礦山破碎機結構設計要點分析

邱前進 尹計修

（功力機器有限公司，山東 淄博 255130）

礦山破碎機在礦山選礦，礦石破碎等方面應用廣泛。其他領域如冶金、水利以及建材等行業(yè)對于礦山破碎機的需求量也在逐漸增長。對于破碎機的重要結構的設計要點進行分析，并對其中部分結構進行改進和優(yōu)化，能夠深入地了解礦山破碎機的具體結構，為之后的破碎機的優(yōu)化以及設備改進奠定基礎，促進破碎機設計領域的發(fā)展。

1 礦山破碎機的介紹

礦山破碎機的主要用途是實現(xiàn)物料的破碎。它是基于兩種或多種混合力，包括沖擊力、擠壓力以及剪切力等來將物料進行破碎，將大塊的物料多次破碎，最終達到生產或者其他粒度需求。礦山破碎機的設備類型主要是基于破碎機的結構以及工作原理的差異而產生多種類型的破碎機類型，包括顎式破碎機、圓錐式破碎機、錘式破碎機以及反擊式破碎機等，不同類型的破碎機在實際的應用過程中對于物料的原始重量，濕度、抗壓強度以及物料硬度都有著不同的要求。在礦山破碎機的實際應用過程中也應注意對于其中部分核心結構的保養(yǎng)，防止落灰以及零部件的老化以及松動等情況而影響到礦山破碎機的正常應用。在礦山破碎機的設計方面需要基于現(xiàn)有的破碎機類型來進行破碎機結構的設計以及分析。

2 礦山破碎機的適用范圍及應用前景

礦山破碎機的適用范圍主要是基于破碎機的類型而確定。礦山破碎機基于其用途，在應用的領域方面也不只局限于礦山礦石方面，在其他需要進行破碎的行業(yè)領域也發(fā)揮著不可替代的作用。具體來說，對于不同類型的礦山破碎機有著不同的適用范圍以及應用前景，具體介紹四種常見類型的破碎機。

顎式破碎機是一種可以實現(xiàn)物料精細破碎的一類破碎設備類型，主要是對物料進行一級破碎，適用于大塊兒物料以及小塊兒物料。對大塊物料的破碎一般可以達到個位數厘米級別，而對于小塊物料的破碎可以達到毫米級別。相對而言，顎式破碎機是設備結構簡單，工作強度大，更為經濟的一種破碎機選擇。

沖擊式破碎機是利用物料來破碎物料，即它利用堅硬的物料來撞擊堅硬的物料，從而物料的破碎。主要的應用范圍是各種堅硬的礦石，如石英砂、含鐵礦石，珍珠巖等礦山石料的破碎，一般是實現(xiàn)這些物料的中細破碎，在礦物破碎、建筑物料破碎以及道路建設等領域的重要設備，也是大型的建筑以及筑路工廠的實用的生產設備。

圓錐式破碎機是具有很大破碎力度，工作效率極高，處理量大的一種破碎機類型。它在破碎物料方面的優(yōu)勢是適用于中等及以上各種礦山礦石以及較為堅硬的巖石的破碎。相對于其他破碎機，這一類型的破碎機在化學以及硅酸工業(yè)以及相應的工廠中有著廣泛的應用。

反擊式破碎機，這是一種應用領域較為廣泛的一種破碎機類型，主要適用于交通、礦山、水泥、能源以及道路建設（包括鐵路、公路等） 等領域。它對于物料具有極強的抗壓性能，破碎后的物料能夠得到較大的破碎比，得到的物料也較為規(guī)整，呈現(xiàn)立方體的形態(tài)特征，對于破碎物料的粒度大小的調節(jié)也較為容易，能夠處理10 ～15cm長度的物料。

3 礦山破碎機的主要結構介紹

不同類型的破碎機在使物料破碎所采用的具體力是不盡相同的，但破碎機的結構有很多相似之處，且有著很多相同的結構。一般來說，破碎機都具有齒板、轉子、篩孔環(huán)、篩網孔徑、傳動系統(tǒng)以及破碎機外部的殼體等重要結構，顎式破碎機的內部結構見圖1。

