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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
題 目： 反擊式破碎機(jī)設(shè)計(jì)
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— 1 —
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
1 反擊式破碎機(jī)的發(fā)展和研究情況綜述
1.1前言
反擊式破碎機(jī)是利用物料進(jìn)入破碎腔后與高速旋轉(zhuǎn)的板錘撞擊而破碎物料的原理[1]。破碎機(jī)被廣泛用于冶金、礦山、煤炭、水利、建筑、建材、環(huán)保和化工等行業(yè)，由于物料的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的差異很大，為了適應(yīng)各種物料的要求，破碎機(jī)的品種也是五花八門[2]。的選用了。針對(duì)反擊式破碎機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低廉、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，破碎中硬性石灰石等材料是選用了它。但其仍有許多不足，例如在破碎過程中板錘，反擊板等工件的磨損過快，特別是破碎堅(jiān)硬物料時(shí)更為嚴(yán)重。為了解決這些不足點(diǎn)，合理的為板錘，反擊板等工件選擇耐磨、耐沖擊式材料以及幾何形狀是非常必要的[3]。因此解決反擊板、板錘等部件的不足，才能使反擊式破碎機(jī)造價(jià)更加廉價(jià)、使用壽命更加長(zhǎng)、運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。
1.2 反擊式破碎機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)我國(guó)在破碎機(jī)械的研究取得了巨大成績(jī),但技術(shù)水準(zhǔn)卻與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在一定差距；為了縮小與國(guó)外的差距，我國(guó)破碎機(jī)正向以下幾個(gè)方面發(fā)展：?為了節(jié)能以及提高破碎機(jī)的生產(chǎn)效率，提出了“多碎少磨”的技術(shù)原則。這使破碎機(jī)向細(xì)碎、粉碎和高效節(jié)能方向發(fā)展。?隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展,破碎機(jī)也向自動(dòng)化方向邁進(jìn)(如國(guó)外產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)機(jī)電液一體化、連續(xù)檢測(cè),并自動(dòng)調(diào)節(jié)給料速率、排礦口尺寸及破碎力等)。?隨著我國(guó)開采規(guī)模的擴(kuò)大,破碎機(jī)也在向大型化發(fā)展,如粗碎旋回破碎機(jī)的處理能力已達(dá)6000t/h。
所以要縮小與國(guó)外的差距并迎頭趕上和超過國(guó)外先進(jìn)技術(shù),就必須增加技術(shù)投入。引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的破碎技術(shù)和裝備,無(wú)疑對(duì)我國(guó)破碎機(jī)的質(zhì)量和技術(shù)都有著重大的意義,但引進(jìn)的關(guān)鍵在于消化、吸收,并將其國(guó)產(chǎn)化。有條件做自行研究開發(fā)的單位,要重視提高產(chǎn)品質(zhì)量,包括配套產(chǎn)品的質(zhì)量,以使我國(guó)的產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上占有一席之地[1，2，3]。
1.3 反擊破碎機(jī)有關(guān)問題的分析研究情況
文獻(xiàn)【4】運(yùn)用 ANSYS/LS-DYNA 軟件，對(duì)反擊式破碎機(jī)沖擊破碎力進(jìn)行了仿真分析，結(jié)果表明：當(dāng)沖擊速度較小時(shí)，打擊力與沖擊速度呈線性關(guān)系；當(dāng)沖擊速度較大，巖石的應(yīng)變超過其失效應(yīng)變時(shí)，打擊力與沖擊速度呈二次曲線的關(guān)系。同時(shí)，對(duì)打擊巖石不同部位時(shí)的打擊力進(jìn)行了仿真，得到了一些有益的結(jié)論。
文獻(xiàn)【5】運(yùn)用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)軟件MSC.Dytran,對(duì)反擊式破碎機(jī)中板錘沖擊碰撞巖石的過程進(jìn)行有限元仿真, 錘頭磨損對(duì)破碎力的影響與沖擊速度有關(guān)。當(dāng)沖擊速度較小時(shí),錘頭磨損對(duì)破碎力的影響較大;當(dāng)沖擊速度V=36m/s左右時(shí),錘頭磨損后的破碎力損失最小或較小。
