顎式破碎機的設(shè)計發(fā)展史和未來前景展望

產(chǎn)品資訊:2011-07-13

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       顎式破碎機作為一種傳統(tǒng)的破碎設(shè)備,由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、制造容易、維修方便、適應(yīng)性好等優(yōu)點.自從1855年問世以來,一直是粉碎行業(yè)廣泛應(yīng)用的設(shè)備,其缺點是效率低,非連續(xù)性破碎,破碎比小等,各國都對其缺點進行了改進,其自動化水平也有所提高,近年也出現(xiàn)了一些新的機型,如雙腔雙動顎式破碎機、雙腔回轉(zhuǎn)破碎機,篩分顎式破碎機、外動顎均擺顎式破碎機、倒懸掛細碎顎式破碎機等12-q,由于目前實際使用的大多數(shù)是復擺顎式破碎機,且發(fā)展過程具有典型意義,本文主要以復擺顎式破碎機的為例闡述顎式破碎機的設(shè)計發(fā)展過程。

1機構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化

       我國自1951年開始仿制復擺顎式破碎機以來,很長一段時間里,人們?yōu)榱耸箘宇€具有較好的運動特性,能減小磨損,提高處理能力,對一些有較大影響的結(jié)構(gòu)參數(shù),如傳動角、肘板擺動角、偏心距、主軸的懸掛高度、動顎行程,嚙角、連桿長度等進行了大量的研究工作。

       傳統(tǒng)的設(shè)計方法主要是按照點的運動軌跡來設(shè)計破碎機四桿機構(gòu)結(jié)構(gòu),主要有分析法和圖解法,利用設(shè)計前就已經(jīng)選定的一些參數(shù)如嚙角、連桿長度、動顎的行程等,根據(jù)已知的軌跡,運用相互間的關(guān)系,求得各桿件的尺寸,根據(jù)所設(shè)計的破碎機的型號,連桿長度,動顆行程等都能確定。用上述的方法確定四桿機構(gòu)后,接著描述出動顎的運動軌跡,決定設(shè)計是否滿意。

      嚙角的概念也由傳統(tǒng)的幾何嚙角到工態(tài)嚙角。工態(tài)嚙角則是指實際的工作時的嚙角,由于幾何嚙角的前提明顯在頤板的部分部位不成立,所以,工態(tài)嚙角有時要大于設(shè)計時的嚙角,隨之將產(chǎn)生一些相應(yīng)的后果如物料打滑,顎板磨損嚴重,加劇物料堵塞等。為了改善這些狀況,設(shè)計出多種的顎板形狀.設(shè)計過程中的一個顯著特點是,主軸懸掛高度逐漸從正懸掛向負懸掛變化[9-n],正懸掛存在動顎上部水平行程小,機器高運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定,整體尺寸大,加工成本高等的缺點。負懸掛可以加大動顎的水平行程,降低機器的高度,減輕機重,改善破碎效果?,F(xiàn)在粗碎用的復捏顎式破碎機一般采用零懸掛,而中細碎用的中小型復擺顎式破碎機大多采用負懸掛。

      另外,肘板的支承方式也有正負之分。傳統(tǒng)的復擺顎式破碎機主要是采用正支承。隨著先進的機構(gòu)設(shè)計方法的逐步應(yīng)用,負支承也得到廣泛的應(yīng)用,即肘板為復傾角的結(jié)構(gòu)。由于負支承型動顎各點的垂直行程要小于正支承的動顎,這樣有利于減輕顎板的磨損,提高產(chǎn)品的均勻性,減小損耗,從破碎機的高度來說,由于負支承型破碎機的下端固定鉸接點比正支承型的靠下,機器的高度要比正支承的低,當負支承型的肘板長度很小時,就演變成為另一種支承方式,即輥撐型,也就是支承動顎的變成輥子,

      復擺顎式破碎機的優(yōu)化設(shè)計,在很長的一段時間內(nèi),設(shè)計者對機構(gòu)的尺寸、曲柄半徑等的選擇帶有一定的盲目性,且大多參照國外的同型號類比確定。或者為得到要求的壓縮量,盲目進行試湊加以改變,以致于不能保證機器的佳傳動性能,對曲柄半徑進行優(yōu)化設(shè)計,可在保證實現(xiàn)工藝要求的前提下得到好的機構(gòu)尺寸參數(shù),當然由于數(shù)學模型建立的不一樣,所得到的目標函數(shù)也有多種,如曲柄半徑、動頓排料口處的特征值以及一個破碎循環(huán)排出的物料體積等,B的是使破碎效果佳同時生產(chǎn)能力大.優(yōu)化方法由于建模,所選的變量,約束條件的不同也有多種算法.

