáng)力破碎 工藝布置時不需要手選皮帶人工揀殲，原煤也不需要預(yù)先篩分而直接入破碎機(jī) 簡化了選煤工藝流程，降低了廠房高度，減少了選煤廠建設(shè)投資與生產(chǎn)費(fèi)用。4PGG系列四齒輥破碎機(jī)和DP系列單齒輥破碎機(jī)是在2FJP系列基礎(chǔ)上派生而出的，除4PGG系列破碎機(jī)的機(jī)體采用積木式結(jié)構(gòu)，上下機(jī)體可組可分，可根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際來安裝，破碎比增大外其它結(jié)構(gòu)和破碎原理和2FJP系列基本相同。
北京礦冶研究總院研制出了PWZS256型篩分破碎機(jī)，該破碎機(jī)將破碎和篩分合為一個機(jī)體，最小排粒度可達(dá)3mm。特別是近年來，國際上破碎機(jī)新產(chǎn)品發(fā)展迅速。英國MMD礦山機(jī)械集團(tuán)公司開發(fā)了500, 605, 750, 1000, 1300和1500共6個系列的分級破碎機(jī)，每個系列有短箱型、標(biāo)準(zhǔn)型和長箱型3種不同工作長度，以滿足不同的處理要求。1990年，由美國的FFE礦業(yè)基建設(shè)備公司和澳在利亞ABOH工程公司合資開發(fā)的ABOH系列分級破碎機(jī)將破碎過程分為三段，而且可視入料粒度上限的不同而 選擇不同的齒輥軸間距。當(dāng)入料上限為 l000mm時，齒輥軸間距為1000mm左右，粗碎段將 l000mm的入料破碎到350mm，二段由350mm破碎至 100 mm，三段由100 mm破碎至50, 45, 35mm或用戶要求的粒度。與之類似的還有澳大利亞愛邦機(jī)械工程公司的齒輥型破碎機(jī)、美國MCLANHAN的DDC-Sizer型破碎機(jī)等。
綜上所述目前破碎機(jī)理論、工藝和設(shè)備的研究主要著重于:①研究在破碎
中節(jié)能、高效的理論，也力求找出新理論來突破人們已熟知的三大破碎理論;②研究新的非機(jī)械力的高能或多力場聯(lián)合作用的破碎設(shè)備，目前還未見有工業(yè)化的設(shè)備，只是研究階段，并且在煤炭行業(yè)未見有關(guān)報道。③改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備，這方面經(jīng)常是根據(jù)用戶需要來進(jìn)行而不是市場上大規(guī)模生產(chǎn)。
1.2選題的目的和意義
中國是世界上少數(shù)幾個以煤炭為主要能源的國家之一，煤炭的生產(chǎn)量和消費(fèi)量占世界首位。煤炭作為中國的主要能源及鋼鐵、化工領(lǐng)域的原料在相當(dāng)長的時間內(nèi)不會有大的改變，因此煤炭在中國國民經(jīng)濟(jì)中的地位是舉足輕重的。然而，在中國的煤炭消耗中，煤炭的加工利用處于低水平階段，存在著高能耗、高污染、低效率的利用現(xiàn)狀，也產(chǎn)生一系列的環(huán)境污染問題，如:燃煤產(chǎn)生煙塵和S02排放量分別占80%和90%，中國的大氣污染屬典型的煤煙型大氣污染。全國己有62.3%的城市S02年平均濃度超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)，日平均濃度超過國家三級標(biāo)準(zhǔn)。S02排放量的持續(xù)增加使中國酸雨覆蓋面積占國土面積的40%，酸雨污染給森林和農(nóng)作物造成的損失每年達(dá)數(shù)百億元。大氣中的S02的主要來源于高硫煤的使用，而中國的高硫煤約占總產(chǎn)量的10%,按每年 10億噸的產(chǎn)量算，每年約有1億噸的高硫煤，而去硫的最基礎(chǔ)設(shè)備就是將硫及其伴生物從煤中的解離— 也就是說要將煤充分破碎，破碎煤就需要破碎機(jī)，這是選擇本題的目的之一。其二如前所述，新的選煤技術(shù)和工藝需要新型的破碎機(jī)，否則影響新的選煤工藝和方法的技術(shù)水平。其三多年來，選煤廠廣泛采用的各式破碎機(jī)由于結(jié)構(gòu)與機(jī)理的原因，破碎后的產(chǎn)品或者過粉碎嚴(yán)重，排料粒度不能有效的控制，同時伴有大量粉塵或者破碎機(jī)的破碎強(qiáng)度低，不能適應(yīng)含煤研石的煤炭破碎，且破碎后粒度不均勻，容易超粒，不但使得后續(xù)的洗選難度加大，分選效果變差，同時難以滿足目前市場的需要。由此造成的損失每年數(shù)億人民幣。為解決此問題，在國內(nèi)的破碎機(jī)技術(shù)尚未滿足國內(nèi)使用條件的技術(shù)下，目前大量從國外進(jìn)口破碎機(jī)，如山西的平塑、安家?guī)X煤礦、神華集團(tuán)的神木礦區(qū)、大柳塔選煤廠、貴州盤江集團(tuán)的老屋基選煤廠、永城煤電集團(tuán)、晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)等等 ，國外破碎機(jī)的價格是國內(nèi)同類價格的6-8倍，如果研制的破碎機(jī)能替代進(jìn)口產(chǎn)品，每年可為國家節(jié)約外匯至少1億美元。因此，無論從環(huán)保的角度、社會效益的角度、直接經(jīng)濟(jì)效益的角度，還是解決生產(chǎn)實(shí)際問題的角度，研究新型的分級破碎機(jī)，具有較重大的現(xiàn)實(shí)意義。
1.3新型雙齒輥破碎機(jī)開發(fā)的意義
