立式冲击粉碎机的结构设计论文

摘 要

本课题是立式冲击粉碎机的结构设计。首先介绍了一下国内外粉碎机生产技术的发展状况以及各种不同的粉碎机设备，然后在这些粉碎机的基础上对本设计进行整体方案的确定。

本设计主要包括粉碎、分级和传动部分。粉碎部分包括粉碎盘和齿形衬套。粉碎盘为销棒式结构，锤体圆周排列，出料粒径小，适用于热敏性与韧性材料的粉碎；齿形衬套为圆弧形，空气极易形成局部高速涡漩流场，使物料产生高速震颤，加剧了物料间的碰撞；分级机构可以使物料避免过度粉碎，达到所需粒径时在气流粘滞力的作用下及时排出；其传动系统采用带传动，可以缓冲吸振，传动平稳无噪声，且适用于较大距离间两轴的传递。设计过程中的很多数据都是采用以往的经验值，选材部分也是通过以往的经验来选择。通过查阅相关的技术手册来确定一些标准件。

设计的过程中首先分析立式粉碎机的结构以及粉碎机的工作原理，粉碎的方法。知道各部分的功能及组成。其次查阅相关紧固件的尺寸，理论联系实际确定各部件选用的制作材料。最后运用CAD画出总的装配图及主要部件的零件图。 关键词：立式冲击粉碎机；结构设计；二维图。

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Abstract

ABSTRACT

The issue is the structural design of vertical impact crusher. First introduced the look at home and abroad crusher manufacturing technology development and a variety of mill equipment, and then on the basis of these mill the determination of the overall program design.

The design includes crushing, classification and transmission part. Some, including crushing and grinding plate gear bushing. Crush plate structure for the pin bar, hammer circle arrangement, the material particle size, suitable for grinding heat sensitive materials with toughness; toothed, rounded bush, the air can easily form a local high-speed vortex flow field, so that materials produce high-speed tremor, increased collisions between the material; rating agencies can make the material to avoid excessive grinding, to achieve the required particle size in the air when the effect of viscous forces to discharge the waste; its transmission system with belt drive, you can buffer absorber, transmission stable noise-free and suitable for large distance between the two axes of the transfer. Many of the design process the data are based on past experience the value, selection in part by past experience to choose. Through access to relevant technical manuals to determine the number of standard parts.

The process of analyzing the design of vertical mill of the structure and working principle grinder, grinding method. Know the functions and composition of the various parts. Second, the size of access-related fasteners, theory with practice to determine the production of materials of all parts used. Finally, we use CAD to draw general assembly drawing and part drawings for the main components.

Key words: vertical impact crusher; structural design; two-dimensional map

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目录

目 录

1．引言…………………………………………………………………………………1 1.1该课题的目的和意义……………………………………………………………1 1.2国内外粉碎设备 ......................................................................................................................... 2 1.3粉碎设备类别及其特点 ........................................................................................................... 3 1.4粉碎原理 ....................................................................................................................................... 4 1.4.1机械粉碎设备 .......................................................................................................................... 5 1.4.2纯气流粉碎设备...................................................................................................................... 8 1.4.3(机械+气流)所形成的粉碎机设备 .................................................................................. 11 2．粉碎机的整体结构设计 .......................................................................................... 13 2.1整体方案的确定 .................................................................................................. 13 2.2 设计要求及分析课题 ............................................................................................................ 14 2.4 立轴式破碎机的构造 ............................................................................................................ 15 3 总体方案论证 ............................................................................................................ 17

3. 1机型的确定……………………………………………………………………17

3．2 产品的确定 ............................................................................................................................ 18 4 传动装置的总体设计 ................................................................................................ 18 4．1．1立式冲击式秸秆的设计参数 .................................................................................... 19 4．1．2 功率的确定 ..................................................................................................................... 19 4.2.1 确定计算功率PCA .............................................................................................................. 19 4.2.2 选择V带型号[1] ................................................................................................................ 19 4.2.3确定带轮直径DD1，DD2 .................................................................................................. 20 4.2.4 确定中心距A和带的基准长度4.2.5 验算主动轮上的包角

1Ld ................................................................................ 20

.................................................................................................... 20

4.2.6 确定V带根数Z .................................................................................................................. 21 4.2.7 计算单根V带初拉力F .................................................................................................... 21 4.2.8 计算对轴的压力FQ ........................................................................................................... 21 5 立轴式破碎机主要参数的确定 ................................................................................ 22 5.1.1 转子的直径与长度[7] ........................................................................................................ 22 5.1.2 基本结构尺寸[11] ............................................................................................................... 22

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目录

5.1.3 锤头质量的确定[11]........................................................................................................... 22 5.2.1 转子的速度 ............................................................................................................................ 24 5.3.2 轴的强度计算[1] ................................................................................................................. 26 5.3.2.1 破碎力的确定 ................................................................................................................... 26 5.3.2.3 判断危险剖面 ................................................................................................................... 28 5.3.2.4 轴的弯扭合成强度校核 ................................................................................................ 28 5.3.2.5 轴的疲劳强度安全系数校核 ....................................................................................... 29 5.3.3.1 锤头的设计[11] ................................................................................................................ 33 5.3.3.2 安装[3] ................................................................................................................................. 34 5.4 轴承和键的选用[8] ................................................................................................................ 34 6 相关零件的设计 ........................................................................................................ 36 7 辅助零件的设计............................................................................................................................. 38. 8 结论 ............................................................................................................................ 39

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1. 引言

农作物秸秆是农业产品的剩余产物，它不仅是宝贵的粗饲料资源，同时也是具有良好燃烧性能的生物质燃料，已成为当今世界上仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。我国每年秸秆产量约为6亿吨,可相当于3.1亿吨标准煤。

“十二五”计划到2015年生物质固体成型燃料、生物质乙醇、生物柴油和航空生物燃料的利用量将分别达到每年1000万吨、350万吨、100万吨和10 万吨，而目前的利用量仅为生物质固体成型燃料50万吨/年，生物质乙醇20万吨/年。因此，开展秸秆压缩成型技术研究，加快制造生物质成型燃料生产设备，对推进秸秆资源综合利用，实现秸秆商品化和资源化，对于节约资源、减轻污染、增加农民收入，加快建设资源节约型和环境友好型社会，将具有重大的现实意义。 1.1 该课题的目的与意义

我国是农业大国，农作物秸秆产量大、分布广、种类多，长期以来一直是农民生活和农业发展的宝贵资源。但是，以前处理秸秆的主要方法就是焚烧，这样做产生的危害十分巨大：一是污染大气。焚烧秸秆使得空气中烟尘、颗粒物和其他污染物的浓度急剧增加，空气质量迅速下降，不利于人体健康；二是生活中燃烧散煤做饭、取暖，对环境的污染也很严重。散煤中含有大量的灰份、硫等污染物，直接燃烧由于温度低，燃烧不充分，产生大量的颗粒物、二氧化硫、一氧化碳等污染物，尤其是低空排放，会对周边环境产生严重污染。因此，推进秸秆资源综合利用，实现秸秆商品化和资源化，节约资源、减轻污染、增加农民收入，加快建设资源节约型和环境友好型社会，将具有重大的现实意义。

生物质能源作为一种能够进行物质生产的可再生能源正日益受到世界各国的青睐和重视，发展生物质能源对于缓解能源危机、保护国家平安等都有着极其重要的意义。

本课题研究的是立式冲击粉碎机的结构设计，粉碎是用机械力的方法来克服固体物料内部凝聚力，使之破碎的单元操作。 粉碎操作的种类（按细度分）

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①粗粉碎：原料粒度在40～1500mm范围内，成品粒度若5～50mm ②中粉碎：原料粒度在10～100mm 范围内 ，成品粒度若 5～10mm ③微粉碎：原料粒度在5～10 mm 范围内 ， 成品粒度若100μm以下

④超微粉碎：原料粒度0.5～5mm范围内，成品粒度10～25μm以下。 粉体原料最重要的质量指标之一是粒度和粒度分布，而粒度和粒度分布决定了分体产品的许多技术性能和实际应用范围。例如，物料的比表面积、化学反应速率、吸附性、堆积性、补强性、在液相介质中的沉降速度、溶解性光学性能、电性、磁性等，都与应用范围有直接关系。而诸多产品的应用领域对物料的粒度及粒度分布均有严格的要求[1]。

