立軸沖擊式破碎機是一種新型、高效多段沖擊破碎設(shè)備,可以在細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)簡單、處理能力高、破碎比大、能耗低、磨損件少等一系列優(yōu)點。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。為進一步提高其設(shè)計、制造品質(zhì),充分利用數(shù)字化設(shè)計分析、虛擬仿真等現(xiàn)代化手段,本文在介紹立軸沖擊破碎機的結(jié)構(gòu)特點、工作原理及關(guān)鍵部件設(shè)計應(yīng)用的基礎(chǔ)上,結(jié)合實際,以Simens NX6.0為輔助工具,完成了其數(shù)字化樣機的構(gòu)建。
1 立軸沖擊式破碎機的結(jié)構(gòu)及工作原理
立軸沖擊式破碎機主要由機體、進料裝置、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)計成一可整體拆卸的部件,主軸裝置設(shè)置在機殼外,由主軸、上下兩個軸承、空心軸套等通過法蘭安裝在機體上,減少了工作時粉塵和高溫對軸承的影響,密封與潤滑的難題也因此得到大大簡化。
圖1 立軸沖擊式破碎機結(jié)構(gòu)及數(shù)字化模型圖
立軸沖擊式破碎機是利用物料高速運動時的動能進行破碎的。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料口,四周外壁上等距離的開有三個噴射口,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。破碎機工作時,轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn),物料從轉(zhuǎn)子頂部中心的進料口進入撒料盤后,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,當(dāng)其從噴射口噴出撞擊到周圍的反擊襯板時,可達到60~80m/s的線速度,物料在很強的沖擊力作用下沿原有的自然裂紋實現(xiàn)破碎。破碎后的細粉失去動能從出料口排出,顆粒狀物料被反彈回去,與噴射出來的部分物料再次撞擊,實現(xiàn)料與料自行破碎。與此同時,轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)在破碎腔內(nèi)產(chǎn)生強勁的渦旋氣流,并且不斷地有氣流隨物料從噴射口噴出,在機殼上導(dǎo)流裝置的引導(dǎo)下,又從轉(zhuǎn)子的入料口進入撒料盤,形成機殼內(nèi)部的循環(huán)氣流。隨著沖擊破碎的不斷進行,破碎機內(nèi)的物料顆粒在強烈的氣流中相互劇烈撞擊、摩擦,使顆粒進一步細化。這樣,一塊物料在渦流破碎腔內(nèi)受到兩次至多次機率的撞擊、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)整物料運動的速度,從而可以滿足對不同礦石和不同產(chǎn)品粒度的破碎要求。
2 關(guān)鍵部件的設(shè)計及應(yīng)用
2.1 轉(zhuǎn)子部件的設(shè)計應(yīng)用
如圖2所示,轉(zhuǎn)子部件是立軸沖擊式破碎機的心臟,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,可由單電機或雙電機通過皮帶輪驅(qū)動主軸,上部輪轂通過鍵聯(lián)接帶動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能的作用,其性能的好壞直接影響到破碎機的性能。
圖2 轉(zhuǎn)子部裝圖
撒料盤是一個中空的扁圓柱體,內(nèi)有三個特殊設(shè)計的物料通道,起到過料及產(chǎn)生能量的作用。在運轉(zhuǎn)過程中物料會有一層粘結(jié)在通道內(nèi)壁上,對撒料盤形成保護襯墊作用,因此磨損甚少。破碎機工作時轉(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)運行試驗證明,其使用壽命與美國的15Cr3Mo合金錘頭相當(dāng)。由于立式?jīng)_擊破碎機是高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備,為了設(shè)備能夠正常平穩(wěn)運行,轉(zhuǎn)子必須進行動平衡試驗。在實際生產(chǎn)中,破碎機正常工作三天后,應(yīng)停機通過觀察孔檢查,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,應(yīng)該將三個錘頭全部更換,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,進行再次選配,選配時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動情況如圖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速度,va為上述兩個速度的合成,即物料離開撒料盤噴射口的絕對速度。
圖3 撒料盤物料運動分析及三維模型圖
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)計既可以防止灰塵、雨水進入主軸裝置內(nèi),影響轉(zhuǎn)動,同時也阻止了軸承座內(nèi)潤滑油的滲漏。針對主軸工作中高速旋轉(zhuǎn)發(fā)熱的特點,設(shè)計了稀油冷卻潤滑系統(tǒng),選擇32號機械油,先由進油泵抽油從上部進油口注入,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 機體及破碎腔的設(shè)計應(yīng)用
如圖1所示,機體由鋼板焊接而成,具有足夠的強度和剛度,包括上殼體、中殼體和下殼體三部分。上殼體有進料口,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。正常使用時僅在中間一層反擊襯板一側(cè)磨出一道溝槽,當(dāng)溝槽達到一定深度時,對破碎效果會產(chǎn)生一定的影響,這時反擊襯板調(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
正常運轉(zhuǎn)的破碎機,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)物料打擊點或高或低時都要分析原因:
(1)分料錐是否磨損過快過多;
(2)物料從料斗注入撒料盤時是否直射到分料錐中心,如果偏離中心,會改變物料流噴射方向;
(3)調(diào)換邊反擊襯板時,有沒有完全清理底層的物料墊層;
(4)有沒有按出廠時安裝部位原位安裝。
3 結(jié)束語
我國的立軸沖擊式破碎機開發(fā)早,但發(fā)展不快,各廠產(chǎn)品類同,因此,目前與國際上先進水平差距仍然明顯。目前利用計算機二維繪圖設(shè)計已十分普及,缺少仿真分析,設(shè)計工作不僅較慢,而且或者冒險很大,或者十分保守,不能恰如其分。利用Simens NX6.0軟件進行立軸沖擊破碎機的機械三維設(shè)計,使設(shè)計者獲得了一個良好的三維空間環(huán)境,布置設(shè)計不再需要進行艱難的空間構(gòu)思與想象;同時避免了大量且繁瑣的空間尺寸計算,代之以直接的觀察和測量來保證整個設(shè)計的正確性,對于提高設(shè)計效率和設(shè)計水平具有重要的作用,同時也為產(chǎn)品后續(xù)的虛擬仿真、優(yōu)化設(shè)計及生產(chǎn)制造打下了一定的基礎(chǔ)。
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本文標題:基于NX的立軸沖擊式破碎機的設(shè)計及應(yīng)用
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