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颚式破碎机的设计发展史和未来前景展望

2018-07-11 09:34:12 | 作者: 世邦集团

颚式破碎机

颚式破碎机作为一种传统的破碎设备，由于其具有结构简单、工作可靠、制造容易、维修方便、适应性好等优点．自从1855年问世以来，一直是粉碎行业广泛应用的设备，其缺点是效率低，非连续性破碎，破碎比小等，各国都对其缺点进行了改进，其自动化水平也有所提高，近年也出现了一些新的机型，如双腔双动颚式破碎机、双腔回转破碎机，筛分颚式破碎机、外动颚均摆颚式破碎机、倒悬挂细碎颚式破碎机等12-q，由于目前实际使用的大多数是复摆颚式破碎机，且发展过程具有典型意义，本文主要以复摆颚式破碎机的为例阐述颚式破碎机的设计发展过程。

1机构设计及优化

我国自1951年开始仿制复摆颚式破碎机以来，很长一段时间里，人们为了使动颚具有较好的运动特性，能减小磨损，提高处理能力，对一些有较大影响的结构参数，如传动角、肘板摆动角、偏心距、主轴的悬挂高度、动颚行程，啮角、连杆长度等进行了大量的研究工作。

传统的设计方法主要是按照点的运动轨迹来设计破碎机四杆机构结构，主要有分析法和图解法，利用设计前就已经选定的一些参数如啮角、连杆长度、动颚的行程等，根据已知的轨迹，运用相互间的关系，求得各杆件的尺寸，根据所设计的破碎机的型号，连杆长度，动颗行程等都能确定。用上述的方法确定四杆机构后，接着描述出动颚的运动轨迹，决定设计是否满意。啮角的概念也由传统的几何啮角到工态啮角。工态啮角则是指实际的工作时的啮角，由于几何啮角的前提明显在颐板的部分部位不成立，所以，工态啮角有时要大于设计时的啮角，随之将产生一些相应的后果如物料打滑，颚板磨损严重，加剧物料堵塞等。为了改善这些状况，设计出多种的颚板形状．设计过程中的一个显著特点是，主轴悬挂高度逐渐从正悬挂向负悬挂变化[9-n]，正悬挂存在动颚上部水平行程�。鞲咴俗晃榷ǎ宄叽绱螅庸こ杀靖叩鹊娜钡�。负悬挂可以加大动颚的水平行程，降低机器的高度，减轻机重，改善破碎效果。现在粗碎用的复捏颚式破碎机一般采用零悬挂，而中细碎用的中小型复摆颚式破碎机大多采用负悬挂。

另外，肘板的支承方式也有正负之分。传统的复摆颚式破碎机主要是采用正支承。随着先进的机构设计方法的逐步应用，负支承也获得广泛的应用，即肘板为复倾角的结构。由于负支承型动颚各点的垂直行程要小于正支承的动颚，这样有利于减轻颚板的磨损，提高产品的均匀性，减小损耗，从破碎机的高度来说，由于负支承型破碎机的下端固定铰接点比正支承型的靠下，机器的高度要比正支承的低，当负支承型的肘板长度很小时，就演变成为另一种支承方式，即辊撑型，也就是支承动颚的变成辊子，复摆颚式破碎机的优化设计，在很长的一段时间内，设计者对机构的尺寸、曲柄半径等的选择带有一定的盲目性，且大多参照国外的同型号类比确定。或者为要求的压缩量，盲目进行试凑加以改变，以致于不能保证机器的优良传动性能，对曲柄半径进行优化设计，可在保证实现工艺要求的前提下获得优良的机构尺寸参数，当然由于数学模型建立的不一样，所获得的目标函数也有多种，如曲柄半径、动顿排料口处的特征值以及一个破碎循环排出的物料体积等，B的是使破碎效果优良同时生产能力大．优化方法由于建模，所选的变量，约束条件的不同也有多种算法．

另外，动颗下端水平行程和动颚下端摔料高度上的下端部·的平均啮角以及主轴的转速三者的匹配是发挥机器生产能力的关键。因而三者的匹配是三参数的设计问题，目的是机器的功耗在不大于规定的标准下，设计变量是下端的水平行程和平均啮角．

设计新型颚式破碎机出现的时间较短，如倒悬挂细碎颚式破碎机在20世纪70年代首先被报道．由于它使动颚倒置于机器的底部机器的重心大大下移，稳定性好，工作转速大大提高。又如双腔双动颚式破碎机的出现，集中了传统颚式破碎机的优点，它在普通颚式破碎机动颧板的另一端增加一个破碎腔，使得破碎机不存在空行程的能量消耗，提高了破碎效率．再如双腔回转破碎机的设计燕有颚式破碎机，1：J阎锥破碎机的性能，产量较同规格的颚式破碎机高50％。还有筛分式颚式破碎机可把筛分和破碎结合在一起，简化了工艺流程，能及时排m以达到粒度要求的物料，减轻了物料的堵塞和过粉碎，提高丁生产能力，降低了能耗，

