矿山破碎机结构设计要点分析

刘仕期

摘要：矿山破碎机是一种用于破碎的专用机械，适用于冶炼厂、矿山矿石、化学工业企业制造物料等的破碎。由于各种物料的破碎与分类需求不一样，矿山破碎机也有着多种类型，而且每种类型都有其独特的结构特点。为此，在设计破碎机时，应依据矿山破碎机的实际需要改善与调整结构。基于此，本文主要对矿山破碎机的主要结构及其适用范围进行了介绍，然后重点分析了矿山破碎机的结构设计优化，希望能为相关人员提供参考。

关键词：矿山破碎机；结构设计；优化与改进

一、矿山破碎机概况

矿山破碎机的主要用途是破碎物料。它是基于两种或多种混合力，包括冲击力、挤压力、剪切力等将物料破碎，将大块的物料多次破碎，最终达到生产需求。矿山破碎机的设备类型是基于破碎机的结构及工作原理的差异而产生的，包括颚式破碎机、圆锥式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机等，不同类型的破碎机在实际应用过程中，对于物料的原始重量、湿度、抗压强度及硬度都有不同的要求。

矿山破碎机普遍应用于开矿地址选择、矿石碎裂等领域，其他行业如建筑材料、水利、冶金等，对该机械的需求数量也在逐步增多。深入剖析破碎机的构造，且对一些结构加以调整与优化，有利于整体掌握矿山破碎机的实际构造，为破碎机的改进、机械的优化创造条件。

二、矿山破碎机的主要结构及应用类型

（一）主要结构

不同类型的破碎机在破碎物料时采用的力是不同的，但破碎机的结构有很多相似之处。一般来说，破碎机都具有齿板、转子、筛孔环、筛网孔径、传动系统、破碎机外部的壳体等重要结构，颚式破碎机的内部结构见图1。

在对破碎机的结构进行设计和研究时，需要将破碎机的重点结构进行分析和研究，一般由外到内有壳体、支架、传动装置、破碎核心主体、筛分部分等。在对破碎机的具体结构进行研究的过程中，需要围绕破碎机的整体设计到核心结构的设计，再到易磨损部分的设计。

（二）不同类型矿山破碎机的应用

矿山破碎机的应用范畴的确认大多以破碎机的种类为依据。矿山破碎机的应用范围十分广泛，不仅适合矿山矿石，还适合其他行业。对于各类矿山破碎机的实际运用范围与未来的发展趋势，下面对四种破碎机进行详细论述：

第一，反击式破碎机。这是运用范围很广的一种破碎机，大多被应用于道路施工、能源、矿山、交通等方面。其抗压性能突出，破碎后的物料可以达到较高的破碎比，所得的物料比较齐整，大多为立方体状态，同时还可对物料破碎的粒径进行调整，对长10～15cm的物料进行破碎处理。

第二，颚式破碎机是能将物料破碎到较小粒径的一种机械，其可以对物料实施一级破碎，适合大体积和小体积物料的破碎。对于大体积物料，通常可破碎到厘米级，而对于小体积物料，则能破碎到毫米级。这种破碎机构造简易，工作强度突出，而且成本低。

第三，圆锥式破碎机破碎强度大，破碎效率十分突出，能够在短时间内对大量物料进行破碎处理。其在破碎方面的优点体现在适合中等及以上矿石和硬度较大的岩石。与其他类型的破碎机相比，其在硅酸工业、化学工业中应用广泛。

第四，冲击式破碎机依托物料对物料进行破碎，也就是说，用硬度很高的物料对待破碎物料进行摩擦，进而实现破碎目的。该方法通常适合各类硬度很大的矿石，可对这些物料进行中细破碎，因此，在道路建造、建筑材料破碎、矿物破碎等方面应用广泛，同时也是大规模建筑、筑路单位不可或缺的施工机械。

三、矿山破碎机的结构设计要点

（一）破碎机的转子设计及优化

破碎机的核心部件之一便是转子，转子是破碎机实现破碎功能的主要构件，其为破碎机的破碎提供了力与工具，保证破碎机对物料实现宽范围大小粒度的破碎。转子是由支撑板、刀片、锁母和压环组成的。支撑板可以起到对刀片的固定与支撑作用，锁母的作用是固定转子，压环与支撑板相互配合固定刀片。在转子设计方面，需要注重转子组成部件的选材与设计，以及转子整体结构的设计。具体来说，对于刀片的设计，主要考虑刀片选材与制造工艺，确保刀片经过热处理，并具备足够的硬度，延长刀片在物料破碎时的磨损时间，拥有较长的使用寿命。此外，还要注意刀片的布置问题，要求刀片在转子边缘均匀布置，并具备一定的安装深度。对于锁母的设计，要求锁母材质强度高，要保证在整体的转动过程中，锁母中的胶粒能以一定的初速度飞向转子边缘的刀片。

对于转子结构设计的优化，主要是基于转子本身的工作属性。一方面，考虑到转子是一种高速旋转部件，对其设计的平衡量精度要求较高。另一方面，转子设备的设计不平衡，也会影设备主轴及轴承箱的工作性能和实际的使用寿命。因此，在设计的过程中，需要精准计算转子的动平衡，要求转子前、后面板的不平衡量在允许范围内。此外，转子设计的机械性能参数也需要重点考虑，应以转子的工作转速模拟转子的受力情况。为了有效保证破碎机的机械性能，需要根据需求，加强转子支撑设备的强度，如加强转子刀片支撑板及压环强度的设计。