圖1 顎式破碎機的內部結構圖

在對破碎機的結構進行設計和研究時，需要將破碎機的重點結構進行分析和研究，一般由外到內，破碎機的外部是殼體，進而是破碎機的主體部分包括破碎機的傳動裝置，破碎機的破碎核心主體部分，破碎機的篩分部分再到破碎機外的支架等。在對破碎機的具體結構進行研究的過程中，需要圍繞破碎機的整體設計再到破碎機的部分核心結構的設計，再加強對破碎機的易磨損部分的設計。

4 礦山破碎機的結構設計及優(yōu)化改進

4.1 破碎機的殼體設計及優(yōu)化

破碎機的殼體對于破碎機來說起到安全保護作用，一方面，防止外來腐蝕物質對破碎機的腐蝕，阻擋外部潮濕空氣對設備的氧化； 另一方面起到阻擋外部灰塵，避免破碎機內部設備接觸過多灰塵使得設備老化。對于設備的操作人員也起到一定的安全防護作用，防止物料在破碎過程中出現(xiàn)飛濺，以至于出現(xiàn)造成安全事故。而對破碎機殼體的設計，主要包括破碎機的前后面板，弧形擋板，安全門以及底座的設計。在設計方面首先要注意殼體的材料的選擇，其次是殼體的具體形狀的設計，注重殼體厚度以及質量的把控。在殼體的設計中，安全門的設計主要的設計內容，安全門的設計中需要設計安全鎖緊裝置，此裝置是為了防止破碎機的殼體出現(xiàn)一些特殊情況而使得物料迸濺出來，具體的設計一般是用手輪進行固定，這樣在破碎機啟動時，安全門上設置的鎖緊裝置便會自動通電工作，使得破碎機的安全門無法打開，起到安全防護的作用。為了便于觀測到破碎機的內部正常工作情況，可以對殼體的設計進行進一步的優(yōu)化，如在殼體的弧殼上可以設計有測溫裝置以及測振裝置，這樣可以即時地觀察和記錄數據，而且相對應的數據也可以直接傳輸到數據控制系統(tǒng)，專業(yè)的破碎機操作以及觀測人員便可以隨時監(jiān)測破碎機腔內溫度情況以及轉子振動情況，從而實現(xiàn)安全高效的物料的破碎工作。

4.2 破碎機的轉子設計及優(yōu)化

破碎機的核心部件之一便是轉子，轉子是破碎機能夠實現(xiàn)破碎功能的主要構件，其為破碎機的破碎提供力與破碎工具，保證了破碎機能夠對物料實現(xiàn)寬范圍大小粒度的破碎。而轉子本身是由支撐板、刀片以及鎖母和壓環(huán)所組成的。支撐板是起到對刀片的固定與支撐的作用，而鎖母的作用是固定轉子，壓環(huán)與支撐板相互配合來固定刀片。在轉子設計方面，需要注重轉子組成部件的選材與設計，也需要注重轉子整體結構的設計。具體來說，對于刀片的設計，主要是考慮刀片選材與制造工藝，確保刀片是經過熱處理，并且具備足夠的工作硬度，防止刀片在物料破碎時極易遭受磨損，能夠擁有較長的使用壽命。其次對于刀片需要注意在刀片的布置問題，要求刀片在轉子邊緣能夠均勻布置，并且具備一定的安裝深度。對于鎖母的設計，要求鎖母的材質是強度較高，并且鎖母的結構設計需要保證在整體的轉動過程中，鎖母中的膠粒能夠以一定的初速度飛向轉子邊緣的刀片。

