Φ2100标准型圆锥破碎机的设计毕业设计论文

本科生毕业设计
Φ2100标准型圆锥破碎机的设计
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摘要
随着社会的前进，原材料消耗不断增加，导致富矿资源日益枯竭，矿石品位日趋贫化。

以我国冶金矿山为例，铁矿石平均品位31%,锰矿石品位22%。

绝大多数的原矿需要破磨和选矿处理后才能成为炉料。

圆锥破碎机生产效率高，排料粒度小而均匀，可将矿岩从350mm破碎到10mm以下的不同级别颗粒，可以满足入磨粒度的需要，成为金属矿山选矿厂的主要破碎设备。

破碎机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。

随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前破碎机正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。

关键词：矿山机械；圆锥破碎机；校核；齿轮传动；皮带传动
The design of Φ 2100 standard cone crusher
Abstract
Along with society's advance, materials consumption increases unceasingly, cause diamond resources increasingly exhausted, ore grade increasingly dilution. In metallurgy, mining, for example, the average grade of iron ore, manganese ore stone grade 22% 31%. The vast majority of undressed ore need to break ground and dressing treatment before he can become burden. Cone crusher high production efficiency, row partical small and even, can be broken to 10mm from 350mm genesis under different level of grain, can satisfy the need of the grinding granularity, become the main metal mine concentrator crushing equipment. Crushers the progress of human society and development level of science and technology and closely related. With the development of science and technology, the mutual infiltration and interdisciplinary exchange between trades, widely used new structures and new materials, new technology, currently crusher is toward large, efficient, reliable, energy saving, consumption reduction and automation direction.
Keywords: mining machinery; Cone crusher; Check; Gear transmission; Belt transmission
目录
1绪论 (1)
1.1引言 (1)
1.2历史发展 (1)
1.3应用效果 (3)
2总体设计方案 (4)
2.1圆锥破碎机的类型 (4)
2.2圆锥破碎机的工作原理 (5)
2.3简述各部分结构及功用 (6)
3 圆锥破碎机的结构参数的选择与计算 (10)
3.1结构参数 (10)
3.1.1给矿口宽度与排矿口宽度 (10)
3.1.2啮角 (10)
3.1.3偏心距、动锥摆动行程 (11)
3.1.4平行碎矿区 (12)
3.2圆锥破碎机的运动学 (12)
4 圆锥破碎机的工作参数的选择与计算 (14)
4.1工作参数 (14)
4.2破碎锥的摆动次数 (14)
4.3生产率 (15)
4.4电动机功率 (15)
4.5电动机的选择 (16)
5 传动装置的设计计算及校核 (17)
5.1传动比的分配 (17)
5.2传动装置的运动和动力参数的选择和计算 (17)
5.3传动零件的设计计算及校核 (19)
5.3.1齿轮的计算 (19)
5.3.2齿轮的校核 (22)
5.4传动轴的设计计算及校核 (24)
5.5滚动轴承的选择和寿命验算 (28)
东北大学本科生毕业设计第IV页
6圆锥破碎机的润滑 (30)
6.1油浸加热器 (30)
6.2冷却器 (30)
6.3电接点温度计 (31)
6.4温度开关 (31)
6.5压力开关 (32)
结论 (33)
致谢 (34)
参考文献 (35)
1绪论
1.1引言
随着社会的进步，原材料消耗不断增加，导致富矿资源日益枯竭，矿石品位日趋贫化。

以我国冶金矿山为例，铁矿石平均品位31%、锰矿石品位22%。

绝大多数的原矿需要破碎和选矿处理后才能成为炉料。

破磨作业是选矿的龙头，也是能耗、钢耗的大户。

因此，节能、降耗是破磨设备研究的主题，“多碎少磨”是节能、降耗的重要措施，其关键问题是降低破碎产品的最终粒度。

圆锥破碎机的生产效率高，排料粒度小而均匀，可将矿岩从350mm破碎到10mm以下的不同级别颗粒，可以满足入磨粒度的需要，成为金属矿山选矿厂的主要破碎设备。

破碎机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。

随着科学技术的发展，各学科间相互渗透，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前破碎机正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。