文獻(xiàn)【6】運(yùn)用MSC Dytran軟件，對(duì)板錘以一定的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)于礦石發(fā)生碰撞的過程進(jìn)行了仿真分析。得知在方盤與漲緊套的接觸環(huán)面處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象, 應(yīng)力從圓環(huán)面到內(nèi)部呈減小趨勢(shì);在方盤的最小截面及方盤中與圓環(huán)相切面(受力危險(xiǎn)截面)應(yīng)力值較大。另外在整個(gè)碰撞過程中,錘板在高度方向的應(yīng)力分布基本無(wú)變化。據(jù)此結(jié)果,考慮在轉(zhuǎn)子部件整體結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下,優(yōu)化方盤與錘板結(jié)構(gòu)。如增大方盤與漲緊套接觸環(huán)面處的徑向厚度、減小錘板高度以,降低方盤在碰撞過程中危險(xiǎn)及最小截面處所受應(yīng)力。
文獻(xiàn)【7】運(yùn)用 ANSYS 軟件，建立了動(dòng)力學(xué)有限元轉(zhuǎn)子分析模型，通過分析得知在轉(zhuǎn)子機(jī)體與板錘接觸面及其附近區(qū)域出現(xiàn)了較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象。以及轉(zhuǎn)子板錘在使用過程中的磨損，主要是由于轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中錘板端部反復(fù)彎曲變形引起交變應(yīng)力所造成的疲勞磨損。
文獻(xiàn)【8】通過對(duì)轉(zhuǎn)子與礦石的碰撞過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，對(duì)錘板進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使板錘在滿足材料強(qiáng)度條件基礎(chǔ)上有效減少了材料用量。
文獻(xiàn)【9】對(duì)板錘進(jìn)行了有限元分析優(yōu)化，通過改變板錘的旋轉(zhuǎn)角度來(lái)減少板錘外端的受力，減小變形，防止板錘的疲勞破壞。
文獻(xiàn)【10】將試驗(yàn)設(shè)計(jì)、Kriging 響應(yīng)面法、Shifted Ham-ersley 抽樣技術(shù)、多目標(biāo)遺傳算法和靈敏度分析方法相結(jié)合，對(duì)板錘以減小最小可碎粒徑和變形量為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了板錘設(shè)計(jì)參數(shù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化，為企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)提供了改進(jìn)方案.
文獻(xiàn)【11】指出提出折線和圓弧線反擊板的設(shè)計(jì)方法和原則。 并指出第二級(jí)反擊板盡可能靠后，而且下端排料口接近轉(zhuǎn)子中心水平線，借以增加細(xì)碎效果。
文獻(xiàn)【12】指出板錘最佳熱處理工藝為 1020 ℃高溫淬火 +400 ℃高溫回火，淬火回火組織為回火馬氏體+ 共晶碳化物 + 二次碳化物 + 殘余奧氏體，使用壽命為普通高錳鋼的 3倍
文獻(xiàn)【13】指出在高鉻鑄鐵中適量加入了 Mo、V、Ti、Mn、Cu 等合金元素。用以生產(chǎn)反擊式破碎機(jī)板錘, 可使產(chǎn)品耐磨性和綜合力學(xué)性能得到很大程度的改善,使用壽命比原用高錳鋼提高 4 倍以上。
文獻(xiàn)【14】指出板錘材料由高錳鋼改為高鉻鑄鐵，高鉻鑄鐵硬度高、耐磨性能好，可有效降低材料磨損損耗。板錘結(jié)構(gòu)由單工作面改為雙工作面 ，磨損面由兩個(gè)變?yōu)樗膫€(gè)，一個(gè)板錘可當(dāng)兩個(gè)使用，可大大延長(zhǎng)板錘的壽命。
1.3 結(jié)束語(yǔ)
破碎機(jī)的性能好壞直接關(guān)系到我國(guó)破碎行業(yè)的發(fā)展，我國(guó)能否開發(fā)出新型、高效、節(jié)能和環(huán)保的現(xiàn)代破碎機(jī)，是我國(guó)現(xiàn)階段主要的努力方向。今后研究可集中在以下幾個(gè)方面：
（1）板錘磨損是反擊式破碎機(jī)的主要失效形式，所以開發(fā)出新的耐磨性材料是現(xiàn)在的主要研究方向。
