硅酸盐机械设备讲稿第2讲破碎.docx
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硅酸盐机械设备讲稿第2讲破碎
第2讲
教案
课程名称
硅酸盐工业机械设备
任课教师
赵家林
计划学时
2
第2章
教学目的和要求：
教学目的：
让学生掌握粉碎的基本概念，破碎机的类型。
提高学生对材料粉碎的粗浅认识，以便更好地指导实际生产。
教学要求：
了解破碎机的工作原理，懂得破碎机的应用、特点，掌握破碎的基本流程，熟练掌握破碎机的用途。
教学过程设计及教学方法手段：
教学过程设计：
提问
系统介绍：
（1）破碎机的工作原理
（2）破碎机的特点
（3）破碎机的用途
小结：
教学方法：
启发式、提问式
教学手段：
多媒体
重点、难点：
重点：
破碎机的工作原理
难点：
破碎机的选型计算
疑点：
作业及阅后记事：
2-1某厂拟采用PEF900Χ1200破碎硬石灰石，问其最大允许入料粒度为多少？
当其排料口宽度为160mm时，试估计破碎机的转速、生产能力和功率。
（已知：
钳角α=20°，ρ石灰石=1.63t/m3，偏心轴距e=30mm，动颚行程s=1.33e）
提问问题：
1.陶瓷生产工艺流程之一例
2.玻璃生产工艺流程之一例
3.水泥生产工艺流程
4.耐火材料生产工艺流程
我们知道，在无机非金属材料、冶金等工业部门，主要采用矿石作为原料，在将原料变为产品的过程中，首先需要将原料的粒度不断细化成为半成品，而原料粒度不断细化过程中的第一步即是：
第2章破碎机械
2.1颚式破碎机
2.1.1结构和工作原理
在将巨大石块破碎成小石块的过程中，第一级破碎机通常称为“主”破碎机。
历史最长，也最坚固的破碎机是颚式破碎机。
物料从顶部入口倒入含有颚齿的破碎室。
颚齿以巨大力量将物料顶向室壁，将之破碎成更小的石块。
支持颚齿运动的是一根偏心轴，此轴贯穿机身构架。
偏心运动通常由固定在轴两端的飞轮所产生。
飞轮和偏心支持轴承经常采用球面滚子轴承，轴承的工作环境极为苛刻。
轴承必须承受巨大的冲击载荷，磨蚀性污水和高温。
尽管此工作环境极为苛刻，颚式破碎机仍需非常可靠地工作，这是保证生产效率的关键一环。
颚式破碎机如图2.1所示，结构主要由机架、偏心轴、大皮带轮、飞轮、动颚、侧护板、肘板、肘板后座、调隙螺杆、复位弹簧、固定颚板与活动颚板等组成，其中肘板还起到保险作用。
电动机驱动皮带轮，通过偏心轴使动颚绕其悬挂心轴相对于定颚做周期性摆动，当动颚上升时肘板和动颚间夹角变大，从而推动动颚板向定颚板接近，与此同时物料被挤压、搓、碾等多重破碎；当动颚下行时，肘板和动颚间夹角变小，动颚板在拉杆、弹簧的作用下离开定颚板，此时已破碎物料靠自重从破碎腔下口排出，随着电动机连续转动破碎机动颚作周期性的压碎和排料，实现批量生产。
图2.1颚式破碎机结构示意图
2.1.2分类
颚式破碎机的动颚运动轨迹对破碎效果影响较大，按动颚的运动方式可将颚式破碎机分为简摆式、复摆式和综合摆动式三种类型。
如图2.2所示。
图2.2颚式破碎机的主要类型
2.1.3工作参数的确定
1.钳角
颚式破碎机动颚与定颚间的夹角。
称为钳角，如图2.3。
减小钳角，可使破碎机的生产能力增加，但会导致粉碎度的减小，相反，增大钳角，虽可增加破碎比，但会降低生产能力，同时落在颚腔中的物料不易夹牢，有被推出机外的危险。
因此，破碎机的钳角应有一定的范围。
钳角的大小可以通过物抖的受力分析来确定。
图2.3颚式破碎机的钳角
设夹在颚腔中的球形物料质量为G，见图2-3（a），由G产生的重力比之物料的破碎力小很多，可以忽略不计。
在颚板同物料接触处，颚板对物料的作用力为P1和P2，两者均与颚板垂直。
由这两个力所引起的摩擦力为fP1和fP2，其方向向下。
