新型辊颚式破碎机设计研究

图2　偏心轴的结构示意图

瓦世界技术装备2017.3新型辊颚式破碎机设计研究

摘要：破碎机是砖瓦行业中不可缺少的设备，为解决传统颚式破碎机和辊式破碎机产品粒度不均、产量低、结构不合理的问题，本论文提出了一种新型辊颚式破碎机，并介绍了破碎机的总体设计、工作原理、各部件基本参数的选型及各传动轴的设计及计算。关键词：破碎机；工作原理；传动轴

0　引言

破碎机在砖瓦行业中具有重要的作用，然而大部分砖瓦企业仍然使用着传统的破碎机，由于结构和机理的原因，物料粉碎不均匀，颗粒过大，无法满足砖瓦企业的需求。所以，对破碎机进行研究和创新具有重大现实意义。

1　新型辊颚式破碎机总体设计1.1　新型辊颚式破碎机工作原理

新型辊颚式破碎机的主要工作部件为一箱体，一对齿辊以及动颚板。箱体内部与左齿辊靠近的一侧设有一竖排齿板，齿辊轴线成一定角度（15～25°）排列，并且沿齿辊轴线方向上布置一定数量的齿环，右齿辊与动颚板安装在偏心轴上，左齿辊充当颚式破碎机的静颚板。

工作原理：齿辊沿相反方向旋转，物料落入齿辊之间进行第一次破碎，随后进入左齿辊与动颚板之间进行第二次破碎，最后由辊齿与劈裂棒进行第三次破碎。其结构如图1所示。

新型颚式破碎机工作过程主要分为3个阶段：（1）齿辊间的第一次破碎。当大块物料落入齿辊之间时，齿辊对其进行冲击、剪切和撕拉作用从而对物料进行粗破。如果物料太硬、过大无法通过齿辊，则物料将受到辊齿作用使其翻转，传到下一对辊齿进行破碎。未落入齿辊之间及翻转出来的物料则通过齿板与左齿辊进行粗破碎。（2）左齿辊与动颚板的第二次破碎。通过两齿辊间破碎出来的物料经过左齿辊与动颚板之间的挤压、劈裂和磨碎作用从而使物料进一步充分破碎。（3）辊齿与劈裂棒的第三次破碎。经过第二次破碎后，被劈裂棒阻挡的一些块状偏大的物料，在辊齿与劈裂棒的共同作用下，将物料破碎并排出，从而达到理想的物料尺寸。1.2　偏心轴的设计

右齿辊与动颚板都是靠偏心轴运动，对于偏心轴的设计是新型破碎机设计成功的关键。因此，图2为偏心轴的结构示意图，图3为偏心轴、动颚板及右齿辊的装配示意图。

1-箱体，2-右齿辊，3-动颚板，4-劈裂棒，5-左齿辊，6-齿板图1　机构简图

35瓦世界2017.3

图3　偏心轴、动颚板及右齿辊的装配示意图

结合以上两图可知，动颚板套在偏心轴上从而实现动颚板左右往复运动。1.3　电机功率的确定及选型破碎机功率是电动机选择的依据，因此破碎机生产的重要环节是对其功率的计算。对于功率的计算采用下面的近似理论计算方法。采用Rittinger法确定单位生产量的功耗。

即： 式中： m—— Bond功指数，煤的Bond功指数为

7.91kWh/t；

E—— 占排料粒度80％以上的组成部分的粒

度尺寸，

μm； A—— 占给料粒度80％以上的组成部分的粒

度尺寸，

μm； i——常指数，取0.45～0.5。电机的功率应如下求得：式中： Q——破碎机的生产能力，t/h；

W——单位生产量的功耗，kWh/t； η——破碎机的传动效率。参考上述传统破碎机功率的计算方法，结合生产实践的经验，估取电机功率为160kW，选择YB355S-6的电机。其主要参数如下：额定功率：160kW；转速：980r/min；效率：0.94；功率因数：0.87；输出轴径：90mm。

36技术装备科技纵横SCIENCE & TECHNOLOGY2　基本参数的确定

因本设计产品的新颖性，暂无成熟的计算方法计算其部分参数，因此参考传统破碎机的计算方法，结合生产实践经验进行估算。2.1　辊式破碎机的计算及其分析

①啮角。辊式破碎机的咬入能力与辊子间的摩擦系数f有关，一般情况下，啮角α应小于或等于物料与辊子间摩擦角ϕ的两倍。一般摩擦系数f=0.30～0.35，或摩擦角ϕ=16～19°，则破碎机最大啮角α≤33～38°。

