為了合理地設(shè)計(jì)顎式破碎機(jī)，保證它運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，必須正確地計(jì)算和選擇它的結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作參數(shù)。下面介紹顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)的選擇與計(jì)算。

一、顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇計(jì)算

1. 給料口與排料口尺寸

給料口寬度決定破碎機(jī)最大給料粒度的大小，這是選擇破碎機(jī)規(guī)格時(shí)非常重要的數(shù)據(jù)，也是破碎機(jī)使用者應(yīng)該了解的數(shù)據(jù)，以免使用不當(dāng)，而影響正常生產(chǎn)。

顎式破碎機(jī)的最大給料粒度Dmax是由破碎機(jī)嚙住物料的條件決定的。我國生產(chǎn)的顎式破碎機(jī)給料口寬度B可按式(2-22)計(jì)算

給料口長度L按式(2-23)計(jì)算

對于大型顎式破碎機(jī)L／B值取小值，對于中小型額式破碎機(jī)L／B值取大值。

排料口的最小寬度e復(fù)擺顎式破碎機(jī)按式(2-24)計(jì)算，簡擺領(lǐng)式破碎機(jī)按式(2-25)計(jì)算

式中  dmax——破碎產(chǎn)品的最大粒度；

      s——動(dòng)顎在排料口處的水平擺動(dòng)行程。

2. 嚙角

構(gòu)成破碎腔的動(dòng)顎襯板與定顎襯板之間形成的夾角稱為嚙角，用α表示。嚙角的作用就是保證破碎腔的兩襯板能有效地夾住物料將其破碎而不上滑。從力學(xué)觀點(diǎn)看，不允許物料上滑的條件是：作用于物料上垂直向上的合力不應(yīng)大于垂直向下的合力。

被破碎物料通常是多角形，它與破碎腔兩襯板成點(diǎn)接觸，故把被碎物料抽象成球體，并考慮在破碎膠寬度方向上只有一個(gè)球體，物料自重與兩襯板對它施加的擠壓力和摩擦力相比很小很小，可忽略不計(jì)。當(dāng)兩襯板壓緊物料時(shí)，作用在物料上的力如圖2-13所示。

以球心0為坐標(biāo)原點(diǎn)，取直角坐標(biāo)系xoy，兩破碎襯板對物料施加的擠壓力為F1和F2，摩擦力為F1f和F2f。作用于物料上的力沿x軸和y軸方向的平衡方程式為

解式(2-26)，則的得

式中 α1——定顎襯板與鉛垂線間的夾角；

     α2——動(dòng)顎襯板與鉛垂線間的夾角；

     f——物料與襯板間的摩擦系數(shù)，f=tanψ。

將f=tanψ代入式(2-27)，則得

故有

即

由式(2-28)得出：破碎機(jī)嚙角不應(yīng)大于2倍摩擦角。否則，破碎機(jī)就不能有效地破碎物料，因而降低了破碎機(jī)的生產(chǎn)率和效率。

大多數(shù)情況下，f=0.2—0.3，即ψ＞11°。實(shí)際上顎式破碎機(jī)的嚙角一般取α＝18°—24°，最大不能超過27°。

嚙角的大小，直接影響破碎機(jī)的生產(chǎn)能力。適當(dāng)減小嚙角，可以提高破碎機(jī)的生產(chǎn)能力，但又會(huì)引起破碎比的變化。如果在破碎比不變的情況下，嚙角的減小將會(huì)增大破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸。近年來采用一種曲面齒板，在保證破碎比不變的情況下，嚙角將大大減小，而破碎機(jī)的生產(chǎn)能力可以提高，且齒板磨損減輕，功耗有所降低。

3. 動(dòng)顎的擺動(dòng)行程

根據(jù)對單塊物料進(jìn)行破碎試驗(yàn)知，使物料沿著擠壓力作用的縱向平面劈裂成兩半，必須給物料以足夠的壓縮量，這個(gè)壓縮量與礦石原來的縱向尺寸之比稱之為相對壓縮量。在破碎腔中，物料所受的實(shí)際壓縮量與動(dòng)額的擺動(dòng)行程相等。在簡擺顆式破碎機(jī)中，動(dòng)領(lǐng)的擺動(dòng)行程由下往上逐漸減小，而被碎物料的尺寸卻越來越大，只要?jiǎng)宇~上部擺動(dòng)行程足夠使物料有效破碎，那么動(dòng)領(lǐng)下部的擺動(dòng)行程就更能滿足了。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，動(dòng)顎上部的擺動(dòng)行程s上必須大于0.005Dmax。對于復(fù)擺顎式破碎機(jī)，動(dòng)顎下部的擺動(dòng)行程s必須小于(0.3—0.4)e，而動(dòng)顎上部擺動(dòng)行程約為下部擺動(dòng)行程的1.5倍。