半移動式破碎站是我國露天礦山半連續(xù)開采工藝的關(guān)鍵設(shè)備，也是我國露天礦山急需解決的大型設(shè)備。而新型雙齒輥破碎機(jī)是破碎站的關(guān)鍵設(shè)備。
在半連續(xù)開采工藝中，半移式破碎站有機(jī)地將膠帶輸送系統(tǒng)與挖掘運(yùn)輸設(shè)備銜接起來，形成了單車——汽車——破碎站——膠帶機(jī)的運(yùn)輸系統(tǒng)，既有效地利用了汽車運(yùn)輸?shù)撵`活性，縮短汽車運(yùn)距，又發(fā)揮了膠帶輸送適于長距離運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，降低系統(tǒng)的成本。這種工藝以其提高勞動生產(chǎn)率、降低開采成本的優(yōu)勢迅速發(fā)展，德國、英國、俄羅斯、美國等國家破碎站的制造業(yè)發(fā)展很快，其中德國Krupp公司己經(jīng)生產(chǎn)了100余臺半移式破碎站，最大的小時生產(chǎn)能力達(dá)萬噸。
我國的霍林河露天煤礦于1986年從德國AUBEMA公司引進(jìn)了一臺給料式半固定破碎站，在第一臺引進(jìn)的基礎(chǔ)上，針對其使用中存在的問題，洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院、洛陽礦山機(jī)器廠、沈陽煤礦設(shè)計(jì)院合作，經(jīng)消化、吸收、創(chuàng)新、開發(fā)研制了第二臺破碎站，1992年投入使用，運(yùn)行狀態(tài)良好，該破碎站適用于破碎煤及中硬以下的物料(抗壓強(qiáng)度不大于85MPa)。
根據(jù)我國露天煤礦的發(fā)展要求，采用半移動式破碎站不僅需要破碎煤，更需要破碎剝離物、要求破碎機(jī)具有破碎高抗壓強(qiáng)度物料(小于1 SOMPa )的能力。因此，研制開發(fā)適用于破碎巖石的新型雙齒輥破碎機(jī)，滿足國內(nèi)礦山急需、替代進(jìn)口迫在眉睫，具有非常重要的意義。
1.4新型雙齒輥破碎機(jī)發(fā)展綜述
新型雙齒輥破碎機(jī)是英國MMD公司80年代末90年代初開發(fā)的高效、節(jié)能破碎設(shè)備，因其結(jié)構(gòu)上的獨(dú)有特點(diǎn)，迅速廣泛用于露天煤礦、金屬礦、非金屬礦、水泥廠、采石場、選煤廠等粗碎或中碎物料。
1.4.1露天礦破碎煤和巖石的破碎機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
對于露天礦破碎煤和巖石的破碎機(jī)型主要有顆式、旋回式、普通輥式、喂給式和MMD雙齒輥式。
顆式破碎機(jī)系間斷破碎，國內(nèi)外產(chǎn)品均存在設(shè)備自重大、功耗高、生產(chǎn)能力小的缺點(diǎn)，滿足不了生產(chǎn)能力大的要求。
旋回式破碎機(jī)是我國冶金礦山應(yīng)用廣泛的一種粗碎設(shè)備，具有連續(xù)破碎、生產(chǎn)效率高、能力大、破碎物料硬度高、使用可靠的特點(diǎn)，但設(shè)備重量大、高度高、要求基礎(chǔ)大、移動相當(dāng)困難。
喂給式破碎機(jī)是消化國外技術(shù)而開發(fā)的應(yīng)用較廣泛的一種破碎中硬以下物料的破碎機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、適于移動式、半移動式破碎站。但對中等以上硬度物料破碎適應(yīng)性差，破碎巖容易出現(xiàn)超限排料。
普通齒輥式破碎機(jī)應(yīng)用較多，輥徑大破碎齒小，破碎片小，過負(fù)荷能力差，破碎能力小。不適用于破碎巖石和大塊物料。
新型雙齒輥破碎機(jī)由于結(jié)構(gòu)緊湊，破碎物料機(jī)理合理，適應(yīng)性強(qiáng)等突出的優(yōu)點(diǎn)，在露天礦物料粗碎應(yīng)用中很有發(fā)展前途，是較為理想的露天礦巖石破碎機(jī)，其主要特點(diǎn)如下:
1)采用長齒，小輥徑，螺旋布齒，多盤四齒結(jié)構(gòu)，通過剪切，彎曲，擠壓綜合作用破碎物料，比普通輥式破碎機(jī)破碎機(jī)理合理，破碎齒受力均勻，允許入料力度大，特別適于粗碎。
2)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，布置靈活，所占空間尺寸小，尤其是破碎高度小，能夠有效地降低整體布置高度，大大降低破碎站的造價。
4)破碎輥轉(zhuǎn)速低，磨損小，噪音低，灰塵小。
5)破碎機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)簡單，由于采用整體式結(jié)構(gòu)，驅(qū)動減速器直接連接到破碎機(jī)框架上，使得傳到基礎(chǔ)上的力大大減小，設(shè)備振動小，有利于設(shè)在移動。
6)采用特殊設(shè)計(jì)過載能力強(qiáng)的減速器，對物料的適應(yīng)性強(qiáng)，與普通輥式和喂給式破碎機(jī)相比，破碎物料的硬度大，同時由于長齒的交叉布置得到相互梳理作用，也可破碎粘性物料。
MMD公司新型雙齒輥破碎機(jī)已形成中心距500, 625, 750, 1000, 1300mm系列產(chǎn)品，可以滿足不同生產(chǎn)能力的需要，同時具有不同的齒型結(jié)構(gòu)，可以滿足不同物料的破碎。
1.4.2新型雙齒輥破碎機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢
1)進(jìn)一步完善產(chǎn)品系列規(guī)格，產(chǎn)品向大型化發(fā)展。