②辊子直径D与物料粒度d的关系。辊子直径D与物料粒度d之间的关系是：

取f=0.325时，，于是，所以破

碎机的齿辊可以对煤进行粗破。

③辊子转速。当辊式破碎机的破碎比i取4时，辊式破碎机的极限转速nmax为：

式中： f——物料与辊子表面的摩擦系数；

ρ——物料密度，kg/m3； d——物料粒度，cm； D——辊子直径，cm。实际上，为了减小破碎机的振动和辊子表面的

磨损，取n=（0.4～0.7）nmax（ r/min）。④生产能力。生产能力是双齿辊破碎机性能

的重要指标，因此对分级破碎机，每一排破碎齿旋转一周所形成的破碎空间减去破碎齿所占的空间即为物料通过空间。由此确定双齿辊破碎机的理论生产能力Q采用如下计算公式：

Q=60nρμkV1

式中： n——破碎辊转数，r/min；

ρ——物料的密度，t/m3； μ——物料松散系数，一般为0.25～0.4； k—— 给料不均匀系数，由给料的均匀性、物

料矿岩特性、给料粒度及破碎比等因

素决定，一般对煤为0.4～0.8；

V1—— 两破碎辊旋转一周所形成的通过空

间，m3。 z——两个破碎辊之间所含破碎齿的排数；

砖科技纵横SCIENCE & TECHNOLOGY技术装备 Vn—— 每排破碎齿旋转一周所形成的破碎空

间体积，m3；

m——每排破碎齿的齿数； V0—— 每个破碎齿在破碎空间内所占体积，

m3。

2.2　颚式破碎机的计算及其分析

①钳角。破碎机的活动颚板与固定颚板间的夹角α称为钳角。钳角的大小对破碎机生产率和破碎腔高度有直接的影响。夹住物料的允许值要大于等于钳角的最大值，所以一般钳角的取值为：式中： μ——齿板与物料间的摩擦系数

为了安全着想，在实际生产中，一般钳角通常取理论值的65%，即：

α= 0.65αmax=18～22°结合实际生产经验，在本设计中选择钳角为20°。

②偏心距。偏心距对破碎机生产率和传动功率都有影响。在本论文中，选择偏心距e=20mm。

③动颚行程。破碎机的行程是指动颚下端的摆幅，它与偏心轴偏心距、颚板斜角等有关，一般是s=2.2e，因此本次设计动颚行程s=44mm。

④转速。颚式破碎机的成品，依靠物料自重降落排出，如果动颚摆动（偏心轴转速）速度太快，成品不能充分排出；如果速度太慢，又浪费有效时间，两者都使机械生产率减小。使破碎机获得最高生产率的偏心轴转速n应是：

式中： α——钳角；

s——动颚行程，cm。实际上，由于动颚空行程初期，物料仍处于压紧状态而不掉落，因此，转速应取低些，一般是上式计算值的0.7，即：

结合上式及实际工作经验，取n=120 r/min。2.3　实际参数

综上所述，并结合实际实践经验，新型辊颚式破碎机的基本参数：

生产能力2100t/h，给料粒度600mm，出料粒度80mm，齿辊直径800mm，齿辊工作长度250mm，破碎机抗压强度160MPa，齿辊转速120r/min，形式为

砖瓦世界2017.3每辊12盘，每盘4齿。

为提高破碎性能，将定颚改为小齿辊，并且在物料进入第二次破碎之前已经过了双齿辊粗加工，因此颚破时的入料口稍微小些。根据对双齿辊破碎机的分析，其出料粒度约在300mm左右，因两种破碎机的工作具有连续性，因此取颚破时的入料口尺寸为300mm，其出料口尺寸为80mm。3　传动轴的设计及计算3.1　确定传动比

根据上述所得的电机及齿辊转速，初步确定电机至齿辊间的减速比，取nm为电机的转速，n为齿辊的转速，则

根据生产实践经验，结合带轮和齿轮的传动特点，取带传动比，因此齿轮传动比。

最终得出I轴到IV轴的各轴转速为：（r/min）；

（r/min）；（r/min）；（r/min）。3.2　输入功率及扭矩

I轴到IV轴的输入功率：P1=160（kW）

P2=P1η带η2=160×0.99×0.99=156.82（kW）P3=P2η2η齿=156.82×0.99×0.98=152.15（kW）P4=P3η2η齿=152.15×0.99×0.98=147.62（kW）其中： η2——调心滚子轴承效率。

