莊 巖,李 許
階梯式漸開線型反擊板的設(shè)計(jì)
莊 巖,李 許
Design of Stepped Involute Impact Plate
反擊式破碎機(jī)的反擊板形狀對(duì)其破碎效果有著至關(guān)重要的影響,實(shí)際應(yīng)用中,反擊板可被設(shè)計(jì)為折線形、圓弧形等形式,其中漸開線型反擊板是唯一能實(shí)現(xiàn)與物料發(fā)生垂直碰撞的結(jié)構(gòu)形式。筆者分析了多種形式的反擊板及其構(gòu)成的破碎腔,提出了階梯式漸開線型反擊板的設(shè)計(jì)思路。
反擊式破碎機(jī);初碎;反擊板;破碎腔;漸開線
隨著初碎反擊式破碎機(jī)的大型化,破碎腔的進(jìn)料口越來(lái)越大,對(duì)反擊板的反擊效率要求也越來(lái)越高,而反擊板設(shè)計(jì)實(shí)際上就是破碎腔的設(shè)計(jì),筆者就多段式破碎系統(tǒng)中的初碎反擊式破碎機(jī)的破碎腔型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究,以尋求一種最優(yōu)的反擊板結(jié)構(gòu)形式。
反擊式破碎機(jī)的破碎腔是由進(jìn)料溜板、反擊板(多為兩級(jí)、可調(diào)節(jié)式)以及由進(jìn)料溜板卸載點(diǎn)到第二級(jí)反擊板排料口的圓弧所構(gòu)成的空間組成的,如圖1所示。
物料是沿著進(jìn)料溜板進(jìn)入破碎腔的,因此進(jìn)料溜板傾角β就是一個(gè)重要參數(shù),β取值應(yīng)在45°~60°之間。β越大,物料沿進(jìn)料溜板下滑的速度越快;β越小,物料沿進(jìn)料溜板下滑的速度越慢,甚至產(chǎn)生堆料現(xiàn)象。β值增大,破碎機(jī)高度增加;β值減小,破碎機(jī)高度降低。在其他條件允許的情況下,β取值宜盡量取小,這樣有利于降低機(jī)身重量并保證破碎機(jī)入料口足夠大。
反擊板輪廓的最高點(diǎn)由圖1中x和y的尺寸確定,但y又與y0以及進(jìn)料口尺寸a有關(guān);反擊板輪廓的最低點(diǎn)由角度θ1和排料口尺寸b確定。
反擊式破碎機(jī)的反擊板的作用是承受被板錘擊出物料的沖擊,沖擊到反擊板破碎后的物料重新彈回到破碎區(qū),再次受到板錘的沖擊破碎。反擊板的形狀和結(jié)構(gòu)對(duì)破碎效果影響很大。根據(jù)力學(xué)碰撞原理,物料以正碰撞(垂直撞擊)效果最佳。由于板錘是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),若保證破碎腔內(nèi)轉(zhuǎn)子圓弧擊出的物料都正面拋射到反擊板上,則反擊板必須是一條漸開線,這樣才能保證物料的擊出射線(轉(zhuǎn)子的切線)和反擊板垂直[1]。
圖1 反擊式破碎機(jī)的破碎腔結(jié)構(gòu)
圖2 折線型反擊板-整體式
圖3 折線型反擊板-分級(jí)式
圖4 折線型反擊板-中碎、細(xì)碎機(jī)
3.1 折線型和圓弧型反擊板
對(duì)于初碎反擊式破碎機(jī),由于進(jìn)料粒度大(往往>1m3),所以進(jìn)料口尺寸a也必須大。若將反擊板設(shè)計(jì)為理想的漸開線形狀,那么在保證第一級(jí)反擊板排料口尺寸b的情況下,形成的進(jìn)料口尺寸a太??;在保證進(jìn)料口尺寸a的情況下,保持漸開線的形狀,排料口尺寸b又太大。對(duì)于初碎,目前有兩種反擊板:(1)接近漸開線形狀的折線反擊板,反擊板追求正碰撞,如圖2、3所示。(2)圓弧型反擊板,其設(shè)計(jì)理念是物料從反擊板反彈后,能充分發(fā)揮反擊破碎作用,物料在反擊板圓心形成激烈的相互碰撞,如圖5、6所示。筆者分別按整體式和分級(jí)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出上述兩種反擊板,各自特點(diǎn)分析如下:
