顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)發(fā)展史和未來前景展望

顎式破碎機(jī)作為一種傳統(tǒng)的破碎設(shè)備，由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、制造容易、維修方便、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)．自從1855年問世以來，一直是粉碎行業(yè)廣泛應(yīng)用的設(shè)備，其缺點(diǎn)是效率低，非連續(xù)性破碎，破碎比小等，各國都對其缺點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，其自動(dòng)化水平也有所提高，近年也出現(xiàn)了一些新的機(jī)型，如雙腔雙動(dòng)顎式破碎機(jī)、雙腔回轉(zhuǎn)破碎機(jī)，篩分顎式破碎機(jī)、外動(dòng)顎均擺顎式破碎機(jī)、倒懸掛細(xì)碎顎式破碎機(jī)等12-q，由于目前實(shí)際使用的大多數(shù)是復(fù)擺顎式破碎機(jī)，且發(fā)展過程具有典型意義，本文主要以復(fù)擺顎式破碎機(jī)的為例闡述顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)發(fā)展過程。

1機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

我國自1951年開始仿制復(fù)擺顎式破碎機(jī)以來，很長一段時(shí)間里，人們?yōu)榱耸箘?dòng)顎具有較好的運(yùn)動(dòng)特性，能減小磨損，提高處理能力，對一些有較大影響的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如傳動(dòng)角、肘板擺動(dòng)角、偏心距、主軸的懸掛高度、動(dòng)顎行程，嚙角、連桿長度等進(jìn)行了大量的研究工作。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要是按照點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡來設(shè)計(jì)破碎機(jī)四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，主要有分析法和圖解法，利用設(shè)計(jì)前就已經(jīng)選定的一些參數(shù)如嚙角、連桿長度、動(dòng)顎的行程等，根據(jù)已知的軌跡，運(yùn)用相互間的關(guān)系，求得各桿件的尺寸，根據(jù)所設(shè)計(jì)的破碎機(jī)的型號，連桿長度，動(dòng)顆行程等都能確定。用上述的方法確定四桿機(jī)構(gòu)后，接著描述出動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)軌跡，決定設(shè)計(jì)是否滿意。 嚙角的概念也由傳統(tǒng)的幾何嚙角到工態(tài)嚙角。工態(tài)嚙角則是指實(shí)際的工作時(shí)的嚙角，由于幾何嚙角的前提明顯在頤板的部分部位不成立，所以，工態(tài)嚙角有時(shí)要大于設(shè)計(jì)時(shí)的嚙角，隨之將產(chǎn)生一些相應(yīng)的后果如物料打滑，顎板磨損嚴(yán)重，加劇物料堵塞等。為了改善這些狀況，設(shè)計(jì)出多種的顎板形狀．設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)顯著特點(diǎn)是，主軸懸掛高度逐漸從正懸掛向負(fù)懸掛變化[9-n]，正懸掛存在動(dòng)顎上部水平行程小，機(jī)器高運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，整體尺寸大，加工成本高等的缺點(diǎn)。負(fù)懸掛可以加大動(dòng)顎的水平行程，降低機(jī)器的高度，減輕機(jī)重，改善破碎效果?，F(xiàn)在粗碎用的復(fù)捏顎式破碎機(jī)一般采用零懸掛，而中細(xì)碎用的中小型復(fù)擺顎式破碎機(jī)大多采用負(fù)懸掛。

另外，肘板的支承方式也有正負(fù)之分。傳統(tǒng)的復(fù)擺顎式破碎機(jī)主要是采用正支承。隨著先進(jìn)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的逐步應(yīng)用，負(fù)支承也獲得廣泛的應(yīng)用，即肘板為復(fù)傾角的結(jié)構(gòu)。由于負(fù)支承型動(dòng)顎各點(diǎn)的垂直行程要小于正支承的動(dòng)顎，這樣有利于減輕顎板的磨損，提高產(chǎn)品的均勻性，減小損耗，從破碎機(jī)的高度來說，由于負(fù)支承型破碎機(jī)的下端固定鉸接點(diǎn)比正支承型的靠下，機(jī)器的高度要比正支承的低，當(dāng)負(fù)支承型的肘板長度很小時(shí)，就演變成為另一種支承方式，即輥撐型，也就是支承動(dòng)顎的變成輥?zhàn)?，?fù)擺顎式破碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在很長的一段時(shí)間內(nèi)，設(shè)計(jì)者對機(jī)構(gòu)的尺寸、曲柄半徑等的選擇帶有一定的盲目性，且大多參照國外的同型號類比確定?；蛘邽橐蟮膲嚎s量，盲目進(jìn)行試湊加以改變，以致于不能保證機(jī)器的優(yōu)良傳動(dòng)性能，對曲柄半徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可在保證實(shí)現(xiàn)工藝要求的前提下獲得優(yōu)良的機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)，當(dāng)然由于數(shù)學(xué)模型建立的不一樣，所獲得的目標(biāo)函數(shù)也有多種，如曲柄半徑、動(dòng)頓排料口處的特征值以及一個(gè)破碎循環(huán)排出的物料體積等，B的是使破碎效果優(yōu)良同時(shí)生產(chǎn)能力大．優(yōu)化方法由于建模，所選的變量，約束條件的不同也有多種算法．

