階梯式漸開線型反擊板的設計

莊 巖，李 許

階梯式漸開線型反擊板的設計

莊 巖，李 許

Design of Stepped Involute Impact Plate

反擊式破碎機的反擊板形狀對其破碎效果有著至關重要的影響，實際應用中，反擊板可被設計為折線形、圓弧形等形式，其中漸開線型反擊板是唯一能實現與物料發生垂直碰撞的結構形式。筆者分析了多種形式的反擊板及其構成的破碎腔，提出了階梯式漸開線型反擊板的設計思路。

反擊式破碎機；初碎；反擊板；破碎腔；漸開線

1 引言

隨著初碎反擊式破碎機的大型化，破碎腔的進料口越來越大，對反擊板的反擊效率要求也越來越高，而反擊板設計實際上就是破碎腔的設計，筆者就多段式破碎系統中的初碎反擊式破碎機的破碎腔型結構進行了分析研究，以尋求一種最優的反擊板結構形式。

2 反擊板設計的相關參數

反擊式破碎機的破碎腔是由進料溜板、反擊板（多為兩級、可調節式）以及由進料溜板卸載點到第二級反擊板排料口的圓弧所構成的空間組成的，如圖1所示。

物料是沿著進料溜板進入破碎腔的，因此進料溜板傾角β就是一個重要參數，β取值應在45°~60°之間。β越大，物料沿進料溜板下滑的速度越快；β越小，物料沿進料溜板下滑的速度越慢，甚至產生堆料現象。β值增大，破碎機高度增加；β值減小，破碎機高度降低。在其他條件允許的情況下，β取值宜盡量取小，這樣有利于降低機身重量并保證破碎機入料口足夠大。

反擊板輪廓的最高點由圖1中x和y的尺寸確定，但y又與y0以及進料口尺寸a有關；反擊板輪廓的最低點由角度θ1和排料口尺寸b確定。

3 反擊板設計實例及分析

反擊式破碎機的反擊板的作用是承受被板錘擊出物料的沖擊，沖擊到反擊板破碎后的物料重新彈回到破碎區，再次受到板錘的沖擊破碎。反擊板的形狀和結構對破碎效果影響很大。根據力學碰撞原理，物料以正碰撞（垂直撞擊）效果最佳。由于板錘是旋轉運動，若保證破碎腔內轉子圓弧擊出的物料都正面拋射到反擊板上，則反擊板必須是一條漸開線，這樣才能保證物料的擊出射線（轉子的切線）和反擊板垂直[1]。

圖1 反擊式破碎機的破碎腔結構

圖2 折線型反擊板-整體式

圖3 折線型反擊板-分級式

圖4 折線型反擊板-中碎、細碎機

3.1 折線型和圓弧型反擊板

對于初碎反擊式破碎機，由于進料粒度大（往往＞1m3），所以進料口尺寸a也必須大。若將反擊板設計為理想的漸開線形狀，那么在保證第一級反擊板排料口尺寸b的情況下，形成的進料口尺寸a太??；在保證進料口尺寸a的情況下，保持漸開線的形狀，排料口尺寸b又太大。對于初碎，目前有兩種反擊板：（1）接近漸開線形狀的折線反擊板，反擊板追求正碰撞，如圖2、3所示。（2）圓弧型反擊板，其設計理念是物料從反擊板反彈后，能充分發揮反擊破碎作用，物料在反擊板圓心形成激烈的相互碰撞，如圖5、6所示。筆者分別按整體式和分級式結構設計出上述兩種反擊板，各自特點分析如下：

整體式折線型反擊板（見圖2）是對漸開線的一種近似模擬，目的是簡化設計和降低制造難度，但同時也人為降低了物料與反擊板垂直撞擊的幾率。圖3是將圖2所示整體式反擊板分為第一、第二兩級反擊板，破碎機理沒有改變，在保證進料口的情況下，第一級反擊板排料口尺寸遠大于2倍的成品出料粒度尺寸，最終由第二反擊板控制排料粒度大小。

對于中碎、細碎破碎機，因其進料粒度小，分級式折線型反擊板（見圖4）易于保證進料口和第一級反擊板的排料口尺寸，并且能實現正面碰撞破碎。但對初級破碎則不能兼顧入料口足夠大和排料口足夠小，因而具有特定的適用場合。

圓弧形反擊板對物料的破碎作用主要體現在物料以不垂直于反擊板的方向撞向反擊板并反彈，反彈料與破碎腔中物料相互撞擊。為便于制造，往往將反擊板設計成接近圓弧的多段線。

在對圓弧型初碎反擊板的設計過程中發現如下規律：圓弧型反擊板最佳曲率范圍的確定與破碎機進料口位置及大小有直接關系。增大曲率，反彈料塊的撞擊區距離反擊板近；相反，減小曲率，反彈料塊的撞擊區距離反擊板遠，反彈料塊之間相互撞擊的幾率小，更多的撞擊發生在反彈料與進料口來料之間，筆者認為反彈料之間的撞擊越充分越好。在進料口位置及大小確定的情況下，可通過預先假定最佳撞擊區的方法反推出反擊板的最佳曲率，這樣可最大限度地發揮圓弧型反擊板反彈物料間相互撞擊破碎的效果。

