机械毕业设计(论文)-2PGQ-500×1200强力双齿辊破碎机设计【全套图纸】 .doc
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1、中国矿业大学2013届本科生毕业设计第89页引 言中国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一,煤炭的生产量和消费量占世界首位。煤炭作为中国的主要能源在钢铁、化工领域内作为原料在相当长的时间内不会有大的改变,因此煤炭在中国国民经济中的地位是举足轻重的。德国地质学家李希霍芬从1861-1872年曾七次到中国旅行考察,走遍了粤、湘、鄂、川、陕、晋、甘、豫、苏、浙、院、赣、鲁、冀等14个省,称中国为“世界第一石炭国”。中国是世界上发现、利用和开采煤炭最早的国家。中国是世界第一产煤大国,也是煤炭消费的大国。1996年中国煤炭探明可采储量居世界第三位,全行业年煤炭开采量达到近10亿吨。煤炭行业已经成为
2、国民经济高速发展的重要基础。煤炭的生产量和消费量占据世界首位。煤炭资源作为中国的主要能源及钢铁、化工领域的原料在相当长的时间内不会有大的改变,因此煤炭在中国国民经济中的地位是举足轻重的。然而,在中国的煤炭消耗中,煤炭的加工利用处于低水平阶段,存在着高能耗、高污染、低效率的利用现状,也产生一系列的环境污染问题,如:燃煤产生烟尘和二氧化硫排放量分别占80%和90% ,中国的大气污染属典型的煤烟型大气污染。全国己有62.3%的城市二氧化硫年平均浓度超过国家二级标准,日平均浓度超过国家三级标准。二氧化硫排放量的持续增加使中国酸雨覆盖面积占国土面积的40%,酸雨污染给森林和农作物造成的损失每年达数百亿元
3、。大气中的二氧化硫的主要来源于高硫煤的使用,而中国的高硫煤约占总产量的10%,按每年10亿吨的产量算,每年约有1亿吨的高硫煤,而去除硫的基础设备就是将硫及其伴生物从煤中的解离开来也就是说要将煤要充分破碎,破碎煤就需要破碎机,这是选择本设计选题的目的之一。再就是需要新的选煤技术及工艺需要新型的破碎机,否则影响新的选煤工艺和方法的技术水平。全套图纸,加153893706近几年来,选煤厂广泛采用的各式破碎机,由于结构与机理等原因,破碎后的产品或者过粉碎严重,排料粒度不能有效的控制,同时伴有大量粉尘或者破碎机的破碎强度低,不能适应含煤矸石的煤炭破碎,且破碎后粒度不均匀,不但使得后续的洗选难度加大,分选
4、效果变差,同时难以满足目前市场的需要。基于现状,在国内的破碎机技术尚未满足国内使用条件的技术下,目前大量从国外进口破碎机,如山西的安太堡、安家岭煤矿、神华集团的神木矿区、大柳塔选煤厂、石圪台选煤厂、上湾选煤厂、永城煤电集团、晋城无烟煤矿业集团等等。然而国外破碎机的价格是国内同类价格的6-8倍,如果研制的破碎机能替代进口产品,每年可为国家节约外汇至少有1亿美元。因此,无论从环保的角度、社会效益的角度、还是直接的经济效益,研究新型的破碎机,具有较重大的现实意义。本设计的意义就在于此。1 破碎机概述1.1破碎的目的固体物料在外力的作用下克服物料的内聚力使大颗粒破碎成小颗粒的过程称为粉碎。物料粉碎由破
5、碎机和粉磨机来完成,粉碎的目的有如下:(1) 均化 随着粉碎的进行,物料的总表面积不断增加。因此大颗粒物料碎裂成细粉状态,这样才可能使几种不同固体物料(主要是化学成分不同)的混合,得到良好的均匀效果。(2) 选矿(解离) 随着矿产资源的开发利用,原矿品位日趋降低,为了取得原矿中的有效成分,需要大量矿石经过选矿加工后才能利用,而且人选矿石中难选矿石愈来愈多。矿石中有用成分同杂质紧密地结合在一起,为使矿石中有效成分解离。只有将其充分破碎。经过选矿才能将有用成分同杂质分开,并剥除杂质,得到较纯净的精矿。由于工业的发展,要求矿石综合回收的元素越来越多,对矿石的粉碎要求也更具体,对粉碎机械的要求也更高。