動(dòng)顎下端水平行程可按式(2-29)計(jì)算

4. 主要構(gòu)件尺寸參數(shù)

由顎式破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析可知，合理的軌跡性能值可保證機(jī)器具有上佳的技術(shù)性能，而機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)又決定丁動(dòng)頤軌跡性能值。因此破碎機(jī)主要構(gòu)件尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)，是決定機(jī)器性能優(yōu)劣的關(guān)鍵之一。破碎機(jī)主要構(gòu)件見圖2-14和圖2-15。

(1)破碎腔高度

在嚙角一定的條件下，顎式破碎機(jī)破碎腔的高度，由所要求的破碎比而定，通常破碎腔的高度為

式中  H——破碎腔高度；

      B——給料口寬度。

(2)連桿長度l2

連桿長度是指動(dòng)頤軸承中心到動(dòng)領(lǐng)肘板墊對稱中心點(diǎn)間的距離。改變連桿長度，對動(dòng)顎下部動(dòng)點(diǎn)的水平行程及特性值有明顯影響，較短的連桿可得到較大的下端水平行程值及較小的特性值。因此采用牧短的連桿，對于提高生產(chǎn)率和延長齒板使用壽命都是有利的。但過短的連桿給破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來困難并使動(dòng)領(lǐng)受力惡化，還可能導(dǎo)致下端點(diǎn)軌跡運(yùn)動(dòng)反向等問題。

通常，對于大型顎式破碎帆連桿長度按式(2-31)計(jì)算

式中  L——動(dòng)顎長度。

對于中、小型顎式破碎機(jī)連桿長度按式(2-32)計(jì)算

(3)偏心距

偏心距是設(shè)計(jì)破碎機(jī)機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要參數(shù)，在其他條件相同的情況下，改變偏心距大小對顎的行程有明顯影響。偏心距增加，均會(huì)使動(dòng)顎齒板面上各點(diǎn)的水平行程值增大，一方面可以提高生產(chǎn)率，另一方面也增大了機(jī)器的功耗。所以在保證水平行程的條件下，減小偏心距可減小功耗。根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，偏心距可按式(2-33)和式(2-4)計(jì)算

對大型顎式破碎機(jī)

對中、小型顎式破碎機(jī)

在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，將偏心距視為一個(gè)設(shè)計(jì)變量。

(4)動(dòng)顎懸掛高度h

動(dòng)顎懸掛中心剛好落在給料口水平線上為舉懸掛；在給料口水平線以上為正懸掛；在給料口水平線以下為負(fù)懸掛。為了保證在破碎腔上部產(chǎn)生足夠的破碎力來破碎大塊物料，因而在給料口處，動(dòng)顎必須有一定的擺動(dòng)行程，為此，動(dòng)領(lǐng)的軸承巾心與給料口平面應(yīng)有一定的距離——動(dòng)顎懸掛高度。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)，簡擺顎式破碎機(jī)動(dòng)頤懸掛高度按式(2-35)計(jì)算h=（0.37-0.4）L

復(fù)擺顎式破碎機(jī)動(dòng)顎懸掛高度按式(2-36)計(jì)算h≤0.1L

式中 L——動(dòng)顎長度。

(5)肘板擺動(dòng)角

為了保證肘板(推力板)在肘板墊上滾動(dòng)，則肘板擺動(dòng)角γ不能超過接觸兩倍的摩擦角，考慮到各種因素的影響，肘板擺動(dòng)角按式(2-37)選取γ=5°-13°

(6)肘板長度

肘板擺動(dòng)角選定后，肘板的長度l3可按式(2-38)計(jì)算

式中  δ——連稈在兩個(gè)極限位置時(shí)所夾的銳角。

(7)傳動(dòng)角

連桿軸線與肘板軸線間的夾角叫傳動(dòng)角。傳動(dòng)角對動(dòng)額運(yùn)動(dòng)軌跡、傳動(dòng)效率等都有影響。當(dāng)偏心距一定時(shí)，隨著傳動(dòng)角增加而動(dòng)額軌跡的特性值變大，加劇了襯板的磨損。增加傳動(dòng)角，可提高傳動(dòng)效率，但增加過多會(huì)導(dǎo)致功耗增加。傳動(dòng)角可按式(2-39)汁算

