【摘 要】本次設計研究主要是對立軸沖擊式破碎機主體作業(yè)部分轉子和破碎腔進行的結構設計研究。其主要內容包括：轉子和破碎腔的結構設計以及能進行破碎腔“石打石”和“石打鐵”作業(yè)的互換，較好地實現(xiàn)石料整形與制砂的作業(yè)，提高破碎機的工作效率和應用范圍。結構設計采用Solid Works進行了三維設計，確保了結構的合理性。

【關鍵詞】立軸沖擊式破碎機 轉子 破碎腔 結構設計 耐磨

一、引言

立軸沖擊破碎機在我國的應用已經有30多年的歷史，用于礦山中、硬以上礦石的細碎，自行開發(fā)少，起步較早，但發(fā)展不快。

立軸沖擊式破碎機應用廣泛，但其零部件易磨損，不易更換且成本高。立軸沖擊式破碎機的“心臟”就是轉子，而破碎腔是石料破碎、整形的地方，都是極易磨損的地方。轉子的零部件：耐磨塊、拋料頭、分料盤、上下耐磨塊、導料板等都是易磨損部件，其壽命直接影響破碎效率。如何提高易損件的耐磨性、易更換性，以及如何實現(xiàn)破碎腔的“石打石”和“石打鐵”的互換，將直接影響破碎機的生產效率、產品的形狀及能源的消耗。

二、立軸沖擊式破碎機的總體結構簡圖及工作原理：

圖1.1 立軸沖擊式破碎機結構簡圖

1.入料口 2.轉子 3.出料口

4.皮帶輪 5.物料襯層 6.破碎腔

工作原理：兩邊的電機帶動皮帶輪旋轉，主軸與皮帶輪同步運動，從而帶動轉子高速轉動，同時物料經入料倉進入破碎機，在入料倉內分為兩部分，一部分進入進料口直接進入轉子，在轉子內被加速，通過離心力從三個均布的拋料口拋射出去，首先同入料倉溢料口落下的物料沖擊破碎，然后一起沖擊到破碎腔的內壁上，被反彈后斜向上沖擊到破碎腔的頂部，而后轉向下運動，與從拋料口拋射出的物料形成連續(xù)的物料幕，這樣一塊物料在破碎腔內受到兩次以至多次撞擊、摩擦和研磨破碎作用，最終完成物料的破碎。

三、轉子的結構設計研究

轉子是立式沖擊破碎機的主要工作部件，它由轉子本體、分料盤、出料口、拋料頭、導料板以及耐磨夾板組成，通常有三個出料口。由電機帶動皮帶輪使主軸高速旋轉，使轉子獲得一定的轉速，同時石料通過傳送帶進入入料口中，一部分落入轉子中，另一部分由旁路進料口落下，進入轉子的石料通過旋轉的轉子獲得極高的速度，從中間甩出，與正在從旁路下落的原料相撞，使其破碎，產品通過中間的空腔落入底部傳出。

圖2.1 轉子結構示意圖

轉子的磨損主要來自兩個方面：給入物料與轉子接觸摩擦，以及散布在破碎腔空氣中的細“顆粒云”對轉子的磨損。

立軸沖擊式破碎機是利用其高速離心產生的動能，把物料拋出，得到能量的物料與物料間的碰撞，引起能量交換的連鎖反應：高能量、大質量的物料與較小物料的碰撞，形成劇烈的沖擊而沿其自然裂紋碎裂，較低能量的中等粒度的物料與前面沖擊產生的物料及其它物料相遇形成沖擊劈裂和磨蝕，而最低能量較小的物料也以高速運動，產生一種“砂噴”現(xiàn)象，使之繞破碎腔洶涌地涌動，從而發(fā)生相互碰撞，磨擦和研磨，使粒形趨于立方體。

一個物料顆粒進入轉子中心時，它的徑向速度幾乎為零，它和氣流及其它物料顆粒一起沿徑向向外運動，直到接觸到轉子內形成的物料墊層為止。這個顆粒一旦觸到物料墊層，其速度很快增大，直到離開轉子。

有關資料表明，其加速度平均值可超過重力加速度的數(shù)百倍。這樣就造成了物料間的劇烈摩擦。在較大的加速度下，物料顆粒必然受到嚴重的磨擦，形成研磨作用。立式沖擊破碎機是一種能量利用率較高的破碎設備，這對當前節(jié)能降耗具有重大意義。通過對立式沖擊破碎機破碎機理的研究，我認為可從以下三個方面來進一步提高破碎效率。

第一，結構設計方面：在轉子上安裝沖擊板，以增加沖擊作用；增加轉子出料口，以增加物料的拋射次數(shù)。設計雙轉子結構，以增加物料的沖擊次數(shù)。

第二，工作形式方面：增加物料密度。在裝機功率允許的范圍內，加大處理量，使破碎腔內的物料密度加大，從而增加物料顆粒之間的碰撞次數(shù)。

第三，采用雙料流形式：一部分物料直接進入轉子，一部分物料直接進入破碎腔，這種工作形式其直接進入破碎腔的物料，既為快速運動的顆粒提供了流動料幕，同時又增加了破碎腔內物料的總體密度，使提供的能量可以有效地破碎更多的物料顆粒。增大破碎腔內的風速，這種方法可以提高物料流的旋轉速度，增加研磨作用。