其中f为物料与颚板之间的摩擦系数。
当物料能夹在颚腔内，不致被推出机外时，这几个力应互相平衡，在x、y方向的分力之和应分别等于零。
于是
将第一式乘以摩擦系数f之后，与第二式相加，消去P1，得
或
（2-1）
因摩擦系数f与摩擦角
的关系为；
则
为了使破碎机工作可靠，必须令
即钳角应小于物料与颚板之间的摩擦角的2倍。
一般摩擦系数f=0.2～O.3，则钳角的最大值为220～330。
实际上，当破碎机喂料粒度相差很大时，虽然
，仍有可能产生物料被挤出情况。
这是由于大块物料楔塞在两个小块物料之间如图2-3（b），这时物料的钳角必然大于两倍物料问的摩擦角。
所以，一般颚式破碎机的钳角取180～220。
2.偏心轴的转速
偏心轴转一圈，动颚往复摆动一次，前半圈为破碎物料，后半圈为卸出物料。
为了获得最大的生产能力，破碎机的转速n应该根据这样的条件确定：
当动颚后退时，破碎后物料应在重力作用下全部卸出，而后动颚立即返回玻碎物料。
转速过高或过低都会使生产能力不能达到最大值。
由于颚扳较长，摆幅不大，因此，可设动预摆动时，钳角α值不变，亦即动颚作平行摆动。
令出料口宽度为e，动额行程为s。
破碎后的物料在颚腔内堆积成一梯形体（如图2.4）。
BC线以下的物料尺寸皆小于出料口宽度，因而每次所能卸出的物料高度为：
（2-3）
物料在重力的作用下自由落下。
破碎后物料卸料高度应为：
图2.4偏心轴转速计算
则要使高度h的梯形体全部物料自由卸出所需时间为：
（2-4）
式中g为重力加速度。
为了保证已达到要求尺寸的物料能及时地全部卸出，卸料时间应等于动颚空转行程经历的时间t。
而
（2-5）
（2-6）
式中n一偏心轴转速（r／min）；
s——动额行程（cm）；
α—钳角（0）。
实际上，由于在动颚空转行程的初期，物料仍处于压紧状态，不能立即落下。
因此，偏心轴的转速应比式（2-6）算出的值低30％左右。
于是
（2-7）
式（2-7）未考虑到物料性质和破碎机类型等因素的影响。
因此，只能用来粗略地确定颚式破碎机的转速。
一般对于破碎坚硬物料，转速应取小些，对于破碎脆性物料，转速可适当取大些；对于较大尺寸的破碎机，转速应适当降低，以减小惯性振动，节省动力消耗。
偏心轴的转速还可用下述经验公式确定
对于进料口宽度B≤1200mm时
N=310-145B（r/min）（2-8）
对于进料口宽度B>1200mm时：
N=160-42B（r/min）（2-9）
式中B为破碎机进料口宽度（m）。
3.生产能力
破碎机的生产能力与被破碎物料的性质（物料强度、节理、喂料粒度组成等）、破碎机的性能和操作条件（供料情况和出料口大小）等因素有关。
目前还没有把所有这些因素包括进去的理论计算方法，还须广泛采用实际资料和经验公式。
可采用下面经验公式计算爱式破碎机的生产能力：
Q=K1K2K3qe（t/h）（2-10）
式中q—标准条件下（指开路破堆积密度为1.6t／m3的中等硬度物料）的单位出口宽度的生产能力（t／mm·h），见表2-l:
e—破碎机出料口宽度（mm）；
K1—物料易碎性系数，见表2-2；
K2—物料堆积密度修正系数，
K2=ρs/1.6
ρs-堆积密度（t／m3）；
K3一进料粒度修正系数，见表2—3。
表2-3进料粒度修正系数K3
上述公式并来考虑到破碎机工作特性对生产能力的影响。
事实上，复杂摆动型和综合摆动型额式破碎机的生产能力比之简单摆动型的分别提高20～30％和90～95％左右。
4.功率
颚式破碎机的功率消耗，可以根据体积理论，按照破碎物料需要的破碎力算出。
实验表明，额式破碎机破碎不规则物料时所需要的破碎力，与被破碎物料的纵向断面尺寸成正比，与物料的抗拉强度极限成正比。
因此，在颚式破碎机中，破碎单块物料所需的破碎力为；