粉碎是当代飞速发展的经济社会必不可少的一个工业环节，粉体技术被看做是高技术工业最重要的基础技术之一现代工程技术的发展要求呈粉体状态的原料和制品具有细而均匀的粒度和尽可能低的污染程度，颗粒粒度细化后，比表面积增大，可在各种场合，如填料、染料、颜料、医疗、催化剂、磁记忆组件高、级磨料固、体润滑剂、精细陶瓷、化妆品等方面都表现出很好的性能。在各种金属非金属、化工原料及建筑材料的加工过程中，粉碎作业是抵消作业，要耗费巨大的能量，物料在粉碎过程中，由于产生发热，振动和摩擦等作用，使能源大量消耗。因而多年来，技术人员一直在研究如何达到节能，高效地完成粉碎的过程。从理论研究到创新设备(包括改造旧的设备)直至改变生产工艺流程[2]。 1.2国内外粉碎设备

我国自八十年代以来，粉碎工程学术界较为活跃，其主要目标在于提高粉碎过程的效率和满足工业上某些物料产品的粒度要求。对粉碎机研究的大规模兴起，始于八十年代中期，当时主要注意力在两方面：其一是湿式超细粉碎机、搅拌球磨机和塔式磨机的研究；其二是干式气流粉碎机的研究，而后逐渐展开。当时，我国主要以引进国外先进的设备和技术为主，很多企业引进了各种类型的气流磨、高速冲击磨、振动磨、搅拌磨和相应的分级技术。这对满足国内市场的需要起到了积极作用。与此同时，国内技术人员以消化吸收为主，进行了大量研究开发工作，并取得了很多的成绩。经过十几年的努力，国内已能生产各种气流磨、高速冲击磨、振动磨、搅拌磨，有的设备在性能上已接近国外同类设备的水平。但总的来说，与国外的先进技术设备相比，我国的粉碎技术仍存在一些主要问题：(1)已研制出的各种型号规格的粉碎设备中，有些在结构设计、材质及加工精度等方面，与国外先进设备相比还有一定差距；(2)产品的深加工档次低、系列少，对用

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户的需求针对性差；(3)缺少高效的超细分级设备与粉碎设备配套。

目前国外研制生产的超细粉碎设备种类繁多，其中能用于生产的主要有气流磨、高速冲击磨、振动磨、搅拌磨、胶体磨、离心磨和滚筒研磨机等。根据被研磨物料的性质，产品的质量要求不同，各种设备都有不同的特点。国外最新研究动向表明，设备的大型化、系列化、自动化、精细化是超细粉碎的发展方向。

随着科学技术的发展，对新材料的要求越来越高。一些物质以其特有的物理化学特性，越来越受到人们的重视，成为许多高新技术领域不可缺少的重要原材料来源。对其深加工技术之一的超细粉碎及其分级技术领域也就越来越受到人们的重视。超细粉碎技术是近代科学高新技术发展的产物，在发达国家,随着电子精、细化工、高新陶瓷生、物工程、宇航固体颜料、磁性材料、复印粉、塑料、橡胶、造纸、等工业赫尔尖端技术的发展，对原材料的超细微、提纯和改性等方面，提出了越来越高的要求。要求以粉末状态存在的固体物料，应具有超细颗粒，严格的颗粒分布，规整的颗粒外形和极低的污染。 1.3粉碎设备类别及其特点

粉碎机一般分为机械式粉碎机、气流粉碎机、研磨机和低温粉碎机四个大类。 1 机械式粉碎机

机械式粉碎机是以机械方式为主，对物料进行粉碎的机械，它又分为齿式粉碎机、锤式粉碎机、刀式粉碎机、涡轮式粉碎机、压磨式粉碎机和铣削式粉碎机。 （1）齿式粉碎机：由固定齿圈与转动齿盘的高速相对运行，对物料进行粉碎（ 含冲击、剪切、碰撞、摩擦等）的机器。

（2）锤式粉碎机：由高速旋转的活动锤击件与固定圈的相对运动，对物料进行粉碎（ 含锤击、碰撞、摩擦等）的机器。锤式粉碎机又分活动锤击件为片状件的锤片式粉碎机和活动锤击件为块状件的锤块式粉碎机。

（3）刀式粉碎机：由高速旋转的刀板（ 块、片）与固定齿圈的相对运动对物料进行粉碎（ 含剪切、碰撞、摩擦等）的机器。

刀式粉碎机又分为 ： 刀 式 多 级 粉 碎 机：主轴卧式，刀刃与主轴平行并具有单级或多级粉碎功能的机器；斜刀多级粉碎机：主轴卧式，倾斜刀式并具有单级或多级粉碎功能的机器；组合立刀粉碎机：主轴卧式，多层立刀组合的粉碎器；立式侧刀粉碎机：主轴立式，侧刀转盘运动并带有分级功能的粉碎机器。 （4）涡轮式粉碎机：由高速旋转的涡轮叶片与固定齿圈的相对运动，对物料进行粉碎（ 含剪切、碰撞、摩擦等）的机器。

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（5）压磨式粉碎机：由各种磨轮与固定磨面的相对运动，对物料进行碾磨性粉碎的机器。

（6）铣削式粉碎机：通过铣齿旋转运动，对物料进行粉碎的机器。

2气流粉碎机气流粉碎机是通过粉碎室内的喷嘴把压缩空气（ 或其他介质）形成气流束变成速度能量，促使物料之间产生强烈的冲击、摩擦进行粉碎的机器。 3研磨机研磨机是通过研磨体、头、球等介质的运动对物料进行研磨，使物料研磨成超细度混合物的机器。它又分为：

（1）球磨机：由瓷质球体或不锈钢球体为研磨介质的机器。

（2）乳钵研磨机：由立式磨头对乳钵的相对运动，对物料进行研磨的机器。 （3）胶体磨：由成对磨体（ 面）的相对运动，对液固相物料进行研磨的机器。 （4）低温粉碎机低温粉碎机是经低温（ 最低温度 ）处理，对物料进行粉碎的机器。 1.4粉碎原理

粉碎方法[3]主要有五种：

(1)压碎。如图1-1-a所示，物料在两平面之间受到缓慢增长的压力作用而被粉碎。对于大块物料，第一步采用此法处理。挤压粉碎适用于脆性物料，食品加工中常用的是对辊粉碎机，如对辊的线速度相等，则为纯粹的挤压过程。

(2)劈碎。如图1-1-b所示，物料受到楔状刀具的作用而被。多用于脆性，韧性物料的破碎，能耗较低。

(3)剪碎。如图1-1-c所示，物料在两个破碎工作面间，如同承受载荷的那个支点(或多支点)梁，除了在外力作用点受劈外，还发生弯曲折断。多用于较大块的长或薄的硬脆性物。

(a) (b)

(c)

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(d) (e)

图1-1物料粉碎方法示意图

(4)击碎。如图1-1-d所示，物料在瞬间受到外来的冲击力而被破碎。冲击的方法较多，如在坚硬的表面上受到外来冲击体的打击，高速运动的机件冲击物料，高速运动的物料冲击到固定坚硬物体上，物料块之间的相互冲击等。此种方法多用于脆性物料的粉碎，粉碎范围很大。

(5)磨碎。如图1-1-e所示，物料在两工作面或各种形状的研磨之间受到摩擦，剪切作用而被磨削成为细粒。多用于小块物料或韧性物料的粉碎。

在粉碎操作上，所使用的粉碎方法应根据物料的物理性质，块粒大小以及需要粉碎的程度而定，实际操作时常常采用两种或两种以上的方法组合进行。 1.4.1机械粉碎设备

1)机械冲击式粉碎机

机械冲击式粉碎机是指：利用围绕水平或垂直轴高速旋转的回转转子上的冲击组件(锤头、叶片、棒体等)对物料进行撞击，并使其在定子与转子间、物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互强力冲击、剪切作用而粉碎的设备。这种粉碎机型式很多，按冲击组件的结构形式的不同有高速锤式、高速棒式、高速刀片式等多种类型。按转子的布置方式可分为立式和卧式两种类型。其特点是粉碎比大，运转稳定，适合于中软硬度物料的粉碎。冲击式粉碎机借助于转子上锤头对物料的以50~100m/s的高速打击而将其粉碎，处于定子和转子间隙处的物料被剪切和反弹到粉碎室内与后续飞来的颗粒相撞，是粉碎过程反复进行。定子衬圈和转子端部锤刃之间形成强有力的高速湍流场，其中产生强大压力变化可使物料受到交变应力而破碎和分散。粉碎成品颗粒细度和形态由转子上锤头的运动状态和定子间间隙来决定，低速冲击可得细长的颗粒，而高速冲击则易得物料结晶状态相同的颗粒。