1.2历史发展
圆锥破碎机诞生于20世纪初叶。

弹簧式圆锥破碎机是由美国密尔沃基城西蒙斯（Symons）兄弟二人研制的，故称之为西蒙斯圆锥破碎机。

其结构为主轴插入偏心套，用偏心套驱动动锥衬板，从而使矿岩在破碎腔内不断地遭到挤压和弯曲而破碎。

破碎效果差，振动大，弹簧易损坏。

用大型螺旋套调整排矿口大小，调整困难，过载保护用弹簧组，可靠性差。

多年来，虽然不断改进，结果日趋完善，但其工作原理和基本构造变化不大。

20世纪40年代末，美国Allis Chalmers公司首先推出底部单缸液压圆锥破碎机，是在旋回式破碎机基础上发展起来的陡锥破碎机。

该机采用液压技术，实现了液压调整排矿口和过载保护，简化了破碎机结构，减轻了重量，提高了使用
性能。

20世纪50-60年代，法国Dragon公司的子公司Babbitless公司和日本神户制钢有限公司等推出上部单缸、周边单缸液压圆锥破碎机。

20世纪70-80年代，美国Allis Chalmers公司在底部单缸液压圆锥破碎机的基础上推出高能液压圆锥破碎机；Nordberg公司推出旋盘式圆锥破碎机，适用于中硬物料的破碎，其给料粒度小，偏心距小，破碎力不大。

之后，相继又推出超重型短头圆锥破碎机。

该机加大了功率，强化了弹簧并采用合金钢机架，但增加了制造成本。

为此，该公司又推出了Omni型圆锥破碎机。

Babbitless公司推出BS704UF型超细圆锥破碎机，它采用滚动轴承替代偏心套，由电动机、皮带传动带动动锥摆动，顶部采用单缸液压缸装置来调整排矿口和实现过载保护，给料粒度-10mm,产品粒度-6.3mm占80%。

20世纪90年代以来，美国Nordberg公司推出新一代HP系列圆锥破碎机；瑞典Svedala公司推出新的H系列圆锥破碎机；俄罗斯乌拉尔机械研究院和米哈诺贝尔研究设计院开发出新型短头圆锥破碎机，破碎机分上、下两部分，上腔按料层原理破碎物料，下腔为平行区。

应用表明：细级别含量较一般圆锥破碎机提高5%-10%，衬板金属消耗降低20%。

20世纪50年代初期，国内圆锥破碎机在仿原苏联的2 100和1 650弹簧圆锥破碎机的基础上，开发的1 200和2 200型弹簧圆锥破碎机。

在20世纪70年代开发了1 200、1 750、2 200多缸液压圆锥破碎机和1 200、1 650、2 200底部单缸液压圆锥破碎机。

20世纪80年代，沈阳重型机器厂从美国Nordberg公司引进西蒙斯和旋盘式圆锥破碎机设计制造技术，并合作生产该系列圆锥破碎机。

20世纪90年代以来，国内一些矿山、石料加工厂和建设工程先后又引进了HP系列圆锥破碎机、G型圆锥破碎机和Omni型圆锥破碎机，均取得了良好应用效果。

北京矿冶研究院于1993年与俄罗斯圣彼得堡工程科学院合作成立中外合资北京
凯特破碎机有限公司。

桂林冶金机械厂与圣彼得堡工程科学院共同创办了中俄合资桂林湟新技术开发有限公司生产惯性圆锥破碎机。

洛阳矿山机械工程设计研究院开发简化结构的惯性圆锥破碎机，东北大学也在研究振动破碎机。

随着我国石料加工厂的发展，中小型圆锥破碎机也取得了进展。

上海建设·路桥机械设备有限公司与日本神户制钢有限公司合作生产AF型圆锥破碎机；沈阳华杨机械厂推出需蒙斯、旋盘式和HP系列圆锥破碎机；上海龙阳机械厂、上海多灵-沃森机械设备有限公司和鞍山矿山机械总厂也都生产中小型圆锥破碎机。

