CN202490634U - 一种具有径向剪切破碎功能的圆锥机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有径向剪切破碎功能的圆锥机，在圆锥机机构中设置一套行星轮差转机构，内齿圈设置在定锥上，外齿圈设置在动锥上，且两者啮合运转，这是本实用新型最明显的结构特征之一。本实用新型的显著功效是：运用内、外齿圈啮合运转的特性锁定动锥与定锥为恒速比同步运转，取代现有技术动锥与定锥之间原为不确定的自由状，并且利用行星轮直径与破碎腔直径的差异产生线速度差，来实现圆锥机的切向剪切破碎功能。使圆锥机具有剪切破碎功能，是圆锥机技术上的一大跨越。
Description
技术领域
本实用新型涉及圆锥式破碎机技术领域，更具体地说是一种具有径向剪切破碎功能的圆锥机。
背景技术
圆锥式破碎机，又称圆锥机。近十年来，市场上圆锥机异军突起，发展迅猛，正在逐步取代广泛运用的颚式破碎机及具有整形或超细碎(如制砂)等功能的反击破、冲击破、锤破。原因有二：一是圆锥机的挤压破碎机理比冲击破碎的冲击、锤击破碎机理更经济更有效率；二是比同为挤压破碎机理的颚式破碎机而言，改半程作功破碎为全程作功破碎(颚式破碎机有一半回程不作功)，工作效率大幅度提高。
圆锥机的作功原理是靠动锥设置一个偏心角，使动锥旋转时有一个凸面作周而复始地破碎作功。为了使破碎壁能360°均匀磨损而不是在凸面固定磨损，圆锥机的创始人把动锥设计为与偏心套成滑动磨擦副(两者之间有一轴瓦，轴瓦靠充分润滑实现抗磨性)。这样，动锥与偏心套行成自由运动状，偏心套高速运转而动锥基本不转。圆锥机也就因此失去了径向方向上的破碎力(破碎壁与物料之间只有法向正压力破碎力)，也就决定了圆锥机先天性缺陷——没有切向剪切破碎功能。
圆锥机虽然实现了全程作功而超越了颚破。但圆锥机如能同时具备剪切破碎功能，那圆锥机将更完美、更有效率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提升现有技术圆锥机的破碎效率，设计了一种结构简单、低成本，破碎效率更高的具有径向剪切破碎功能的圆锥机。
为了达到以上目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种具有径向剪切破碎功能的圆锥机，包括机架、定锥、动锥、轧臼壁和破碎壁，轧臼壁固定于定锥内侧，破碎壁固定于动锥外侧，破碎壁套设在轧臼壁内形成破碎腔，其特征在于，在圆锥机中设置一套限制动锥自由状运转的行星轮差转机构，该行星轮差转机构包括一对啮合运转的外齿圈和内齿圈。
本实用新型明显的结构特征是：在圆锥机中设置一套行星轮差速机构，内齿圈设置在机架上，外齿圈设置在动锥上，且两者啮合运转。
在现有技术下，圆锥机破碎腔的内、外壁线速度理论上是同步的(不考虑摩擦力和惯性力等)，所以破碎腔的内、外壁对物料只有法向正破碎压力，没有切向破碎力。
而本实用新型中，由于行星轮差速机构的作用，圆锥机破碎腔的内、外壁线速度是不同步的，内壁比外壁线速度要快，所以破碎腔的内、外壁对物料的破碎既有法向方向的挤压破碎力，又有切线方向的剪切破碎力。
在破碎机械中，剪切破碎机理要比挤压破碎机理优越，因为通常物料的物理特征是：抗剪切应力强度比抗挤压应力强度要小得多。所以处于剪切破碎机理下的破碎效果要比处于纯挤压破碎机理下更省功耗，更有效率。
我们还可以从仿生学中得到启示和印证。人类(包括动物)的进食咀嚼运动，总是以挤压为主，伴以切向小幅运动(即剪切运动)，这样的咀嚼效果最佳。
圆锥机的先天不足：就是它的破碎机理中没有剪切破碎机理。