2)破碎齒新型耐磨材料及結(jié)構(gòu)研究，釋品向冶金礦山高硬度物料破碎領(lǐng)域推廣。
3)減速器潤滑技術(shù)研究，研究減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用自潤滑取消潤滑站。
第二章 總體方案的確定
2.1設(shè)計(jì)要求
破碎物料抗壓強(qiáng)度：≤160MPa 入料粒度：≤1200mm
出料粒度：400—500mm 處理量：3500—4000t/h
參考功率：380—450KW 參考中心距
參考齒輥轉(zhuǎn)速：90—120r/min 齒輥直徑：800mm
齒數(shù)：每個齒環(huán)上為4個齒
2.2參數(shù)的選取
齒輥轉(zhuǎn)速：=94r/min =120r/min
入料粒度：mm 出料粒度：mm
齒輥直徑：mm 齒數(shù)：4
滾軸篩輥軸的轉(zhuǎn)速： r/min
滾軸篩輥軸的有效長度： mm
破碎輥軸有效長度： 1200mm
2.3方案確定
本論文設(shè)計(jì)的差動分級齒輥式破碎機(jī)具有以下特點(diǎn)：利用剪切原理以及分級方法對礦料進(jìn)行破碎，和國內(nèi)外同類產(chǎn)品比較，能耗低、效率高，滿足高產(chǎn)高效礦井生產(chǎn)的需要，并已經(jīng)在煤礦井下得到實(shí)際應(yīng)用，取得良好的效果。 由于該破碎機(jī)特有的工作機(jī)理和機(jī)構(gòu)，使得該破碎機(jī)可以高效地破碎各種濕、干、粘、軟、硬礦石和巖石且不堵料，生產(chǎn)能力可以達(dá)到5000t/h以上，特別適合于煤礦高產(chǎn)、高效工作面的高效破碎。差動分級齒輥式破碎機(jī)具有高處理能力、能耗低、產(chǎn)品粒度均勻、不過度破碎、設(shè)備體積小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是一種高效節(jié)能的破碎設(shè)備。
傳動方案的確定：采用防爆電機(jī)作為驅(qū)動源，同時采用液力偶合器實(shí)施軟啟動。
1.篩分機(jī)構(gòu)傳動方案如下：
2.破碎機(jī)構(gòu)傳動方案如下：
附圖 破碎機(jī)傳動方案簡圖
第三章 差動分級齒輥式破碎機(jī)破碎機(jī)理的研究
3.1差動分級齒輥式破碎機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)組成及基本原理
3.1.1用途及基本原理
差動分級齒輥式破碎機(jī)是破碎站的關(guān)鍵設(shè)備。該機(jī)與料倉、給料機(jī)、卸車平臺、排料機(jī)、機(jī)架組成破碎站系統(tǒng)，可用于破碎巖石、煤、石灰石、金屬礦石、焦炭、石膏等物料，廣泛應(yīng)用煤礦、金屬礦、非金屬礦及水泥建筑等行業(yè)物料的粗碎和中碎。
差動分級齒輥式破碎機(jī)由機(jī)架、滾軸篩分機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置、滾軸篩分裝置、機(jī)箱、襯板、破碎齒輥、顎板、破碎驅(qū)動裝置、電機(jī)軟啟動裝置等幾部分組成。當(dāng)?shù)V料進(jìn)入破碎機(jī)時，首先由滾軸篩分裝置對物料進(jìn)行篩分，符號要求的礦料直接由篩分機(jī)構(gòu)的間隙漏下，實(shí)現(xiàn)“一級”篩分；大塊的礦料由滾軸篩分裝置的滾軸滾入破碎腔，過大的礦料被顎板以及襯板擠壓，實(shí)現(xiàn)預(yù)破碎，滿足粒度要求的礦料由兩齒輥之間的間隙漏下，實(shí)現(xiàn)“二級”篩分；較大的礦料受到兩齒輥剪切和拉伸的作用而破碎，并被強(qiáng)制排出。
滾軸篩的篩面由很多根平行排列的,其上交錯地裝有篩盤的輥軸組成,滾軸通過齒輪傳動而旋轉(zhuǎn),其轉(zhuǎn)動方向與物料流動方向相同。為了使篩上的物料層松動以便于透篩，篩盤形狀有偏心的和異形的。為防止物料卡住篩軸，裝有安全保險裝置，滾軸篩全部為座式，本滾軸篩為右傳動。
3.1.2結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)
1) 傳動單元
傳動單元是破碎機(jī)的動力部分，且起到將電機(jī)的轉(zhuǎn)速到滿足設(shè)計(jì)要求的適宜的破碎轉(zhuǎn)速，其中液力偶合器能夠緩沖破碎時產(chǎn)生的超限沖擊力和扭振，具有過載保護(hù)作用，能夠帶動負(fù)荷平穩(wěn)啟動，改善啟動特性，并在啟動時減少對電網(wǎng)的沖擊電流。
減速機(jī)為硬齒面，具有較大的過載能力和較長的使用壽命，能夠正反轉(zhuǎn)使用。
2) 機(jī)架 焊接結(jié)構(gòu)件，為滾軸篩分機(jī)構(gòu)、破碎機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置等部分的裝配平臺。
3) 滾軸篩分機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置 實(shí)現(xiàn)輥軸的運(yùn)動，并且兩相鄰輥軸同向轉(zhuǎn)動。
4) 滾軸篩分裝置 由電機(jī)、減速器驅(qū)動若干輥軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，當(dāng)?shù)V料進(jìn)入該部分時，滿足粒度要求的礦料首先由輥軸間的間隙漏下，不符合粒度要求的礦料將隨輥軸滾動進(jìn)入破碎腔。該部分結(jié)構(gòu)具有“一級”篩分和驅(qū)動礦料快速進(jìn)入破碎腔的作用。