另外,動顆下端水平行程和動顎下端摔料高度上的下端部·的平均嚙角以及主軸的轉(zhuǎn)速三者的匹配是發(fā)揮機器生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。因而三者的優(yōu)匹配是三參數(shù)的優(yōu)設(shè)計問題,目的是機器的功耗在不大于規(guī)定的標準下,生產(chǎn)能力達到大,設(shè)計變量是下端的水平行程和平均嚙角.

      設(shè)計新型顎式破碎機出現(xiàn)的時間較短,如倒懸掛細碎顎式破碎機在20世紀70年代首先被報道.由于它使動顎倒置于機器的底部機器的重心大大下移,穩(wěn)定性好,工作轉(zhuǎn)速大大提高。又如雙腔雙動顎式破碎機的出現(xiàn),集中了傳統(tǒng)顎式破碎機的優(yōu)點,它在普通顎式破碎機動顴板的另一端增加一個破碎腔,使得破碎機不存在空行程的能量消耗,提高了破碎效率.再如雙腔回轉(zhuǎn)破碎機的設(shè)計燕有顎式破碎機,1:J閻錐破碎機的性能,產(chǎn)量較同規(guī)格的顎式破碎機高50%。還有篩分式顎式破碎機可把篩分和破碎結(jié)合在一起,簡化了工藝流程,能及時排m以達到粒度要求的物料,減輕了物料的堵塞和過粉碎,提高丁生產(chǎn)能力,降低了能耗,

2復擺顎式破碎機的腔型設(shè)計及其發(fā)展

      破碎腔的形狀和尺寸應(yīng)該滿足以下要求;一,為防止機器超載和堵塞,在單位時間內(nèi)進入破碎腔的物料不應(yīng)多于能夠破碎和排出的物料;第二,為了保證機器負荷均勻、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、破碎板磨損均勻,物料要均勻地分布在破碎腔內(nèi);第三,為廠提高破碎效率,防止堵塞和過粉碎現(xiàn)象,破碎后的物料應(yīng)能暢通地從破碎腔內(nèi)排出;第四,為了保證產(chǎn)品的細度和形狀是立方體,細碎型的破碎機,破碎腔的下部應(yīng)有平行區(qū)。

      隨著破碎過程數(shù)學模型的建立,精確描述破碎過程也成為現(xiàn)實,1948年B.Epstin首先用統(tǒng)計學原理來研究物料的破碎規(guī)律,1956年S.R.Broadent及T.G.Callcatt等提小破碎的矩陣模型;1977年A.J.nch的進一步分析粉碎過程的矩陣模型等。加上計算機的普及,建立符合顎式破碎機實際操作的模型并進行數(shù)值計算也已成為可能,為進一步的仿真、優(yōu)化設(shè)計提供了基礎(chǔ)。