圆锥机的作功原理是靠动锥设置偏心角，使动锥有一个凸面作周而复始地破碎作功。假如将动锥与偏心套设计为同一体，即偏心套转一圈，动锥也转一圈，那么它每转一圈，其磨损区就固定在凸面区。这凸面区会被迅速磨损，并且它的破碎效果与效率也会随着凸面区的磨损而迅速衰减。显然，这样的破碎设备是没有实用意义的，所以圆锥机的创始人把动锥设计为与偏心套成滑动磨擦副状(两者之间有一轴瓦，轴瓦靠充分润滑实现抗磨性)。这样，动锥与偏心套成自由状，偏心套高速运转而动锥基本不转。因此，破碎壁与物料之间只有法向的正压力破碎，而没有切向的剪切力破碎。
圆锥机的创始人为了使破碎壁能360°均匀磨损而不是在凸面固定磨损，将动锥与偏心套设计成自由状，圆锥机也就因此失去了(径向方向上的)剪切运动力。也就决定了圆锥机先天性缺陷——丧失了切向剪切破碎功能。
圆锥机只有挤压破碎功能而没有剪切破碎功能，是由现有技术圆锥机设计时的功能安排所决定的，不是设计者失误，而是出于无奈。
本实用新型弥补了现有技术圆锥机的这一先天性缺陷。
本实用新型运用内、外齿圈啮合运转的特性锁定动锥与定锥为恒比速同步运动，取代现有技术动锥与定锥之间原为不确定的自由状，并且利用行星轮直径与破碎腔直径的差异产生线速度差，来实现圆锥机的切向剪切破碎功能，是本实用新型的核心技术。
使圆锥机具有剪切破碎功能，是圆锥机技术上的一大跨越。
行星轮机构给破碎副带来的剪切运动机理分析如下(参见图5-图9)：
图5为本实用新型的行星轮差转机构示意图。L1是行星轮外圈，固定于机架 上，L2是行星轮内圈，固定于动锥，外圈的内齿与内圈的外齿的啮合运转，两者的线速度是恒定相同的(其中m为偏心距)。
图6为现有技术圆锥机的动锥和定锥的结构示意图。L3为定锥上轧臼壁，L4为动锥上破碎壁(m为偏心距)。为了方便分析，假设在紧边处，定锥破碎壁内壁与动锥破碎壁外壁始终是相切运动(实际上是相分离形成一个破碎腔)，如不考虑摩擦力和惯性力，也视为线速度是相同的。
图7为本实用新型的行星轮差转机构的行星轮内圈自转一圈时的位置示意图。行星轮机构中的行星轮中心O1绕机架中心O转一圈后，B点到了N位置(因线速度相等，故行星轮内圈自转一圈的弧长BCB等于行星轮外圈的弧长ADN)。
图8为现有技术圆锥机的动锥绕定锥的自转一圈时的位置示意图。动锥中心O1绕机架中心O转一圈后，B1点到了M位置(假设在破碎腔紧边处A1、B1相切，且动锥运动不考虑摩擦力和惯性力，也视为线速度相等，所以动锥绕定锥的自转一圈时的弧长B1C1B1等于定锥的弧长A1D1M)。
行星轮内圈直径比动锥直径小，故弧长比之要小。
图9为本实用新型圆锥机的动锥绕定锥自转一圈时动锥的位置示意图。在圆锥机破碎副中设置了行星轮后，L2与L4同为一体(同为动锥)，且L1与L3都是固定于机架上的。行星轮内圈L2沿外圈L1自转一圈，B点到了N位置，而圆锥机的动锥L4沿定锥L3自转一圈，B1到了M位置。又因为L2＝L4(是动锥上的同一体)，两者角速度相等，且L4的运动位置是由L2决定的(由内外齿圈啮合决定运动位置)。动锥上的M点就被拉到同一相位角的N处，这MN就是线速度差。即由这线速度差产生了剪切运动(剪切力)。
上述分析说明设置了行星轮机构后，L3、L4不再是线速度相同，而是L4慢于 L3运动，这就是剪切运动。剪切运动的大小由定锥直径与行星轮外圈直径两者的差值决定，差值越大位移越大，即剪切力越大，反之越小。由于L2的速度比L4慢，直观上看，它是在反转(如图示，当行星轮的内圈中心沿外圈作顺时针旋转时，则行星轮的内圈在作逆时针自转)。在破碎过程中，同时沿着给料方向作剪切运动的这一运动特征，对破碎作功极为有利。