2)齿爪式粉碎机

齿爪式粉碎机可用于谷物等的粉碎。它主要由进料斗、动齿盘转子、定齿盘、

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包角为360°的环筛和排料口等组成。定齿盘上有两圈定齿，齿的断面呈扁矩形。工作时动齿盘上的三圈齿在定齿盘的两圈齿的圆形轨迹间运动。

当物料从喂料斗轴向喂入时，受到定，动齿和筛片的冲击，碰撞与搓擦等作用，最终被粉碎成粉粒状排出体外。动齿和定齿之间的间隙为3.5mm。齿爪式粉碎机的特点是结构简单，粉碎室比较窄，筛片包角为360°，生产效率比较高，但噪声和粉尘比较大。国产齿爪式粉碎机有FFC型系列产品。

3)涡轮式粉碎机

涡轮式粉碎机由进料口、叶轮、齿板和排料口等部分组成。叶轮是由多个叶片及叶片与其侧面的隔板形成的多个室组成。机壳的内表面装有许多带有沟槽的齿板。叶轮高速回转时产生高速涡流，从而形成高频振动区。物料在粉碎室内受到反复粉碎不仅有冲击和剪切作用，又以无数的超高速涡流加剧颗粒之间的相互摩擦，以及由于高频振动产生的挤压作用等，使物料得到充分粉碎后，排出机外。涡轮式粉碎机主要有T-400型和T-800型两种。

粉碎室内径分别为400mm和800mm，配用动力11-30kw和30-75kw。生产率分别30~800kg/h和100~2500kg/h。该粉碎机的特点是粉碎物温升比较低，适合于粉碎脱脂大豆、米、小麦粉、食盐、矿物质添加剂和颜料等。80%以上的粉碎物可以通过100-150目的筛孔。

4)立式锤片粉碎机

立式锤片粉碎机是一种高效的超微粉碎设备，与卧式锤片粉碎机相比，效率高又节能，且可省去辅助补风系统和冷却系统，加上其换筛方便等特点，有望成为粉碎机的更新换代机型。

小型立式超微粉碎机[5]主要由转子、粉碎盘、锤片、筛框、机体、供料装置及排料装置等组成，如图1－2所示。

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1.电机 2.联轴器 3.上箱体 4.主轴 5.筛框

6.粉碎盘 7.锤片 8.下箱体 9.机架 图1-2装配体结构及三维实体图

粉碎盘底部装有刮片，可使沉积在底筛上的物料刮起，并随转子的离心力甩向粉碎区域继续粉碎。刮片又起到补风的作用，旋转时产生一定的风量，形成粉碎室内外的气压差，有利于细粉的排出，且可降低粉碎室内外的温度差，有利于粉碎加工。刮片产生的风压可以改善粉碎室内的气流状况，有利于负压吸进物料和正压排料，并破坏整个粉碎室内的环流层，使粉碎合格物料能及时排出，避免重复、无效的过度粉碎。

物料从进料口加入，其运动轨迹与旋转锤片的运动轨迹垂直相交，因而物料击中率较高。由于物料与锤片两者之间的速度相差很大，在锤片冲击作用下，物料颗粒内部迅速产生向四方传播的应力波，并在内部缺陷、裂纹和晶粒界面等处产生应力集中，物料将首先沿着这些脆弱界面破碎。在转子上层，由较短的锤片与筛片形成的预粉碎区内，大部分物料得到了粉碎或半粉碎，粉碎合格的细物料迅速通过周围环筛孔排出粉碎室。半粉碎和未粉碎的物料继续下降，落入下层主粉碎区域。由于下层锤片末端线速度更高，与筛片的间隙更小，锤片除对物料继续施加剪切力和冲击力外，且伴有研磨力等联合作用，使物料得到进一步粉碎，并借助粉碎室内气流正压力，迅速通过环筛和底筛筛孔排出，完成粉碎加工。

5)卧式粉碎机

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这是一种水平轴、双室、气流分级式粉碎机，主要依靠冲击粉碎原理工作，在粉碎的同时能够进行分级和清除杂质。它是由水平轴上安设的两个串联的粉碎－分级室和风机组成。粉碎－分级室由带撞击叶片的转子和定子衬套以及分级叶轮组成。第一二转子的叶片分别为30°、40°倾角，旋转时形成风压而相应的第一、二分级轮为径向叶片，旋转时形成风阻，两者旋转时便形成旋循气流，使颗粒反复地受强烈的冲击、剪切、摩擦作用而粉碎。两串联的粉碎－分级室之间用隔环分隔，因第一、二级转子的圆周速度分别为50m/s、55m/s（第二转子直径大），故第二粉碎室粉碎力更强，成为细磨区，产品粒度达数微米。细粉随气流由风机排出机外捕集。此机的特点是采用两极串联粉碎装置，故粉碎效率高，能耗较低；产品粒度细（平均粒径3~100μm）；机内设有排渣装置，可将难予粉碎的杂质排出，故产品纯度高；负压操作，可减少粉尘对环境的污染。适用于莫氏硬度低于5级的物料，例如涂料、颜料、非金属矿、化工原料、农药等的微粉碎。 1.4.2纯气流粉碎设备

气流粉碎原理简介：压缩空气由流化床四周相对的超音速喷管加速后进入流化床，在流化床粉碎机内相互撞击形成粉碎腔。物料由加料口进入流化床粉碎机内，在气流的带动下，物料于粉碎腔中部相互碰撞、摩擦而粉碎。合格的细粉由上升气流携带进入流化床上部的涡轮分级机，分级机对合格的物料进行分级后进入旋风收集器（如需要几个粒径段的产品，则加设多台立式涡轮分级机）。更细的尾料部分则由气流携带进入布袋除尘器，经布袋过滤后，尾料进入除尘器下部的出料口，纯净的空气排空。应用范围：气流粉碎分级机的粉碎机理决定了其适用范围广、成品细度高等特点，典型的物料有：超硬的金刚石、碳化硅、金属粉末等，高纯要求的：陶瓷色料、医药、生化等，低温要求的：医药、PVC。通过将气源部份的普通空气变更为氮气、二氧化碳气等惰性气体，可使本机成为惰性气体保护设备，适用于易燃易爆、易氧化等物料的粉碎分级加工。就气流粉碎主机个体而言，主机没有任何运动部件，也没有任何电机等传动装置，空压机产生的高压空气通过粉碎机的气流喷嘴瞬间释放到粉碎主机内部，粉碎主机内部没有传统的“磨环”、“磨球”、“磨轨”等粉碎介质与物料接触，物料通过高压空气带动，在粉碎主机内部相互碰撞，达到粉碎目的。整个粉碎过程没有传统的长时间施压及磨擦作用，物料受自身相互的碰撞力而粉碎，粉碎过程与设备材质没有联系，适合高硬、高纯、热敏性物料的粉碎，且没有传统的设备磨损问题。 1)扁平式气流粉碎机

此机亦称全盘式气流磨。如图1-3为结构示意图。

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1.粉碎带 2.研磨喷嘴 3.汾丘里喷嘴 4.推料喷嘴 5.铝补垫 6.