（二）破碎机的壳体设计及优化

破碎机的壳体可对破碎机起到保护作用。一方面，防止外来腐蚀物质腐蚀破碎机，阻挡外部潮湿空气氧化设备；另一方面，可起到阻挡外部灰尘，避免破碎机内部设备接触过多灰尘导致设备老化。同时，对设备的操作人员也能起到一定的安全防护作用，防止物料在破碎过程中出现飞溅，造成安全事故。对破碎机壳体的设计，主要包括破碎机的前后面板、弧形挡板、安全门及底座。

在设计方面，首先要注意壳体材料的选择，其次是壳体具体形状的设计，应注重壳体厚度及质量的把控。在壳体的设计中，安全门的设计是较为主要的。安全门的设计应关注安全锁紧装置，该装置是为了防止破碎机的壳体出现一些特殊情况导致物料迸溅。具体的设计一般是通过手轮固定，启动破碎机时，安全门上设置的锁紧装置便会自动通电，使破碎机的安全门无法打开，从而起到安全防护的作用。为了便于观察破碎机内部的工作情况，可以对壳体的设计进行优化，如在壳体的弧壳上设计测温装置及测振装置，实时观察和记录数据，相应的数据也可以直接传至数据控制系统，专业的破碎机操作及观测人员便可以随时监测破碎机腔内的温度及转子振动情况，从而安全、高效地破碎物料。

（三）破碎机的齿板结构设计及优化

破碎机齿板是破碎机的重要组成部分，主要分为固定齿板和活动齿板，其主要作用是破碎物料。破碎齿板的设计主要围绕破碎齿板的齿厚度、齿面形状、齿板的材质选择、齿板的塑性形变等。破碎齿板的齿厚度基于破碎齿板的抗压强度进行，厚度一般要达到机械零部件的设计标准，同时要求设计的厚度尽可能地降低齿板之间的惯性危害及重量压力，齿板厚度的设计范围一般为40～60mm。齿板的齿面形状在一定程度上影响着齿板的使用效果。齿面形状主要为弧形，弧形可以让整个破碎区域的齿面高度增高，有利于提高破碎率。破碎机齿板要用坚固的材质，如高锰钢材质，这类材质还具有较好的延展性与材料承重能力，适合用于破碎机齿板的制造。

对于破碎机的结构优化，可以围绕齿板的形状设计、破碎机材质的选用、塑性变形量的控制等。齿板形状除了常规的弧形设计外，还需要根据弧形齿面确定弧形齿板的咬合程度，缩小相应的咬合角度，从而更加精确地控制物料的破碎粒度，在一定程度上减少齿板的过度磨损及负荷。选择破碎机的材质时，需要考虑材质的延展性，同时还应注意优化其中添加的锰元素、碳元素及其他元素的比例，以有效降低金属部件的磨损，在一定程度上提高齿板结构设计的韧性及耐磨程度。对破碎机齿板塑性变形量的控制，需要设计好齿板与其周围护板之间的间隔，从而对齿板变形量、实际的变形幅度等进行有效的控制与调整，确保齿板在破碎机上正常使用。

（四）破碎机传动装置的设计及性能优化

破碎机的传动系统是破碎机的动力传送装置，主要由电机、传送带、轴承、耦合器等部件组成。传送带主要起传送作用，对于这部分结构的设计，需要根据传动装置的动力参数选材，并确定传送带的设置位置、长度。电机及耦合器是相互连接、相互配合的，耦合器与电机转轴在同步旋转的过程中，可通过同步旋转产生的力带动皮带轮传动。轴承箱的设计，需要考虑轴承箱内部零件润滑及冷却，以保证内部件在适宜的温度下运转。同时，还要在其中设置相应的测温及测振装置，以便及时了解轴承箱内部的情况。

在破碎机传动装置的结构设计优化方面，一方面，要围绕传动装置的核心位置即电机及耦合器进行优化。研究表明，耦合器与电机实现直连可确保电机稳定运行，且运转时具有较高的传动效率。因此，在设计电机结构时，应围绕电机和耦合器这一整体进行优化。另一方面，轴承箱也是传动装置的重要组成部分，应保证传动的平稳，降低振动动力损失。在实际的结构式设计的过程中，可以考虑使用橡胶这一柔性的材料作为传动支架，以降低无效振动的发生率，保证传动装置的动力高效率地转送至传送带，为破碎机破碎装置的正常工作提供保障。

（五）破碎机筛分部分的设计及结构优化

破碎机筛分部分的结构设计主要是指筛孔环及筛网的设计。筛孔环的作用是对筛网进行固定，一般通过设计对应的支撑杆及其中的紧固件固定筛网。筛孔环结构的设计，需要考虑筛孔环的型号、实际的破碎机筛分量等，确定筛孔环的材质，以确保筛孔环的强度，保证筛网固定牢固。筛网的设计，需要根据破碎机的设计要求，确定筛网的网孔数目及筛网的开孔率，实际的筛孔网开孔率及筛网孔径的设计应相互匹配，从而提升破碎机的破碎质量及筛分质量。破碎机完成破碎后，破碎后的细料将进入气固分离装置，进行破碎后的物料筛分。

对于破碎机筛分部分的结构优化，主要通过对破碎机的筛分部分进行工业化试验，从而更加准确地确定破碎机的产量及破碎筛分精度，进而确定筛网孔及筛网开孔率的具体数目和实际百分比，从而保证破碎机的产量及破碎筛分精度达到最佳值。此外，还要注重筛网的固定，一般采用固定的筛板进行筛网固定，但当筛板固定不牢固或出现其他情况时，容易影响破碎机的筛分功能。因此，需要加固筛板，而加固筛板一般采用辅助挡板的方式。

四、结束语

破碎机的结构设计影响着破碎机的应用及发展。因此，需要围绕破碎机的类型、物料类型、物料破碎粒度等多个方面进行设计。在实际的结构优化过程中，应结合现有破碎机的结构设计及破碎机的实际需求进行，并注意破碎机的日常保养与维护。

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