P=σbh（N）（2-11）
式中σ—料块断裂面上的破碎应力（Pa）。
一般为物料抗拉强度极限的1.2倍，破碎单块不规则形状的花岗岩时，σ=10.8×106（Pa）；
b—料块的纵向长度（m）；
h—料块的厚度（m）。
为了计算方便，假设颚式破碎机工作时整个颚腔内充满物料；且沿颚腔长度L方向成平行圆柱体排列（图2-5示）。
每个圆柱体沿作用力方向劈开时所需的破碎力为：
P1=σD1L
P2=σD2L
P3=σD3L
图2-5在颚式破碎机中物料劈裂图
破碎整个颚腔内的物料所需的总破碎力Pc则为：
Pc=P1+P2+P3+……=σL（D1+D2+D3+…）
但因D1+D2+D3+…≈H，于是
Pc=σLH（N）（2-12）
式中L—颚口的长度（m）；
H一颚膛高度（m）。
实际上，由于物料形状的不规则，颚板表面并非完全与物料接触，而只是器板的一部分承受破碎力。
因此，上式还须乘以颚板利用系数f。
。
这样，实际上最大破碎力为：
Pmax=σf0LH（N）（2-13）
一般取f。
=0.25，σ=10．8×106Pa来计算，则
Pmax=10.8×106×0.25LH=2.7×106LH（N）（2-14）
动颚在每一工作循环期间，对物料所施加的作用力是变化的。
动额摆向定颚破碎物料时，作用力从零逐渐增大，及至物抖发生破碎的瞬间增至最大值Pmax，然后又降至零。
因此，主轴每一转中颚板对物料的平均作用力Pm为：
Pm=βPmax（2-15）
根据实验测定，β=0.2～0.21。
颚式破碎机破碎物料时，主轴每一转需要的破碎功为：
（2-16）
式中s¹一平均作用力合力的着力点行程（m）。
颚式破碎机破碎物料时需要的功率则为：
（2-17）
式中n—偏心轴转速（r／mln）；
η-机械效率，一般η=0.60～0.75。
其它符号意义同前。
由于作用力垂直于定颚表面，合力着力点C通过定颚中部的水平线上（见图2-6），计算冲程s¹约等于该点的位移CC¹，即
（2-18）
式中m=Lc/LA为颚式破碎机的结构参数。
图2-6确定结构参数M的图
对于简摆颚式破碎机，m=0.56-0.60.取m=0.57，η=0.75，β=0.2，代入式（2-17），得到简摆式颚式破碎机破碎物料时需要的功率为：
对于复摆颚式破碎机
式中r-偏心轴的偏心距（m）。
取m=O．5，则
于是复摆颚式破碎机破碎物料时需要的功率为：
式中符号意义同前。
至于颚式破碎机需要的电动机功率，考虑到破碎物料时可能过载以及启动的需要，一段应有50％的储备功率。
对于简摆颚式破碎机的电动机功率为：
NM=1.5×6.8LHSn=10.2LHSn（kW）（2-22）
对于复摆颚式破碎机的电动机功率为:
NM=1.5×12LHSn=18LHrn（kW）（2-23）
此外，尚可用下列经验公式来确定颚式破碎机电动机功率：
NM=CBL（kW）（2-24）
式中L一进料口的长度（cm）；
B—进料口的宽度（cm）；
c—系数，对于小于25mm×400mm的破碎机，C=1/60；对于250mm×400mm—900mm×1200mm的破碎机，C=1/100；对于900mm×1200mm以上的破碎机，C=1/120。
【例】用400mm×600mm复摆颚式破碎机破碎中硬石灰石，最大进料块为340mm。
已知该破碎机的钳角α=200，偏心轴的偏心距r=10mm，动颚行程s=13.3mm，出料口宽度为100mm。
试计算偏心轴转速，生产能力及功率。
[解]
（1）偏心轴的转速
按公式（2—7）
按公式（2-8）
n=310-145B=310-145×1.4=252（r/min）
实际转速n=250（r/min）
（2）生产能力
按公式（2-10）
Q=K1K2K3qe（t/h）
