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　　今年开始，全世界将步入21世纪20年代，世界在发展，时代在进步，尤其是我们国家，已经从仿制步入自我创新、开发、研究。我国已经成为了世界首屈一指的制造大国，在国家十三五计划推动下，在工业4.0甚至是工业5.0的概念下，工业结构得到极大的调整，出现大量的智能制造，智能工厂，而矿用机械行业也得到了极大的发展。破碎机就是其中的代表机械设备，矿用破碎机主要是对各种矿石，材料等较大体积的物料进行破碎处理，根据破碎机的工作原理不同和破碎后的产品粒度大小，破碎机又被分为多种型号规格。常用的破碎机械设备有辊式破碎机、颚式破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机、圆锥式破碎机等等。

　　根据不同的破碎物料的粒度大小需要使用不同的破碎机设备，在矿山等行业需要破碎的物料一般都比较大，所以一般情况下对物料都采用分级破碎的方式进行破碎，因为颚式破碎机、锤式破碎机的破碎比相比于辊式破碎机更大，并且可破碎的物料粒度大，所以一般先使用颚式破碎机或者锤式破碎机对物料进行粗碎，再使用辊式破碎机进行二次破碎，以达到最终的破碎效果。在矿山、建材、冶炼、化学工业和基础设施建设等等，许多行业中都会应用到破碎机设备，并且随着我们国家近几年来的不断高速发展，尤其是在基础设施建设中，需要使用大量不同粒度大小的原材料，所以我国市场上破碎机等破碎设备的需求量依然巨大，研究出新型高效的破碎机也是工业发展的需求。

　　如果要说世界上最早的破碎机械可以追溯到畜力磨，是由春秋末期鲁班发明的，通过自身磨盘的重力及两磨盘的磨齿实现磨碎物料，多用于磨碎谷物等农作物。在此基础上，杜预等人又发明出了以水力为驱动力的水转连磨等破碎机械，初步实现了破碎半自动化，并且应用到其他物料的破碎上，大大提高了当时的生产效率。1806年，世界上第一台摆脱人力、畜力，通过蒸汽作为动力驱动的辊式破碎机诞生了，而其它类型的破碎机的发明要晚于辊式破碎机，并且经过了两百多年的发展，辊式破碎机因为其结构简单，工作稳定依然被应用于多数工业行业中，所以说辊式破碎机尤其是双辊破碎机的发展历史悠久，是破碎机中的元老，在破碎机机械设备中拥有着不可替代的地位。

　　就目前的国内外破碎机的研究情况来看，国内破碎机与国外的破碎机相比还有比较大的差距，欧美等比较发达的西方地区在19世纪左右先后完成工业革命，并进入经济高速发展期，到现在发达国家已完成基本设施的建设，市场对建材，矿石等原材料需求量减少，为了满足现代工业的可持续性发展，国外对重工机械的破碎机的要求已经从原来的简单、可用变成了环保、绿色、可实现自动化、高效甚至是良好的售后服务等等。为此在强大经济基础上，发达国家可以花费大量的资金来研究新型的破碎机，所以大多西方发达地区的破碎机的科技含量更高、更加的环保、移动式自动化一体式设备更加方便快捷。

　　在21世纪10年代之前，一直是西方发达国家的破碎机械引领世界破碎机的发展潮流。现如今国外生产破碎机的公司，比如山特维克公司新发行的800i系列破碎机，不仅在原有破碎机的基础上进行了一系列机械性的升级，比如破碎机的上下架体保护板采用螺栓连接而不是焊接，从而使更换衬板的速度加快90％。破碎机装载的新型系统可以有效防尘，而最新型的高科技离线滤清器可以保持油的清洁，从而延长油的使用寿命达到5倍之多。更重要的是每台破碎机都装载着世界级的自动化互联系统——ACS，这种新型系统不仅可以做到连续监控破碎机的运行状态，甚至可以对破碎机的性能做出智能预测并且给出优化，而且ACS可以自己控制整个破碎机的润滑系统，节省人工，以最低的成本实现最优的可持续性。从而延长设备正常运行时间、提高设备可靠性。在如今网络发达的时代，ACS系统也很好的实现了远程智能控制，通过连接到MySandvik门户网站，800i系列破碎机的管理者或者操作员能够通过手机，平板，电脑等智能信息通讯设备进行访问，直接发现破碎机的问题及需要优化处理的部分，并根据实际情况做出决定，从而延长设备正常运行时间、提高设备作业率，为客户提供更加及时周到的人性化服务。