對于轉子結構設計的優(yōu)化，主要是基于轉子本身的工作屬性而進行。一方面考慮到轉子是一種高速旋轉的部件，所以對其設計的平衡量精度要求是較高的。而且考慮到轉子設備的設計不平衡也會影響到設備的主軸以及軸承箱工作性能以及實際的使用壽命，因此在設計的過程中，需要精準計算轉子的動平衡，要求轉子的前后面板的不平衡量在允許的不平衡量的范圍之內。此外，轉子的設計的機械性能參數也是需要重點考慮的，主要是以轉子的工作轉速來模擬轉子的受力情況，為了有效地保證破碎機的機械性能，需要切實地根據需求來加強轉子的支撐設備的強度，如對轉子刀片的支撐板以及壓環(huán)的強度進行加強設計等。

4.3 破碎機的篩分部分的設計及結構優(yōu)化

破碎機的篩分部分結構的設計主要是指篩孔環(huán)以及篩網的設計。篩孔環(huán)的主要作用是對篩網進行固定，一般是通過設計對應的支撐桿以及其中對應的緊固件來將篩網進行固定。在篩孔環(huán)結構的設計，需要考慮篩孔環(huán)的型號以及實際的破碎機的篩分量等來確定篩孔環(huán)的材質選用，結構設計以及支撐桿的選材以及結構設計，確保篩孔環(huán)的強度以及保證篩網能夠牢固地被固定。對于篩網的設計來說，需要根據實際的破碎機設計要求來確定篩網的網孔數目以及篩網的開孔率，并且實際的篩孔網的開孔率以及篩網孔徑的設計要相互匹配，這樣一方面破碎機的破碎質量以及篩分質量將會在很大程度上得到提升； 另一方面，破碎機在完成破碎之后，破碎后的細料將會進入到氣固分離裝置，從而進行破碎后物料的篩分。

對于破碎機篩分部分的結構優(yōu)化主要是對破碎機的篩分部分進行工業(yè)化試驗，從而更加準確地確定破碎機的產量以及破碎篩分精度，進而確定篩網孔以及篩網開孔率的具體數目和實際百分比，能夠保證破碎機的產量以及破碎篩分精度達到最佳值。另一方面需要在篩分結構的設計過程中，注重篩網的固定，一般是采用固定的篩板進行篩網的固定，但篩板固定不牢固或者出現(xiàn)其他情況時容易影響破碎機篩分功能的發(fā)揮，則需要加固篩板的固定，一般是在結構設計方面，采用輔助擋板的方式來進一步固定篩網的篩板。

4.4 破碎機的傳動裝置的設計及性能優(yōu)化

破碎機的傳動系統(tǒng)是破碎機的動力傳送裝置，主要是由電機、傳送帶、軸承以及耦合器等器件所組成的。對于傳送帶以及其重要組成部分的皮帶主要是起到傳送的作用，對于這一部分的結構設計需要根據傳動裝置的動力參數來選材和確定傳送帶的設置位置以及傳送帶的長度等具體問題。對于電機以及耦合器，一般來說，這兩者是相互配合和連接的一種結構，耦合器與電機轉軸在同步旋轉的過程中，會通過這樣同步旋轉的一個力來帶動皮帶輪的傳動。軸承箱的設計，主要是考慮軸承箱內部零件的潤滑以及冷卻，保證內部件在適宜的溫度下進行運轉。此外，還需要在其中設置相應的測溫以及測振裝置，便于及時了解軸承箱內部的情況。

在破碎機的傳動裝置的結構設計的優(yōu)化方面，一方面需要圍繞傳動裝置的核心位置即電機以及耦合器進行優(yōu)化，有研究表明耦合器與電機之間實現(xiàn)直連的結構能夠有效地確保電機能夠穩(wěn)定運行，運轉時有著較高的傳動效率，且能夠保證有著較低的安全故障發(fā)生率，則在設計電機這一部分的結構時需要圍繞電機和耦合器這一整體進行結構優(yōu)化； 另一方面，軸承箱也是傳動裝置的重要組成部分，需要保證傳動的平穩(wěn)，降低振動動力的損失，在實際的結構式設計的過程中可以考慮將傳動的支架設置成橡膠這一柔性的材料，降低無效振動的發(fā)生率，保證傳動裝置的動力能夠高效率地轉送到傳送帶，為破碎機的破碎裝置的正常工作提供保障。