石灰石的堆积密度ρs=1.6（t/m3），于是K2=ρs/1.6=1.0；由表2-1得q=0.65t／mm.h；由表2—2得K1=1.0。
由表2—3得K3=1.0则
Q=1×1×1×0.65×100=65（t/h）
（3）功率
按公式（2—21）计算破碎物料需要的功率
N=12LHrn=12×0.6×0.824×0.01×250=15（kW）
按式（2-23）计算电动机功率：
N=18LHrn=18×0.6×0.824×0.01×250=22.5（kW）
按式（2-24）计算电动机功率：
实际配用的电动机功率为28kW。
2.1.4性能及应用
颚式破碎机的优点是：
构造简单，管理和修理方便，工作安全可靠，适用范围广。
缺点是：
工作间歇性，有空转行程，增加了非生产性的功率消耗。
由于动颚和连杆作往复运动，工作时产生很大的惯性力，使零件承受很大的负荷，对基础的质量要求也很高。
在破碎粘湿的物料时，会使生产能力下降，甚至会发生堵塞现象。
在破碎干片状物料时，片料易沿颚板宽度方向通过而达不到破碎目的，造成出料溜子或下级破碎机进料口堵塞。
粉碎度不大。
尽管有这些缺点，颚式破碎机仍是工业中广泛应用的粗，中碎设备，硅酸盐工业用来破碎石灰石，长石，石英、熟料和石膏等物料。
在实验室中也使用小型颚式破碎机，破碎尺寸较小的物料。
选用颚式破碎机时，务使其进料口尺寸适合于物料的尺寸，通常喂入料块的尺寸不能超过破碎机进料口的0.85倍。
图2-15为颚式破碎机的产品粒度特性曲线。
破碎后产品粒度主要决定于出料口的尺寸大小，也和物料的性质和喂料粒度有关。
由图可看出，产品中约15～35％的物料，其尺寸超过出料口尺寸，其中最大料块尺寸相当于出料口的1．6～1．8倍。
这在颚式破碎机选型及考虑下一工序的作业时，必须特别注意。
颚式破碎机性能特点:
（1）破碎腔深而且无死区，提高了进料能力与产量；
（2）破碎比大，产品粒度均匀；（3）垫片式排料口调整装置，可靠方便，调节范围大，增加了设备的灵活性；（4）润滑系统安全可靠，部件更换方便，保养工作量小；（5）结构简单，工作可靠，运营费用低。
（6）设备节能：
单机节能15%～30%，系统节能一倍以上；（7）排料口调整范围大，可满足不同用户的要求；（8）噪音低，粉尘少。
应用
主要用于各种矿石与大块物料的中等粒度破碎，可破碎抗压强度不大于320Mpa的物料，分粗破和细破两种。
该系列产品规格齐全，其给料粒度为125mm～750mm,是初级破碎首选设备。
鄂式破碎机（鄂破）广泛运用于矿山、冶金、建材、公路、铁路、水利和化工等多种行业。
鄂式破碎机规格和性能参数表：
型号
进料口
尺寸
（mm）
最大进
料边长
（mm）
处理能力
（t/h）
电机功率（kw）
外形尺寸
（mm）
重量
（t）
PE250×400
400×250
200
5-20
15
1430×1310×1340
3
PE400×600
600×400
350
15-60
30-37
1700×1732×1653
7
PE500×750
500×750
425
40-110
45-55
2035×1921×2000
12
PE600×900
900×600
480
90-180
55-75
2290×2206×2370
17
PE750×1060
1060×750
630
110-320
90-110
2655×2302×3110
29
PE900×1200
900×1200
750
220-450
110-132
3800×3166×3045
52
PEX150×250
150×250
125
1-3
5.5
896×745×935
1.5
PEX150×750
150×750
125
5-16
15
896×745×935
3.8
PEX250×750