目前，我国圆锥破碎机已形成大、中、小型系列，品种规格齐全，基本满足国内需求。

但产品的制造质量，特别是耐磨材料，以及使用可靠性等方面与国外同类产品尚有差距，有待进一步研究、改进。

1.3应用效果
近来国内外开发的新型高效圆锥破碎机破碎物料应用的范围不断扩大，破碎产品粒度小，破碎效果显著。

美国Nordberg公司的MP-1 000型破碎机在Butte选矿厂替代Symons圆锥破碎机，产品粒度-12mm占80%，使磨机生产能力提高37%。

波兰柳宾(любин)在锤式破碎机后使用MP型破碎机进行补充破碎使产品粒度降至-14mm占80%，从而提高了磨机生产能力，降低磨矿能耗。

鞍钢调军台选矿厂采用HP700型圆锥破碎机。

从1997年9月投入运行，中碎机排料粒度-75mm，处理能力790t/h；细碎机排料粒度-12mm占92%，处理能力350t/h ,提高了磨机生产能力，降低了磨机能耗。

北京矿冶研究总院和安徽铜陵某有色公司联合攻关用PD90 120型颚式破碎
机和GYP1 200型惯性圆锥破碎机，实现两段开路破碎工艺流程，生产能力70-80t/h，从给料-750mm破碎到-8mm，使系统能耗降低20%，磨机处理能力提高25%。

2总体设计方案
2.1圆锥破碎机的类型
1. 按选矿流程中的用途可分为：
（1）粗碎圆锥破碎机，又称旋回破碎机，给矿粒度可为1200~300毫米之间，排矿口宽为200~75毫米，生产能力约为2100~160吨∕小时。

（2）中碎圆锥破碎机，它以标准型、中间型、颚旋式为代表，又是旋回破碎机也作中碎，给矿粒度为350~150毫米，排矿口宽度为60~10毫米，生产能力约为790~50吨∕小时。

（3）细碎圆锥破碎机，以中间型∕短头型为代表，给矿粒度在100~45毫米之间，排矿口宽度为15~3毫米，生产能力约为300~18吨∕小时。

后二类一起统称圆锥破碎机。

2. 按动锥竖轴支承方式，可分为：悬轴式，即动锥竖轴（主轴）悬挂在上部支承点O上，旋回破碎机属这种类型：另一种是支承式，即动锥竖轴支承在球面轴承上，标准型、中间型及短头型圆锥破碎机属这种类型。

2.2圆锥破碎机的工作原理
图2.1 圆锥破碎机工作原理图
圆锥破碎机工作原理如上图所示。

它由两个截头的圆锥体——活动圆锥（破碎圆锥）和固定圆锥（中空圆锥体）所组成。

活动眼追的心轴理论上支承在球铰链O上，并且偏心地安置在中空的固定圆锥体内。

动锥与固定锥之间的空间为破碎腔。

电动机经过皮带传动，使圆柱齿轮、偏心套、主轴、活动圆锥转动，在转动过程中，由于偏心套的作用，活动圆锥的素线依次靠近及离开中空固定圆锥体的素线。

当活动圆锥靠近固定圆锥时，处于两者之间的矿石就被破碎。

活动圆锥离开固定锥时，破碎产品则借自重经排矿口排除。

破碎作用是一挤压（压碎）为主，同事矿石也兼有弯曲作用而折断。

2.3简述各部分结构及功用
1.机架部
2.传动部
3.偏心套部
4.碗形轴承部
5.破碎圆锥部
6.调整装置部
7.调整套部
8.弹簧部
9.联轴器10.电动机
图2.2 标准弹簧圆锥破碎机
图2.2是2100型标准弹簧袁准破碎机，该机器主要由机架部1，传动部2，偏心套部3，碗形轴承部4，破碎圆锥部5，调整装置部6，调整套部7，弹簧部8，联轴器9，电动机10等组成。