當(dāng)口角為銳角時(shí)，肘板為下斜式；當(dāng)β角為鈍角時(shí)，肘板為上斜式。肘板為廠斜式的復(fù)擺顎式破碎機(jī)，通常傳動(dòng)角β＝45°—55°，肘板為上斜式的復(fù)擺領(lǐng)式破碎機(jī)，傳動(dòng)角β＝105°。對于簡擺顎式破碎機(jī)，當(dāng)曲柄偏心位置為最高點(diǎn)，兩肘板的內(nèi)端點(diǎn)略低于兩外端點(diǎn)的連線，即β角近于90°。

5. 破碎腔的形狀

破碎腔形狀設(shè)計(jì)的是否合理，直接影響破碎機(jī)的破碎效果、生產(chǎn)率、能雖消耗、襯板磨損棚破碎比等里要指標(biāo)。破碎腔形狀如圖2-16所示，有直線型破碎腔和曲線型破碎腔。實(shí)踐與理論分析說明曲線型破碎腔優(yōu)于直線型破碎腔。因此，采用曲線型破碎腔是現(xiàn)代破碎設(shè)備結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料的分析及計(jì)算結(jié)果可知，腔內(nèi)各物料層的下落時(shí)間、高度及填充密度是隨腔高而變化的。在破碎腔形的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮這些因素，才能使設(shè)計(jì)更為合理。

隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，對破碎機(jī)的腔形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。腔形優(yōu)化設(shè)計(jì)有分層逐段優(yōu)化法和多層整體優(yōu)化法兩種。分層優(yōu)化即各破碎層分別建立目標(biāo)函數(shù)逐段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。此方法的優(yōu)化是可以控制變量的數(shù)目，對不同段的優(yōu)化可以靈活地根據(jù)設(shè)計(jì)者的需要進(jìn)行各參數(shù)的調(diào)整。多層整體優(yōu)化法即一次性完成整個(gè)腔型的優(yōu)化設(shè)計(jì)。此方法設(shè)計(jì)變量較多，屬規(guī)模較大的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是，可以一次性得到較為綜合全面的腔型設(shè)計(jì)方案。

二、顎式破碎機(jī)工作參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算

(1)偏心軸轉(zhuǎn)數(shù)

目前用理論方法確定偏心軸轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，只考慮了生產(chǎn)率高這個(gè)因素，而其他影響因素則忽略不計(jì)。為了簡化計(jì)算，假定動(dòng)顎平移運(yùn)動(dòng)，忽略動(dòng)顎在擺動(dòng)過程中嚙角變化的影響，已破碎的物料在重力作用下自由下落，不考慮襯板與物料間摩擦力對排料的影響。

當(dāng)動(dòng)顎張開一次，即偏心軸轉(zhuǎn)1/2時(shí)，從破碎腔小排出的破碎產(chǎn)品是一個(gè)斷面為梯形的棱柱體，如圖2-17所示。棱柱體下部寬為排料口的最小寬度e，而上部寬為e+s。

棱柱體的高度h為

棱校體自由下落通過排料門所用的時(shí)間t1為

偏心軸每分鐘轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)，動(dòng)顎張開一次的時(shí)間，即偏心軸轉(zhuǎn)半圈的時(shí)間，即

當(dāng)t1＝t，則可求出理論上生產(chǎn)率最大時(shí)，偏心軸的轉(zhuǎn)數(shù)n為

式中  s——排料口處的水平行程，mm：：

若考慮物科費(fèi)t板摩擦對排料的影響時(shí)、可將按式(2-43)計(jì)算的值降低10％左右。對于簡擺顎式破碎機(jī)偏心軸轉(zhuǎn)數(shù)，按式(2-3)計(jì)算的值降低30％—40％左右。

(2)生產(chǎn)率

破碎機(jī)的生產(chǎn)率是以動(dòng)顎張開一次，從破碎腔中排出一個(gè)松散棱柱體體積的物料作為計(jì)算依據(jù)。

動(dòng)顎張開一次從破碎腔內(nèi)排出的棱柱體體積為

動(dòng)顎每分鐘張開n次，則生產(chǎn)率Q為

式中  e——排料口最小寬度，m；

      s——動(dòng)顎下端點(diǎn)水平行程，m；

      n——偏心軸轉(zhuǎn)數(shù)，r／min；

      L——破碎腔長度，m；

      P——破碎產(chǎn)品的堆密度，t／m³；

     μ——破碎產(chǎn)品的松散系數(shù)，中、小型機(jī)取μ＝0.25—0.75。

從生產(chǎn)率的理論公式(2-45)可以看出，破碎機(jī)生產(chǎn)率與嚙角成反比，而茍偏心軸轉(zhuǎn)數(shù)n、排料口最小寬度e、動(dòng)顎下端點(diǎn)水平行程s、排料口長度L等參數(shù)成正比，適當(dāng)調(diào)整這些參數(shù)就能提高顎式破碎機(jī)的生產(chǎn)率。由于復(fù)擺顎式破碎機(jī)動(dòng)領(lǐng)的運(yùn)動(dòng)有助于排料，因此用公式(2-45)計(jì)算它的生產(chǎn)率時(shí)，需要將計(jì)算結(jié)果增大30％左右。