外壳

图1-3扁平式气流磨工作原理示意图

该机是90年代，世界上最先进的机型。该机器内衬有刚玉陶瓷、不锈钢供用户选择，不污染物料，细度＜5μm ，最细0.5μm。是超微粉碎的理想设备。 原料从加料投入，经汶丘里喷咀加速到超音速，导入粉碎腔，经粉碎喷咀喷出的气流形成物流，相互碰撞、摩擦而获得微粉，微粉被导入中心，随气流排出收集，粗粉因离心力被甩到粉碎区继续粉碎。

2)流化床气流粉碎机

流化床气流粉碎机是通过高速气流将粉体颗粒加速，并使高速运动的粒子相互碰撞、相互摩擦及瞬间破裂来达到粉碎，再通过适当分级机构循环而达到超微粉碎的目的。纯气流超微粉碎设备的特点是利用瞬间撞击而粉碎，粉碎力大，细度高，无污染和极微磨损，适用于高纯度、高硬度及有一定粘度的中药材超微粉碎。同时，药材粉体在气流膨胀状况粉碎，不会升温，也可适用于热敏性、低熔点、含糖分及易挥发的中药材超微粉碎。其缺点是对适用进料粒径的范围有要求，一般要求为60～120目。

3) QLM系列气流粉碎分级机的工作原理

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流化床气流粉碎机是一种高速气流来实现干式物料超微粉碎的设备，它由粉碎喷嘴．分级转子、螺旋加料器等组成。物料通过螺旋加料器进入粉碎室，高压空气通过特殊配置的超音速喷嘴向粉碎室高速喷射，物料在超音速喷射中加速，并在喷嘴交汇处反复冲击，碰撞，直到粉碎。被粉碎物料随上升气流进入分级室，由干分级转子高速旋转，粒子既受到分级转子产生的离心力，又受到气流粘性作用产生向心力，当粒子受到离心力大干向心力。即分级径以上的粗粒子返回粉碎室继续冲击粉碎，分级径以下的细粒子随气流进旋风分离器、捕集器收集，气体由引风机排出。

特点:能耗低，与其他类型气流粉碎机相比节能30%-40%;磨损小，由于主要粉碎作用是粒子相互冲击碰撞，高速粒子与壁面很少碰撞，可适用粉碎莫氏硬度九级以下的物料;粉碎范围广，在d97=2-15um范围选用;设备结构紧凑，内部组成闭路粉碎;设备检修方便，采用进口变频仪操作，设备运转实现自动化控制;对易燃，易爆物料可用情性气体作工质粉碎。

适用范围: 该机广泛应用于制药、中药、农药、化工、冶金、非金属矿、滑石、重晶石、高岭土、石英、石墨、阻燃材料、高级材料、陶瓷等干粉类物料的超细粉碎。本系列制砂设备用途广泛，其性能已达到国际先进水平，是目前最行之有效、实用可靠的碎石机器，特别适用于制作磨料、耐火材料、水泥、石英砂、钢砂、炉渣粉、铜矿石、铁矿石、金矿石、混凝土骨料、沥青骨料等多种硬、脆物料的细碎与中碎，是一种高效，节能的碎石设备。 性能特点：

1, 自击式破碎，超低的使用费用 。自击式破碎机的精粹在于“自击”，石料与石料在破碎腔中自行高速撞击粉碎，并在破碎腔中产生自然堆积形成保护层，保护周护板不受磨损。在自击式破碎机中周护板由易损件变成为等同于机器寿命的结构件，避免了在冲击破碎中每月必须更换一次重达1.5吨的周护板，从而大大降低了用户的使用成本，显著提高了用户的经济效益。

2 高转速，卓越破碎比由于独特的轴承安装与先进的主轴设计，使得本机兼有重负荷和高速旋转两个特点。物料在破碎腔中具有高达70-80米/秒线速度。如此高的线速给用户带来了生产的高效率，在装机功率为2KW的1050机型上，原料为<70mm的河卵石,每小时进料240吨，可产石子(5-30)>80吨。机制砂(4.75mm以细)>40吨,其破碎率>50%。

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3 低廉的易耗件费用。由于本机的物料自行相互撞击粉碎，故在易耗件数量及消耗时间上有着反击破、冲击破不可比拟的优势。破碎抗压强度在180-300兆帕的中硬及超硬岩石(如花岗岩、玄武岩、河卵石、刚玉等)易损件寿命为100小时--300小时，与国内其他破碎机相比易损件费用创记录的降低为=<0.35元/吨。 1.4.3(机械+气流)所形成的粉碎机设备

它溶上述2类设备的优点于一体，既确保了纯气流超微粉碎设备的特点，又拓大了进料粒径的范围。超微粉碎机组由刀式粗颗粒粉碎机、预冷器(兼螺杆加料器)、盘式粉碎机、旋风分离器、流化床气流粉碎机、除尘捕集器、高压引风机、空气压缩机、后冷却器、冷冻干燥机、引风机、锁风阀等组成，其流程如图1-4所示。

图1-4超微粉碎机组流程图

首先采用刀式粗碎机对粗块或段状的中药原料初加工，经螺杆加料器的预冷处理及输送至下道盘式粉碎机进行二次冲击细碎，粉碎后颗粒由旋风分离器输送至第二个螺杆加料器，此段由引风机作气流输送。最后经第二个螺杆加料器的预

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冷处理送入符合GMP流化床气流粉碎机中进行超微粉碎，物料在气流粉碎室内的数个喷嘴产生的高速气流冲击下，相互碰撞、相互摩擦及瞬间破裂而实现超微粉碎。

流化床气流粉碎机及分级机构的原理

流化床气流粉碎机型式，其由料仓、螺杆加料装置、粉碎室、高压进气喷嘴、分级机、出料口等部件组成。当物料送入粉碎室，冷却气流通过喷嘴进入流化床，被粉碎的粒子在高速喷射气流交点碰撞，其交点位于流化床中心也是靠气流对粒子的高速冲击及粒子间的相互碰撞而使粒子粉碎，不与腔壁碰撞，所以不产生磨损。此结构之所以磨损与沾粘性小，是因为通过喷嘴的介质只有空气(或氮气)，而没有物料通过喷嘴进入粉碎室，从而避免了粒子在途中产生的撞击、摩擦以及沾粘沉积，也避免了粒子对主进气管道及喷嘴的磨损。

流化床气流粉碎机上的分级机采用叶轮转子式干式分级，工作过程中经粉碎室粉碎的粉体在负压气流的作用下，粉料成流化态状飞向叶轮转子的分级区域。在叶轮高速旋转产生的离心力、负压气流产生的吸力、颗粒重力及上升气流产生的升力作用下，粗粒物料落下粉碎腔内经再次粉碎后再随气流上升再分级。而细粒则通过叶轮问的缝隙随引风气流吸走，然后由旋风分离器等部件收集。而一般粉碎过程中，粉体往往只有一部分达到粒度要求，而另一部分产品却未达到粒度要求，如果不将这些已达到要求的产品及时分离出去，而将它们与未达到要求的产品一道再粉碎，则会造成能源浪费和部分产品过粉碎的问题。一方面控制产品粒度处于所需分布范围，另一方面使混合粉体中粒度已达到要求的产品及时地被分离出。1.4.4 PZ500-C冲击粉碎机技术参数: 进料粒度：30mm ；处理量：5-7T/h ；主机功率：37kw ；配套动力：6.8kw。供应QXJ冲击粉碎机详细介绍： 用途及原理：用于莫氏硬度小于5的物料，如：叶蜡石、粘土、石墨、高岭土、石膏、岩盐、无烟煤、石灰石、萤石、烧石灰、石棉、白土、长石、木屑、咖啡豆、粉末涂料、环氧树脂、农药、聚氯乙稀、脱脂大豆、葡萄糖、石蜡等的4－100μm（don）的粉磨分级。整机由粉磨部和分级部组成。粉磨部带有反击板锤的转子，其边缘速度可达100-120m/s（变频可调），由给料口给入粉磨部的物料，在粉磨部受到高速冲击，以较高的速度打击在带齿衬 套的板子上，内衬的形状有利于物料的内循环，使物料反复受到冲击，同时产生正负压交替的气流，使物料受到打击力、冲击力、交替的拉伸力及物料间相互磨矿，从而形成大量的细粉。从进风口进入粉磨部的负压风，通过粉磨区，将细颗粒带入分级区，分级涡轮高速旋转，

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形成强制涡流场，使合格的细粉通过选粉机叶轮进入收尘系统。

（1）利用冲击粉碎，可获得理想的颗粒形状，保持晶体的原有形状。（2）粉碎分级一体化：合格的颗粒成分快速排出，减少了过粉碎及细粉长时间磨碎凝聚现象，节能效果明显。（3）冷气流从粉磨部快速通过，将粉磨时产生的热量带走，使粉磨腔基本保持常温，有利于热敏性物料加工。（4）粉磨分级一体化，进入的是原料，排出的是合格是细粉，减少了一般粉磨分级系统的管路，简化了工艺流程，降低了设备成本及运输费用、人员费用、维护费用。（5）与常规的机械冲击粉碎机比，可使粉磨粒度降低5－8μm，提高了机械冲击粉碎机的档次。（6）由于磨损问题的，只可用于硬度小于7的物料的超细粉磨。（7）系统通过改进，可实现1微米以下的粉磨分级作业。（8）对白度要求高的物料可采用陶瓷刀头、非金属分级叶轮，防止铁的侵入。

