一種新型雙腔復擺顎式破碎機的設計

內蒙古科技大學機械工程學院 內蒙古包頭 014010

鐵礦資源作為我國重要的戰略性礦產資源，為國民經濟發展提供了重要保障。雖然我國礦產資源豐富，但總體呈現“貧、細、雜”的特點[1]。隨著我國鐵礦業生產的不斷發展，對破碎機的生產效率以及對生產所需鐵礦品質的要求逐漸提高，導致選礦成本居高不下。在選礦生產中，破碎機械占有重要地位。復擺顎式破碎機由于結構簡單、維修方便，在選礦破碎作業中得以大范圍應用，但存在生產能力低等不足，為此研制了一種高效的新型雙腔復擺顎式破碎機。

1 復擺顎式破碎機工作原理

復擺顎式破碎機主要用于礦石的粗碎，破碎腔由定顎板和動顎板組成，動顎上端直接懸掛在偏心軸上，下端用鉸接的方式與肘板相連，偏心軸轉動時帶動動顎作周期性的連續擺動實現連續生產[2]。當動顎向上運動時，動顎板與定顎板間夾角變小，此時礦物受擠壓、彎曲、搓磨等多重作用，達到破碎礦物的目的[3]；當其向下運動時，動顎遠離定顎，動顎板與定顎板間夾角變大，動顎板在拉桿彈簧的作用下離開定顎板，此時粒度變小的礦物在重力和動顎的推動作用下從排料口排出。復擺顎式破碎機可簡化為四連桿機構，偏心軸為曲柄，曲柄回轉一周僅破碎一次，當曲柄回轉到一定范圍，設備處于排料狀態時不進行破碎，此時處于非工作行程，但仍消耗能量。

2 雙腔復擺顎式破碎機結構及工作原理

雙腔復擺顎式破碎機的結構以倒置四連桿機構的形式居多，其工作原理如圖 1 所示。該機運用倒置四連桿機構[4]，中間動顎簡化為連桿，連桿與搖桿、搖桿與機架均為鉸接，倒置四連桿機構中偏心軸相當于曲柄置于搖桿的下方。破碎機有 2 個破碎腔，即破碎機中間布置動顎，兩側為定顎，破碎腔對稱分布，破碎機可在雙工作行程狀態下運行[5]。當曲柄在一定角度范圍內回轉時，破碎腔Ⅰ進行物料破碎，破碎腔Ⅱ進行排料；當曲柄轉出該角度范圍時，破碎腔Ⅱ進行破碎，破碎腔Ⅰ進行排料，如此往復循環。

圖1 雙腔顎式破碎機工作原理Fig.1 Working principle of double-cavity jaw crusher

這種結構形式的破碎機不存在空行程，破碎機的處理能力提高約 1 倍。此類破碎機結構緊湊，在生產能力相當的情況下，外形尺寸比普通的復擺顎式破碎機更小，質量更輕。該機型嚙角小，生產效率高，作為深腔型破碎機，其破碎比更大，產品粒度更加均勻。但是這種雙腔復擺顎式破碎機的布置對動顎的結構和聯接形式提出了更高的要求；并且當設備損壞時不易維修，更換肘板也極為不便；當飛輪儲存動顎空行程時的能量再用以工作行程時，導致能量密度輸入不足。

3 新型雙腔復擺顎式破碎機的設計

3.1 設計要求

(1)可調節出料口大小，避免肘板磨損造成出料口變大，保證產品粒度要求。

(2)具有過載保護功能，當不易破碎的礦石進入破碎腔后，為避免設備零部件損壞，應裝有過載保護裝置。

(3)礦石有多種受力狀態，以提高破碎效率。

(4)機構受力合理，不產生偏載。

(5)結構簡單，工作可靠，易于維修。

3.2 結構與工作原理

如圖 2 所示，該新型雙腔復擺顎式破碎機主要由液壓缸、連桿、導輪、機架、動顎、定顎等部件組成。同樣將單腔破碎機改進為左右對稱的雙腔顎式破碎機，即在傳統顎式破碎機活動顎板的另一側增加一個定顎板，與動顎板再形成一個破碎腔。同時采用了新的結構設計，液壓馬達輸出軸帶動偏心輪轉動，從而驅動拉桿帶動導輪在導輪槽上滾動，動顎在導輪的往復滾動下左右擺動。由于動顎下端同時受到搖桿的約束，進而產生復雜的平面運動，當導輪向左滾動時實現對左腔礦石的擠壓、搓磨和彎曲作用，此時右腔料塊在重力的作用下向下移動，占據新的位置，當料塊尺寸小于破碎腔出料口時離開破碎腔。右腔排料時左腔進料破碎，左腔排料時右腔進料破碎，如此重復循環作業。調整座內加裝液壓缸，利用液壓裝置來調整定顎架在機體的位置，從而調整動顎板與定顎板之間的距離，實現未破碎礦石從排料口排出，同時還可作為破碎機的過載保護裝置。