　　本次设计的双辊破碎机主要传动减速是通过皮带传动实现的，采用双电机设计，通过两组皮带传动分别带动两根破碎辊旋转破碎物料。皮带传动主要是靠着皮带与皮带轮之间的摩擦力来实现传动转矩的，机构简单，便于安装保护，相比于齿轮传动等其他传统传动方式有着独有的皮带，所以皮带传动具有噪声小，吸收振动而工作稳定等特点，并且更重要的是皮带传动具有一定的过载保护的作用，一旦破碎机内不慎落入铁块等坚硬金属，皮带会发生打滑，从而保护破碎机的传动件。

　　NX始于UG，于1976年雏形就已经问世，1986年实现了建模功能；1990年被波音公司作为机械标准；1993年融合了多种三维建模方式；1996年发布了高级装配模块，可以进行干涉分析检查；1997年具有世界级影响力的WEAV功能被应用；2002年第一代NX软件成功问世；2004年发布了全新的NX4.0版本，让三维设计更加简单方便；2008年NX6.0的问世，同步建模技术的应用极大的提高了工厂的生产力；时至今日，在NX12.0之后，NX已经不再仅仅局限于版本号的更新，而是采用了线上更新的方法，让NX软件时时刻刻处于不断优化中。

　　NX一开始是在C语言编程软件的基础上被开发出来的，它利用最新的多重网络和并行计算、自适应局部网络加密等等多种高端复杂的数学技术，将一个复杂抽象的解决问题的过程转变成简单直观的三维软件显示。随着十几代版本的发展，NX软件几乎包含了世界上所有的产品设计应用模块，拥有着高端的机械设计与三维建模功能，并且相比与其它的三维设计软件，NX制作模具的功能更加强大。不仅如此，NX软件也可应用于数控加工的编程，可以对设计的三维模型直接生成加工程序，方便快捷。除此以外，NX软件还可以实现运动仿真，对所设计的模型产品实现初步检验，从而方便对产品进行优化设计。最重要的是NX软件还可以进行二次开发，比如进行有限元法分析，C++函数库等等。

　　在本次设计的过程中，我通过学校的远程在线图书馆系统查阅了大量有关破碎机的书籍资料，并且在知网等学术网站阅读了许多文献，通过翻阅到的文献资料来看，我们国家的工业水平已经勉强跻身世界发展的前列，但是相比于西方发达国家，还有很长一段路要走。从目前的发展来看，因为国内大规模的进行基础建设，国内破碎机也有许多大型规格的破碎机，有一些甚至超过了西方发达国家，但是技术上面，对比国内外的破碎机，在达到同样生产效果时，国外的破碎机往往尺寸更加小，更加节能高效；比如同样的主轴，在达到设计要求时，国外的主轴往往轴径更小，更加耐用，这样就能减小转动惯量，从而较少不必要的能耗。同样在轴承，辊皮等等方面都有这个问题，这就是最主要的机械材料方面的差距。

　　本次设计为φ400×250mm小型光面双辊式破碎机。如图2.2所示，为双辊破碎机的工作原理简图，双辊破碎机是利用一对破碎辊在一对主轴通过键连接等方式下进行对向旋转，通过物料落入破碎机的破碎腔内与对向旋转的破碎辊之间产生的磨剪力和挤轧力来破碎物料。当物料进入破碎机的破碎腔以后，物料受到破碎辊带来的摩擦力作用及自身重力的影响下，被迫滑向破碎辊之间的间隙，同时随着物料的滑动，两破碎辊辊面之间的间隙越来越小，物料受到来自破碎辊的压力越来越大，最终超过物料的抗压强度而碎裂，碎裂后达到粒度要求的小颗粒产品沿着破碎辊旋转的切线，顺利穿过两破碎辊之间的最小的间隙，向破碎机的下方即排料口抛出，而未达到粒度要求的大颗粒产品，继续留在破碎机的破碎腔内通过上述破碎过程，直至被破碎成合格的小颗粒产品被破碎辊抛出。

　　图2.3所示的传动系统采用的是单电动机设计，电机通过皮带传动将力矩传递到其中一根破碎辊，再通过齿轮传动传递到另一根破碎辊，最终实现传动。这种设计相对于双电机的设计可以相对减小一定的能耗，可以节省一定的成本，并且可以让破碎机的整体尺寸更加紧凑，节约了安装空间，但是齿轮传动相对带传动噪声大，并且为了能够让破碎机实现可以调节产品的出料粒度，传动方式必须可以调节转动件的中心距，显然，齿轮传动不符合，所以方案一的传动方式舍弃。

