內(nèi)蒙古科技大學(xué)機械工程學(xué)院 內(nèi)蒙古包頭 014010

鐵礦資源作為我國重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源，為國民經(jīng)濟發(fā)展提供了重要保障。雖然我國礦產(chǎn)資源豐富，但總體呈現(xiàn)“貧、細(xì)、雜”的特點[1]。隨著我國鐵礦業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對破碎機的生產(chǎn)效率以及對生產(chǎn)所需鐵礦品質(zhì)的要求逐漸提高，導(dǎo)致選礦成本居高不下。在選礦生產(chǎn)中，破碎機械占有重要地位。復(fù)擺顎式破碎機由于結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，在選礦破碎作業(yè)中得以大范圍應(yīng)用，但存在生產(chǎn)能力低等不足，為此研制了一種高效的新型雙腔復(fù)擺顎式破碎機。

1 復(fù)擺顎式破碎機工作原理

復(fù)擺顎式破碎機主要用于礦石的粗碎，破碎腔由定顎板和動顎板組成，動顎上端直接懸掛在偏心軸上，下端用鉸接的方式與肘板相連，偏心軸轉(zhuǎn)動時帶動動顎作周期性的連續(xù)擺動實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)[2]。當(dāng)動顎向上運動時，動顎板與定顎板間夾角變小，此時礦物受擠壓、彎曲、搓磨等多重作用，達(dá)到破碎礦物的目的[3]；當(dāng)其向下運動時，動顎遠(yuǎn)離定顎，動顎板與定顎板間夾角變大，動顎板在拉桿彈簧的作用下離開定顎板，此時粒度變小的礦物在重力和動顎的推動作用下從排料口排出。復(fù)擺顎式破碎機可簡化為四連桿機構(gòu)，偏心軸為曲柄，曲柄回轉(zhuǎn)一周僅破碎一次，當(dāng)曲柄回轉(zhuǎn)到一定范圍，設(shè)備處于排料狀態(tài)時不進行破碎，此時處于非工作行程，但仍消耗能量。

2 雙腔復(fù)擺顎式破碎機結(jié)構(gòu)及工作原理

雙腔復(fù)擺顎式破碎機的結(jié)構(gòu)以倒置四連桿機構(gòu)的形式居多，其工作原理如圖 1 所示。該機運用倒置四連桿機構(gòu)[4]，中間動顎簡化為連桿，連桿與搖桿、搖桿與機架均為鉸接，倒置四連桿機構(gòu)中偏心軸相當(dāng)于曲柄置于搖桿的下方。破碎機有 2 個破碎腔，即破碎機中間布置動顎，兩側(cè)為定顎，破碎腔對稱分布，破碎機可在雙工作行程狀態(tài)下運行[5]。當(dāng)曲柄在一定角度范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)時，破碎腔Ⅰ進行物料破碎，破碎腔Ⅱ進行排料；當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)出該角度范圍時，破碎腔Ⅱ進行破碎，破碎腔Ⅰ進行排料，如此往復(fù)循環(huán)。

圖1 雙腔顎式破碎機工作原理Fig.1 Working principle of double-cavity jaw crusher

這種結(jié)構(gòu)形式的破碎機不存在空行程，破碎機的處理能力提高約 1 倍。此類破碎機結(jié)構(gòu)緊湊，在生產(chǎn)能力相當(dāng)?shù)那闆r下，外形尺寸比普通的復(fù)擺顎式破碎機更小，質(zhì)量更輕。該機型嚙角小，生產(chǎn)效率高，作為深腔型破碎機，其破碎比更大，產(chǎn)品粒度更加均勻。但是這種雙腔復(fù)擺顎式破碎機的布置對動顎的結(jié)構(gòu)和聯(lián)接形式提出了更高的要求；并且當(dāng)設(shè)備損壞時不易維修，更換肘板也極為不便；當(dāng)飛輪儲存動顎空行程時的能量再用以工作行程時，導(dǎo)致能量密度輸入不足。