I轴到IV轴的扭矩计算：

（Nm）（Nm）（Nm）（Nm）

4　结束语

辊颚式破碎机较以往传统破碎机相比有较大的不同，其二次破碎的方式在国内也较罕见，具有（下转第27页）37综合报道COMPREHENSIVE REPORT砖械，2012，33（8）：24-26[2] 张大伟，张勇杰，尹中会.新型2PGC型分级破碎机主要参数选型计算[J].砖瓦企业机械，2014，35（3）：15-17[3] 赵经国，万树春，邵爱平.新型高效辊式破碎机的研发[J].矿山机械，2007，35（10）：61-63[4] 郎宝贤，郎世平.破碎机[M].北京：冶金工业出版社，2008： 281-284[5] 潘永泰，王兆申，王务平等.1200t/h超大处理能力分级破碎设备的开发前景及研究[J].选煤技术，2001，（6）：15-17瓦世界论　坛2017.3位，为藏区节能建筑提供烧结页岩多孔砖、空心砖。特别是公司生产的节能砖用于乃琼镇岗德林村节能砖农业示范园区农业设施的建设上。为该项目在中国取得成功经验的同时，又向高原农业设施延伸并取得了显著的社会、经济和生态效益，为在世界海拔最高点推广节能砖与农村节能建筑提供了应用的成功经验，使高原地区生产节能砖并应用于节能建筑成为一种可能并向可持续发展，可以说拉萨远大红墙公司做出了积极贡献，不愧为一只在雪域高原上展翅高翔的雄鹰。5　结束语

“节能砖与农村节能建筑市场转化”项目之所以在世界海拔最高点推广成功，首先是项目紧紧扭住了农村建材节能和建筑节能这个新农村建设中和国家整体节能减排工作中的薄弱环节和短板；二是项目切实落实“创新、协调、绿色、开放、共享”发展新理念，创新可持续的长效机制、因地制宜探索总结节能减排与经济社会协调发展模式、试验示范适合农村农民特点的绿色低碳生产生活技术路线、用开放共享的精神努力向广大农村和其它发展中国家传播推广项目成果而取得。项目成果将随着我国“一带一路”走出国门与沿线国家共同分享，让砖瓦行业为节能减排做出新贡献。

定。2012年，中国砖瓦工业协会开展了砖瓦技术援藏活动，组织部分装备和生产企业进行了实地考察，为红墙公司技术改造和新建项目建言献策。随后，公司在决定上第二条节能砖生产线的过程中，次仁总经理带领考察小组考察了全国近20条生产线，最后根据西藏的特殊的地理环境，选用了挤出压力4.0的挤砖机、全自动砌码运系统生产工艺生产烧结多孔砖。目前，全线23人操作的现代化烧结砖生产线运转在雪域高原上。

图2　生产车间一角

由于拉萨远大红墙公司占据的地理环境、气候条件、高原绿色墙材等特殊性，2013年，经中国砖瓦工业协会推荐，被农业部项目办选定为“节能砖与农村节能建筑市场转化项目”节能砖生产推广单

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櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓与此同时，还要制定有关产品在生产过程中，重点排污岗位的清洁生产技术标准，把好清洁生产关，使砖瓦工业真正成为无污染的绿色产业。（三）要尽快协调墙材装备技术标准的制修订工作

由于墙体材料产品质量和性能的提高，在很大的程度上取决于装备水平提高，因此墙材行业转型升级关键是装备技术的创新，目前墙材装备技术有长足发展，如码坯机、机器人、包装机、随道窑等装备发展迅速，但也较杂乱，缺乏统一标准进行规范和鉴定，需要通过标准制定和执行加强市场管理，鉴于目前墙材装备标准化工作机制尚未理顺，标委会应当尽快协调，把装备标准制修订工作及时跟上去。

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櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓櫓其崭新的一面。新型辊颚式破碎机结合了颚式破碎机和辊式破碎机的优点，解决了颚式破碎机产品粒度不均、易堵塞的问题及辊式破碎机产量低、结构不合理的问题，具有很好的发展前景和市场前景。

参考文献

[1] 毛成果，周靖阳，李　阳.对辊式破碎机设计研究[J].砖瓦企业机

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