（2）運(yùn)用 ANSYS，MSC Dytran軟件對(duì)破碎機(jī)的部件進(jìn)行有限元分析是現(xiàn)代分析各部件受力情況的主要方法。
參考文獻(xiàn)
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2 反擊式破碎機(jī)的總體方案及關(guān)鍵技術(shù)擬定
2.1反擊式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及破碎原理
雙轉(zhuǎn)子反擊式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。它由平行排列的兩個(gè)轉(zhuǎn)子4、11，機(jī)體3，第一道反擊板5，分腔反擊板9，第二道反擊板12等組成。
圖1 雙轉(zhuǎn)子反擊式破碎機(jī)的構(gòu)造圖
1—鏈幕；2、8—懸掛軸；3—機(jī)體；4—第一道轉(zhuǎn)子；5-第一道反擊板；6-螺桿；
7-方截面軸；9-分腔反擊板；10-壓縮彈簧；11-第二道轉(zhuǎn)子；12—第二道反擊板；
13、14—調(diào)節(jié)彈簧；15、18—均整篦板；17—固定反擊板；16、19—板錘；
20-三角皮帶；21、22—電動(dòng)機(jī)；23—液力聯(lián)軸器；24—撓性聯(lián)軸器
兩個(gè)轉(zhuǎn)子分別由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)21、22經(jīng)過撓性聯(lián)軸器24、液力聯(lián)軸器23和三角皮帶20傳動(dòng)，并按同一方向高速回轉(zhuǎn)。物料由上部加料口進(jìn)入，破碎后的產(chǎn)品經(jīng)機(jī)體下部的均整篦板15、18卸出。
第一道和第二道反擊板5、12的一端通過懸掛軸2、8鉸接于上機(jī)體的兩側(cè)壁上，另一端分別由特制的螺桿6或調(diào)節(jié)彈簧13支掛在機(jī)體上部或后側(cè)壁上。分腔反擊板9通過支掛的方截面軸7與裝在機(jī)體兩側(cè)面的連桿及壓縮彈簧10相連接，懸掛在兩轉(zhuǎn)子之間，將破碎腔分隔成兩部分。這種分腔集中反擊破碎的辦法，擴(kuò)大了轉(zhuǎn)子的工作能力，使兩轉(zhuǎn)子都能得到充分利用。在分腔反擊板9和第二道反擊板12的下半部，安裝有不同排料尺寸的篦條襯板，它可使達(dá)到粒度要求的物料及時(shí)排出，以減少不必要的能量消耗。
為了充分利用排出物料的功能，消除個(gè)別大于產(chǎn)品粒度的大塊物料排出，在兩轉(zhuǎn)子下部的機(jī)體上設(shè)置有均整篦板15、18及固定板擊板17，并在與物料接觸的表面裝有高錳鋼鑄造的篦條柵和防護(hù)襯板。
反擊式破碎機(jī)的工作原理如圖2所示。其工作原理與錘式破碎機(jī)基本相同，它們都是利用高速?zèng)_擊作用破碎物料的。但結(jié)構(gòu)與工作過程卻各有差異。反擊式破碎機(jī)在破碎過程中，物料在設(shè)定的流道內(nèi)沿第一、第二反擊板經(jīng)一定時(shí)間和一定長(zhǎng)度的反復(fù)沖擊路線使物料破碎，下方的均整篦板起確定出料粒度大小的作用。物料的破碎是在板錘沖擊下進(jìn)行，隨后是在拋擊到反擊板上進(jìn)一步破碎，同時(shí)料塊群在空中互相撞擊而得到粉碎。
圖2 反擊式破碎機(jī)工作原理示意圖
1-反擊板 2-板錘 3-轉(zhuǎn)子
2.2 反擊式破碎機(jī)尺寸參數(shù)的確定
反擊式破碎機(jī)的主要尺寸參數(shù)如圖3所示。
圖3 反擊式破碎機(jī)的基本結(jié)構(gòu)尺寸
2.2.1 轉(zhuǎn)子直徑與長(zhǎng)度
反擊式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子直徑一般于入料尺寸有關(guān)：
根據(jù)實(shí)踐資料統(tǒng)計(jì)，入料塊與轉(zhuǎn)子直徑的關(guān)系可按下列經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定。
≈500mm (1--2)
式中，D——轉(zhuǎn)子直徑，mm ；d——最大給料粒度，mm。
根據(jù)上式求得轉(zhuǎn)子直徑，而轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度主要根據(jù)破碎機(jī)生產(chǎn)能力的大小而定。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度L與直徑D之比，一般為0.5～1.2。比值較小時(shí)，機(jī)體結(jié)構(gòu)乎穩(wěn)性較差，因此取比值為1.0得到L＝500 mm
2.2.1給料口的寬度和長(zhǎng)度的確定
反擊式破碎機(jī)給料口寬度B≈D，D為轉(zhuǎn)子直徑。 給料口長(zhǎng)度L與轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度相同。計(jì)算得到B＝500 mm