5) 機(jī)箱 焊接結(jié)構(gòu)件，內(nèi)部裝配破碎機(jī)構(gòu)，為滾軸篩分機(jī)構(gòu)和破碎機(jī)構(gòu)提供支撐。
6) 襯板 裝配于機(jī)箱前壁，與顎板一起實(shí)現(xiàn)大塊礦料的預(yù)破碎。
7) 破碎輥 破碎輥主要由滾軸、漲套、齒帽等組成。滾軸為合金材料，能夠在破碎時承受高抗壓強(qiáng)度物料時所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。漲套在滾軸靠端部的位置，起著軸向固定齒環(huán)的作用，根據(jù)不同的處理能力，每根軸上放置不同數(shù)量的合金鋼齒環(huán)，根據(jù)入料粒度、碎后產(chǎn)品粒度的不同，每套齒環(huán)上有不同的齒座，用齒座來固定齒帽。
8) 齒輥軸 兩齒輥軸相向、不等速運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)礦料的剪切和拉伸破碎，由顎板預(yù)破碎后的礦料進(jìn)入兩破碎齒輥區(qū)域，滿足粒度要求的礦料由兩破碎輥輪齒之間的間隙漏下，實(shí)現(xiàn)“二級”篩分，大塊礦料在兩齒輥輪齒間被夾注受到剪切和拉伸作用被進(jìn)一步破碎，并被強(qiáng)排漏下。
9) 齒環(huán) 裝配于兩齒輥軸上，每個齒環(huán)上包含若干破碎齒，齒套和齒牙可以更換。
10) 齒帽 由微合金化的高錳剛制成，具有高強(qiáng)度、高耐磨性、比普通的高錳剛更耐沖擊、耐磨損，使用壽命長。他用螺栓固定在齒環(huán)上（或焊接上）每個齒帽間都是獨(dú)立的。在使用過程中可以方便更換任一個齒。
11) 顎板 該結(jié)構(gòu)有四連桿結(jié)構(gòu)，連接于齒輥軸和機(jī)架上。大塊礦料進(jìn)入破碎腔后，首先受到顎板和襯板之間的擠壓作用，實(shí)現(xiàn)預(yù)破碎。
12) 破碎齒輥軸驅(qū)動裝置 該部分結(jié)構(gòu)由兩臺電機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)破碎齒輥軸的相向運(yùn)動，提供破碎動力。
13) 退讓機(jī)構(gòu) 通過該部分機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)顎板和襯板之間間隙調(diào)節(jié)。
14) 電機(jī)軟啟動裝置 實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動，減少振動和沖擊，防止電機(jī)過載，延長設(shè)備壽命，減少悶車現(xiàn)象。
3.2差動分級齒輥式破碎機(jī)的破碎機(jī)理
所謂破碎，就是將物料分為更小部分的過程，也就是利用各種機(jī)械方法，克服物體顆粒的內(nèi)聚力，使其互相分離而形成具有新表面的較小粒度的過程。從各類破碎機(jī)的破碎機(jī)理來看，大致有壓碎、劈裂、折斷、磨碎、沖擊等等。
目前在工業(yè)生產(chǎn)上采用的破碎和磨碎方法，主要是借助機(jī)械力的作用，最常見的有:(1)擠壓破碎，是利用兩破碎工作面靠近時對物料施加壓力，使其破碎作用力逐漸加大。如輥式破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)等。(2)劈裂破碎，是利用尖齒楔入物料時產(chǎn)生的劈力，力的作用較集中，使物料沿劈裂面破碎成兩塊，并在劈力作用點(diǎn)處產(chǎn)生局部破碎。如單、雙齒輥式破碎機(jī)。(3)折斷或彎曲破碎，在破碎工作面之間的物料，如同承受集中負(fù)荷兩支點(diǎn)(或多支點(diǎn))梁。除在作用點(diǎn)處受劈力之外，主要是使物料受彎曲力而破碎。(4)磨碎，它是破碎工作面在物料上相對滑動，對物料施加剪切力，這種力作用于物料的表面部分，因此適用于細(xì)物料的磨碎。(5)沖擊破碎，沖擊力瞬時作用于物料上，物料急劇粉碎。
物料破碎方法的選擇主要是根據(jù)物料的粒度、物理機(jī)械性質(zhì)，所要求的破碎比等因素，所選擇的破碎方法應(yīng)該是最經(jīng)濟(jì)的，破碎后的產(chǎn)品最符合下道工序所要求的粒度組成。在常規(guī)的破碎方法中，純粹的壓碎、磨碎、沖擊碎等一般不適宜選煤廠的煤炭破碎。劈裂是破碎機(jī)上具有刃型面的部位楔入物料中，于是被破碎的物料便出現(xiàn)了拉應(yīng)力，該拉應(yīng)力達(dá)到了物料的拉伸強(qiáng)度極限時，物料便被劈裂而破碎，如輥式破碎機(jī)的破碎。
眾所周知，大部分巖礦物料的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其抗剪和抗拉強(qiáng)度。抗剪和抗拉強(qiáng)度低的原因是由于在剪切力和拉力的作用下，巖礦物料的內(nèi)部存在缺陷(節(jié)理和裂紋)易產(chǎn)生應(yīng)力集中而破裂。因此物料或是在相互垂直應(yīng)力下被拉裂，或是在剪切力的作用下產(chǎn)生滑移，或是在兩者共同作用下破碎。因此利用剪切和拉伸的力量來破碎物料具有更高的破碎效率。