机架部机架是整个破碎机主体，所有部件都装在机架上，它被四个地脚螺栓固定在基础上。

传动部传动轴部分装在机架传动轴箱里，它的前端小锥齿轮和偏心轴套上的大锥齿轮相啮合。

其另一端借皮带轮和皮带与电机相链接。

圆锥破碎机传动轴轴承有滚动轴承也有滑动轴承。

两者各有优缺点。

国内都采用滑动轴承，国外有采用滚动轴承的。

当轴承制造质量、装配与润滑都很好时，滑动轴承工作效果很好，寿命也很长，又便于维修。

偏心轴套部偏心轴套部分是由铸铁的偏心轴套、大锥齿轮和锥衬套组成。

锥衬套可用巴氏合金活青铜材料制作。

锥衬套压装在偏心轴套的锥形孔里，并在其上部缺口处铸锌加固，或采用环氧树脂加固。

大锥齿轮与偏心轴套之间是用H7∕k6过硬配合，并用键连接。

为了平衡动锥部件的惯性力和使偏心轴套与直衬套沿全场接触，大锥齿轮顶部装有平衡重。

偏心轴套被支承在二片止推盘和垫片一集机架底盖上。

上止推盘用销子与偏心轴套相连，能随偏心轴套转动。

国产2200弹簧机采用三块止推盘，其顺序是上盘为铜质、中盘为钢质、下盘为钢质。

老式2100弹簧机为四块止推盘，其顺序是上盘为钢质、中上盘为铜质、中下盘为钢质、下盘为铜质的。

1650旋盘破碎机也采用四块止推盘，其顺序也是与老式弹簧机一样。

球面轴承部球面轴承部分是由球面轴承座和球面瓦组成。

球面瓦用销子固定在球面轴承座上。

球面瓦上有回油孔而球面轴承座外圈有挡油环，防止从球面瓦外缘挤出的油进入防尘水中。

球面轴承座上有一圈抽成密封环是为防尘水用的。

球面轴承座下部止口与机架上的环形加工面相配合，两者之间用圆销故固定。

动锥部动锥部分是由躯体和主轴组成，用热压配合装配在一起。

动锥的外表面装有锰钢衬板。

为了使他们之间紧密贴合，中间铸锌或环氧树脂，上部用锁紧螺母锁紧。

在锁紧螺母的顶部没装分矿盘。

一般弹簧式圆锥破碎机都装有分矿盘。

他的作用是使矿石能沿破碎腔圆周防线较均匀分布。

对于不长分矿盘的破碎机最好装有旋转布料器，它能使破碎机增加产量，降低破碎场频粒度和延长衬板使用寿命。

调整装置部调整环部分也是一个定锥体，其外圆锥表面有锯齿形螺纹，而内部锥体上有缺口，定锥衬板上面相应的有吊耳。

用U形螺栓穿过缺口钩在吊耳上，将定锥衬板固定在调整环上。

调整环与支承环靠锯齿形螺纹链接，借旋转调整环使定锥上升或下降，从而改变破碎机排矿口大小。

因调整环是右螺纹，所以向又旋转调整环，排矿口便减小，向左旋转调整环则排矿口增大。

调整环是借助油缸推动头推动密封罩上的矩形凸台使调整环上升或下降。

调好后便用防松机构来防止调整环自动退扣。

在调整环外套装有一个锁紧帽，其中装锁紧缸。

它的作用死消除锯齿形螺纹链接间隙，使两螺纹在上面接触。

当破碎矿石时，有雨调整环和支承环两螺纹接触面在破碎力的方向上没有间隙存在，当然也就不会产生附加冲击作用。

支承环的锥面与机架上部锥面相配合，支承环沿圆周方向有16组弹簧，每组有10支，每组用5根螺栓将弹簧压再两托盘之间，靠弹簧张力把支承环压在机架上。

这样，当不能被破碎的物料落入破碎腔时能起保险作用。

破碎机的传动轴承、止推盘、锥衬套与主轴、直衬套与偏心轴套、两锥齿轮以及球面轴承的表面，是相对运动的摩擦表面。

为了保证破碎机正常运转，各摩擦表面必须要很好的润滑与防尘。