四、破碎腔的結構設計研究

破碎腔內的物料狀態(tài)：由于立式沖擊破碎機的破碎過程主要發(fā)生在破碎腔內，從轉子內拋射出的物料顆粒具有較高的速度，顆粒獲得的動能是其破碎的能量來源。由于物料粒度的組成不同，物料流中的顆粒具有不同的動能，所以，破碎效果也不同。物料顆粒從轉子的各個出料口高速飛出，對具有三個出料口的轉子來說，轉子旋轉一周，從破碎腔的某一靜止點能看到三次物料拋射流。當轉子的轉速為1800r/min時，每秒鐘拋射90次，由此可以看出其效率是非常高的。拋出的物料顆粒隨氣流幾乎沿著轉子的切線方向離開轉子，形成旋轉物料流，使物料顆粒之間發(fā)生沖擊碰撞。

破碎腔內的物料墊層起沖擊板的作用，同時也對破碎腔起保護作用。顆粒間的快速沖擊可造成破碎，破碎的顆粒具有新的速度，與最初未破碎時相比，有的更快，有的更慢。破碎過程中，在物料顆粒之間傳遞能量，可使激烈的沖擊摩擦轉變?yōu)闇睾偷难心ァｎw粒在此過程中受到阻力，在消耗能量的同時被擊碎，直到能量全部消耗掉為止，最后脫離破碎腔，經出料口排出。顆粒在破碎腔內的運動是無規(guī)則的運動，破碎腔內的物料狀態(tài)呈“紊流”狀態(tài)物料的破碎過程，是物料顆粒之間能量的交換。

“石打鐵” 破碎腔---主要用于物料細碎及人工制砂，破碎比高，貢獻率大?！笆蚴逼扑榍?--主要用于物料破碎及建筑骨料和石料的整形，粒型好。兩種形式的破碎腔可以實現(xiàn)互換，滿足了現(xiàn)場對石料顆粒度的要求。

圖3.1 “石打石”破碎腔結構示意圖

“石打石”破碎腔，主要利用料襯來降低磨損，破碎腔筋肋板可以根據需要拆卸或加裝。加裝筋肋板可以改善積料狀況。拆卸肋板可以減少過多的積料，筋肋板過度磨損可更換。

“石打鐵”破碎腔，其破碎作業(yè)是通過石塊撞擊安裝在破碎腔壁上的撞擊襯板來實現(xiàn)的，撞擊襯板的安裝是設計的關鍵，使撞擊面垂直于石料從轉子內甩出時的法線方向。

本次研究是通過更換破碎腔內K型板來實現(xiàn)“石打石”和“石打鐵”的互換，當需要對石料進行整型時，破碎腔內就用加裝K板來實現(xiàn)。當將K板改為撞擊襯板時，就實現(xiàn)了“石打鐵”的作用。

根據工作原理，物料從轉子內受離心力被高速拋出后，一部分石料會與旁路給料系統(tǒng)的石料發(fā)生“石打石”的碰撞，碰撞后的石料落入底倉，同時也會有一部分石料會穿過自上而下的“石料幕”進入破碎腔體，這樣會造成最初的磨損。為了能夠減少石料對腔壁的磨損，我們在腔壁的四周——物料經常撞擊的部位安裝破碎腔擋板，由于存在著嚴重的磨損，我們根據實驗的情況設置了五塊固定的筋肋板，而對于其它磨損較嚴重的筋肋板設置成可更換的形式，保證了工作效率。合理設計襯板的角度：由于擊碎的石塊自上而下，一部分將打在保護軸承座的襯板上，經反彈后又打向上部轉子底座，所以襯板與軸線方向夾角越小，反彈的石塊越不容易擊中轉子底座。

五、結語

目前，國產立軸沖擊式破碎機憑借價格優(yōu)勢在市場銷售數(shù)量上占有優(yōu)勢，但在技術方面與國外的先進水平還有一定的差距：國內破碎機易損件（拋料頭、轉子、上下耐磨板、耐磨夾塊等）壽命普遍比國外先進產品低，在產品的性能和規(guī)格上也比國外的差。本文更多的是針對如何提高轉子的耐磨性以及如何實現(xiàn)破碎腔的“石打石”和“石打鐵”的互換進行的結構設計研究。提高國產立軸沖擊式破碎機的水平，單純停留在引進仿制基礎上是不夠的，要在消化、吸收的基礎上創(chuàng)新，采用現(xiàn)代化的方法及計算機應用，綜合提高設計制造工藝，才是趕超世界先進水平的途徑。

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作者簡介：

高貴彬:出生時間1985年5月2日，學歷：本科，工作單位：中國水利水電第十三工程局有限公司，負責國際工程設備物資管理工作，研究方向：國際工程設備物資管理（包括設備日常維護保養(yǎng)、設備采購、技術更新、特種設備管理、設備調撥及國際工程物資管理等等）