由于煤炭一類物料的拉伸或剪切強(qiáng)度大大低于抗壓強(qiáng)度，所以劈裂和剪切的破碎方法能耗最低，且是靠低速剪切或拉伸來破碎，沖擊能量較小，一般來說，破碎后的產(chǎn)品粒度較均勻，超粒與粉碎均較少，非常適合選煤廠煤炭的破碎。但目前國內(nèi)的老式輥式破碎機(jī)大多是50年代一70年代設(shè)計(jì)的，與國外的破碎機(jī)相比其傳動形式落后，破碎強(qiáng)度低，不但超粒較多，而且都會經(jīng)受研磨或破碎，也就是說，大量符合產(chǎn)品粒度要求的限下物料會遭受二次破碎，致使生成大量的過細(xì)粒級產(chǎn)品。分級破碎機(jī)正是在接受國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上研制而成。其破碎機(jī)理的基礎(chǔ)是利用煤的自然節(jié)理將其 “劈開”，是真正意義上的破碎，入料中限下粒級部分會像沙子通過手指縫一樣順暢地通過破碎齒間的間隙而不會遭受再破碎，所破碎的只是限上粒級入料，這不僅提高了設(shè)備的利用率，加大了處理能力，而且將過粉碎現(xiàn)象控制在最低限度。
現(xiàn)以雙齒輥破碎機(jī)的兩輥上對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)相位相同的一對齒為例，探討對物料進(jìn)行破碎的機(jī)理。
齒對物料的作用過程可分為三段，第一段是齒對大物料的沖剪撕拉破碎，在這一段，運(yùn)動中的齒突遇大塊物料，靠交錯的齒尖首先對物料進(jìn)行沖擊剪切，若大塊物料未被擊碎則進(jìn)一步進(jìn)行撕拉。破碎后的物料即被齒咬入，并進(jìn)行第二段破碎。若物料仍未被粉碎，則齒沿物料表面強(qiáng)行滑過，靠齒的螺旋布置，將物料進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，等待下一對齒的繼續(xù)作用，直到破碎至物料能被咬入為止。破碎機(jī)理示意圖如圖3.1所示：
圖3.1 破碎機(jī)理示意圖
經(jīng)第一段破碎后，物料己被初步破碎至粒度能被齒輥咬入的情況，但仍不能滿足要求，因而進(jìn)入第二段破碎。在第二段主要靠當(dāng)前一對齒的下棱和前一對齒的上棱的擠壓、剪切作用而破碎物料，這一破碎段從物料被咬入開始，到前一對齒脫離咬合終止。表現(xiàn)為一對齒包容的截面由大變到最小的過程，這一過程是邊破碎邊排料的過程，粒度大的物料由于包容的體積逐漸變小而被強(qiáng)行擠壓剪碎，破碎的物料被擠出，從齒側(cè)間隙漏下。
當(dāng)前一對齒開始脫離咬合時，齒間包容的截面積開始從最小逐步增大，經(jīng)第二段破碎物料，由于前對齒的分離而大量下漏排出，在排料過程中，個別粒度較大的物料將被破碎棒阻擋，當(dāng)齒運(yùn)動到破碎棒附近時，進(jìn)一步將擱置于破碎棒與齒輥間的大塊物料劈碎，并將其強(qiáng)行排出。這就是第三段破碎。
到此，一對齒的破碎行程結(jié)束，每對環(huán)上有四對齒，因此在齒輥運(yùn)轉(zhuǎn)一周時，這樣的過程將進(jìn)行四次，循環(huán)往復(fù)，將給入的物料沖剪撕拉一咬入一擠壓剪切一劈碎后強(qiáng)制排出。
3.3差動分級齒輥式破碎機(jī)所采用的破碎理論
通過對現(xiàn)有的三大破碎理論的闡述，對差動分級齒輥式破碎機(jī)的破碎機(jī)理的分析，可以總結(jié)出:差動分級齒輥式分級破碎機(jī)適用于邦德的第三破碎理論— 即裂縫假說的理論。這是因?yàn)?（1）差動分級齒輥式破碎機(jī)的破碎機(jī)理主要是利用煤的自然節(jié)理將其 “劈開”和剪切，“劈開”自然是 “順縫”劈開，適合裂縫假說的理論。（2）裂縫假說是介于面積假說和體積假說之間，考慮了“變形能”和“表面能”兩項(xiàng)，也是面積假說和體積假說的科學(xué)綜合，在目前沒有新的破碎理論的情況下，其更適用。（3）通過大量的實(shí)踐證明，裂縫說所確定的功指數(shù)計(jì)算是指導(dǎo)設(shè)計(jì)最為行之有效的破碎理論。用其公式計(jì)算的破碎機(jī)安裝功率最接近生產(chǎn)實(shí)際。
但分級破碎機(jī)在實(shí)際工作過程中，可能遇到兩種情況:一種情況是入料全是限上顆粒，即入料全部是大于碎后要求粒度的顆粒，也就是人們常說的全破碎。這種情況較少但有，在港口碼頭的煤炭裝船破碎時較常遇到。第二種情況是入料中有相當(dāng)一部分符合粒度要求的物料無需破碎而直接通過破碎機(jī)，并不是第三理論說的80%。所以實(shí)際功耗與計(jì)算數(shù)值還有一定的出入，可根據(jù)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。作者按自己的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為:選取功率時不要太保守，要留出安全系數(shù)。以防止入料系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
3.4齒形結(jié)構(gòu)、齒的布置形式及制造材料
3.4.1齒形結(jié)構(gòu)及其與產(chǎn)品粒度的關(guān)系
（1）齒形結(jié)構(gòu)
破碎齒的齒形結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足：在滿足產(chǎn)品粒度要求的前提下生產(chǎn)出大粒度產(chǎn)品，最大限度的減小過粉碎，破碎齒磨損容易更換或修復(fù)，降低生產(chǎn)維修費(fèi)用。根據(jù)國內(nèi)外調(diào)研資料和經(jīng)驗(yàn)，試驗(yàn)室試驗(yàn)著重研究了子彈頭式和鷹嘴式兩種齒形結(jié)構(gòu)。