2.2.2排料口尺寸的確定
反擊式破碎機(jī)排料口尺寸為：,。
2.2.3給料導(dǎo)板傾角的確定
反擊式破碎機(jī)給料方式與給料導(dǎo)板的傾角的尺寸確定，反擊式破碎機(jī)的工作特點(diǎn)是要求入料塊能沿導(dǎo)板滑入。因此，給料導(dǎo)板的傾角β初選為60；(如圖3所示)。給料導(dǎo)板的卸載點(diǎn)選擇位于板錘回轉(zhuǎn)處(與水平線夾角)，因?yàn)榇颂帥_擊效果較好。而角度過小，即卸載點(diǎn)過低時(shí)，料塊易堆積，從而導(dǎo)致板錘和轉(zhuǎn)子體的磨損加劇。
2.3反擊式破碎機(jī)基本運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定
轉(zhuǎn)子的圓周速度對(duì)破碎機(jī)的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品粒度和粉碎比的大小起著決定性作用。實(shí)踐證明，隨著轉(zhuǎn)子圓周速度的提高，生產(chǎn)能力和粉碎比都顯著增加，產(chǎn)品粒度朝著細(xì)的方向變化，其中進(jìn)料塊度大的細(xì)度變化更為顯著。但是隨著轉(zhuǎn)子速度的增大，功率消耗也增加，板錘磨損也加快。
雙轉(zhuǎn)子反擊式破碎機(jī)，第一道轉(zhuǎn)子，圓周線速度為30～35m／s．第二道轉(zhuǎn)子線速度應(yīng)取高 些，為35～40m／s。根據(jù)課題要求取第一道轉(zhuǎn)子線速度為32m／s，第二道轉(zhuǎn)子線速度取38m／s 。
從而計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速：
(1--2)
帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得到n1＝1200r/min；n2＝1460r/min。
2.4 反擊式破碎機(jī)基本動(dòng)力參數(shù)的確定
2.4.1生產(chǎn)能力的確定
反擊式破碎機(jī)的生產(chǎn)能力與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)，又與轉(zhuǎn)于表面同板錘前側(cè)面間所形成的空間有關(guān)。假設(shè)每當(dāng)板錘經(jīng)過反擊時(shí)的排料量與通路大小成正比，而排料層的厚度等于排料粒度。如圖4所示，每一塊板錘前面所形成的通路面積為：
圖4排料通路計(jì)算意圖
(1--3)
式中,S——每一塊板錘前面所形成通路面積，㎡；
h——板錘高度，m；取h1=0.03 h2=0.06m
a——板錘與反擊板間的間隙，m；取a2=0.005 m a1=0.05
b——板錘的寬度，m；b=0.5 m
每一塊板錘排料體積為；
`````````````` (1--4)
式中：---每一塊板錘排料體積，；
------排料粒度，m；dk1=0.06 2=0.03 m
轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)排料體積為：
(1--5)
式中：一一轉(zhuǎn)于每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)排料體積，；
c——轉(zhuǎn)于上板錘的數(shù)目。取c1=3 c2=4
如果轉(zhuǎn)于每分鐘的轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)，這樣每分鐘誹出物料的體積為
(1--6)
則產(chǎn)量為：
(1--7)
式中： V------每分鐘排出物料的體積，；
n------轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，r/min；
-----產(chǎn)量，t/h；
-------物料的密度，t/； =2.93 t/
還必須指出，所得的理論生產(chǎn)能力與實(shí)際生產(chǎn)能力相差較大，必須乘以修正系數(shù)K。故反擊式破碎饑的產(chǎn)量計(jì)算公式為：
(1--8)
式中
Q------修正后的產(chǎn)量；
K------修正系數(shù)，計(jì)算中多選0.1。
計(jì)算得t/h符合題目要求
2.4.2電動(dòng)機(jī)功率
影響反擊式破碎機(jī)功率消耗的因素很多,其中主要決定于生產(chǎn)能力、礦石性質(zhì)、轉(zhuǎn)子的圓周速度和破碎比等。目前,還沒有比較接近實(shí)際情況的理論計(jì)算功率公式。一般都是根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù),采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算電機(jī)功率。
(1-9)