6、(3) 粒度分布 在工业生产中,由于具体的生产工艺要求,对固体原料有较严格的粒度要求,粉碎机械必须满足其产品粒度。(4) 使物料的比表面积增加 比表面是单位质量或体积的物料的表面积,物料的粒度越小。其比表面积越大,增加物料的比表面积可使物料同周围介质的接触面积增大,从而反应速度加快。例如催化剂的接触反应,固体燃料的燃烧与气,物料的溶解,吸附与干燥,以及在化工上利用粉末颗粒流化床的大接触面积来强化传质与传热等。1.2各类型破碎机简介煤矿是破碎机应用最广泛的行业,露天煤矿的原煤破碎和选煤厂入厂原料的预处理都离不开破碎设备。由于煤炭属中硬岩石并具脆性以及破碎技术经过长期的发展,所采用的破碎设备包括:
7、鄂式破碎机、旋转式破碎机、锤式和环锤式破碎机、反击式破碎机、选择性破碎机、齿辊式破碎机等。最近 10多年来,破碎技术取得了较重大的进展,随着人们对破碎过程认识的不断深入,新的破碎方法和破碎设备不断涌现,各国不断把新工艺、新技术、新材料用于自己的破碎机工业,产品可靠性不断提高,在产品的耐磨损、减少过粉碎量、严格控制碎后产品的粒度等方面都取得了有效的进展。特别是煤用齿辊式破碎机以其制造简单、维修方便、低能耗、成本低、高破碎能力和经久耐用等优点,无论是从产品的结构、技术性能还是工业应用都成为煤用破碎机的佼佼者。1858年埃里布雷克(ELBlake)取得专利权,制造双肘板鄂式破碎机。19世纪40年代,
8、北美的采金热潮对鄂式破碎机的发展有很大的促进作用,19世纪中叶,多种类型的鄂式破碎机研制出来并获得广泛的应用,上个世纪末,全世界己有70多种不同结构的鄂式破碎机取得专利权。并由此引发了对破碎理论的较深入研究,但一直未形成规模。直到20世纪50年代,艾利斯一查尔默斯公司才开始大规模研究破碎工作。60年代得出重大意义的结论。随着研究的深入,人们知悉了高功率破碎作业可以用来改善能源效率和降低成本冈。现代最常用的鄂式破碎机是布雷克的鄂式破碎机和更近代制造的单肘板鄂式破碎机。鄂式破碎机的最大弱点就是它们在一个工作循环内只有一半时间工作。B H * Bergstrom在研究单颗粒破碎机时发现,在空气中一次
9、破碎的碎片撞击金属板时明显产生二次破碎,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,则可提高破碎效率。也有人指出,较小的持续负荷比短时间的强大冲击更有希望破碎物料。Schonert研究表明,如果使大批脆性物料颗粒受到50Mpa以上的压力,就能够由“料层粉碎”节约出可观的能量。目前的“料层粉碎的理论”己为粉碎界所公认,根据料层理论研制的新设备有美国诺德伯格公司的旋盘圆锥破碎机、俄罗斯的惯性圆锥破碎机等等。 1982年BMandelrot提出分形理论应用在岩石理论研究方面。进入80年代以来,我国对破碎理论和破碎机的研究才有较重要的关注并取得了较大的成果。如我国的破碎机
10、专家王宏勋教授提出了“动态啮角”的概念,开发了GXPE系列深腔鄂式破碎机,当时在国内引起一定的轰动。该机与同种规格破碎机相比,在相同的工况条件下,处理能力可提高20%-25%,齿板寿命可提高1-2倍。北京矿冶研究总院林运亮等人与上海多灵一沃森机械设备有限公司合作开发了PED低矮可拆式鄂式破碎机,该机是一种适用于井下作业特殊条件下的新型鄂式破碎机。设备本身高度低,动鄂位置低,固定鄂位于动鄂和偏心轴之间。多灵一沃森机械设备有限公司设计了目前国内最大的 1200 x 1500复摆鄂式破碎机。1996年第四届全国粉体工程学术会议上邓跃红、张智铁发表了 物料粉碎分形行为的研究,作者认为破碎理论的研究应归
11、结为三大方面:强度理论的研究,破碎效果的评价,破碎功耗的研究。长期以来,粉碎理论的研究主要停留在经验应用和统计推测上,人们了解粉碎的规律尚不明确、不系统,人们期待新理论的出现会给破碎领域带来一次革命。 回转式破碎机最初见于60年代的联邦德国,由于国外大型矿山要求大型机械,而刚刚问世的回转式破碎机没有得到发展。80年代初期,由于中小型矿山的迅速发展,我国有些研究工作者开始对回转破碎机进行进一步的研制。众所周知,破碎设备的好坏主要取决于破碎腔的设计,破碎腔能够体现设备的生产能力、功耗、钢耗及破碎产品质量等重要性能指标等。回转式破碎机具有变啮角、高密度破碎、依次渐进破碎、高频破碎和强制排料等优点。
