矿山破碎机结构设计要点分析

2022-07-22邱前进尹计修

建材发展导向 2022年9期

邱前进尹计修

（功力机器有限公司，山东淄博 255130）

矿山破碎机在矿山选矿，矿石破碎等方面应用广泛。其他领域如冶金、水利以及建材等行业对于矿山破碎机的需求量也在逐渐增长。对于破碎机的重要结构的设计要点进行分析，并对其中部分结构进行改进和优化，能够深入地了解矿山破碎机的具体结构，为之后的破碎机的优化以及设备改进奠定基础，促进破碎机设计领域的发展。

1 矿山破碎机的介绍

矿山破碎机的主要用途是实现物料的破碎。它是基于两种或多种混合力，包括冲击力、挤压力以及剪切力等来将物料进行破碎，将大块的物料多次破碎，最终达到生产或者其他粒度需求。矿山破碎机的设备类型主要是基于破碎机的结构以及工作原理的差异而产生多种类型的破碎机类型，包括颚式破碎机、圆锥式破碎机、锤式破碎机以及反击式破碎机等，不同类型的破碎机在实际的应用过程中对于物料的原始重量，湿度、抗压强度以及物料硬度都有着不同的要求。在矿山破碎机的实际应用过程中也应注意对于其中部分核心结构的保养，防止落灰以及零部件的老化以及松动等情况而影响到矿山破碎机的正常应用。在矿山破碎机的设计方面需要基于现有的破碎机类型来进行破碎机结构的设计以及分析。

2 矿山破碎机的适用范围及应用前景

矿山破碎机的适用范围主要是基于破碎机的类型而确定。矿山破碎机基于其用途，在应用的领域方面也不只局限于矿山矿石方面，在其他需要进行破碎的行业领域也发挥着不可替代的作用。具体来说，对于不同类型的矿山破碎机有着不同的适用范围以及应用前景，具体介绍四种常见类型的破碎机。

颚式破碎机是一种可以实现物料精细破碎的一类破碎设备类型，主要是对物料进行一级破碎，适用于大块儿物料以及小块儿物料。对大块物料的破碎一般可以达到个位数厘米级别，而对于小块物料的破碎可以达到毫米级别。相对而言，颚式破碎机是设备结构简单，工作强度大，更为经济的一种破碎机选择。

冲击式破碎机是利用物料来破碎物料，即它利用坚硬的物料来撞击坚硬的物料，从而物料的破碎。主要的应用范围是各种坚硬的矿石，如石英砂、含铁矿石，珍珠岩等矿山石料的破碎，一般是实现这些物料的中细破碎，在矿物破碎、建筑物料破碎以及道路建设等领域的重要设备，也是大型的建筑以及筑路工厂的实用的生产设备。

圆锥式破碎机是具有很大破碎力度，工作效率极高，处理量大的一种破碎机类型。它在破碎物料方面的优势是适用于中等及以上各种矿山矿石以及较为坚硬的岩石的破碎。相对于其他破碎机，这一类型的破碎机在化学以及硅酸工业以及相应的工厂中有着广泛的应用。

反击式破碎机，这是一种应用领域较为广泛的一种破碎机类型，主要适用于交通、矿山、水泥、能源以及道路建设（包括铁路、公路等）等领域。它对于物料具有极强的抗压性能，破碎后的物料能够得到较大的破碎比，得到的物料也较为规整，呈现立方体的形态特征，对于破碎物料的粒度大小的调节也较为容易，能够处理10 ～15cm长度的物料。

3 矿山破碎机的主要结构介绍

不同类型的破碎机在使物料破碎所采用的具体力是不尽相同的，但破碎机的结构有很多相似之处，且有着很多相同的结构。一般来说，破碎机都具有齿板、转子、筛孔环、筛网孔径、传动系统以及破碎机外部的壳体等重要结构，颚式破碎机的内部结构见图1。

图1 颚式破碎机的内部结构图

在对破碎机的结构进行设计和研究时，需要将破碎机的重点结构进行分析和研究，一般由外到内，破碎机的外部是壳体，进而是破碎机的主体部分包括破碎机的传动装置，破碎机的破碎核心主体部分，破碎机的筛分部分再到破碎机外的支架等。在对破碎机的具体结构进行研究的过程中，需要围绕破碎机的整体设计再到破碎机的部分核心结构的设计，再加强对破碎机的易磨损部分的设计。