750×250
210
15-30
22-30
1667×1545×1020
5
PEX250×1000
1000×250
210
15-50
30-37
1550×1964×1380
7
PEX250×1200
1200×250
210
20-60
37-45
2192×1900×1950
8.5
作业：
2-1某厂拟采用PEF900×1200破碎硬石灰石，问其最大允许入料粒度为多少？
当其排料口宽度为160mm时，试估计破碎机的转速、生产能力和功率。
（已知：
钳角α=20°，ρ石灰石=1.63t/m3，偏心轴距e=30mm，动颚行程s=1.33e）
解：
最大允许进料粒度：
d最大=（0.75～0.85）B=（0.75～0.85）900
=675～765（mm）
转速：
生产能力：
（1）理论式
（2）经验式
略
功率：
N=LB/120～LB/100=90×120120～90×120/100=90～108（kW）
2.2
圆锥破碎机
1.工作原理
圆锥破碎机如图2-8所示，其主要破碎工作部件是两个截锥体，动锥和定锥，一内一外的套装而成。
动锥为内锥，其轴线与定锥中心线以
角交于悬挂点，工作时动锥以偏心距r绕定锥中心线回转，同时还进行着因物料摩擦作用而产生的自传运动。
这种自转有利于加强破碎作用，且使动锥表的磨损更趋于均匀。
动锥外表面和定锥内表面的间隙随运转呈周期性变化，间隙变小时，其间的物料受到挤压和折断作用而破碎，间隙变大使物料向下卸出。
图2-8圆锥破碎机工作原理示意图
圆锥破碎机按用途可分为粗碎和细碎两种，按结构又可分为悬挂式和托轴式两种。
用作粗碎的破碎机又称旋回式破碎机，如图2-9所示，因为要处理大的物料，要求进料口尺寸大，故动锥是正置的，而定锥是倒置的。
用作中细碎的破碎机。
由称菌形破碎机，如图2-10所示，它所处理的一般是经初次破碎后的物料，故进料粒度不是很大，但要求卸料范围宽，以提高生产能力，并要求破碎产品的粒度较均匀，所以动锥和定锥都是正置的。
图2-9旋回式破碎机图2-10菌形破碎
2.特点及应用
粗碎圆锥破碎机和颚式破碎机都可以作为粗碎机械，两者相比较，粗碎圆锥破碎机的特点是：
破碎过程是沿着圆环形破碎腔连续进行的，生产能力较大，单位电耗较低，工作较平稳，适于破碎片状物料，破碎产品的粒度也较均匀，产品粒度组成中超过进料口宽度的物料粒度较颚式破碎机要小，数量也少。
缺点是：
结构复杂，造价较高，检修困难，机身较高，因而使厂房及基础构筑物费用增加；粗碎圆锥破碎机适合在生产能力较大的工厂中使用。
同粗碎破碎机一样，中细碎圆锥破碎机的优点是：
生产能力大，破碎比大，单位电耗低，缺点是：
构造复杂，投资费用大，检修维护较困难。
2.3辊式破碎机
辊式破碎机视辊子数目可分为单辊、双辊、三辊、四辊四种机型，辊子的工作表面根据使用要求可采用光面、槽面或齿面。
常用的是双辊破碎机。
其破碎机是一对辊子，如图2-11所示。
前辊支撑于固定轴承上，后辊支撑于弹簧定位的活动轴承上，两辊由电机带动作相向旋转，物料经给料喂料槽落在辊子上面，受摩擦力作用被扯入两辊之间，受到挤压而破碎。
辊面形式分为光面辊、槽形辊和齿辊，如图2-12所示。
光面辊主要以挤压方式破碎物料，槽形辊则挤压、剪切兼施，适用于硬度不大的脆性或粘性物料的破碎。
齿面辊除挤压外，还具有一定的劈裂作用。
双辊破碎机属强制卸料的连续作业破碎机，通常用于中硬或松软物料的中、细碎。
图2-11辊式破碎机
图2-12辊子的表面形状
2.4锤式破碎机
2.4.1.工作原理及类型
锤式破碎机的破碎机构是带锤头的转子，转子由主轴、挂锤体、销轴和锤头构成。
锤头以铰链方式装在销轴上，可绕销轴自由摆动。