整體式折線型反擊板(見圖2)是對(duì)漸開線的一種近似模擬,目的是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和降低制造難度,但同時(shí)也人為降低了物料與反擊板垂直撞擊的幾率。圖3是將圖2所示整體式反擊板分為第一、第二兩級(jí)反擊板,破碎機(jī)理沒(méi)有改變,在保證進(jìn)料口的情況下,第一級(jí)反擊板排料口尺寸遠(yuǎn)大于2倍的成品出料粒度尺寸,最終由第二反擊板控制排料粒度大小。
對(duì)于中碎、細(xì)碎破碎機(jī),因其進(jìn)料粒度小,分級(jí)式折線型反擊板(見圖4)易于保證進(jìn)料口和第一級(jí)反擊板的排料口尺寸,并且能實(shí)現(xiàn)正面碰撞破碎。但對(duì)初級(jí)破碎則不能兼顧入料口足夠大和排料口足夠小,因而具有特定的適用場(chǎng)合。
圓弧形反擊板對(duì)物料的破碎作用主要體現(xiàn)在物料以不垂直于反擊板的方向撞向反擊板并反彈,反彈料與破碎腔中物料相互撞擊。為便于制造,往往將反擊板設(shè)計(jì)成接近圓弧的多段線。
在對(duì)圓弧型初碎反擊板的設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律:圓弧型反擊板最佳曲率范圍的確定與破碎機(jī)進(jìn)料口位置及大小有直接關(guān)系。增大曲率,反彈料塊的撞擊區(qū)距離反擊板近;相反,減小曲率,反彈料塊的撞擊區(qū)距離反擊板遠(yuǎn),反彈料塊之間相互撞擊的幾率小,更多的撞擊發(fā)生在反彈料與進(jìn)料口來(lái)料之間,筆者認(rèn)為反彈料之間的撞擊越充分越好。在進(jìn)料口位置及大小確定的情況下,可通過(guò)預(yù)先假定最佳撞擊區(qū)的方法反推出反擊板的最佳曲率,這樣可最大限度地發(fā)揮圓弧型反擊板反彈物料間相互撞擊破碎的效果。
另外,圓弧型反擊板由于圓弧曲率、圓弧端點(diǎn)位置不同而產(chǎn)生另一種現(xiàn)象,即初碎機(jī)(見圖5、圖6)由于入料口大,反擊板的圓心往往高于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)圓,導(dǎo)致物料被反擊板反彈到喂料口方向,這種反擊板常被稱為后退型反擊板。相反,中碎、細(xì)碎機(jī)(見圖7)由于入料口小,反擊板的圓心能夠落入轉(zhuǎn)子圓范圍內(nèi),物料被反擊板反彈后運(yùn)動(dòng)方向朝向排料口,這種反擊板常被稱為前進(jìn)型反擊板。前者利于增加破碎比,但通過(guò)量低,后者相反。
3.2 漸開線型反擊板
前文所述兩種反擊板對(duì)物料的破碎機(jī)理不盡相同,但均未實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的正碰撞。折線型反擊板雖近似漸開線,第一反擊板出料口卻偏大,浪費(fèi)了第一破碎腔的排料口處的擠壓力、剪切力、摩擦力破碎;圓弧型反擊板物料反彈后的相互碰撞所產(chǎn)生的破碎力遠(yuǎn)沒(méi)有物料與反擊板正碰撞的破碎力大。
下面筆者將對(duì)漸開線型反擊板的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行探索研究,以達(dá)到拋磚引玉的效果。
圖5 圓弧型反擊板-整體式
圖6 圓弧型反擊板-分級(jí)式
圖7 圓弧型反擊板-中碎、細(xì)碎機(jī)
對(duì)于初碎反擊式破碎機(jī),反擊板頂部需足夠高以保證破碎機(jī)進(jìn)料口足夠大,而反擊板底部需盡量靠近轉(zhuǎn)子以保證出料口足夠小從而控制成品粒度。依此思路可以將反擊板設(shè)計(jì)為一整條漸開線,即只有一級(jí)反擊板,如圖8所示。具體的做法是以轉(zhuǎn)子上板錘頂點(diǎn)的回轉(zhuǎn)圓為基圓,在圓周上任取一點(diǎn)畫漸開線,繞圓心旋轉(zhuǎn)漸開線,使?jié)u開線遠(yuǎn)端與破碎機(jī)入料口頂點(diǎn)重合。