1）子彈頭式破碎齒
齒體母體為40Cr，齒頭堆焊耐磨焊條，磨損后可堆焊修復(fù)，恢復(fù)生產(chǎn)快，維修費(fèi)低，設(shè)備適用壽命長，適用于產(chǎn)品粒度35—80mm的破碎。
2）鷹嘴式破碎齒
次種破碎齒采用高錳鋼或低合金剛直接鑄造而成，破碎齒與齒盤通過螺栓連接，次種齒磨損后，更換方便，生產(chǎn)維修費(fèi)用低，適用于產(chǎn)品粒度大于80mm的破碎。其齒形圖如圖3.2所示。
（2）破碎齒齒形與產(chǎn)品粒度的關(guān)系
經(jīng)過理論分析后認(rèn)為：齒的外形尺寸包括齒寬、齒高不大于產(chǎn)品要求的粒度尺寸，應(yīng)等于或稍小于要求粒度尺寸。齒根部的寬度大致為齒高的4/5—1倍。齒厚度（即齒沿圓周向尺寸），根據(jù)破碎物料的強(qiáng)度而定，一般大于或稍大于齒高。在保證齒的強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量減小該尺寸。因齒形過大會使產(chǎn)品粒度超限，失去分級作用，同時還影響破碎機(jī)的通過能力，而齒形過小不但會使齒的強(qiáng)度降低，而且會使過粉碎現(xiàn)象加劇，同時也不利于嚙入物料。
破碎物料的硬度、韌性也直接影響產(chǎn)品粒度，對于韌性高的物料，破碎齒的尺寸及破碎空間尺寸都應(yīng)相應(yīng)的減少。如破碎焦炭時，因其韌性較高，破碎空間就應(yīng)基本等于或稍大于破碎要求粒度，對于煤而言，因其韌性低，脆性較高，破碎空間應(yīng)稍大一些。同時，不同的煤其韌性、脆性也有很大區(qū)別，則應(yīng)針對不同的情況而定。對于硬度較高的物料，除破碎空間相應(yīng)減少外，齒根部的寬度應(yīng)相對增加，提高破碎齒的強(qiáng)度。
圖3.2 齒 形 圖
3.4.2齒的布置形式及其與產(chǎn)品粒度的關(guān)系
整機(jī)破碎齒布置的一個原則是：兩齒輥在做運(yùn)動的過程中形成的任何空間尺寸都應(yīng)得到相應(yīng)的控制。破碎輥齒的布置包括徑向（即圓周方向）布置、軸向布置、相鄰齒盤間齒的交錯角度和齒的安裝傾角。
（1）圓周方向布置
破碎齒在圓周方向的布置直接決定著產(chǎn)品的粒度，破碎齒齒前空間尺寸基本等于破碎要求粒度的1.5倍。相鄰兩個齒間所能包含的空間尺寸大致為破碎粒度的1.2—1.6倍，兩齒頂弧長為破碎粒度的2.2—2.5倍。這一經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，隨著具體破碎物料的韌性、硬度及破碎特性而定。如前所述，韌性強(qiáng)、硬度高的物料破碎空間相應(yīng)減少，韌性弱、硬度低的物料破碎空間相應(yīng)增加。
（2）軸向布置
相鄰兩排齒間的軸向距離大致為破碎粒度的2/3—3/4，韌性強(qiáng)、硬度高的物料距離取小值，韌性弱、硬度低的物料距離取大值。
（3）相鄰齒的交錯布置角度
破碎齒沿軸線方向采用螺旋布置，相鄰齒盤沿圓周方向錯開一定角度。這樣布置，首先利于連續(xù)嚙入物料，整個破碎過程為一線性過程，不容易卡住物料，尤其是破碎齒形較大時，如不采用螺旋布置，均勻入物料，極易造成卡堵現(xiàn)象。其次，破碎機(jī)載荷均勻，所受沖擊小，有利于減少破碎功耗節(jié)約能源，提高設(shè)備使用壽命。第三，嚙入大塊物料時，輥齒如不能將其一次嚙入，便會在其表面強(qiáng)行滑過，靠輥齒的螺旋布置迫使物料翻轉(zhuǎn)，等待下一對齒的再次作用。
（4）齒的安裝傾角
破碎齒的安裝傾角是指破碎齒的中心線同破碎輥切線的夾角，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)所破物料的破碎性和粒度大小而定。
3.4.3制造破碎齒的材料
破碎齒是破碎機(jī)上的一個關(guān)鍵易損零件，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到破碎機(jī)的生產(chǎn)效率和使用壽命。英國MMD公司的雙齒輥破碎機(jī)的破碎齒有兩種材質(zhì)，一種為高錳鋼，一種為合金鋼。
（1）破碎齒生產(chǎn)工藝
破碎齒的生產(chǎn)工藝為：整體鑄造成型——退火、機(jī)加工—淬火—低溫回火。由于碳和合金元素含量低，在熱處理淬火時不會出現(xiàn)淬裂現(xiàn)象。故破碎齒有較好的韌性和耐磨性。
（2）兩種材料破碎齒的耐磨性比較
30CrMnSi和Mn13齒帽的磨損屬于磨料磨損，磨料對破碎齒的磨損與磨料的磨損性有關(guān)，這種性能取決于磨料與輥齒的相對硬度。試驗(yàn)表明，當(dāng)磨料硬度低于或高于材料硬度時，材料的磨損很小，屬軟磨料磨損。當(dāng)磨料硬度比材料硬度高許多時，材料的磨損就會相當(dāng)嚴(yán)重，屬硬磨料磨損。在破碎煤的工況下，30CrMnSi破碎齒屬于軟磨料磨損，Mn13破碎齒屬于硬磨料磨損。由此可知，破碎煤時，30CrMnSi的耐磨性高于Mn13。
（3）結(jié)論
1）在破煤時，當(dāng)入料粒度不大時，且給料均勻充分時，破碎齒的破損方式主要是擦傷、犁溝，表層只發(fā)生微量的塑性變形，屬低沖擊、低應(yīng)力工況條件，齒帽或破碎齒應(yīng)采用低合金鋼。
2）在破碎硬度比煤大的物料時（如石頭、礦石等）或在露天煤礦的粗碎時，工況惡劣，破碎齒應(yīng)采用高錳鋼。
第四章 差動分級齒輥式破碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)