另外，圓弧型反擊板由于圓弧曲率、圓弧端點位置不同而產生另一種現象，即初碎機（見圖5、圖6）由于入料口大，反擊板的圓心往往高于轉子旋轉圓，導致物料被反擊板反彈到喂料口方向，這種反擊板常被稱為后退型反擊板。相反，中碎、細碎機（見圖7）由于入料口小，反擊板的圓心能夠落入轉子圓范圍內，物料被反擊板反彈后運動方向朝向排料口，這種反擊板常被稱為前進型反擊板。前者利于增加破碎比，但通過量低，后者相反。

3.2 漸開線型反擊板

前文所述兩種反擊板對物料的破碎機理不盡相同，但均未實現對物料的正碰撞。折線型反擊板雖近似漸開線，第一反擊板出料口卻偏大，浪費了第一破碎腔的排料口處的擠壓力、剪切力、摩擦力破碎；圓弧型反擊板物料反彈后的相互碰撞所產生的破碎力遠沒有物料與反擊板正碰撞的破碎力大。

下面筆者將對漸開線型反擊板的設計思路進行探索研究，以達到拋磚引玉的效果。

圖5 圓弧型反擊板-整體式

圖6 圓弧型反擊板-分級式

圖7 圓弧型反擊板-中碎、細碎機

對于初碎反擊式破碎機，反擊板頂部需足夠高以保證破碎機進料口足夠大，而反擊板底部需盡量靠近轉子以保證出料口足夠小從而控制成品粒度。依此思路可以將反擊板設計為一整條漸開線，即只有一級反擊板，如圖8所示。具體的做法是以轉子上板錘頂點的回轉圓為基圓，在圓周上任取一點畫漸開線，繞圓心旋轉漸開線，使漸開線遠端與破碎機入料口頂點重合。

可以看出，這樣的漸開線型反擊板出料口已低于轉子水平中心線，易形成積料區，進而導致排料不暢和板錘磨損加劇，因此也不是理想的反擊板。

筆者據此對反擊板進行了優化，將一整條漸開線分為若干階梯，分段繪制漸開線，每一段均實現正碰撞。圖9、圖10所示為兩種形式的階梯式漸開線型反擊板，分別為整體式和分級式。整體式反擊板不可調，但具有一個大的反擊破碎腔，通過能力強；分級式反擊板的第一、二級反擊板與轉子包絡為兩個獨立的破碎腔，每級破碎腔的排料口均由彈性推桿支撐，因此具備過鐵釋放功能，但破碎腔體積小于整體式反擊板的破碎腔，通過能力略差。

無論如何，階梯式漸開線型反擊板具有其他類型反擊板無法比擬的優勢，如此設計的反擊板（專利號：ZL 2014 2 0038348.5）能夠實現垂直撞擊的反擊破碎，理論上其腔型更優于前述折線型和圓弧型反擊板。

圖8 漸開線型反擊板

圖9 階梯式漸開線型反擊板-整體式

圖10 階梯式漸開線型反擊板-分級式

圖11 整體鑄造的階梯式漸開線型反擊板

圖12 簡化的階梯式漸開線型反擊板

圖13 襯板

圖14 反擊板基體

具體制作時，反擊板可以制作成整體鑄造件（見圖11），也可以鑄造出各襯板并通過螺栓將其固定于基體上組成裝配件（見圖12），這樣在反擊板磨損后只需更換襯板，能夠提高材料利用率。值得注意的是，襯板的形狀可進行必要的簡化以降低加工難度并保證其互換性（見圖13）。

另外，由于襯板長期受到物料沖擊，螺栓會承受較大剪切力，一旦螺栓斷裂，將會導致襯板墜落到破碎腔內，并會對高速旋轉的轉子造成極大的破壞性沖擊。對此，我們設計了螺栓的防斷裂結構，在襯板（見圖13）背部增設一條凸棱，相應地在反擊板基體（見圖14）上開設凹槽。這樣，襯板由凹槽定位到反擊板基體固定的位置上并承受剪切力，而螺栓主要承受拉力，其斷裂的幾率大大降低。

4 結語

反擊板的形狀對破碎腔的破碎效率和通過能力影響很大，相比折線型、圓弧型反擊板，階梯式漸開線型反擊板能夠實現對物料的垂直撞擊，同時兼顧大的通過能力，但設計、制造難度較大，可通過簡化設計將各段階梯襯板優化，使其更易于制造并具有互換性，以利于推廣應用。

[1]郎寶賢，郎世平.破碎機[M].北京：冶金工業出版社，2008.?

TQ172.611.6

A

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2016-06-28；編輯：孫娟