型号 给料 排料（μm） 装机功率KW QXJ-200 QXJ-400 QXJ-630 QXJ-800 QXJ-1000 QXJ-1250 QXJ-1500 <200 4-20 3 <200 4-20 11 <200 6-25 22-30 <200 7-25 37-45 <200 7-25 55-75 <200 8-25 90-110 <200 9-40 160-220 产量（kg/h） 25-150 60-200 100-400 150-500 300-800 500-1000 800-1500 风量（m3/h）

2．粉碎机的整体结构设计

2.1整体方案的确定

粉碎机按布置方式可分立式和卧式两种，其各自的特点如下：

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250 1000 2500 4000 6250 10000 15000 太原理工大学本科毕业论文（设计）

(1)卧式粉碎机：

1)锤片打击机率小：物料从顶部下去刚好同锤片运转方向相同，物料被锤片击中的机率小，而且物料往往受到的是锤片的偏心冲击，故有能量损耗。

2)环流层形成：物料进入粉碎室形成环流层，其平均速度约为锤片端线速度的20％一25％，环流层降低了锤片对物料的打击作用，增加了摩擦损耗。环流层使得小于筛孔的颗粒不能及时排出，使得物料被过度粉碎，粒度分布不均匀。

3)过筛能力差：物料透过筛孔的概率为

2P=(1d1d2)

式中d1-粉粒直径；d-筛孔直径。d1<0.75d时，大部分粉粒可通过，d1>0.75d时，粉粒就比较难过筛。同时由于重力和离心力的关系，有一层较粗颗粒贴在筛面上不能及时粉碎，而细粉难以透过筛面料层从筛孔排出。

(2)立式冲击式粉碎机：

1) 本机是目前开发的新型中、细碎石设备，也是目前世界上广泛用于替代锥碎机、对辊机、球磨机的机型。；

2) 结构新颖、独特、运转平稳。 3) 能量消耗小、产量高、破碎比大；

4) 设备体积小、操作简便、安装和维修方便； 5) 具有整形功能、产品成立方状、堆积密度大

6) 生产过程中，石料能形成保护底层，机身无磨损，经久耐用。

7) 少量易磨损件用特硬耐磨材质制成，体积小、重量轻、便于更换配件。 通过以上比较立式冲击式粉碎机不仅占地面积小，设备运转费用低，而且打击率较高，独特的分级装置可以避免过粉碎现象的发生。立式冲击粉碎机工作原理：物料由机器上部垂直落入高速旋转的叶轮内，在高速离心力的作用下，与另一部分以伞状形式分流在叶轮四周的物料产生高速撞出粉碎，物料在互相撞击后，又会在叶轮和机壳之间料层形成涡流多次撞击、摩擦而粉碎，从下部排料斗排出。形成闭路多次循环，由筛分设备控制成品粒度。

2.2 设计要求及分析课题

物料在经过粗碎、中碎以后，一般粒径为30～100mm，而进入磨机的粒径一般为30mm左右，由于进入磨机的粒径仍很大，且不均衡，不但增加了磨机的负荷，

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而且也增加了磨机的功耗，根据邦德理论，粉碎物料所消耗的能量，与物料产生的裂缝长度成正比，而裂缝又与物料粒径的平方根成反比。即：w=k(1/d-1/D),d为进料粒径，D为出料粒径，因此，设计的要求是经过一级破碎的物料进入球磨机之前增加一级破碎，以均衡和降低物料的入料粒度，从而显著地降低功耗，达到节能降耗的目的。

锤式破碎机的结构由锤头﹑转子﹑篦条筛﹑内壁衬板﹑机架等组成；它是通过物料进入破碎机中,受到高速回转的锤头冲击而破碎,物料从锤头处获得动能,以高速冲向破碎板进行第二次破碎,粒度小的从篦条筛中排出,粒度大的物料在篦条筛上再经过锤头的冲击﹑研磨﹑铣削而破碎,合格粒度由篦条筛排出。 反击式破碎机的结构由反击板﹑打击板﹑转子组成；它将物料反复地冲击,同时,物料之间也互相撞击而得到破碎。

立轴式破碎机的结构由机体﹑主轴﹑转子﹑衬板﹑进出料口组成；物料进入第一破碎腔,受高速回转的转子上的板锤的冲击破碎,获得动能的料块抛击到筒体的衬板上进一步破碎,料块群在机腔中互相撞击而得到第一次破碎；物料进入第二破碎腔受第二转子的挤压﹑冲击,把料层压紧而变密实,随着挤压﹑冲击力的上升,当应力超过颗粒所承受的强度时,物料被粉碎。

本课题设计的破碎机是兼以上三者之优点进行破碎,因此,确定为立轴式破碎机。

2.3 立式冲压式秸秆粉碎机的工作原理简介

粉碎机体内研磨介质运动状态分为二部分，其一为在筒体内旋转，其二为带到一定高度后抛落，即抛落运动状态。前者粉碎的主要形式为研磨，而后者为冲击。磨内物料随着研磨和冲击的综合作用而使物料粉碎。立式冲压式秸秆粉碎机的粉碎部分主要由锤击部分和反击部分两部分组成，物料由进料口进入破碎腔，经过锤头的冲击、剪切、劈碎、折断，使得物料粒径降低，然后再经过反击破碎，通过反击破碎中反击板的冲击、剪切和物料的自撞破碎，进一步降低和均衡物料的粒径，从而实现了物料粉碎的目的。 2.4 立式冲压式秸秆粉碎机的构造

立式冲压式秸秆粉碎机由筒体、转子、机盖附件、底座等部分组成，筒体由机壳、门、隔板、反击板组成，各部件分别用焊接螺栓、螺钉连结成一体；转子由主轴、锤架组成。锤架上偏心销轴将锤头分4排悬挂在锤架之间，为了防止锤架和锤头的轴向窜动，锤架一端用轴套轴向固定，一端用止退垫圈和锁紧螺母固定，转子支承在三个滚动轴承上，机壳内部有反击板，反击板磨损后可以更换，机盖与轴之间漏灰现象严重，为了防止漏灰，设有轴封。主轴是破碎机支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求主轴的材质具有较高的硬度和韧性，

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如用45钢。主轴断面为圆形，锤架用36mm宽的平键与轴连接，锤架是用来安装锤头的，但破碎机在逆转时，锤架与物料接触，易造成磨损，所以选择的材料要具有一定的耐磨性。该锤架的销轴孔都为6个孔，可以在销轴孔磨损后，把锤头安装在另一个位置，在锤架中，上面一个圆盘用以减少偏心销轴的磨损程度。锤头的质量、形状和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。锤头动能的大小与锤头质量成正比，动能越大，即锤头质量越大，破碎效率愈高，但能耗佷大。因此，应根据不同的进料尺寸来选择适当的锤头质量。锤头耐磨性是其主要质量指标之一，提高锤头的耐磨性，可以缩短破碎机的检修停车时间，就能大大的提高立轴式破碎机的利用率和减少检修费用。

机盖部件由机盖、滚动轴承、圆锥套、上轴承盖、上密封环、圆螺母以及直通式油杯组成，用螺栓连接在一起，轴承盖用于轴承的外圆定位，轴承盖内的内油毡槽用以安装油毡起密封油的作用，轴承盖外面有凸起的环体，挡住外面的灰尘进入轴承盖内，圆螺母和止退垫圈使轴承的内圈得以定位，上密封环挡住筒体内的灰尘进入到机盖内，即采用迷宫密封来挡灰。轴承的润滑采用直通式油杯油润滑，轴承间隙的调整可通过调整垫片得以实现。

底座部件由支承套、滚动轴承、下轴承盖、下密封环、轴套、垫片、注油装置、底座等组成，用螺栓连接在一起，底座用于整个转子轴的定位，支承套用来支承两个滚动轴承和下轴承盖，调心滚子轴承主要用来承受轴向力，推力调心滚子轴承主要承受径向力，在两个轴承之间增加一块垫片，隔开两轴承以避免两轴承直接接触，影响两轴承的寿命。上轴承盖用来定位，推力调心滚子轴承的外圈定位，两轴承之间的垫片用于保证两轴承的内圈定位，轴承盖内毛毡用来保证润滑油的密封，下轴承盖和下密封环组成的环形密封用来挡住筒体内的灰尘进入到轴承中。