4 矿山破碎机的结构设计及优化改进

4.1 破碎机的壳体设计及优化

破碎机的壳体对于破碎机来说起到安全保护作用，一方面，防止外来腐蚀物质对破碎机的腐蚀，阻挡外部潮湿空气对设备的氧化；另一方面起到阻挡外部灰尘，避免破碎机内部设备接触过多灰尘使得设备老化。对于设备的操作人员也起到一定的安全防护作用，防止物料在破碎过程中出现飞溅，以至于出现造成安全事故。而对破碎机壳体的设计，主要包括破碎机的前后面板，弧形挡板，安全门以及底座的设计。在设计方面首先要注意壳体的材料的选择，其次是壳体的具体形状的设计，注重壳体厚度以及质量的把控。在壳体的设计中，安全门的设计主要的设计内容，安全门的设计中需要设计安全锁紧装置，此装置是为了防止破碎机的壳体出现一些特殊情况而使得物料迸溅出来，具体的设计一般是用手轮进行固定，这样在破碎机启动时，安全门上设置的锁紧装置便会自动通电工作，使得破碎机的安全门无法打开，起到安全防护的作用。为了便于观测到破碎机的内部正常工作情况，可以对壳体的设计进行进一步的优化，如在壳体的弧壳上可以设计有测温装置以及测振装置，这样可以即时地观察和记录数据，而且相对应的数据也可以直接传输到数据控制系统，专业的破碎机操作以及观测人员便可以随时监测破碎机腔内温度情况以及转子振动情况，从而实现安全高效的物料的破碎工作。

4.2 破碎机的转子设计及优化

破碎机的核心部件之一便是转子，转子是破碎机能够实现破碎功能的主要构件，其为破碎机的破碎提供力与破碎工具，保证了破碎机能够对物料实现宽范围大小粒度的破碎。而转子本身是由支撑板、刀片以及锁母和压环所组成的。支撑板是起到对刀片的固定与支撑的作用，而锁母的作用是固定转子，压环与支撑板相互配合来固定刀片。在转子设计方面，需要注重转子组成部件的选材与设计，也需要注重转子整体结构的设计。具体来说，对于刀片的设计，主要是考虑刀片选材与制造工艺，确保刀片是经过热处理，并且具备足够的工作硬度，防止刀片在物料破碎时极易遭受磨损，能够拥有较长的使用寿命。其次对于刀片需要注意在刀片的布置问题，要求刀片在转子边缘能够均匀布置，并且具备一定的安装深度。对于锁母的设计，要求锁母的材质是强度较高，并且锁母的结构设计需要保证在整体的转动过程中，锁母中的胶粒能够以一定的初速度飞向转子边缘的刀片。

对于转子结构设计的优化，主要是基于转子本身的工作属性而进行。一方面考虑到转子是一种高速旋转的部件，所以对其设计的平衡量精度要求是较高的。而且考虑到转子设备的设计不平衡也会影响到设备的主轴以及轴承箱工作性能以及实际的使用寿命，因此在设计的过程中，需要精准计算转子的动平衡，要求转子的前后面板的不平衡量在允许的不平衡量的范围之内。此外，转子的设计的机械性能参数也是需要重点考虑的，主要是以转子的工作转速来模拟转子的受力情况，为了有效地保证破碎机的机械性能，需要切实地根据需求来加强转子的支撑设备的强度，如对转子刀片的支撑板以及压环的强度进行加强设计等。

4.3 破碎机的筛分部分的设计及结构优化

破碎机的筛分部分结构的设计主要是指筛孔环以及筛网的设计。筛孔环的主要作用是对筛网进行固定，一般是通过设计对应的支撑杆以及其中对应的紧固件来将筛网进行固定。在筛孔环结构的设计，需要考虑筛孔环的型号以及实际的破碎机的筛分量等来确定筛孔环的材质选用，结构设计以及支撑杆的选材以及结构设计，确保筛孔环的强度以及保证筛网能够牢固地被固定。对于筛网的设计来说，需要根据实际的破碎机设计要求来确定筛网的网孔数目以及筛网的开孔率，并且实际的筛孔网的开孔率以及筛网孔径的设计要相互匹配，这样一方面破碎机的破碎质量以及筛分质量将会在很大程度上得到提升；另一方面，破碎机在完成破碎之后，破碎后的细料将会进入到气固分离装置，从而进行破碎后物料的筛分。

对于破碎机筛分部分的结构优化主要是对破碎机的筛分部分进行工业化试验，从而更加准确地确定破碎机的产量以及破碎筛分精度，进而确定筛网孔以及筛网开孔率的具体数目和实际百分比，能够保证破碎机的产量以及破碎筛分精度达到最佳值。另一方面需要在筛分结构的设计过程中，注重筛网的固定，一般是采用固定的筛板进行筛网的固定，但筛板固定不牢固或者出现其他情况时容易影响破碎机筛分功能的发挥，则需要加固筛板的固定，一般是在结构设计方面，采用辅助挡板的方式来进一步固定筛网的筛板。