有益效果：(1)本实用新型改圆锥机挤压破碎机理为剪挫破碎机理，使破碎机实现剪切破碎功能，这是具有革命性的进步，大幅度提高了破碎效率。
(2)避免飞车事故。圆锥机有一个常见事故就是飞车，即正常情况下，动锥一般不转动(理论上)，但实际上由于摩擦力和惯性力的存在，会有一个正向或反方的慢转速(一般5-15转/分)，遇到烧轴瓦或失油时动锥与驱动套会咬死一起转(250-350转/分)，这就是飞车。本实用新型将动锥与定锥之间用内、外齿圈啮合的差速固定运动，相对运动位置是确定的，不存在飞车。
(3)本实用新型在破碎壁表面设置了螺旋筋或网孔网状，除了配合上述线速度差实现剪切破碎功能以外，还具有折破、劈破、挤破等多种有效的破碎机理，对提高圆锥机破碎效率十分有利。
作为优选，所述内齿圈设置在机架上，外齿圈设置在动锥底部上。可根据不同类型圆锥机的特点，选择齿圈安装位置，这样对原结构改动不大。对老产品改造也容易。
作为上述方案的替换方案，所述内齿圈设置在机架上，外齿圈设置在动锥侧壁上。可根据不同类型圆锥机的特点，选择齿圈安装位置，这样对原结构改 动不大，对老产品改造也容易。
作为优选，动锥外侧破碎壁上和定锥内侧轧臼壁上均设置有至少一条呈螺旋状的筋条。
本实用新型的螺旋状破碎壁破碎性能的优越性在于：
首先，呈螺旋状的破碎壁相对于现有技术的实心光板式破碎壁来说，与物料的接触面更小，在总破碎力为定值的情况下，受力面积小则受力压强大。这一点对改善圆锥机的破碎性能非常有益。
其次，现有技术的实心光板状破碎壁表面是光滑平整的，物料受挤压后，会产生“滑移”，在“滑移”中物料并不产生实质性破碎。换言之，“滑移”现象在抵消破碎壁破碎冲程的作功效率。本实用新型破碎壁表面呈螺旋筋条状，极大限度地消除了“滑移”现象，提高了破碎壁的破碎作功效率，这一点也是螺旋状破碎壁的优越性。
再者，本实用新型改现有技术下的实心状光板式破碎壁仅以压碎为主的破碎机理为具有“劈碎、折碎、挫碎、剪碎”等多种破碎方式综合发挥作用的先进破碎机理。
1.劈碎功能：(物料处在带有尖棱、刀片状的金属表面并受到挤压时，尖棱或刀片楔入物料后会形成裂缝，物料内部就产生拉伸应力，当其达到拉伸强度极限时，则物料被劈裂破碎)。实心光板状破碎壁工作时，实际上主要是以压碎为基本功能的。而螺旋状破碎壁中的螺旋筋条具刀片状，对尺寸较大的物料破碎时，发挥的是劈碎功能。
2.折碎功能：(物料处在一侧带有一定间距的金属凸棱上，而通过对峙交错的另一侧的凸棱对其作挤压，物料就会产生弯曲变形，当其弯曲应力达到弯曲 强度极限时，则被折断破碎)。在破碎壁运行过程中，对于尺寸接近螺旋筋条尺寸的物料破碎时，发挥的是折碎功能。
3.挤碎功能：当物料尺寸临界于一侧齿板的齿条间距或孔径时，受到对侧挤压时就会产生挤碎(如挤牙膏)，受挤压的物料边缘会被剥离一小部分后被挤出，这就是挤碎。大部分尺寸较小的物料在螺旋状破碎壁的破碎腔里，会通过挤碎方式破碎。
总之，螺旋状破碎壁的破碎功能远比现有技术的实心光板破碎壁有效。
作为优选，动锥外侧破碎壁上和定锥内侧轧臼壁上均设置有一条呈螺旋状的筋条，动锥外侧破碎壁上的筋条螺旋方向与定锥内侧轧臼壁上的筋条螺旋方向相反。
本实用新型科学地运用了螺旋结构具有定向送力的特性(如动锥旋转方向从上往下看为顺时针方向时，其螺旋方向为左旋，而定锥则反之)，从而使圆锥机具有一种在破碎运动过程中自动排放物料的功能。
作为优选，动锥外侧破碎壁上和定锥内侧轧臼壁上均设有交叉布置的双螺旋状的筋条。所述双螺旋状的筋条交叉布置形成的格子区为菱形网孔。