式中Q---生產(chǎn)能力, t/h；
V--轉(zhuǎn)子線速度, m/s；
g--重力加速度,㎡/s, g=9.8 ㎡/s。
帶入數(shù)據(jù)計(jì)算
=110 kW·h =154 kW·h
2.4.3 破碎力的確定
反擊式破碎機(jī)的破碎力的大小可按動(dòng)量定理求得：（設(shè)物料碰撞前的速度為零)：
(1--10)
即 (1--11)
式中； F——破碎力，N；
——料塊的質(zhì)量，kg；
——沖擊后物料的速度，m／s；
t——沖擊時(shí)間，s；
料塊與高速回轉(zhuǎn)的板捶沖擊后，獲得了比板捶端點(diǎn)線速度更大的速度。這是由于彈性壓縮和其后的料塊內(nèi)應(yīng)力釋放使物料產(chǎn)了一個(gè)振動(dòng)速度。這個(gè)速度比板錘端點(diǎn)的線速度要大。根據(jù)彈性碰撞理論，若假定料塊與板錘碰撞前的速度為零，則碰撞后的速度為
(1--12)
式中,v—轉(zhuǎn)子的圓周線速度(板錘端點(diǎn)線速度)，m／s，
K—恢復(fù)系數(shù)，o＜K＜1。若考慮料塊與板捶產(chǎn)生斜碰撞，可取K＝0.2～0.3 沖擊時(shí)間可按下式計(jì)算:
(1--13）
式中：R——料塊的半徑m。
帶入數(shù)據(jù)得
2.5 反擊式破碎機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)
2.5.1 轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)
反擊式破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式有整體式、組合式和焊接式三種。
反擊式破好機(jī)的轉(zhuǎn)子必須具有足夠的質(zhì)量以適應(yīng)破碎大塊物料的需要。整體式的鑄鋼結(jié)構(gòu)的破碎機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，堅(jiān)固耐用，便子安放板錘，能滿足破碎工作的要求。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求采用整體式鑄鋼結(jié)構(gòu)。
2.5.2 板錘的設(shè)計(jì)
板錘磨損快，使用壽命短是限制反擊式破碎機(jī)發(fā)展的主要因素，所以對(duì)板錘的優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要的。為了提高其性能板錘材料由高錳鋼改為高鉻鑄鐵，高鉻鑄鐵硬度高、耐磨性能好，可有效降低材料磨損損耗。板錘結(jié)構(gòu)由單工作面改為雙工作面（如圖5） 磨損面由兩個(gè)變?yōu)樗膫€(gè)，一個(gè)板錘可當(dāng)兩個(gè)使用，可大大延長(zhǎng)板錘的壽命。
第一磨損面 第一磨損面 第一磨損面
第二磨損面 第一磨損面 第一磨損面
圖5 反擊式破碎機(jī)板錘改進(jìn)
2.5.3 反擊板的設(shè)計(jì)
反擊板的作用是承受被板錘擊出物料在其上沖擊破碎，并將破碎后的物料重新彈回破碎區(qū)，再次進(jìn)行破碎。反擊板的形狀和結(jié)構(gòu)對(duì)破碎效率影響很大。
因此選擇一種合適的反擊板對(duì)破碎機(jī)的性能很重要，選用如圖6所示的圓弧形反擊板，能使料塊由反擊板反彈出來(lái)之后，在圓心形成激烈的互相撞擊而破碎，使其破碎效果提高。
圖6圓弧形反擊板
指導(dǎo)教師意見：
該同學(xué)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求進(jìn)行了調(diào)查研究，檢索了一些相關(guān)文獻(xiàn)資料，并對(duì)部分文獻(xiàn)進(jìn)行了閱讀和分析，針對(duì)設(shè)計(jì)有關(guān)的問題進(jìn)行了文獻(xiàn)綜述，綜述的形式和質(zhì)量符合要求，為設(shè)計(jì)工作的開展奠定了基礎(chǔ)。
該同學(xué)通過調(diào)查研究、分析研究設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求，針對(duì)設(shè)計(jì)中的一些問題進(jìn)行了分析研究，對(duì)反擊式破碎機(jī)的總體結(jié)構(gòu)、工作原理和一些主要技術(shù)參數(shù)等問題進(jìn)行了分析、論證和設(shè)計(jì)，對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù)提出的解決方法，符合生產(chǎn)實(shí)際。
總之，該生這一階段工作是認(rèn)真努力的，工作進(jìn)度基本與任務(wù)書要求的進(jìn)度一致，望繼續(xù)努力?？梢赃M(jìn)行下一階段的工作。
指導(dǎo)教師：
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