12、旋盘圆锥破碎机、惯性圆锥破碎机因其结构复杂、笨重、造价高、碎后产品的过粉碎量大等问题基本己退出煤炭破碎的行业,但在有色金属矿山行业且得到了较广泛的应用。但近年来,巴马克公司的“石打石”冲击式破碎机,JCI的新型圆锥破碎机,德国的KRUPP公司,美国的MCLANAHAN公司又有新产品问世。 锤式破碎机自问世以来就因其结构使其的应用受到了限制。过粉碎量较大,蓖板易堵塞、对入料的水分要求较严格,对入料上限要求小,出料下限又达不到精细破碎的要求等。目前锤式破碎机应用较多的是电力行业和建筑石料、水泥行业,煤炭行业应用较少。 反击式破碎机适用于粗、中、细碎等中硬度脆性物料,如石灰石、白云岩、页岩、砂岩、煤
13、、石棉、石墨和岩盐等。其工作原理是当物料进入机壳内板锤作用区时,受到板锤高速冲击而破碎,同时被抛向安装在转子上方的反击板进行再次破碎,然后从反击板弹到板锤作用区被重新破碎。这个过程反复进行,直到物料全被破碎至所需粒度而排出机外。该型破碎机广泛地应用于建材、化工、煤炭等工业部门。其优点是:破碎比大,一般为10-20,高的可达50-60,简化破碎流程,结构简单,制造容易,使用和维修方便,以及能够作选择破碎等。但由于板锤的集中磨损,限制了在破碎坚硬物料上的应用。目前对我国生产研究反击破碎机的厂家、研究机构及成果报道较少,国外的如德国KHD公司对反击式破碎机研究成果较多。 选择性破碎机(也称碎选机)具
14、有分离破碎煤和选出矸石的作用。在选煤厂曾得到普遍的推广应用。碎选机是根据煤和矸石硬度的不同,即可碎性的差异而设计的。工作时,容易破碎的煤被击碎后漏到筛下,而坚硬的矸石则由筛上排出。因此,当煤和矸石在硬度上相差悬殊,即可碎性的差异显著。碎选机用于处理经过预先筛分后的块煤,也适用于原煤。它可同时进行筛分、破碎、选出大块歼石、金属杂物和木块等作业,达到一机多用的目的。用碎选机代替人工拣矸,实现一机多用的目的。对解放工人笨重的体力劳动,提高劳动效率具有重要的意义。碎选机在80年代的初期之前,我国曾进行过用,到90年代初期曾有过此方面报道,但90年代中后期由于新的破碎技术的出现未见再有此方面的报道和成果
15、。1.3 齿辊破碎机的特点和分类常见的破碎机主要有鄂式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、锤式破碎机、冲击式破碎机和齿辊破碎机等。齿辊破碎机是一种传统的破碎机械,它的主要破碎作用是劈碎,同其它类型的破碎机相比,这种破碎机的特点:(1) 破碎过程的能量消耗小;(2) 过粉碎(粉化)程度小,破碎的产物多呈立方体;(3) 结构简单,工作可靠,维护与检修方便;成本低廉。基于以上优点,齿辊破碎机在许多工业部门都有应用,特别在选煤厂应用得更多。齿辊破碎机是破碎烟煤、无类煤(含矸石量少)和页岩的主要设备,主要用于原煤的粗碎(产品粒度在50mm以上)和中碎(产品粒度在25-6mm)。双齿辊破碎机的工作机构(图1)
16、主要是转动的两个圆齿辊,旋转的圆辊面上有齿、棱和槽。物料被齿面辊带到破碎空间后,因受到两齿辊的劈碎作用(主要破碎方法)而破碎,经过破碎的物料经下面排料口排出。齿辊破碎机按齿辊数目可分为单齿辊破碎机、双齿辊破碎机和多齿辊破碎机。生产中以单、双齿辊破碎机应用最多。在选煤厂中应用的单齿辊破碎机都采用较长的辊齿,故主要适用于粗碎;双齿辊破碎机的辊齿一般较短,适用于中碎;四齿辊破碎机适用于中碎。 1.4齿辊破碎机的工作原理两个破碎辊在传动装置的驱动下相向转动,固定辊支承在固定轴承上。移动辊支承在移动轴承上,安全装置(弹簧保护装置或液压缸保险装置)顶住活动轴承,并用定位垫块调节两辊的间隙,其最小距离也称排