　　图2.4所示的传动系统采用双电动的设计，每根破碎辊分别单独由一个电动机通过皮带传动来传递力矩，最终实现破碎系统的传动，本设计虽然相对于单电动机多使用了一个电动机，多了一点经济成本，但是每个电动机的功率相对减小了，能耗方面比单电机设计只是多出一小部分，而每根破碎辊却得到了充足的动力，并且双带轮传动设计可以更好的吸收破碎机工作时产生的振动，让破碎机工作的更加稳定。最关键的是可以满足设计可调产品粒度大小的要求，所以本次设计采用方案二的设计。

　　破碎装置如图2.5所示，破碎辊结构必须安装在平行放置的一对对向旋转的水平轴上的，它的是否平稳运行直接决定了双辊破碎机的好坏。在这两根破碎辊中，其中一根破碎辊为定辊，即通过固定轴承座支承主轴，主轴不作径向运动，另一根破碎辊是可活动调节的，即通过活动轴承座支承，破碎辊可在径向活动调节。破碎辊主要由6个部分组成，即由主轴1、方形辊毂2和3、键连接4、螺栓连接5以及辊皮6构成的。从图2.5中可以看到，辊毂2和3为对称结构，共同组成破碎辊的轮毂部分，轮毂2和3分别从轴的两端进行安装，通过键4与轴连接在一起。而辊皮为周向均匀排列的4个相同的弧形体组成，通过螺栓连接5分别安装在方形辊毂的四条轮毂边上。因为辊皮为直接接触件，磨损最为严重，所以必须设计选择最优的耐磨材料制作辊皮。

　　常见的保险缓冲装置有弹簧保险装置、液压保险装置等。本次设计保险装置是通过弹簧的缓冲实现的，属于双辊破碎机里面极其重要的一个装置，弹簧的材料、预紧程度运行状态等等，对整个破碎机的正常工作和过载保护都有直接或间接的影响。弹簧保险装置如图2.6所示，在机器正常工作的时候，因为有活动破碎辊，所以为了让排料口宽度维持在设计要求的范围内，让产品质量更好，粒度大小更加的均匀，被压缩弹簧所产生的压力需要能恰到好处的抵消两个破碎辊破碎物料时所产生的破碎力，即可以理解为破碎辊的破碎力就是由弹簧提供的。当铁等金属不能破碎的物料不慎进入破碎机的时候，预紧的弹簧压力不够再次被压缩起到过载缓冲保护作用，使得活动破碎辊径向横移，进而排料口的宽度增大，不能破碎物料脱离破碎机，弹簧回到预紧状态，机器再次正常工作。

　　光面双辊破碎机破碎粘湿的物料时，虽然可以轻松破碎，但是破碎后的物料会粘在光面辊上，长时间下会影响排料口宽度，从而导致产品的粒度发生改变，影响产品的质量，本次设计的张紧清扫装置是在原有清扫装置的基础上，参照清扫器的设计原理设计出来的，在原有固定清扫装置上加装了弹簧，如图2.7所示，其工作原理类似弹簧保险装置，考虑到破碎机工作时的振动，以及对排料口实现可调整化处理，当需要不同粒度的产品时，固定清扫装置无法与调整后的破碎辊充分接触，无法做到发挥最好的清洁破碎辊上的粘黏物作用，加装弹簧后，可实现破碎机清扫装置的的自我调节，无需人工操作。

　　双辊破碎机的啮角计算如图3.1所示，因为相较于破碎辊直接的压力与破碎过程中的摩擦力，物料的自重要小得多，并且本次设计的双辊破碎机多用于中碎或细碎，物料前期多经过初次破碎，所以为了接下来的计算方便，将物料理想化为球形，并且自身重力忽略不计。圆形物料落入两破碎辊之间，分别作切线，则两根切线之间的夹角即为啮角α。当破碎辊进行破碎时，作用于物料上的力有压力F以及摩擦力Ff，设f为破碎辊与物料之间的摩擦系数。分别将压力力F与摩擦力Ff进行分解，分解成水平分力与垂直分力。由文献[1]可知，根据图3.1可知，如果物料能够被两根对向旋转运动的破碎辊顺利卷入破碎腔，并且顺利破碎不出现上滑现象，那么必须满足下列条件：