此外，为了保证各传动件的安全，还应设有保险装置。

中细碎机比粗碎圆锥破碎机（旋回破碎机）产生灰尘更加严重，因此要求它有完善的防尘装置。

目前弹簧式中细碎机大多数都是用水防尘装置，也有采用油脂密封或者空气密封。

在球面轴承座上有盛水或不结冻液体的轴承密封环环形沟槽，而在动锥上焊有截锥形的领缘，其下端插入沟槽的水中，领缘把灰尘挡住，使它落入水槽中，不让灰尘落入破碎机内部。

防尘水从进水管进入沟槽，充满后从排水管口流走，同时把落入水中的灰尘带走。

破碎机上述各摩擦表面都是采用稀油循环润滑。

油从中心套筒的端盖上的进油孔进入偏心轴套的止推盘中，有雨止推盘上有放射状得油沟，油流过中心孔时也同时进入各沟槽润滑止推盘。

油经止推盘中心孔沿偏心轴套内外表面和主轴上的中心孔上升，同时也润滑各摩擦表面，最后润滑球面轴承和锥齿轮，从齿轮上甩下的油顺排油孔排出。

传统轴承是采用另一条单独的油路给油和排油进行循环润滑。

破碎机的保险装置是装在机架上的一圈16组弹簧。

当不能破碎的无聊记入破碎机时，力求使定锥与支承环向上抬起，并压缩弹簧，以增大动锥与定锥衬板表面间的距离，使不能破碎的物料经排矿口排出，而保护破碎机不受损坏，然后支承环和调整环借弹簧的张力恢复原位。

这样，能在一定程度上保证破碎机的安全。

3 圆锥破碎机的结构参数的选择与计算
3.1结构参数
3.1.1给矿口宽度与排矿口宽度
圆锥破碎机给矿口的宽度B ，用动锥接近定锥时，两锥体的上端距离表示。

排矿口宽度b ，用动锥靠近定锥时，两锥体下端的距离表示。

B 和b 的选择与给矿和排矿粒度有关，一般情况下，max )25.1~2.1(D B = （max D 为最大给矿粒度）。

排矿口宽度b 取决于所要求的产品粒度。

对于每一种破碎机，b 值都有一定范围，以提供破碎各宗硬度矿石的需要。

对于不同硬度的矿石，其排矿的过大颗粒度系数b d K /max =（max d 是产品的最大颗粒）不同。

对中碎机来说，破碎硬矿石时
0.3~8.2=K 、中硬矿石2.2~2=K 、软矿石6.1=K 。

因为 mm D 260max = ，mm d 40max = ，取max 2.1D B =，2=K 。

则有 mm B 3122602.1=⨯= mm K d b 202/40/max ===
3.1.2啮角
动锥与定锥衬板之间的夹角称为啮角，并
用0α表示。

它的作用是保证破碎腔两衬板有效地咬住矿石，不许向上滑动。

给矿口处啮角，必须小于矿石与定锥衬板以及矿石与动锥衬板的摩擦角之和。

啮角可按下式计算：
图3.1 圆锥破碎机啮角
)(010γααα±-= （3.1）
式中： 0γ——动锥中心线与定锥中心校之间的夹角，称为偏心度，也叫进动角。

α——底锥角，“+”号永久计算开口边啮角，“-”号用于计算闭口啮角。

啮角过大，矿石将在破碎腔内打滑，降低生产力，增加衬板磨损和电机的消耗；啮角太小，则破碎腔过长，增加破碎机的高度。

通常啮角为︒≤≤︒23210α ︒=26max 0α。

底锥角α较大者为陡锥形破碎机，也叫深腔破碎机，如单缸液压圆锥破碎机，其α角约为55°~60°；底锥角α较小者为平锥形破碎机，如弹簧圆锥破碎机和多缸液压圆锥破碎机，其α角约为40°~50°。