进料口由法兰、钢板焊接而成，用螺栓连接在机盖上。

出料口由法兰，钢板焊接而成，用螺栓连接在底座的加强筋上。

机盖部分与筒体,筒体与底座均用螺栓连接在一起，转子与底座之间用轴承来支承。

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立式冲压式秸秆粉碎机结构模型如图2-1所示

图2-1 立式冲压式秸秆粉碎机结构模型图

3 总体方案论证

3.1 机型的确定

立式冲压式秸秆粉碎机结构如图3-1所示

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图3-1 立式冲压式秸秆粉碎机结构图

1-机械传动部分，2-反击破碎部分，3-锤击破碎部分

该机由三个主要部分组成：（1）机械传动部分（2）反击破碎部分（3）锤击破碎部分。起主要作用的是锤击破碎部分和反击破碎部分，皮带传动部分传递所需的动力。

该机采用立轴式上下安置，充分利用物料自身的重量。减少物料运输过程所消耗的动力。通过反击破碎和圆锥破碎，从而达到降低粒径的目的。 3．2 产品的确定

该机的产量需满足下列要求

a.年产10万吨以上；

b.不是全日制工作，每年工作为300天，每天工作8——16小时。

在此基础上，该机的设计产量为25——30t/h。

4 传动装置的总体设计

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4.1 电动机的选择[10]

4．1．1立式冲压式秸秆粉碎机的设计参数

本次设计的内容为立式冲击式粉碎机，其主要设计指标如下：

粉碎方式：冲击式；主轴转速4800r/min；粉碎粒径最小可达700μm。

4．1．2 功率的确定

由邦德理论

N=k×(1/d─1/D) （4-1）

式中：d—出料粒径，um； D—进料粒径，um； Q—产量，t/h；

得

N=185×(1/10000―1/150000)X40 =57kw

由电机功率,查手册: 选电机型号为Y280M-6

功率为55kw

转速为980r/min

外形尺寸为1198×555×0(长×宽×高)。 4．2 传动部分的设计[10]

4.2.1 确定计算功率Pca

考虑到载荷的性质、原动机的不同和每天工作时间的长短等，计算功率Pca比要求传递的功率P略大，即

PcaKAP （4-2）式中： KA——工作情况系数，

pcaKAP1.45577kw

4.2.2 选择V带型号[1]

根据计算功率pca77kw n1980r/min

由《机械设计手册》图12-1-1确定选用D型带。

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4.2.3确定带轮直径dd1，dd2

a) 参考《机械设计手册》带传动设计部分，选取小带轮直径d1=355mm。 b) 验算带的转速

vd1n1601000 （4-3）

vd1n13.14355980601000=

60100018.230m/svmax

带的速度合适 (普通V带vmax30～45m/s)

c) 从动带轮直径d2

d1d12=id1nn980355401.05mm 2870 由《机械设计手册》表12-1-10查得d=400mm 4.2.4 确定中心距a和带的基准长度

Ld

根据 0.7(d1+d2)d2根据

Ld02a02d1d2d124a0 212003.142(400355)4003552412003585.8mm

由《机械设计手册》表12-1-4 选带的基准长度Ld3550mm aadLd00L2120035503585.821182mm 4.2.5 验算主动轮上的包角

1

00180d2d160018004003550a1182600177.71200 主动轮包角合适

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4-4） （4-5）（4-6）（4-7）（4-8）（

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4.2.6 确定V带根数z

a)由线性插值法求得额定计算功率P0

27.5726.21P027.57(7700)28.44kw （4-9）

800700额定功率值的增量△P0=3.92,包角系数Kα=0.98,长度系数KL=0.90 b)计算V带根数z

Zpca （2-10）

p1p1kakt由《机械设计手册》表12-1-18 P116.15kw P11.32kw 由《机械设计手册》表12-1-21 Ka0.99 由《机械设计手册》表12-1-22 Kl0.

Zpca774.根

p1p1kakt(16.151.32)0.990.取z=5根

4.2.7 计算单根V带初拉力F

2.5PcaF05001mv2 (2-11)

Kvza由表12-1-23 m=0.62kgm1

772.5F050010.6218.22850.7N

0.99518.24.2.8 计算对轴的压力FQ

FQ2F0zsina1 (4-12) 2a1177.72FQ2F0zsin261404sin16790N

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5 立式冲压式秸秆粉碎机主要参数的确定

5.1基本结构参数

5.1.1 转子的直径与长度[7]

转子直径一般根据给料块的尺寸来决定，提出转子直径与给料块尺寸之比为1.2～5,大型破碎机取低值。D=1000mm。

转子轴直径与长度之比值一般为0.7～2，物料冲击力较强时,应取较大的比值.

D0.2～2 （5-1） LD1000 L880mm （5-2）

1.141.14 5.1.2 基本结构尺寸[11]

a．给料口宽度、长度、高度、倾角

给料口宽度大于2倍最大给料尺寸取B=300mm、L=310mm,为了要求给料有一 定的垂直下落速度取h=560mm,要求入料块经导板给入，因此，导板的倾角不应小于600，否则引起给料块的堆积。

b．卸料口尺寸

破碎机的卸料口尺寸由产品粒度的大小来决定。 c．给料方式

破碎机要求给料块有一定的垂直下落速度，故给料口一般都设置在机架的上方。

5.1.3 锤头质量的确定[11]

由于立式冲压式秸秆粉碎机的锤头是通过偏心销轴固定在转子上的，所以正确地选择锤头质量消耗都有很大的作用，如果锤头质量选的过小，则可能满足不了锤头一次就将物料破碎的要求。若是选得过大，这是不经济的，而且旋转起来产生的离心力也很大，对转子上的其它零件要产生影响并且易损坏。因此，锤头质量一定要满足锤击一次使物料破碎，并使无用功率消耗达到最小值，同时还必须不使锤头过度向后偏倒。

计算锤头质量的方法有两种：一种是使锤头运动起来产生的动能等于破碎物

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料所需的破碎功，另一种是根据碰撞理论的动量相等原理。前一种方法由于没有考虑锤头打击物料后的速度损失，故计算出来的锤头质量往往偏小，需要根据实际情况修正。

5.1.3.1按动能定理计算锤头质量

438105Nm23kg （5-3）

DnK1K2式中 D ─ 转子直径，mm ； n ─ 转子的转速，m/s；

K1─ 转子圆周方向的锤头排数； K2─ 转子横向每排的锤头个数；

nE'因为 N （5-4）

100060E'K1K2E （5-5）

12mv （5-6） 2Dn v （5-7）

60式中 N ─ 电动机功率，kw；

EE ─ 锤头的动能，J；

m ─ 锤头的质量，kg；

v ─ 锤头的圆周速度，m/s；

E'─ 转子上全部锤头每转一次所产生的动能, J；

nm2D2n2K1K2kw 所以 N1000607200 m4381051000607200DnK1K2452243810510006072000.005kg 45221000870435.1.3.2 按动量定理计算锤头质量

国家碰撞理论动量相等的原理计算锤头质量时，考虑到锤头打击物料后必然 会产生速度损失。如果锤头打击物料后，其速度损失过大，就会使锤头绕本身的悬挂轴向后偏倒，这时锤头由于速度减小而使动能减小，在下一次与物料相遇时，物料通过而不破碎物料，因而会降低破碎机的生产率和增加无用功的消耗。为了使锤头打击物料后产生的偏倒，能够由离心力的作用而在第二次破碎物料前很快恢复到正常工作位置，就要求锤头打击物料后的速度损失不宜过大。根据实践经验，锤头打击物料后的允许速度损失随着破碎机的规格大小而变，一般允许速度

