立軸沖擊式破碎機(jī)是一種新型、高效多段沖擊破碎設(shè)備，可以在細(xì)碎與粗磨之間較寬的范圍內(nèi)使用。與傳統(tǒng)的破碎設(shè)備相比，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理能力高、破碎比大、能耗低、磨損件少等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，在大力提倡節(jié)能降耗，采取一切措施以提高企業(yè)整體效益的今天，該機(jī)型得到了采礦、建筑、公路、水泥等行業(yè)的普遍關(guān)注和廣泛應(yīng)用。為進(jìn)一步提高其設(shè)計(jì)、制造品質(zhì)，充分利用數(shù)字化設(shè)計(jì)分析、虛擬仿真等現(xiàn)代化手段，本文在介紹立軸沖擊破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際，以Simens NX6.0為輔助工具，完成了其數(shù)字化樣機(jī)的構(gòu)建。
1 立軸沖擊式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
立軸沖擊式破碎機(jī)主要由機(jī)體、進(jìn)料裝置、轉(zhuǎn)子部分（包括撒料盤和主軸裝置）、破碎腔、潤滑系統(tǒng)和電控部分等組成，其主體部分結(jié)構(gòu)如圖1所示。為便于維修與更換，轉(zhuǎn)子部分被設(shè)計(jì)成一可整體拆卸的部件，主軸裝置設(shè)置在機(jī)殼外，由主軸、上下兩個(gè)軸承、空心軸套等通過法蘭安裝在機(jī)體上，減少了工作時(shí)粉塵和高溫對(duì)軸承的影響，密封與潤滑的難題也因此得到大大簡(jiǎn)化。
圖1 立軸沖擊式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)及數(shù)字化模型圖
立軸沖擊式破碎機(jī)是利用物料高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能進(jìn)行破碎的。其工作原理是：空心的撒料盤裝于主軸上端，撒料盤上端面中間開有進(jìn)料口，四周外壁上等距離的開有三個(gè)噴射口，撒料盤周圍是由按一定規(guī)律排列的反擊襯板構(gòu)成的破碎腔。破碎機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，物料從轉(zhuǎn)子頂部中心的進(jìn)料口進(jìn)入撒料盤后，在撒料盤內(nèi)經(jīng)由分料錐體因離心力的作用而加速，并向噴射口移動(dòng)，當(dāng)其從噴射口噴出撞擊到周圍的反擊襯板時(shí)，可達(dá)到60～80m/s的線速度，物料在很強(qiáng)的沖擊力作用下沿原有的自然裂紋實(shí)現(xiàn)破碎。破碎后的細(xì)粉失去動(dòng)能從出料口排出，顆粒狀物料被反彈回去，與噴射出來的部分物料再次撞擊，實(shí)現(xiàn)料與料自行破碎。與此同時(shí)，轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)在破碎腔內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)勁的渦旋氣流，并且不斷地有氣流隨物料從噴射口噴出，在機(jī)殼上導(dǎo)流裝置的引導(dǎo)下，又從轉(zhuǎn)子的入料口進(jìn)入撒料盤，形成機(jī)殼內(nèi)部的循環(huán)氣流。隨著沖擊破碎的不斷進(jìn)行，破碎機(jī)內(nèi)的物料顆粒在強(qiáng)烈的氣流中相互劇烈撞擊、摩擦，使顆粒進(jìn)一步細(xì)化。這樣，一塊物料在渦流破碎腔內(nèi)受到兩次至多次機(jī)率的撞擊、摩擦和研磨破碎作用，經(jīng)由下部出料口排出，再經(jīng)循環(huán)篩分系統(tǒng)形成閉路。一般可通過調(diào)整轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)整物料運(yùn)動(dòng)的速度，從而可以滿足對(duì)不同礦石和不同產(chǎn)品粒度的破碎要求。
2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)及應(yīng)用
2.1 轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計(jì)應(yīng)用
如圖2所示，轉(zhuǎn)子部件是立軸沖擊式破碎機(jī)的心臟，主要包括撒料盤、分料錐、錘頭、主軸、軸套、安裝法蘭、皮帶輪、潤滑密封裝置等，可由單電機(jī)或雙電機(jī)通過皮帶輪驅(qū)動(dòng)主軸，上部輪轂通過鍵聯(lián)接帶動(dòng)撒料盤一起繞著主軸中心線高速旋轉(zhuǎn)，起到撒料并使物料獲得動(dòng)能的作用，其性能的好壞直接影響到破碎機(jī)的性能。
圖2 轉(zhuǎn)子部裝圖