破碎機(jī)的工作環(huán)境惡劣，工作狀況不穩(wěn)定，不便維修。所以在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)使整機(jī)在保證工藝性能指標(biāo)的前提下盡量提高使用壽命，簡化結(jié)構(gòu)，減少故障點(diǎn)，最大限度的降低維修量。
整機(jī)結(jié)構(gòu)大致分為:電動機(jī)、減速系統(tǒng)、滾軸篩分系統(tǒng)、破碎輥、動顎、傳動系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)、機(jī)體等。
4.1參數(shù)理論計(jì)算分析
4.1.1 4000噸差動分級齒輥式破碎機(jī)破碎能力的估算
Ｑ：破碎機(jī)的生產(chǎn)能力（T/h）
k1、k2：物料的填充系數(shù)，取值范圍0.4～0.6
V1：單位時間內(nèi)通過滾軸篩分機(jī)構(gòu)篩分的物料總體積（m3/h）
V2：將輥齒看作是物料時單位時間內(nèi)通過兩齒輥之間的物料的總體積（m3/h）
V3：單位時間內(nèi)通過兩輥之間的所有輥齒的體積（m3/h）
ρ：煤的密度T/m3
：滾軸篩輥軸的轉(zhuǎn)速（r/min）
：滾軸篩輥軸的直徑（m）
：滾軸篩輥軸的有效長度（m）
：兩個相鄰輥軸之間的距離（m）
（m3/h）
v線：齒輥軸平均線速度（m/min）
a3： 齒輥軸之間距離（m）
l2： 齒輥軸有效長度（m）
m
m：兩個齒輥軸上安裝的總齒數(shù)
：齒輥軸轉(zhuǎn)速（r/min）
V0：單個齒的體積（m3）
m3
（噸）
4.1.2 4000噸差動分級齒輥式破碎機(jī)破碎功率的估算
對于功率的計(jì)算采用如下的近似理論計(jì)算方法。本方法是基于電機(jī)的功率應(yīng)與單位時間的破碎物料的功耗相同的原則，即認(rèn)為電機(jī)的功率應(yīng)如下求得：
Q：破碎機(jī)的生產(chǎn)能力t/h
W：單位生產(chǎn)量的功耗KW.h/t
η：破碎機(jī)的傳動效率
目前有4種不同的理論計(jì)算方法可以確定單位生產(chǎn)量的功耗,即Rittinger法，Kick-Kirpichev法，Bond法和Holmes法，其中Rittinger法適用于細(xì)磨，Kick-Kirpichev法適用于粗碎，Bond法介于二者之間，Holmes法是對上述3種方法的統(tǒng)一。
m：Bond功指數(shù)，煤的Bond功指數(shù)為7.91KW.h/t
E：占排料粒度80%以上的組成部分的粒度尺寸（um）
A：占給料粒度80%以上的組成部分的粒度尺寸（um）
i：常指數(shù)，取0.45～0.5。
(KW)
4.1.3 4000噸差動分級齒輥式破碎機(jī)破碎動力源選擇
根據(jù)4000噸差動分級輪齒式破碎機(jī)破碎功率的估算，在設(shè)計(jì)方案中，主運(yùn)動結(jié)構(gòu)應(yīng)采用雙電機(jī)驅(qū)動，我們選擇主運(yùn)動電機(jī)總功率應(yīng)大于298KW。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們選用防爆電機(jī)作為驅(qū)動源，因?yàn)榉辣姍C(jī)適用于有爆炸危險的環(huán)境中，如油庫、礦井中。采用雙電機(jī)驅(qū)動時，每個電機(jī)的功率應(yīng)選用160KW。
選型：
型號：YBC3-160 額定功率 ：160KW
工作電壓 1140V 額定轉(zhuǎn)速 ：1485 r/min
同步轉(zhuǎn)速1500r/min 額定電流 289.1 A
效率（%）：94.5 功率因數(shù)：0.89
滾軸篩分結(jié)構(gòu)由一臺防爆電機(jī)作為驅(qū)動源，選型如下：
型號：YBC 3-15 額定功率：15KW，
額定轉(zhuǎn)速：1460 r/min 同步轉(zhuǎn)速：1500 r/min
額定電流：31.6 A 效率（%）：89.5
功率因數(shù)：0.81
4.1.4液力偶合器的選型
液力偶合器是利用液體動能和勢能來傳遞動力的一種液力傳動設(shè)備。具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）無級調(diào)速。在電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定下可以無級調(diào)節(jié)工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，與傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)相比可以大量節(jié)省電能。
（2）輕載或空載啟動電動機(jī)和逐步啟動大慣量負(fù)載，提高異步電機(jī)的啟動能力。
（3）防護(hù)動力過載。偶合器泵輪和渦輪之間沒有機(jī)械連接，轉(zhuǎn)矩是通過來傳遞的，是一種柔性和有滑差的傳動。當(dāng)負(fù)載的阻力矩突然增大時，其滑差可以增大，甚至制動，電機(jī)可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不致停車。
（4）均為多臺電機(jī)的負(fù)載分配。在多臺電機(jī)驅(qū)動同一負(fù)載時，允許各臺電機(jī)的轉(zhuǎn)速稍有差別，使各臺電機(jī)的負(fù)載分配均勻。