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损失为40～60％。即

v20.60.4v1 （5-8）

式中 v1 ─ 锤头打击物料前的圆周线速度，m/s； v2 ─ 锤头打击物料后的圆周线速度，m/s；

md2t0.4～0.6v1 （5-9）

式中  ─ 修正系数，=0.21～0.28

 ─ 物料的抗压强度, Pa

d ─ 物料边长, m

t ─ 锤头打击物料的时间,一般采用0.001～0.0015s。

0.245.88107150103m0.537.050.4～0.6v1d2t20.001220.6kg

r m0mr （5-10）

02式中 m0 ─ 锤头的实际质量，kg；

r0 ─ 锤头重心到悬挂点的距离，m； r ─ 锤头打击中心到悬挂点的距离，m。

r310m0m20.621.8kg r3000225.2 主要工作参数的确定

5.2.1 转子的速度

从立式冲压式秸秆粉碎机的特点可看见，转子转速是粉碎机的重用工作参数，它影响着粉碎机的粉碎效率、破碎比和生产能力。

60v由 n （5-11）

D式中 v ─ 转子的圆周速度，m/s；

D ─ 转子直径，m。

nD3.14870145.53m/s 得 v6060一般中小型粉碎机的转速为750～1500r/min，圆周速度为25～70m/s。 5.2.2 生产能力[7]

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Q60LbdkZKnr （5-12）

式中 L ─ 转子长度，m；

b ─ 卸料篦条间歇，m；

dk─ 出料块的粒度，m；

Z ─ 卸料篦条间歇的数目，

 ─ 松散与排料不均匀系数0.02； K ─ 转子圆周方向锤子的排数； n ─ 转子转速，r/min； r ─ 石灰石的堆积比重，t/m3。

Q60LbdkZKnr600.880.01320.0348701.424.7t/h

5.2.3 功率[12]

功率消耗和很多因数有关，但主要取决于物料的性质，转子的圆周速度，破碎比和生产能力。

mR2n3ef Nkw （5-13） 3108810式中 m ─ 锤头质量，kg；

R ─ 转子半径，m； n ─ 转子转速，r/min；

─ 机械效率， =0.7～0.85；

f─ 修正系数。与转子的圆周速度有关，随圆周速度增加而减少，因为速度愈高，每个锤头打击物料的机会率愈低。 查《建筑材料机械设计》表1-4 得f=0.00125。

10.20.528703240.00125mR2n3ef66.1kw N33108810o.71088105.3 转子的结构设计[4]

5.3.1 轴的设计计算及校核

5.3.1.1轴的结构设计

a) 轴的材料及热处理

由于破碎机的设计功率不是太大，对其重量和尺寸无特殊要求，故选择常用材料45钢，调质处理。 b)初估轴径

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按扭矩初估轴的直径，查《机械设计》表10-2，得C=106-117，考虑倒安装皮带轮仅受扭矩作用，取C=110，则

dminC3P (5-14) n式中： C——由轴承的材料和承载情况缩确定的常数；

P——轴的输出功率，kw； n——轴的转速，r/min.

dminc3P55110342.12mm90mm n980符合要求，所以轴的设计合格。

5.3.2 轴的强度计算

[1]

轴的各段长度主要根据轴上零件的毂长或轴上的零件配合部分的长度确

定。另外，也要根据机体及轴承盖等零件有关。本设计中，综合考虑机体、转子、衬板、轴承座等因素的影响后，轴的具体设计尺寸如图5-1所示。

图5-1 轴的结构尺寸

5.3.2.1 粉碎力的确定

2.48R (5-15) v 式中: R——料块的半径，m；

冲击时间的计算 t v——转子的圆周速度，m/s。

2.480.5t0.0496s

25 破碎力P的计算

mvP0 (5-16)

t

26

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式中: P——粉碎力，N；

m——料块的质量，kg；

v0——冲击后物料的速度，m/s； t——冲击时间，s。

Pmv01.40.1410.3100025t0.049629637N

5.3.2.2 轴的受力分析(见图5-2)

a． 画轴的受力简图(见图b)。

图5-2 轴的受力分析及弯扭矩图

b． 计算支承反力。

Fd由式： Frl3FaR1H2l 2l 3Fd得 Frl3FaR1H2505760lN252.5N2l37602由式： FR2HFrFR1H 得 FR2HFrFR1H505252.5N3214.5N 在垂直面上

27

(5-17)

(5-18)

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Ft23114465.5N (5-19) 22c． 画弯矩图（见图c，d，e）

由式： MaHFRHl （5-20）

FR1VFR2V在水平面上，a—a剖面左侧

MaHFR1Hl2252.5760191900Nmm

a—a剖面右侧

MaHFR2Hl3252.5760191900Nmm

在垂直面上

‘MaVMaVFR1Vl2144637601099188Nmm

合成弯矩，a—a剖面左侧

由式： MaM2aHM2aV （5-21） 得

MaM2aHM2aV1919002109918802Nmm10993555Nmm a—a剖面右侧

‘’2‘222 MaMaHMaV191900191900Nmm271387Nmm

’d．画转矩图（见图f）

由式： TFt得，转矩 TFtd （5-22） 2d160226Nmm1446300Nmm 225.3.2.3 判断危险剖面

显然，由图中a—a截面处合成弯矩最大、扭矩为T，该截面左侧可能是危险剖面；b—b截面处合成弯矩不是最大，但该截面左侧轴径小于a—a截面处轴径，故b—b截面左侧也可能是危险剖面。若从疲劳强度角度考虑，a—a、b—b截面处均有应力集中，且b—b截面处应力集中更严重，故a—a截面左侧和b—b截面左、右侧均有可能是疲劳破坏危险剖面。 5.3.2.4 轴的弯扭合成强度校核 由《机械设计》表10-1查得

1b60Pa,0b100MPa,

1b0b600.6 10028

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bt(dt2)由式 W0.1d （5-23）

2d3a) a—a截面左侧

bt(dt2)4013(100013)23W0.1d0.11000mm399746716mm3 2d210003由式 eM2(T)2 （5-24）

WM2(T)2109935552(0.614463000)2 eMPa0.14MPa

W99746716b) b—b截面左侧

W0.1d30.110003mm3108mm3

b—b截面处合成弯矩Mb： 由式： MbMal228mm （5-25） l2MbMal228mm760500(10993555)Nmm3760953Nmm l2760M2(T)237609532(0.614463000)2 eMPa0.1MPa 8W105.3.2.5 轴的疲劳强度安全系数校核

由表10-1查得B650MPa,1300MPa,1155MPa;0.2,0.1。 a． a—a截面左侧

bt(dt)34013(100013)230.21000mm39746716mm3 WT0.2d2d210003由附表10-1查得K1.8,K1.8;由附表10-4绝对尺寸0.6、0.6；轴

经过磨削加工表面质量系数0.95。则

弯曲应力 bM （5-26） WbM10993555MPa0.11MPa W9974671629

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应力幅 ab0.11MPa 平均应力 m0Mpa 切应力 TT (5-27) WT式中： T ─ 轴所传递的转矩，N.mm; W ─ 抗扭截面系数,。

TTW1446300099746716MPa0.15MPa T T0.15am22MPa0.075MPa

校核危险剖面疲劳强度安全系数安全系数 SSS S2 S2  在弯矩作用下和在转距作用下的安全系数分别为 S1K amS1K am

得，S1K300863 1.8am0.950.60.110.20S1155K484

a1.8m0.951.4840.0750.10.07530

5-28）5-29）5-30） （

（

（

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SSSSS2286348486348422422

查表10-6得许用安全系数S1.3～1.5，显然S>>S, 故a—a剖面安全。 b. b—b截面右侧

抗弯截面系数 W0.1d30.110003mm3108mm3 抗扭截面系数 WT0.2d30.210002mm32108mm3 弯曲应力 bMb3760953MPa0.04MPa W108 ab0.04MPa m0 切应力 TT14463000MPa0.07MPa 8WT2100.07MPa0.035MPa

22由附表10-1查得过盈配合引起的有效应力集中系数K2.6、K1.。 又0.81、0.76、1.0、0.2、0.1。则

TmT S1K3002.60.040.201.00.811552336

 SKam1am1.0.0750.10.0751.00.76815

SSSSS222336815233681522769

显然SS，故b—b截面右侧安全。 c. b—b截面左侧

WT0.2d30.210003mm32108mm3 b—b截面左右侧的弯矩、扭矩相同。

M3760953MPa0.04MPa 弯曲应力 bbW99746716

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ab0.04MPa m0

切应力 TT14463000MPa0.07MPa WT2108 am

T20.07MPa0.035MPa 2Ddr2、0.01，由附表10-2查得圆角引起的有效应力集中系数 rdK1.38、K1.29，由附表10-4查得绝对尺寸系数