撒料盤是一個(gè)中空的扁圓柱體，內(nèi)有三個(gè)特殊設(shè)計(jì)的物料通道，起到過料及產(chǎn)生能量的作用。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中物料會(huì)有一層粘結(jié)在通道內(nèi)壁上，對(duì)撒料盤形成保護(hù)襯墊作用，因此磨損甚少。破碎機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)子部分主要是噴射口錘頭遭到物料的磨損，由于噴射口錘頭數(shù)量少，重量輕，并且基本不受沖擊載荷，考慮選用高硬度、高耐磨性的高鉻錳鎢合金作為錘頭材料，經(jīng)生產(chǎn)運(yùn)行試驗(yàn)證明，其使用壽命與美國的15Cr3Mo合金錘頭相當(dāng)。由于立式?jīng)_擊破碎機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，為了設(shè)備能夠正常平穩(wěn)運(yùn)行，轉(zhuǎn)子必須進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，破碎機(jī)正常工作三天后，應(yīng)停機(jī)通過觀察孔檢查，查看噴射口錘頭磨損情況，若其中一塊或兩塊出現(xiàn)“V”字型時(shí)，應(yīng)該將三個(gè)錘頭全部更換，切不可只更換磨損的，不磨損或少磨損的保留再用。更換下來的磨損不多的錘頭可以集中保管，進(jìn)行再次選配，選配時(shí)要求保持三塊之間的重量差距不超過50克。
物料離開撒料盤的運(yùn)動(dòng)情況如圖3所示，圖中，vc為物料隨高速旋轉(zhuǎn)的撤料盤的牽連速度（圓周速度），vr為物料沿著錘頭邊緣的相對(duì)速度，va為上述兩個(gè)速度的合成，即物料離開撒料盤噴射口的絕對(duì)速度。
圖3 撒料盤物料運(yùn)動(dòng)分析及三維模型圖
由于主軸裝置在多塵的條件下工作，首先上軸承處設(shè)計(jì)了迷宮，上下軸承處都設(shè)置了FB型內(nèi)包骨架密封圈，這樣的設(shè)計(jì)既可以防止灰塵、雨水進(jìn)入主軸裝置內(nèi)，影響轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)也阻止了軸承座內(nèi)潤滑油的滲漏。針對(duì)主軸工作中高速旋轉(zhuǎn)發(fā)熱的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了稀油冷卻潤滑系統(tǒng)，選擇32號(hào)機(jī)械油，先由進(jìn)油泵抽油從上部進(jìn)油口注入，冷卻滲透到下部軸承處回油口，再由出油泵抽回冷卻油箱。軸承雖然在高速旋轉(zhuǎn)，但循環(huán)油的油溫始終保持在低溫，熱油不斷抽出，軸承不發(fā)熱，提高軸承的轉(zhuǎn)速和使用壽命。
2.2 機(jī)體及破碎腔的設(shè)計(jì)應(yīng)用
如圖1所示，機(jī)體由鋼板焊接而成，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，包括上殼體、中殼體和下殼體三部分。上殼體有進(jìn)料口，下殼體兩側(cè)開有出料口，中殼體是沖擊破碎腔。如圖4所示為破碎腔反擊襯板安裝示意圖，設(shè)計(jì)了上、中、下三排，每排16塊，通過連接桿安裝在下面板襯上，共48塊反擊襯板，材料選用高鉻鑄鐵。反擊襯板安裝方向與轉(zhuǎn)子出料方向垂直，不僅實(shí)現(xiàn)正撞擊，破碎效果最佳，而且磨損量最小，使用壽命長。正常使用時(shí)僅在中間一層反擊襯板一側(cè)磨出一道溝槽，當(dāng)溝槽達(dá)到一定深度時(shí)，對(duì)破碎效果會(huì)產(chǎn)生一定的影響，這時(shí)反擊襯板調(diào)面或調(diào)層使用，每套反擊襯板課調(diào)換6次，充分提高其利用率，延長其使用壽命。
圖4 破碎腔反擊襯板安裝示意圖
正常運(yùn)轉(zhuǎn)的破碎機(jī)，從撒料盤噴射出的物料應(yīng)該噴射到邊反擊板單元組合的中間層，當(dāng)物料打擊點(diǎn)或高或低時(shí)都要分析原因：
(1)分料錐是否磨損過快過多；
(2)物料從料斗注入撒料盤時(shí)是否直射到分料錐中心，如果偏離中心，會(huì)改變物料流噴射方向；
(3)調(diào)換邊反擊襯板時(shí)，有沒有完全清理底層的物料墊層；
(4)有沒有按出廠時(shí)安裝部位原位安裝。
3 結(jié)束語
我國的立軸沖擊式破碎機(jī)開發(fā)早，但發(fā)展不快，各廠產(chǎn)品類同，因此，目前與國際上先進(jìn)水平差距仍然明顯。目前利用計(jì)算機(jī)二維繪圖設(shè)計(jì)已十分普及，缺少仿真分析，設(shè)計(jì)工作不僅較慢，而且或者冒險(xiǎn)很大，或者十分保守，不能恰如其分。利用Simens NX6.0軟件進(jìn)行立軸沖擊破碎機(jī)的機(jī)械三維設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)者獲得了一個(gè)良好的三維空間環(huán)境，布置設(shè)計(jì)不再需要進(jìn)行艱難的空間構(gòu)思與想象；同時(shí)避免了大量且繁瑣的空間尺寸計(jì)算，代之以直接的觀察和測(cè)量來保證整個(gè)設(shè)計(jì)的正確性，對(duì)于提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平具有重要的作用，同時(shí)也為產(chǎn)品后續(xù)的虛擬仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)及生產(chǎn)制造打下了一定的基礎(chǔ)。
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本文標(biāo)題：基于NX的立軸沖擊式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用
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