（5）可隔離振動，緩和沖擊。
（6）可方便實(shí)現(xiàn)離合。偶合器流道充油即接合，將油排空即行脫離。
（7）除軸承外無磨損件，工作可靠，壽命長。因此，在冶金、發(fā)電、礦山、市政工程、化工、運(yùn)輸、紡織和輕工等部門中，等到了廣泛的應(yīng)用。
在本論文設(shè)計(jì)中，所選用的液力偶合器為限矩型液力偶合器。
限矩型液力偶合器是一種動力式液力傳動元件、由于它效率高，結(jié)構(gòu)簡單，能夠帶動負(fù)載平穩(wěn)起動，改善起動性能，提高起動能力；具有過載保護(hù)作用；能隔離扭振和沖擊；在多臺電機(jī)傳動鏈中均衡各電機(jī)的負(fù)荷；并減小電網(wǎng)的沖擊電流；所以在礦山機(jī)械、化學(xué)工業(yè)、冶金工業(yè)、食品、建筑、交通等部分得到了廣泛應(yīng)用。YOX型主要由主動部分和被動部分組成。主動部分包括后輔室、前半聯(lián)軸節(jié)、后半聯(lián)軸節(jié)、彈性塊、泵輪和外殼。從動部分主要包括軸和渦輪。主動部分與原動機(jī)聯(lián)接，被動部分與工作機(jī)聯(lián)接。
（1）主運(yùn)動電機(jī)采用兩臺液力耦合器實(shí)施軟啟動。
選型：
型號：YOX560 傳遞功率120～270KW
輸入轉(zhuǎn)速：1500 r/min 過載系數(shù)T g=2～2.5
效率（%）：0.96 處理尺寸D=634mm, A=447mm
最大輸入孔徑及長度（mm）：=100 =210mm
最大輸出孔徑及長度（mm）： =100 =210mm
（2）滾軸篩分機(jī)構(gòu)采用彈性套柱銷聯(lián)軸器實(shí)施啟動。
選型：
型號： TL6型 公稱轉(zhuǎn)矩Tn=250 Nm
許用轉(zhuǎn)速：3800 r/min 效率（%）：0.96
處理尺寸mm,45mm
輸入孔徑及長度（mm）：=42 =112mm
輸出孔徑及長度（mm）：=35 =82mm
4.1.5驅(qū)動滾軸篩以及高破碎輥運(yùn)動的減速系統(tǒng)的選型
根據(jù)工作要求，驅(qū)動滾軸篩輥軸運(yùn)動的減速系統(tǒng)選用三級圓錐—圓柱齒輪減速器，其型號為YKS型；驅(qū)動高破碎輥運(yùn)動的減速器應(yīng)選用二級錐—圓柱齒輪減速器，型號為YKL型。
4.2主傳動中及驅(qū)動低破碎輥運(yùn)動減速系統(tǒng)的確定及設(shè)計(jì)
4.2.1減速器的選用
減速器作為閉式傳動，其主要破壞形式是齒面疲勞，在齒面疲勞計(jì)算通過的情況下，齒輪彎曲破壞強(qiáng)度較為富余，常規(guī)可不進(jìn)行齒輪彎曲強(qiáng)度校核。由于在過載情況發(fā)生時，齒輥和減速器轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量較大，所以在選用減速器時應(yīng)提高一個檔次，另外，減速器上的所有齒輪均應(yīng)采用硬齒面齒輪，在本論文設(shè)計(jì)中選用二級錐—圓柱齒輪減速器。
4.2.2總傳動比及傳動比分配
（1）總傳動比
初定低破碎輥及帶顎板齒輥轉(zhuǎn)速為94r/min，電機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min。則總傳動比等于:
（2）分配傳動比
減速器為二級錐—圓柱齒輪減速器，為使大錐齒輪尺寸不致過大，高速級傳動比按下式計(jì)算：
則:
（3）傳動裝置的運(yùn)動參數(shù)計(jì)算
①各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算：
第1軸轉(zhuǎn)速 r/min
r/min
r/min
齒輥軸的轉(zhuǎn)速 r/min
②各軸功率計(jì)算：
第1軸功率 KW
KW
KW
齒輥軸的功率 KW
③各軸扭矩計(jì)算：
第1軸扭矩 Nm
Nm
Nm
齒輥軸的轉(zhuǎn)矩 Nm
4.2.3減速器的設(shè)計(jì)
a、高速級直齒錐齒輪傳動設(shè)計(jì)
已知參數(shù)：KW r/min Nm
r/min
已知：兩錐齒輪軸交角，小齒輪懸臂布置，大齒輪兩端支承，長期工作，閉式錐齒輪傳動，先按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，再按接觸疲勞強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度校核計(jì)算。
i、接觸強(qiáng)度估算：
（1）選材料 大、小齒輪均采用20Cr經(jīng)滲碳，淬火，58～63HRC
（2）許用接觸應(yīng)力 由表4-26及表4-27、圖2-12
MPa
MPa
（3）載荷系數(shù) 由表4-26得
（4）齒數(shù)比 暫取
（5）齒寬系數(shù) 取
（6）估算大端分度圓直徑
mm
ii、主要幾何尺寸計(jì)算
（1）齒數(shù), 取， 圓整成整數(shù)
（2）實(shí)際齒數(shù)比
（3）分錐角
（4）大端模數(shù) 按標(biāo)準(zhǔn)取mm
（5）分度圓直徑
mm
mm
（6）變位系數(shù)
（7）齒寬中點(diǎn)分度圓直徑
mm
mm
（8）齒寬中點(diǎn)數(shù),mm
（9）外錐矩 mm
（10）齒寬 圓整為76mm
（11）大端齒頂高
, 因,故mm
（12）大端齒根高
, 因，故mm
（13）大端全齒高，
mm
（14）齒頂角,
（15）齒根角,
（16）頂錐角
（17）根錐角
（18）