4.5 破碎機的齒板結構設計及優(yōu)化

破碎機齒板是破碎機的重要組成部分，主要分為固定齒板和活動齒板，其主要作用是破碎物料。對破碎齒板的設計主要是圍繞破碎齒板的齒厚度，齒面的形狀，齒板的材質選擇以及齒板的塑性形變的設計等。破碎齒板的齒厚度是基于破碎齒板的抗壓強度而設計，厚度一般需要達到機械零部件的設計標準，同時要求設計的厚度能盡可能降低齒板之間的慣性危害以及重量壓力，一般對于齒板厚度的設計范圍為40 ～60mm。齒板的齒面形狀的設計在一定程度上影響著齒板的實際使用效果。一般設計的齒面形狀主要是弧形，弧形能夠使得整個破碎的區(qū)域的齒面高度增高有利于提高破碎率。在破碎機的齒板的選材方面，需要用到堅固的材質，如利用高錳鋼材質，這類材質還具有較好的延展性與材料承重能力，適合用于破碎機的齒板的制造。

對于破碎機的結構的優(yōu)化，主要是圍繞齒板的形狀的設計、破碎機材質的選用以及塑性變形量的控制等。對于齒板形狀的設計除了常規(guī)的弧形形狀的設計，還需要根據弧形齒面確定弧形齒板的咬合程度，縮小相應的咬合角度，這樣可以更加精確地控制物料的破碎粒度，也在一定程度上減少了齒板的過度磨損以及負荷。對破碎機的材質的選用的需要考慮材質的延展性的同時還應具體地址優(yōu)化其中所添加的錳元素、碳元素以及其他元素的比例，這樣可以有效地降低金屬部件的磨損，又在一定程度上提高了齒板結構設計的韌性以及耐磨程度。破碎機齒板的塑性變形量的控制需要設計好齒板與齒板周圍護板之間的間隔，從而能夠對齒板變形量與實際的變形幅度等進行有效的控制與調整，確保齒板在破碎機上的正常使用。

5 破碎機應用方面的注意事項

在破碎機的結構設計以及優(yōu)化方面，破碎機的應用注意事項也是在結構設計方面需要標明的內容。對于破碎機不同位置的結構設計，需要提供正確的使用方法以及保養(yǎng)措施。對破碎機進行保養(yǎng)，一方面能夠有效地保證破碎機有著較高的工作效率，物料的破碎粒度也將分布得更均勻一些； 另一方面，破碎機在正常操作狀態(tài)進行工作不容易出現(xiàn)故障，破碎機的使用壽命也會進一步延長。而對破碎機的保養(yǎng)與維護的主要的注意內容包括以下幾個方面： 一是破碎機零部件的溫度以及破碎機整體的溫度，首先需要防止破碎機在低溫下進行超負荷運轉，需要經過正常的預溫與運轉； 然后是防止破碎機在高溫下進行運轉，當出現(xiàn)高溫預警時需要及時關掉破碎機進行降溫冷卻，之后檢查是否出現(xiàn)故障。還有是注意對于破碎機的冷卻系統(tǒng)的工作狀況的檢查。二是防止破碎機的腐蝕，主要是保證破碎機所接觸的氧化物質以及介質之間不會腐蝕到破碎機的整體，避免破碎機處于濕度較高的環(huán)境中。三是防止破碎機落灰，使得破碎機的零部件被污染。

6 結語

破碎機的結構設計影響著破碎機的發(fā)展。對于破碎機的結構的設計需要圍繞破碎機的類型以及所應用的物料類型以及物料破碎粒度等進行設計。在實際的結構優(yōu)化過程中應結合現(xiàn)有破碎機的結構設計，并考慮到破碎機的實際需求來進行有效優(yōu)化，并且在設計和優(yōu)化方面注意破碎機的保養(yǎng)與日常維護的重點內容的表明。