另外，動(dòng)顆下端水平行程和動(dòng)顎下端摔料高度上的下端部·的平均嚙角以及主軸的轉(zhuǎn)速三者的匹配是發(fā)揮機(jī)器生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。因而三者的匹配是三參數(shù)的設(shè)計(jì)問題，目的是機(jī)器的功耗在不大于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)下，設(shè)計(jì)變量是下端的水平行程和平均嚙角．

設(shè)計(jì)新型顎式破碎機(jī)出現(xiàn)的時(shí)間較短，如倒懸掛細(xì)碎顎式破碎機(jī)在20世紀(jì)70年代首先被報(bào)道．由于它使動(dòng)顎倒置于機(jī)器的底部機(jī)器的重心大大下移，穩(wěn)定性好，工作轉(zhuǎn)速大大提高。又如雙腔雙動(dòng)顎式破碎機(jī)的出現(xiàn)，集中了傳統(tǒng)顎式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，它在普通顎式破碎機(jī)動(dòng)顴板的另一端增加一個(gè)破碎腔，使得破碎機(jī)不存在空行程的能量消耗，提高了破碎效率．再如雙腔回轉(zhuǎn)破碎機(jī)的設(shè)計(jì)燕有顎式破碎機(jī)，1：J閻錐破碎機(jī)的性能，產(chǎn)量較同規(guī)格的顎式破碎機(jī)高50％。還有篩分式顎式破碎機(jī)可把篩分和破碎結(jié)合在一起，簡化了工藝流程，能及時(shí)排m以達(dá)到粒度要求的物料，減輕了物料的堵塞和過粉碎，提高丁生產(chǎn)能力，降低了能耗，

2復(fù)擺顎式破碎機(jī)的腔型設(shè)計(jì)及其發(fā)展

破碎腔的形狀和尺寸應(yīng)該滿足以下要求；前列，為防止機(jī)器超載和堵塞，在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入破碎腔的物料不應(yīng)多于能夠破碎和排出的物料；第二，為了保證機(jī)器負(fù)荷均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、破碎板磨損均勻，物料要均勻地分布在破碎腔內(nèi)；第三，為廠提高破碎效率，防止堵塞和過粉碎現(xiàn)象，破碎后的物料應(yīng)能暢通地從破碎腔內(nèi)排出；第四，為了保證產(chǎn)品的細(xì)度和形狀是立方體，細(xì)碎型的破碎機(jī)，破碎腔的下部應(yīng)有平行區(qū)。

隨著破碎過程數(shù)學(xué)模型的建立，描述破碎過程也成為現(xiàn)實(shí)，1948年B．Epstin首先用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理來研究物料的破碎規(guī)律，1956年S．R．Broadent及T．G．Callcatt等提小破碎的矩陣模型；1977年A．J．nch的進(jìn)一步分析粉碎過程的矩陣模型等。加上計(jì)算機(jī)的普及，建立符合顎式破碎機(jī)實(shí)際操作的模型并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算也已成為可能，為進(jìn)一步的仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。