公式(2-45)雖然比較全面地計(jì)入了破碎機(jī)的參數(shù)，但難以考慮實(shí)際生產(chǎn)中存在的物料性質(zhì)和操作條件等因素變化對生產(chǎn)率的影響，所以公式(2-45)只是領(lǐng)式破碎機(jī)生產(chǎn)率的近似計(jì)算公式。

在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，經(jīng)常采用經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算領(lǐng)式破碎機(jī)的生產(chǎn)率。經(jīng)驗(yàn)公式是實(shí)踐的總結(jié)，比較接近實(shí)際情況。但是經(jīng)驗(yàn)公式往往局限于一定的使用情況，在運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，一定要注意適用條件。

計(jì)算顎式破碎率生產(chǎn)率的經(jīng)驗(yàn)公式為

式中  K1——物料可碎性系數(shù)，查表2-3；

      K2——物料密度修正系數(shù)，P為物料的堆密度，t／m³：

      K3——粒度修正系數(shù)，查表2-4：

      q0——單位排料口寬度的生產(chǎn)能力，t／(mm·h)，查表2-5；

      e——破碎機(jī)排料口寬度，mm。

(3)功率

在破碎機(jī)破碎過程中，其功率消耗與轉(zhuǎn)數(shù)、規(guī)格尺寸、排料口尺寸、嚙角、粒度特性以及被破碎物料的物理機(jī)械性質(zhì)有關(guān)，其中以物料物理機(jī)械性質(zhì)對功率消耗影響最大。當(dāng)然，機(jī)器規(guī)格尺寸愈大，功率消耗也愈大；偏心軸轉(zhuǎn)數(shù)的增高和破碎比的增大，功率消耗亦隨之增加。由于影響顎式破碎饑功率消耗的因素很多，現(xiàn)在尚無一個(gè)完整的理論公式能精確地計(jì)算出破碎機(jī)的功率消耗。

在顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，功率是一個(gè)重要的約束條件，因此必須建立破碎機(jī)功率的計(jì)算公式。

推導(dǎo)顎式破碎機(jī)的功率計(jì)算公式是以破碎機(jī)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的破碎行程中，破碎力在齒面請點(diǎn)位移方向上所作的功為基礎(chǔ)。為了方便計(jì)算，假定在破碎過程中，動(dòng)顎齒面上諸點(diǎn)按其水平行程的平均值平行移動(dòng)；不計(jì)物料與襯板間的摩擦，不論破碎力在襯扳上如何分布及其動(dòng)顎襯板行程大小如何變化，沒有一個(gè)垂直于動(dòng)顎齒面的集中破碎力Fe，它在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中沿平均水平行程作的功，與動(dòng)顎齒面上呈分布載荷的實(shí)際破碎力沿其作用點(diǎn)處的實(shí)際水平行程所作功之和等效，該集中破碎力Fe稱為等效破碎力。為簡化起見，可用最大破碎力表示等效破碎力

Fe在位移S水方向上所作的功為FeS水cosα、一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的時(shí)間，考慮破碎機(jī)傳動(dòng)效率和物料與襯板間摩擦損耗的破碎效率，可得顎式破碎機(jī)功率計(jì)算公式為

式中  n——偏心軸轉(zhuǎn)數(shù)，r/min;

      Fmax——最大破碎力，N；

      S水——齒板面上諸點(diǎn)水平行程平均值，m；

      α——破碎腔平均嚙角，(°)；

      η——機(jī)器的總效率，取η＝0.81—0.85；

      ke——等效破碎系數(shù)，對中、小型破碎機(jī)，ke＝0.27—0.37；對于大型破碎機(jī)，ke=0.21-0.28。

在實(shí)際戶常用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算破碎機(jī)的功率消耗。

對于大型顎式破碎機(jī)，其功率按式(2-49)計(jì)算

式中  B——破碎機(jī)給料門寬度，cm；

      L——破碎機(jī)給料口長度，cm。

對于中、小型顎式破碎機(jī)，其功率按式(2-50)計(jì)算