3 新型雙腔復(fù)擺顎式破碎機的設(shè)計

3.1 設(shè)計要求

(1)可調(diào)節(jié)出料口大小，避免肘板磨損造成出料口變大，保證產(chǎn)品粒度要求。

(2)具有過載保護功能，當(dāng)不易破碎的礦石進入破碎腔后，為避免設(shè)備零部件損壞，應(yīng)裝有過載保護裝置。

(3)礦石有多種受力狀態(tài)，以提高破碎效率。

(4)機構(gòu)受力合理，不產(chǎn)生偏載。

(5)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，易于維修。

3.2 結(jié)構(gòu)與工作原理

如圖 2 所示，該新型雙腔復(fù)擺顎式破碎機主要由液壓缸、連桿、導(dǎo)輪、機架、動顎、定顎等部件組成。同樣將單腔破碎機改進為左右對稱的雙腔顎式破碎機，即在傳統(tǒng)顎式破碎機活動顎板的另一側(cè)增加一個定顎板，與動顎板再形成一個破碎腔。同時采用了新的結(jié)構(gòu)設(shè)計，液壓馬達(dá)輸出軸帶動偏心輪轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動拉桿帶動導(dǎo)輪在導(dǎo)輪槽上滾動，動顎在導(dǎo)輪的往復(fù)滾動下左右擺動。由于動顎下端同時受到搖桿的約束，進而產(chǎn)生復(fù)雜的平面運動，當(dāng)導(dǎo)輪向左滾動時實現(xiàn)對左腔礦石的擠壓、搓磨和彎曲作用，此時右腔料塊在重力的作用下向下移動，占據(jù)新的位置，當(dāng)料塊尺寸小于破碎腔出料口時離開破碎腔。右腔排料時左腔進料破碎，左腔排料時右腔進料破碎，如此重復(fù)循環(huán)作業(yè)。調(diào)整座內(nèi)加裝液壓缸，利用液壓裝置來調(diào)整定顎架在機體的位置，從而調(diào)整動顎板與定顎板之間的距離，實現(xiàn)未破碎礦石從排料口排出，同時還可作為破碎機的過載保護裝置。

圖2 新型雙腔顎式破碎機工作原理Fig.2 Working principle of new-type double-cavity jaw crusher

當(dāng)普通顎式破碎機飛輪儲存的空行程時的能量再用以工作行程時，可導(dǎo)致能量密度輸入不足。而本設(shè)計不設(shè)置飛輪和帶輪結(jié)構(gòu)，由液壓馬達(dá)直接驅(qū)動，結(jié)構(gòu)更加簡單，且能量輸入密度增加，能源效率提高；拉桿、搖桿置于機體兩側(cè)，便于維修；保險裝置采用液壓系統(tǒng)，較肘板折斷的方式操作起來更加方便，省時省力。

新型雙腔復(fù)擺顎式破碎機的三維結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。液壓馬達(dá)輸出軸與傳動軸通過聯(lián)軸器連接，傳動軸兩側(cè)安裝有軸承，傳動軸上安裝一偏心輪，偏心輪通過軸承與連桿連接。傳動軸轉(zhuǎn)動帶動偏心輪偏心旋轉(zhuǎn)，從而帶動連桿一端運動，連桿的另一端與心軸產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。機體的前后壁分別設(shè)置導(dǎo)輪槽，導(dǎo)輪置于導(dǎo)輪槽內(nèi)，導(dǎo)輪與置于機體內(nèi)的雙面動顎體通過心軸連接并支撐。雙面動顎體的兩側(cè)動顎板通過楔塊分別固定在動顎體的兩面，雙面動顎板的下端與機架上的搖桿相連接。定顎體一端通過長銷軸與機體固定，另一端通過拉桿螺栓和壓縮彈簧與機體固定，利用楔塊將定顎板固定在定顎架上。機體下端設(shè)有調(diào)整裝置，肘板墊通過螺栓緊固于調(diào)整座和定顎上，肘板鉸接于調(diào)整座與定顎之間，調(diào)整座水平焊接在機架上，調(diào)整座內(nèi)裝有柱塞缸，破碎機排料口的間隙靠柱塞前后移動，通過肘板使定顎前后擺動來調(diào)節(jié)。柱塞缸除了具有調(diào)整排料口的間隙作用外，當(dāng)破碎腔內(nèi)進入了堅硬的不易破碎物，破碎力猛增的情況下液壓油頂開溢流閥，迅速排油使定顎后退，還起到保險作用，避免設(shè)備損壞。壓縮彈簧用來保證定顎和破碎機架的緊密連接。雙面動顎體與定顎架之間上部設(shè)有加料口，下部設(shè)置出料口，機架下部左右底板支撐機體，中部位置空出方便出料。