2复摆颚式破碎机的腔型设计及其发展

破碎腔的形状和尺寸应该满足以下要求；前列，为防止机器超载和堵塞，在单位时间内进入破碎腔的物料不应多于能够破碎和排出的物料；第二，为了保证机器负荷均匀、运转平稳、破碎板磨损均匀，物料要均匀地分布在破碎腔内；第三，为厂提高破碎效率，防止堵塞和过粉碎现象，破碎后的物料应能畅通地从破碎腔内排出；第四，为了保证产品的细度和形状是立方体，细碎型的破碎机，破碎腔的下部应有平行区。

随着破碎过程数学模型的建立，描述破碎过程也成为现实，1948年B．Epstin首先用统计学原理来研究物料的破碎规律，1956年S．R．Broadent及T．G．Callcatt等提小破碎的矩阵模型；1977年A．J．nch的进一步分析粉碎过程的矩阵模型等。加上计算机的普及，建立符合颚式破碎机实际操作的模型并进行数值计算也已成为可能，为进一步的仿真、优化设计提供了基础。

例如考察常规待破碎物料在复摆颚式破碎机破碎腔内的实际流动状况时，需要充分考虑动颚复杂摆动特性t12，131。当动颚板齿面某段由闭合极限位置回到开启的极限位置这个过程中，处于此段的物料流动状态是否一定为下落，是与紧相邻的靠上一段和靠下一段动颚运动状态及破碎物料的状态有关。而动颚板齿面某段从开启极限位置运动到闭合极限位置时，处于此段的物料主要处于被挤压破碎状态，其挤压破碎程度亦与紧相邻的靠上一段和靠下一段动颚运动状态及破碎物料的状态有关。由此破碎物料被逐渐破碎和流动，最终排出。在考虑破碎物料在破碎腔内受力、流动以及破碎齿面目上各点的运动等特性基�。希杓粕降钠扑榍话垂潭Π逵攵Π宓男巫纯梢苑治骸爸毕咭恢毕摺毙停扒�、直线一曲、直线”型，“曲、直线—直线”型，“直线一区、直线”型等。腔型的优化设计可以采用分层优化法，及各个破碎层分别优化。多层综合优化法可以避免分层优化的缺点。当然，可以结合两种方法，先用多层优化法求得排料层的优化后的定、动颚倾角，然后进行分层优化。

随着描述破碎过程的数学模型的建立，破碎腔的设计逐步趋向于高深腔方向发展，堵塞现象逐步获得改善，甚至可以设计出完全克服无堵塞式破碎腔形。

3计算机辅助设计与颚式破碎机的自动化设计的结合

随着CAD技术的发展，也开发出了一些颚式破碎机的CAD系统。二维CAD基本上实现了破碎机设计、优化、绘图的自动化，但要用二维的视图来表示三维的物体。目前，借助于一些人型的三维绘图软件，已经实现三维实体模型的设计。

二维CAD系统主要包括设计计算部分和自动绘图部分。程序的设计主要采用�？榛悸罚话惆谢褂呕杓颇？椋硕А⒍ρХ抡婺？椋ぷ鞑问�、主要零件的强度分析，有限元设计、绘图等�？橥ü鞒绦蚨蔚牟煌饔梅绞剑髯幽？榭梢园此承蛑葱校ü帽淞客瓿墒莸慕换缓痛�。也可以调用单独的任一�？椋宋馗ㄊ淙�。由于颚式破碎机的设计以成为成熟的产品设计，属于变参数型设计，即新的设计对象与原有的基本类型设计相同或相近，主要的差异在于各部分的尺寸参数，绘图�？榻柚鏏UTOCAD等软件，实现了参数化自动绘图。

三维模型设计是以三维零件、部件结构为基础的三维图形设计。在三维模型的基础』二可以进行装配，干涉检查，有限元分析，运动分析等的计算机辅助工作。利用三维的绘图软件，颚式破碎机的设计与制造过程从单一的平面图转变成可视化的三维动态图形，从而使得CAD形象化，可视化，史接近生产实际，可以直观地检查产品工作过程中的相对运动，及干涉原因等，缩短了产品的设计制造周期，达到了优良、快速、敏捷和一次试制成功的日的，有效地降低了设计制造成本，为进一步的CAD和CAM的结合奠定了基础。三维实体模型设计将逐步取代两维的设计，成为颚式破碎机设计发展的趋向。总之，就目前而言，我国颚式破碎机的设计在质量和性能方面与国外的先进水平还有很大的差距，就同样的机型相比，机器的重量要比我国的小很多，说明其设计与制造的综合水平比我国高的多。此外，机器的轴承小但寿命长；在耐磨材料，热处理丁艺等方面也有刁；小的差距。提高我国的制造技术关键在于消化，吸收国外进口的产品，自己的研究开发单位要重视具有自主知识产权的设计开发，提高配套产品在内的产品质量，迎头赶上国际先进水平。

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