转子静止时锤头下垂，转子转动时锤头受离心惯性作用向辐射线方向展开，转子下部设有圆弧状篦条筛，机壳内壁镶有高锰钢衬板，进料口下部还安装有打击板，以承受物料的冲击和磨损。
工作时，物料自上部给料口进入机内，受到高速运动的锤头的打击和磨剥，最后通过筛缝排出。
锤式破碎机的种类很多，按不同结构特征分类如下：
按转子的数目．可分为单转子和双转子两类；按转子的回旋方向，分为不可逆式和可逆式两类；按锤子的排列方式，分为单排式和多排式两类；按锤子在转子上的连接方式，还可分为固定式和活动式两类。
棰式破碎机的规格用转子的直径（mm）×长度（mm）表示。
如
2000mm×l200mm，即转于的直径2000mm，长度1200mm。
①单转子锤式破碎机
图2-13为单转子、不可逆式、多排、活动锤头的锤式破碎机。
由机壳1、转子2、篦条3、打击板4和滚动轴承5等部分组成。
机壳的上部有一加料口，内部镶有高锰衬板．下部的两面和两侧壁均设有检修孔．便于检修、调整和更换篦条或锤头。
整个机体用地脚螺栓周定在混凝土基础上。
圆弧状的卸料篦安装在转子下部，篦条的排列方向与转子运动方向垂直，锤头与篦条之间的间隙，可通过螺栓束调节。
由于锤子是自由悬挂的，当破碎机内进八难碎物时，能沿销轴回转，起到保护作用，因而避免机械损坏。
另外，在传动装置上还装有专门的保险装置，利用主轴上的安全销过载时即被剪断，使电动机与破碎机转子脱开，从而起到保护作用。
图2-13单转子锤式破碎机
②双转子锤式破碎机
双转子锤式破碎机如图2-14所示。
在机壳E内，平行安装有两个转子。
转子由臂形的挂锤体4及铰接在其上的锤子3组成挂锤体安装在方轴7上。
锤子是多辨式排列，相邻的挂锤体互相交叉成十字形。
两转子由单独的电动机带动作相向旋转。
图2-14双转子锤式破碎机
l一篦篮2一篦条3一锤子4一挂锤体5一篦条筛6一机壳7一方轴8-砧座
破碎机的进料口设在机壳上方正中，进料口下面，在两转子中间设有弓形篦篮1，篦篮由一组互相平行的弓形篦条2组成。
各排锤子可以自由通过篦条之间的间隙。
篦篮底部有凸起成马鞍状砧座8。
料块由进料口喂入到弓形篦篮后，落在弓形管条上的大块物料，受到从篦条间隙扫过的锤子冲击粉碎。
预碎后落在砧座及两边转子下方的篦条筛5上，连续受到锤子的冲击成为小块物料，最后经篦缝卸出。
双转子锤式破碎机由于分几个破碎区，同时具有两个带多排锤子的转子，所以粉碎度较大。
可达40，生产能力相当两台同规格单转子锤式破碎机。
2.4.2工作参数的确定
1.转子转速
随着圆周速度的增加可使粉碎度似及产品中细粒级含量增加。
但是圆周速度过大，将显著地增加功率消耗，同时会引起锤子、篦条和衬板的强烈磨损。
转子圆周速度的大小与破碎机尺寸、产品粒度和物料的性质有关。
欲使破碎产品粒度愈小，转子的速度应愈大，锤子数目也应愈多。
破碎脆性物料时，转子速度可比粉碎粘性物料大40％。
欲得到均匀的中等尺寸的产品，转速应低些，锤子数目应少些。
转子的圆周速度，一般在30～50m／s。
转子直径为：
300～6OOmm的锤式破碎机，转子转速n=l000～3OO0r／min，转子直径为600～l000mm的锤式破碎机，n=600～l500r／min转子直径为l000～3000mm的锤式破碎机，n=300～10OOr／min。
通常把圆周速度大于30m／s的称为快速锤式破碎机，小于30m／s的称为慢速锤式破碎机。
2.生产能力
为了确定锤式破碎机的生产能力，假设当锤子扫过卸料篦条筛面对，从所有篦条间隙同时卸出已粉碎的物料体积为：
V=LedeZμ（m3）（6-1）
式中L—卸料篦条间隙长度（m）；
e一卸料篦条间隙宽度（m）；
de—产品粒度（m）；
z—卸料篦条
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