圖2 新型雙腔顎式破碎機工作原理Fig.2 Working principle of new-type double-cavity jaw crusher

當普通顎式破碎機飛輪儲存的空行程時的能量再用以工作行程時，可導致能量密度輸入不足。而本設計不設置飛輪和帶輪結構，由液壓馬達直接驅動，結構更加簡單，且能量輸入密度增加，能源效率提高；拉桿、搖桿置于機體兩側，便于維修；保險裝置采用液壓系統，較肘板折斷的方式操作起來更加方便，省時省力。

新型雙腔復擺顎式破碎機的三維結構如圖 3 所示。液壓馬達輸出軸與傳動軸通過聯軸器連接，傳動軸兩側安裝有軸承，傳動軸上安裝一偏心輪，偏心輪通過軸承與連桿連接。傳動軸轉動帶動偏心輪偏心旋轉，從而帶動連桿一端運動，連桿的另一端與心軸產生相對轉動。機體的前后壁分別設置導輪槽，導輪置于導輪槽內，導輪與置于機體內的雙面動顎體通過心軸連接并支撐。雙面動顎體的兩側動顎板通過楔塊分別固定在動顎體的兩面，雙面動顎板的下端與機架上的搖桿相連接。定顎體一端通過長銷軸與機體固定，另一端通過拉桿螺栓和壓縮彈簧與機體固定，利用楔塊將定顎板固定在定顎架上。機體下端設有調整裝置，肘板墊通過螺栓緊固于調整座和定顎上，肘板鉸接于調整座與定顎之間，調整座水平焊接在機架上，調整座內裝有柱塞缸，破碎機排料口的間隙靠柱塞前后移動，通過肘板使定顎前后擺動來調節。柱塞缸除了具有調整排料口的間隙作用外，當破碎腔內進入了堅硬的不易破碎物，破碎力猛增的情況下液壓油頂開溢流閥，迅速排油使定顎后退，還起到保險作用，避免設備損壞。壓縮彈簧用來保證定顎和破碎機架的緊密連接。雙面動顎體與定顎架之間上部設有加料口，下部設置出料口，機架下部左右底板支撐機體，中部位置空出方便出料。

圖3 新型顎式破碎機三維結構Fig.3 3D structure of new-type jaw crusher

液壓馬達輸出軸轉動時，偏心輪帶動連桿一端回轉，連桿另一端受到導輪槽的約束作用做水平往復運動，與此同時，連桿帶動導輪在導輪槽上往復滾動，從而帶動雙面動顎體上部做水平往復運動。雙面動顎體下部受到位于機架上搖桿的約束，圍繞搖桿另一端做定軸擺動，從而使動顎產生復雜的運動，實現對礦石的擠壓、搓磨及彎曲作用。

3.3 軌跡分析

新型雙腔顎式破碎機動顎兩側的運動軌跡如圖 4所示，圖中導輪運動到O1、O2位置分別為動顎靠近左右腔定顎的極限位置。圖中A點靠近給料口，C點為動顎的中點，E點靠近排料口。從圖中可以看出，雙腔顎式破碎機的運動特性為周期往復運動，動顎板上越靠近給料口處，運動軌跡的曲率半徑越大，即水平行程大，垂直行程小；越靠近排料口處，運動軌跡的曲率半徑越小，即水平行程小，垂直行程大。依據破碎物料的角度分析，要求動顎在給料口處的水平行程大，在排料口處的水平行程小，這種理想的動顎運動軌跡，使破碎機具有較優的運動特性。

圖4 動顎運動軌跡Fig.4 Motion trajectory of movable jaw

3.4 性能及特點

該新型雙腔復擺顎式破碎機具有以下性能及特點。

(1)設計新穎、結構緊湊 采用連桿帶動導輪在導輪槽滾動的方式驅動動顎運動，導輪在導輪槽內滾動相比滑動摩擦力更小，導輪不易磨損，延長了零部件的使用壽命。

(2)獨特的調整方式 在肘板與機體之間通過液壓裝置來調整定顎在機架上的位置，從而可改變排料口尺寸，達到破碎所需要的粒度。

(3)有過載保護，安全性能高 當礦物過硬不易破碎時，破碎力急劇增大，液壓油頂開溢流閥迅速排油使定顎后退，起到保險作用，避免設備損壞。并且 2 個破碎腔分別有各自的保險機構，互不干擾。

(4)不存在空行程，生產能力大幅提高 采用雙腔結構，一腔進行進料破碎作業，另一腔進行出料作業，提高了破碎效率，生產能力大幅提高。

(5)礦石受力合理 當礦石在左腔被破碎時受到動顎的壓力逐漸增大，當增大到一定程度后被破碎，此時動顎上端向左水平移動，下端受到搖桿的擺動約束向右上移動，動顎下端對礦物的作用力減小。

4 結語

此新型雙腔復擺顎式破碎機具有 2 個破碎腔，突破了傳統四連桿機構的運動形式，采用動顎上端水平運動、下端繞搖桿擺動的運動方式。與傳統的復擺顎式破碎機相比，新型雙腔復擺顎式破碎機結構更加緊湊，具有更高的破碎成品率，降低了運行能耗，且生產能力大幅提升，具有良好的綜合性能和廣闊的應用前景。