0.6、0.78。又1.0、0.2、0.1。。则 S1K3001.380.040.201.00.61553260

 SKam1 S2am1.290.0350.10.0351.00.782214

SSSS23260221432602214221831

显然SS，故b—b截面左侧安全。

以上计算表明：轴的弯扭合成强度和疲劳强度是足够的。

5.3.3 转子的设计

本设计参阅了国内市场上对粉碎机的研究资料,结合各类型粉碎机转子的不同结构 ,锤头排列分布方式如图5-3所示。

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图5-3 转子的安装结构

1-键；2-轴套；3-上圆盘；4-中圆盘；5-锤头；6-下圆盘； 7-转子隔套；8、9-偏心销轴；10-键；11-轴套；12-主轴

由图5-3可知, 锤头在两隔板之间是按60°的间隔布置着六个锤头,即着六个锤头中心线处在一个平面上。设计时适当调整锤头间隔套尺寸,保持锤头总数不变，而如此排布锤头在破碎腔空间上有效利用了锤头的“空间打击”能力，能够显著提高破碎效率，降低了能耗。 5.3.3.1 锤头的设计[11]

锤头是锤式破碎的主要工作零件。锤头的质量、形状和材质对破碎机的生产能力有很大的影响。锤头动能的大小与锤头的质量成正比，动能越大，即锤头的质量愈大，破碎效率越高，能耗也愈大。因此，要根据不同的进料块尺寸来选择适当的锤头质量。锤头的耐磨性是其主要质量指标，提高锤头的耐磨性，可缩短破碎机的检修停车时间。从而，提高破碎机的利用率和减少维护费用。传统的锤头一般是用高碳钢锻造或铸造，也有用高锰钢铸造的。近来有的用高铬铸铁锤头复合铸造，即锤柄采用ZG310～570钢，而锤头采用高铬铸铁，其耐磨性比高锰钢锤头提高数倍。

现在锤头的设计已经由传统的整体式设计转变为组合式的结构设计。另外，新型材料的研制，特别是高硬度耐磨材料的研制成功也为锤头的设计及锤头性能的提高提供了保证条件，也为本课题提供了较大的选择余地。在综合考虑了本课题的技术要求和工作要求后，我们决定采用新型的组合式锤头结构设计（如图5-4所示）。

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图5-4 组合式锤头 5.3.3.2 安装[3]

转子与主轴之间的配合为间隙配合，配合为D8/H8。 5.4 轴承和键的选用[8]

5.4.1 轴承的选用和润滑

a．轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择滚动轴承的主要依据。 上端选： GB/T288-1994 1536622型调心滚子轴承 下端选： GB/T288-1994 153622型调心滚子轴承 GB5801-1994 9039430型推力调心滚子轴承

b．校核轴承的使用寿命

16667ftCr根据 Lhh （5-31） nPr对于153662型轴承，假定其寿命为3年 查手册 Cr619670N



n800r/min Pr7207N

Lh33001614400h

Lh166676196708707207103'4331654.58hLh'

该轴承符合要求。

c．轴承润滑方式选用润滑。 5.4.2 键的选用

a．键分别选平键

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28×16×104 （GB1095-86） 36×20×848 （GB1095-86）

b．平键的校核 根据 p4TMPa （5-32） dhlT ─ 转矩，Nmm； d ─ 轴的直径，mm； h ─ 键的高度，mm；

l ─ 键的工作长度，mm；

P ─ 许用挤压应力，MPa，

由《机械手册》表3.1查得P=30～45MPa。

键一：28×16×104

p符合要求。

键二：36×20×848

4T4535969103p1.03MPapMPa

dhl130208484T453596910.8pMPa dhl9016104符合要求。

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6 相关零件的设计

6.1反击板的设计

反击板的作用是承受被板锤击出的物料在其上冲击破碎，将破碎后的物料重新弹回粉碎碎区，再次进行冲击破碎。设计的要求是，被板锤冲击后的物料经反击后的位置刚好为该板锤旋转以后的位置，以利用再次进行冲击破碎。反击板结构如图6-1所示。

图6-1 反击板结构图

粉碎机反击板经各种表面积形状实验比较,采用棱条结构效果最好。因为棱条尖角部分铸造质量和热处理后硬度高, 抗磨损能力强。而且抗磨面是逐渐加大，磨损尺寸逐渐减缓。反击板材质采用耐磨合金钢，这些措施都有利于反击板寿命的延长。反击板的安装方式为从侧面推入铰接件，再由紧固螺栓压紧。 6.2 门的设计

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在物料破碎过程中，难免有难破碎的大块物料，落在反击板与转子之间。由于物料粒径较大，难以从下料口排出，易引起物料阻塞。为清除阻塞物料,保证机构的正常运行，所以开设防护门。门的结构如图6-2所示

6-2 门的结构

防护门为组焊件，门材料为45钢。耳环焊接在门上面，接头形式为角焊接。

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7 辅助零件的设计

7.1 注

对滑动轴承采用油润滑，须用到注。注可用两端有螺纹的钢管。一端固定在机盖上，一端用螺母固定在机座上。

7.2 密封装置的选择

本设计中的密封方式选用毡圈式密封，利用矩形截面的毛毡圈嵌入梯形槽中所产生的对轴的压紧作用、获得防止润滑油漏出和外界杂质、灰尘等侵入轴承室的密封效果。

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8 结论

本次设计总体来说较为成功。在分析目前市场上的各类型的粉碎机的结构特点、技术特点以及使用情况后，我们确定了设计一种新型的粉碎机的课题，就是将锤式破碎机和反击式破碎机的优点结合起来。在这个指导思想下，设计过程中，我们特别注意吸收各种新的技术，新的设计方法，并将之尽量融入到我们的设计中，使这种新型粉碎机的各项性能都能够达到一个较高的水平。同时我们自始至终贯彻机器设计的经济性要求，尽量降低粉碎机的生产成本和维护费用等，因此，本设计具有很大的实用性。

本设计的主要特点有：

a．反击式破碎的板锤和转子是刚性联结的，利用整个转子的惯性对物料进行冲击，使其不仅破碎而且可以获得较大的速度和动能。

b．破碎腔较大，使物料有一定的活动空间，物料受到冲击作用，经过多次反复打击而得到充分破碎。

c．粉碎效率高、能量消耗低。

d．破碎比大，可达到15～20mm左右，这样，可以减少破碎段数，简化生产流程，节省投资、降低生产成本。

e．设备的构造简单，便于制造，操作维修也较方便。 本设计的创新点主要有：

a．采用新型的转子设计结构（反击式破碎的钢盘结构和锤式破碎的锤盘交错布置结构），有效增强了破碎机的工作性能。 b．新型锤头结构设计。锤头抛弃传统的整体式结构设计，而采用组合式结构设计，大大提高了锤头的使用寿命，有效降低了生产费用和减少了设备的调整次数。

本设计是在结合反击式破碎机和锤式破碎机的优点，并在此基础上再融入了各种新技术、新思想的条件下成型的。因此，设计中也存在一些不足之处，有待进一步的设计改造。总体来说，其存在的主要问题有：

a． 两级转子的空间位置有待进一步的研究。它们的相互位置如何优化设计，

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才能更加充分发挥两种破碎方式的优点。

b． 反击板的安装方式较为繁琐，安装时需花费较多的时间。

c．机体的结构设计不够简便，维护调整时的拆装要花费一些时间。

d．各参数的选择有待进一步探讨。

这些问题都是在以后的设计改进中应该加以重视的

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参考文献

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致 谢

为期3个月的毕业设计已经结束，在设计的过程中每个星期都要和范亚地导师至少见一次面，遇到难以解决的问题就问老师，并和老师进行商讨。在其它的非见面时间，老师经常和我聊天询问课程设计的进度。在我向他叙说的过程中老师对我的研究进行实时指导。在这里谢谢我的导师范亚地，谢谢她在百忙之中对我的指导，学生莫齿难忘。

在整个过程中，我对于电脑的熟悉程度有所加深，可以熟练的使用office办公软件，熟练掌握了画图软件。

最后向百忙之中评阅本论文的各位老师表示感谢，并请各位老师提出批评指正。祝老师心情愉悦！

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