例如考察常規(guī)待破碎物料在復(fù)擺顎式破碎機(jī)破碎腔內(nèi)的實(shí)際流動(dòng)狀況時(shí)，需要充分考慮動(dòng)顎復(fù)雜擺動(dòng)特性t12，131。當(dāng)動(dòng)顎板齒面某段由閉合極限位置回到開啟的極限位置這個(gè)過程中，處于此段的物料流動(dòng)狀態(tài)是否一定為下落，是與緊相鄰的靠上一段和靠下一段動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及破碎物料的狀態(tài)有關(guān)。而動(dòng)顎板齒面某段從開啟極限位置運(yùn)動(dòng)到閉合極限位置時(shí)，處于此段的物料主要處于被擠壓破碎狀態(tài)，其擠壓破碎程度亦與緊相鄰的靠上一段和靠下一段動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及破碎物料的狀態(tài)有關(guān)。由此破碎物料被逐漸破碎和流動(dòng)，最終排出。在考慮破碎物料在破碎腔內(nèi)受力、流動(dòng)以及破碎齒面目上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)等特性基礎(chǔ)，上，所設(shè)計(jì)山的破碎腔按固定顎板與動(dòng)顎板的形狀可以分為：“直線一直線”型，“曲、直線一曲、直線”型，“曲、直線—直線”型，“直線一區(qū)、直線”型等。腔型的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以采用分層優(yōu)化法，及各個(gè)破碎層分別優(yōu)化。多層綜合優(yōu)化法可以避免分層優(yōu)化的缺點(diǎn)。當(dāng)然，可以結(jié)合兩種方法，先用多層優(yōu)化法求得排料層的優(yōu)化后的定、動(dòng)顎傾角，然后進(jìn)行分層優(yōu)化。

隨著描述破碎過程的數(shù)學(xué)模型的建立，破碎腔的設(shè)計(jì)逐步趨向于高深腔方向發(fā)展，堵塞現(xiàn)象逐步獲得改善，甚至可以設(shè)計(jì)出完全克服無堵塞式破碎腔形。

3計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與顎式破碎機(jī)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)的結(jié)合

隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，也開發(fā)出了一些顎式破碎機(jī)的CAD系統(tǒng)。二維CAD基本上實(shí)現(xiàn)了破碎機(jī)設(shè)計(jì)、優(yōu)化、繪圖的自動(dòng)化，但要用二維的視圖來表示三維的物體。目前，借助于一些人型的三維繪圖軟件，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體模型的設(shè)計(jì)。

二維CAD系統(tǒng)主要包括設(shè)計(jì)計(jì)算部分和自動(dòng)繪圖部分。程序的設(shè)計(jì)主要采用模塊化思路，一般包含有機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真模塊，工作參數(shù)、主要零件的強(qiáng)度分析，有限元設(shè)計(jì)、繪圖等模塊通過主程序段的不同調(diào)用方式，各子模塊可以按順序執(zhí)行，通過公用變量完成數(shù)據(jù)的交換和傳遞。也可以調(diào)用單獨(dú)的任一模塊，人為地給定輸入。由于顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)以成為成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，屬于變參數(shù)型設(shè)計(jì)，即新的設(shè)計(jì)對象與原有的基本類型設(shè)計(jì)相同或相近，主要的差異在于各部分的尺寸參數(shù)，繪圖模塊借助如AUTOCAD等軟件，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化自動(dòng)繪圖。

三維模型設(shè)計(jì)是以三維零件、部件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的三維圖形設(shè)計(jì)。在三維模型的基礎(chǔ)』二可以進(jìn)行裝配，干涉檢查，有限元分析，運(yùn)動(dòng)分析等的計(jì)算機(jī)輔助工作。利用三維的繪圖軟件，顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)與制造過程從單一的平面圖轉(zhuǎn)變成可視化的三維動(dòng)態(tài)圖形，從而使得CAD形象化，可視化，史接近生產(chǎn)實(shí)際，可以直觀地檢查產(chǎn)品工作過程中的相對運(yùn)動(dòng)，及干涉原因等，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造周期，達(dá)到了優(yōu)良、快速、敏捷和一次試制成功的日的，有效地降低了設(shè)計(jì)制造成本，為進(jìn)一步的CAD和CAM的結(jié)合奠定了基礎(chǔ)。三維實(shí)體模型設(shè)計(jì)將逐步取代兩維的設(shè)計(jì)，成為顎式破碎機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展的趨向。總之，就目前而言，我國顎式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)在質(zhì)量和性能方面與國外的先進(jìn)水平還有很大的差距，就同樣的機(jī)型相比，機(jī)器的重量要比我國的小很多，說明其設(shè)計(jì)與制造的綜合水平比我國高的多。此外，機(jī)器的軸承小但壽命長；在耐磨材料，熱處理丁藝等方面也有刁；小的差距。提高我國的制造技術(shù)關(guān)鍵在于消化，吸收國外進(jìn)口的產(chǎn)品，自己的研究開發(fā)單位要重視具有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)計(jì)開發(fā)，提高配套產(chǎn)品在內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量，迎頭趕上國際先進(jìn)水平。

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