圖3 新型顎式破碎機三維結(jié)構(gòu)Fig.3 3D structure of new-type jaw crusher

液壓馬達(dá)輸出軸轉(zhuǎn)動時，偏心輪帶動連桿一端回轉(zhuǎn)，連桿另一端受到導(dǎo)輪槽的約束作用做水平往復(fù)運動，與此同時，連桿帶動導(dǎo)輪在導(dǎo)輪槽上往復(fù)滾動，從而帶動雙面動顎體上部做水平往復(fù)運動。雙面動顎體下部受到位于機架上搖桿的約束，圍繞搖桿另一端做定軸擺動，從而使動顎產(chǎn)生復(fù)雜的運動，實現(xiàn)對礦石的擠壓、搓磨及彎曲作用。

3.3 軌跡分析

新型雙腔顎式破碎機動顎兩側(cè)的運動軌跡如圖 4所示，圖中導(dǎo)輪運動到O1、O2位置分別為動顎靠近左右腔定顎的極限位置。圖中A點靠近給料口，C點為動顎的中點，E點靠近排料口。從圖中可以看出，雙腔顎式破碎機的運動特性為周期往復(fù)運動，動顎板上越靠近給料口處，運動軌跡的曲率半徑越大，即水平行程大，垂直行程??；越靠近排料口處，運動軌跡的曲率半徑越小，即水平行程小，垂直行程大。依據(jù)破碎物料的角度分析，要求動顎在給料口處的水平行程大，在排料口處的水平行程小，這種理想的動顎運動軌跡，使破碎機具有較優(yōu)的運動特性。

圖4 動顎運動軌跡Fig.4 Motion trajectory of movable jaw

3.4 性能及特點

該新型雙腔復(fù)擺顎式破碎機具有以下性能及特點。

(1)設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)緊湊 采用連桿帶動導(dǎo)輪在導(dǎo)輪槽滾動的方式驅(qū)動動顎運動，導(dǎo)輪在導(dǎo)輪槽內(nèi)滾動相比滑動摩擦力更小，導(dǎo)輪不易磨損，延長了零部件的使用壽命。

(2)獨特的調(diào)整方式 在肘板與機體之間通過液壓裝置來調(diào)整定顎在機架上的位置，從而可改變排料口尺寸，達(dá)到破碎所需要的粒度。

(3)有過載保護，安全性能高 當(dāng)?shù)V物過硬不易破碎時，破碎力急劇增大，液壓油頂開溢流閥迅速排油使定顎后退，起到保險作用，避免設(shè)備損壞。并且 2 個破碎腔分別有各自的保險機構(gòu)，互不干擾。

(4)不存在空行程，生產(chǎn)能力大幅提高 采用雙腔結(jié)構(gòu)，一腔進行進料破碎作業(yè)，另一腔進行出料作業(yè)，提高了破碎效率，生產(chǎn)能力大幅提高。

(5)礦石受力合理 當(dāng)?shù)V石在左腔被破碎時受到動顎的壓力逐漸增大，當(dāng)增大到一定程度后被破碎，此時動顎上端向左水平移動，下端受到搖桿的擺動約束向右上移動，動顎下端對礦物的作用力減小。

4 結(jié)語

此新型雙腔復(fù)擺顎式破碎機具有 2 個破碎腔，突破了傳統(tǒng)四連桿機構(gòu)的運動形式，采用動顎上端水平運動、下端繞搖桿擺動的運動方式。與傳統(tǒng)的復(fù)擺顎式破碎機相比，新型雙腔復(fù)擺顎式破碎機結(jié)構(gòu)更加緊湊，具有更高的破碎成品率，降低了運行能耗，且生產(chǎn)能力大幅提升，具有良好的綜合性能和廣闊的應(yīng)用前景。