4.4 破碎机的传动装置的设计及性能优化

破碎机的传动系统是破碎机的动力传送装置，主要是由电机、传送带、轴承以及耦合器等器件所组成的。对于传送带以及其重要组成部分的皮带主要是起到传送的作用，对于这一部分的结构设计需要根据传动装置的动力参数来选材和确定传送带的设置位置以及传送带的长度等具体问题。对于电机以及耦合器，一般来说，这两者是相互配合和连接的一种结构，耦合器与电机转轴在同步旋转的过程中，会通过这样同步旋转的一个力来带动皮带轮的传动。轴承箱的设计，主要是考虑轴承箱内部零件的润滑以及冷却，保证内部件在适宜的温度下进行运转。此外，还需要在其中设置相应的测温以及测振装置，便于及时了解轴承箱内部的情况。

在破碎机的传动装置的结构设计的优化方面，一方面需要围绕传动装置的核心位置即电机以及耦合器进行优化，有研究表明耦合器与电机之间实现直连的结构能够有效地确保电机能够稳定运行，运转时有着较高的传动效率，且能够保证有着较低的安全故障发生率，则在设计电机这一部分的结构时需要围绕电机和耦合器这一整体进行结构优化；另一方面，轴承箱也是传动装置的重要组成部分，需要保证传动的平稳，降低振动动力的损失，在实际的结构式设计的过程中可以考虑将传动的支架设置成橡胶这一柔性的材料，降低无效振动的发生率，保证传动装置的动力能够高效率地转送到传送带，为破碎机的破碎装置的正常工作提供保障。

4.5 破碎机的齿板结构设计及优化

破碎机齿板是破碎机的重要组成部分，主要分为固定齿板和活动齿板，其主要作用是破碎物料。对破碎齿板的设计主要是围绕破碎齿板的齿厚度，齿面的形状，齿板的材质选择以及齿板的塑性形变的设计等。破碎齿板的齿厚度是基于破碎齿板的抗压强度而设计，厚度一般需要达到机械零部件的设计标准，同时要求设计的厚度能尽可能降低齿板之间的惯性危害以及重量压力，一般对于齿板厚度的设计范围为40 ～60mm。齿板的齿面形状的设计在一定程度上影响着齿板的实际使用效果。一般设计的齿面形状主要是弧形，弧形能够使得整个破碎的区域的齿面高度增高有利于提高破碎率。在破碎机的齿板的选材方面，需要用到坚固的材质，如利用高锰钢材质，这类材质还具有较好的延展性与材料承重能力，适合用于破碎机的齿板的制造。

对于破碎机的结构的优化，主要是围绕齿板的形状的设计、破碎机材质的选用以及塑性变形量的控制等。对于齿板形状的设计除了常规的弧形形状的设计，还需要根据弧形齿面确定弧形齿板的咬合程度，缩小相应的咬合角度，这样可以更加精确地控制物料的破碎粒度，也在一定程度上减少了齿板的过度磨损以及负荷。对破碎机的材质的选用的需要考虑材质的延展性的同时还应具体地址优化其中所添加的锰元素、碳元素以及其他元素的比例，这样可以有效地降低金属部件的磨损，又在一定程度上提高了齿板结构设计的韧性以及耐磨程度。破碎机齿板的塑性变形量的控制需要设计好齿板与齿板周围护板之间的间隔，从而能够对齿板变形量与实际的变形幅度等进行有效的控制与调整，确保齿板在破碎机上的正常使用。

5 破碎机应用方面的注意事项

在破碎机的结构设计以及优化方面，破碎机的应用注意事项也是在结构设计方面需要标明的内容。对于破碎机不同位置的结构设计，需要提供正确的使用方法以及保养措施。对破碎机进行保养，一方面能够有效地保证破碎机有着较高的工作效率，物料的破碎粒度也将分布得更均匀一些；另一方面，破碎机在正常操作状态进行工作不容易出现故障，破碎机的使用寿命也会进一步延长。而对破碎机的保养与维护的主要的注意内容包括以下几个方面：一是破碎机零部件的温度以及破碎机整体的温度，首先需要防止破碎机在低温下进行超负荷运转，需要经过正常的预温与运转；然后是防止破碎机在高温下进行运转，当出现高温预警时需要及时关掉破碎机进行降温冷却，之后检查是否出现故障。还有是注意对于破碎机的冷却系统的工作状况的检查。二是防止破碎机的腐蚀，主要是保证破碎机所接触的氧化物质以及介质之间不会腐蚀到破碎机的整体，避免破碎机处于湿度较高的环境中。三是防止破碎机落灰，使得破碎机的零部件被污染。