      例如考察常規(guī)待破碎物料在復擺顎式破碎機破碎腔內(nèi)的實際流動狀況時,必須充分考慮動顎復雜擺動特性t12,131。當動顎板齒面某段由閉合極限位置回到開啟的極限位置這個過程中,處于此段的物料流動狀態(tài)是否一定為下落,是與緊相鄰的靠上一段和靠下一段動顎運動狀態(tài)及破碎物料的狀態(tài)有關(guān)。而動顎板齒面某段從開啟極限位置運動到閉合極限位置時,處于此段的物料主要處于被擠壓破碎狀態(tài),其擠壓破碎程度亦與緊相鄰的靠上一段和靠下一段動顎運動狀態(tài)及破碎物料的狀態(tài)有關(guān)。由此破碎物料被逐漸破碎和流動,然后排出。在考慮破碎物料在破碎腔內(nèi)受力、流動以及破碎齒面目上各點的運動等特性基礎(chǔ),上,所設(shè)計山的破碎腔按固定顎板與動顎板的形狀可以分為:“直線一直線”型,“曲、直線一曲、直線”型,“曲、直線—直線”型,“直線一區(qū)、直線”型等。腔型的優(yōu)化設(shè)計可以采用分層優(yōu)化法,及各個破碎層分別優(yōu)化。多層綜合優(yōu)化法可以避免分層優(yōu)化的缺點。當然,可以結(jié)合兩種方法,先用多層優(yōu)化法求得排料層的優(yōu)化后的定、動顎傾角,然后進行分層優(yōu)化。

    隨著精確描述破碎過程的數(shù)學模型的建立,破碎腔的設(shè)計逐步趨向于高深腔方向發(fā)展,堵塞現(xiàn)象逐步得到改善,甚至可以設(shè)計出完全克服無堵塞式破碎腔形。

3計算機輔助設(shè)計與顎式破碎機的自動化設(shè)計的結(jié)合

      隨著CAD技術(shù)的發(fā)展,也開發(fā)出了一些顎式破碎機的CAD系統(tǒng)。二維CAD基本上實現(xiàn)了破碎機設(shè)計、優(yōu)化、繪圖的自動化,但要用二維的視圖來表示三維的物體。目前,借助于一些人型的三維繪圖軟件,已經(jīng)實現(xiàn)三維實體模型的設(shè)計。

      二維CAD系統(tǒng)主要包括設(shè)計計算部分和自動繪圖部分。程序的設(shè)計主要采用模塊化思路,一般包含有機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模塊,運動學、動力學仿真模塊,工作參數(shù)、主要零件的強度分析,有限元設(shè)計、繪圖等模塊通過主程序段的不同調(diào)用方式,各子模塊可以按順序執(zhí)行,通過公用變量完成數(shù)據(jù)的交換和傳遞。也可以調(diào)用單獨的任一模塊,人為地給定輸入。由于顎式破碎機的設(shè)計以成為成熟的產(chǎn)品設(shè)計,屬于變參數(shù)型設(shè)計,即新的設(shè)計對象與原有的基本類型設(shè)計相同或相近,主要的差異在于各部分的尺寸參數(shù),繪圖模塊借助如AUTOCAD等軟件,實現(xiàn)了參數(shù)化自動繪圖。

     三維模型設(shè)計是以三維零件、部件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的三維圖形設(shè)計。在三維模型的基礎(chǔ)』二可以進行裝配,干涉檢查,有限元分析,運動分析的計算機輔助工作。利用三維的繪圖軟件,顎式破碎機的設(shè)計與制造過程從單一的平面圖轉(zhuǎn)變成可視化的三維動態(tài)圖形,從而使得CAD形象化,可視化,史接近生產(chǎn)實際,可以直觀地檢查產(chǎn)品工作過程中的相對運動,及干涉原因等,縮短了產(chǎn)品的設(shè)計制造周期,達到了效能高、快速、敏捷和一次試制成功的日的,有效地降低了設(shè)計制造成本,為進一步的CAD和CAM的結(jié)合奠定了基礎(chǔ)。三維實體模型設(shè)計將逐步取代兩維的設(shè)計,成為顎式破碎機設(shè)計發(fā)展的趨向。

      總之,就目前而言,我國顎式破碎機的設(shè)計在質(zhì)量和性能方面與國外的先進水平還有很大的差距,就同樣的機型相比,機器的重量要比我國的小很多,說明其設(shè)計與制造的綜合水平比我國高的多。此外,機器的軸承小但壽命長;在耐磨材料,熱處理丁藝等方面也有刁;小的差距。提高我國的制造技術(shù)關(guān)鍵在于消化,吸收國外進口的產(chǎn)品,自己的研究開發(fā)單位要重視具有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計開發(fā),提高配套產(chǎn)品在內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量,迎頭趕上國際先進水平。

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