17、料口宽度,用以控制破碎块产品粒度。物料自两辊上方加入,在辊子与物料间摩擦力作用下,物料被带入两辊之间,受挤压破碎后,自下部排出(见图1.1)。破碎后的粒度一般控制为50120 mm。图1.1齿辊破碎机工作原理示意图1.5传统双齿辊破碎机的基本构造图1.2是传统式双齿辊破碎机的构造示意图。它是由一对齿辊、两对外啮合齿轮、弹簧保险装置、机架及胶带轮等部件所组成。机架1是由型钢焊接而成的结构件,固定齿辊2安装在机架的固定轴承3上。可动齿辊4装在可动轴承5上,可动轴承可以在固定于机架上的轴承座6上滑动,利用弹簧7将可动轴承压紧。电动机通过胶带轮8和传动齿轮9及10使固定齿辊转动,利用长齿齿轮11带动可
18、动齿辊,使其与固定齿辊作相对转动。破碎物料从上方给入,经齿辊破碎后从下方排出。图1.2双齿辊破碎机1机架;2定破碎齿辊;3定轴承;4可动齿辊;5可动轴承;6轴承座;7弹簧;8胶带轮;9、10传动齿轮;11长齿齿轮1.6齿辊破碎机的主要部件(1) 齿辊齿辊的构造通常有两种型式:一是在铸铁芯上套有用高锰钢铸成的齿圈,两端用螺栓紧固,另一种是由高锰钢铸成的弓形齿板,装配在多边形截面的铸铁轴毂上,齿辊结构可靠,但检修不方便,当更换齿圈时必须把辊子提升,以便把每个齿圈单独分解下来;第二种型式的齿辊制造和装配都方便,磨损后易于更换,若轮毂造成整体,则齿板与多边形表面接合处面积较大,接合更牢固。目前,国产单
19、齿辊和双齿辊破碎机多采用第二种型式。辊齿的型式有如下几种:鹰嘴式、标抢式、刀刃式和矩形带式。粗碎时大部分采用鹰嘴式,齿的高度为70110mm。长、短齿一起配合使用,长齿用以破碎特大块,大块进入内腔后,再用短齿进一步破碎,单齿辊破碎机的破碎过程基本上是这样进行的。中碎时鹰嘴式和标枪式都可使用,齿的高度最低为40mm。刀刃式使用得不多。矩形带式主要是用在四齿辊破碎机上。(2) 传动装置单齿辊破碎机和双齿辊破碎机的转速有快速和慢速两种。为了减少煤粉过多,现在一般使用慢速,齿辊的圆周速度约为1.21.9 m/s;那些粉煤对工艺影响不大的,采用快速2.84.7 m/s。快速传动装置简单,采用三角胶带轮减
20、速即可。慢速传动装置较复杂,一般采用三角胶带轮和齿轮两级减速。由于齿辊破碎机的运转速度低,所以传动轴和主轴都采用滑动轴承。在双齿辊破碎机中,为了不使辊齿相碰而损坏,两个齿辊应当同步地相对回转;为了使两齿辊有10mm相对位移时仍能正常咬合传动,两齿辊间的传动齿轮要采用特制的长齿齿轮。目前开始出现一些不用长齿齿轮的双齿辊破碎机,有的破碎机采用万向铰链联轴器传动,或者采用一种专用小齿轮传动,都能达到两齿辊有一定位移时仍能正常啮合的目的。(3) 保险装置单、双齿辊破碎机设有弹簧保险装置。双齿辊破碎机的保险作用是靠压在可动辊子上的弹簧来实现的,当过大块物料或硬质物料落到破碎腔中不能被轧碎时,齿辊受力变大
21、,可动齿辊能够向外移动,使保险弹簧的压缩量增加,增大可动齿辊与固定齿辊的距离,将不能破碎的物料排出。然后借弹簧的恢复力再使可动齿辊回到原来的位置,起到保险作用。齿辊破碎机还有用销子保险装置的。1.7 齿辊破碎机的发展状况破碎是当代飞速发展的工业矿物加工领域中一个重要的环节,破碎机就是矿山机械中应用非常广泛的一种设备。在各种金属、非金属、化工、建材、电力等工业部门占有非常重要的地位。从经济角度来讲,在选矿厂,破碎与磨碎作业的生产费用占全部选矿费用的40%以上,设备投资占总投资的60%左右M。从能源与环保角度讲,破碎作业要消耗巨大的能量,物料破碎过程中由于作业中产生发声、振动、摩擦、粉尘等,使能源
22、大量消耗,作业环境严重污染。因而多年来国内外的界内人士一直在研究如何达到节能、高效地完成破碎过程,从理论研究到新产品研制(包括改造旧的设备)直至改变生产工艺流程,以求达到节约投资、低耗能、少污染、高效率、过粉碎量小、产品粒度均匀并满足与之相配套的新设备、新技术系统的工艺要求。煤矿是破碎机应用最广泛的行业,露天煤矿的原煤破碎和选煤厂入厂原料的预处理都离不开破碎设备。由于煤炭属中硬岩石并具脆性以及破碎技术经过长期的发展,所采用的破碎设备包括:鄂式破碎机、旋转式破碎机、锤式和环锤式破碎机、反击式破碎机、选择性破碎机、齿辊式破碎机等。最近10多年来,破碎技术取得了较重大的进展,随着人们对破碎过程认识的
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