取︒=220α，︒=50α，︒=20γ。

3.1.3偏心距、动锥摆动行程
偏心距也叫偏心半径，并用e 表示。

偏心距的大小，从球面中心O 点（固定点）到各不同水平面都不同，一般所谓偏心距系指排矿口平面内的动锥轴线的摆动距离，动锥转一周，整个摆动距离为2e 。

确定偏心度0γ和偏心距e 值是为了满足动锥摆动行程的要求。

动锥摆动行程（冲程）又是根据物料性质、排料口（物料粒度）、破碎记性和腔型有关。

偏心度0γ的大小是由偏心距和球面中心到偏心距平面的距离所决定。

已知2100标准圆锥破碎机︒=20γ mm L 1360= 。

则动锥摆动行程为：94.9mm 180/22136014.3180/20=︒︒⨯⨯⨯=︒≈γπL S 偏心距为： mm 7.4305tan 2tan 21005.0tan tan 5.00=︒⨯︒⨯⨯==αγD e
3.1.4平行碎矿区
破碎腔的平行区也称为平行带。

为了保证破碎产品达到一定细度和均匀度，中细破碎在破碎腔下部有一段平行区。

若平行区过长，与同规格破碎机在相同条件下比较，处理能力减小，而且随衬板磨损，平行区越来越长，易使破碎机长生堵塞，增加能耗。

有雨平行区越长，磨损越不均匀，使产品粒度更加不均匀。

从受力情况来说，平行区缩短使破碎力下降，能改善主轴受力情况。

但平行区过短会导致产品中合格品含量下降。

平行区长度l ，可根据动锥摆动次数和底锥角以及摆动行程等计算。

其原则是：对中碎机，保证物料在平行区里被压碎1~2次。

可根据动锥底部直径计算平行区长度)(mm l ：
mm D l 168210008.008.0=⨯=⨯=
3.2圆锥破碎机的运动学
破碎机运动学就是研究动锥自转
原理以及偏心部件（动锥与偏心轴套）
角速度之间的关系。

掌握动锥运动规
律，从而在设计破碎机时确定最佳运动
状态，使用破碎机时制定合理工作制
度，以及检修破碎机时，保证偏心部件
检修质量，正确分析故障等。

根据前述动锥自转情况，设ω为偏
心轴套角速度，也叫牵连角速度；1ω为动锥相对于偏心轴套的相对自转角速
0ω为动锥对定锥的绝对自转角速度；
O 是坐标原点，也是球面中心点； 图3.2 动锥速度向量 OZ ’为动锥中心而OZ 为破碎机中心线；0γ为OZ’与OZ 的夹角，也叫进动角；m —m 为动锥瞬时转动中心线。

由图可推导公式：
)
sin(sin 000γαγωω+=
（3.2）
破碎机有载运转时，物料对锥面的摩擦力矩，远超过偏心轴套内孔对主轴产生的摩擦力矩，所以此时动锥以其母线为瞬时轴，沿料层作与偏心轴套回转方向
相反的滚动。

设其滚动角速度为'0ω，则有ωω)/(0'0r r =一般05.0~04.0/0=r r ，
所以ωω)05.0~04.0('0=
因为n=243r/min ，则min /15.1224305.0'0r n =⨯=，这个数值在圆锥破碎机检修规程中规定的限定转速n=10~15r/min 范围之内。