可以看出,這樣的漸開線型反擊板出料口已低于轉(zhuǎn)子水平中心線,易形成積料區(qū),進(jìn)而導(dǎo)致排料不暢和板錘磨損加劇,因此也不是理想的反擊板。
筆者據(jù)此對(duì)反擊板進(jìn)行了優(yōu)化,將一整條漸開線分為若干階梯,分段繪制漸開線,每一段均實(shí)現(xiàn)正碰撞。圖9、圖10所示為兩種形式的階梯式漸開線型反擊板,分別為整體式和分級(jí)式。整體式反擊板不可調(diào),但具有一個(gè)大的反擊破碎腔,通過(guò)能力強(qiáng);分級(jí)式反擊板的第一、二級(jí)反擊板與轉(zhuǎn)子包絡(luò)為兩個(gè)獨(dú)立的破碎腔,每級(jí)破碎腔的排料口均由彈性推桿支撐,因此具備過(guò)鐵釋放功能,但破碎腔體積小于整體式反擊板的破碎腔,通過(guò)能力略差。
無(wú)論如何,階梯式漸開線型反擊板具有其他類型反擊板無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),如此設(shè)計(jì)的反擊板(專利號(hào):ZL 2014 2 0038348.5)能夠?qū)崿F(xiàn)垂直撞擊的反擊破碎,理論上其腔型更優(yōu)于前述折線型和圓弧型反擊板。
圖8 漸開線型反擊板
圖9 階梯式漸開線型反擊板-整體式
圖10 階梯式漸開線型反擊板-分級(jí)式
圖11 整體鑄造的階梯式漸開線型反擊板
圖12 簡(jiǎn)化的階梯式漸開線型反擊板
圖13 襯板
圖14 反擊板基體
具體制作時(shí),反擊板可以制作成整體鑄造件(見圖11),也可以鑄造出各襯板并通過(guò)螺栓將其固定于基體上組成裝配件(見圖12),這樣在反擊板磨損后只需更換襯板,能夠提高材料利用率。值得注意的是,襯板的形狀可進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化以降低加工難度并保證其互換性(見圖13)。
另外,由于襯板長(zhǎng)期受到物料沖擊,螺栓會(huì)承受較大剪切力,一旦螺栓斷裂,將會(huì)導(dǎo)致襯板墜落到破碎腔內(nèi),并會(huì)對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子造成極大的破壞性沖擊。對(duì)此,我們?cè)O(shè)計(jì)了螺栓的防斷裂結(jié)構(gòu),在襯板(見圖13)背部增設(shè)一條凸棱,相應(yīng)地在反擊板基體(見圖14)上開設(shè)凹槽。這樣,襯板由凹槽定位到反擊板基體固定的位置上并承受剪切力,而螺栓主要承受拉力,其斷裂的幾率大大降低。
反擊板的形狀對(duì)破碎腔的破碎效率和通過(guò)能力影響很大,相比折線型、圓弧型反擊板,階梯式漸開線型反擊板能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物料的垂直撞擊,同時(shí)兼顧大的通過(guò)能力,但設(shè)計(jì)、制造難度較大,可通過(guò)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)將各段階梯襯板優(yōu)化,使其更易于制造并具有互換性,以利于推廣應(yīng)用。
[1]郎寶賢,郎世平.破碎機(jī)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.?
TQ172.611.6
A
1001-6171(2017)02-0052-04
中材裝備集團(tuán)有限公司,天津300400;
2016-06-28;編輯:孫娟