破碎壁表面有网状结构的设置，从原理上看壁面粗糙度增加，摩擦力增大，实际上犹如一副很好的组合挫刀和剪刀，具有充分的挫、剪破碎功能，增加了整个破碎副的咬合力，从而有效地提升了颚式破碎机的整体破碎能力。
破碎壁制造过程中，要进行淬火热处理工序，即把加温至炽热的破碎壁浸入水中快速冷却，以达到淬火硬化的目的。本实用新型将破碎壁设置了密密麻麻的网状孔群，大大增加淬火破碎壁与水的接触面积，增强淬火工艺中的淬透性，从而提高了破碎壁的硬度和耐磨性，延长了使用寿命。
破碎壁的网孔可以为通孔。此时，破碎壁背面需设置出料通道。通孔为本实用新型网孔设计的首选实施方式，其中小于通孔直径的规格尺寸物料能够提前退出破碎，使得破碎不会过度。
网孔也可以为盲孔。在达到本实用新型主要特性前提下，盲孔也是可以作为本实用新型网孔设计的实施方式。
附图说明
图1为本实用新型的一种结构示意图；
图2为本实用新型的另一种结构示意图；
图3为本实用新型的行星轮差转机构结构图；
图4为本实用新型破碎壁的一种结构示意图；
图5为本实用新型的行星轮差转机构示意图；
图6为现有技术圆锥机的动锥和定锥的结构示意图；
图7为本实用新型的行星轮差转机构的行星轮内圈自转一圈时的位置示意图；
图8为现有技术圆锥机的动锥绕定锥的自转一圈时的位置示意图；
图9为本实用新型圆锥机的动锥绕定锥自转一圈时动锥的位置示意图。
图中：1-定锥，2-动锥，3-筋条，4-网孔，5-机架，6-外齿圈，7-内齿圈，8-电动机，9-传动轴，10-圆锥齿轮，11-偏心轴套，12-主轴，13-球面轴承，14-立轴。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。
实施例1：如图1和图3所示，一种具有径向剪切破碎功能的破碎壁，包括机架5，机架5上安装有电动机8，电动机8连接有传动轴9。传动轴9连接有圆锥齿轮10，并通过圆锥齿轮10带动偏心轴套11旋转。主轴12自由地插在偏心轴套11的锥形孔中。动锥2固装在主轴12上并支撑在球面轴承13上。定锥1设置在机架5上，定锥1和动锥2套设形成破碎腔。
动锥2底部上设置有外齿圈6，机架5上设置有内齿圈7，外齿圈6和内齿圈7啮合运转形成行星轮差转机构，限制动锥2自由状运转。
外齿圈6的环状中心线位于动锥2中心线上；内齿圈7的环状中心线位于定锥1中心线。
实施例2：如图2和图3所示，一种具有径向剪切破碎功能的破碎壁，包括机架5，机架5上安装有电动机8，电动机8连接有传动轴9。传动轴9连接有圆锥齿轮10，并通过圆锥齿轮10带动偏心轴套11旋转。立轴14固定在机架5上，偏心轴套11套设在立轴14上。动锥2由球面轴承13支撑自由地套在偏心轴套11外。定锥1设置在机架5上，定锥1和动锥2套设形成破碎腔。
动锥2下端侧壁上设置有外齿圈6，机架5上设置有内齿圈7，外齿圈6和内齿圈7啮合运转形成行星轮差转机构，限制动锥2自由状运转。
外齿圈6的环状中心线位于动锥2中心线上；内齿圈7的环状中心线位于定锥1中心线。
实施例3：如图4所示，定锥1内侧固定有轧臼壁，动锥2外侧固定有破碎 壁，破碎壁套设在轧臼壁内形成破碎腔。动锥2外侧破碎壁上和定锥1内侧轧臼壁上均设置有一条呈螺旋状的筋条3。动锥2外侧破碎壁上的筋条3螺旋方向与定锥1内侧轧臼壁上的筋条3螺旋方向相反。其余同实施例1。
实施例4：如图4所示，动锥2外侧破碎壁上和定锥1内侧轧臼壁上均设有交叉布置的双螺旋状的筋条3。其余同实施例2。
实施例5：如图4所示，双螺旋状的筋条3交叉布置形成的格子区为菱形网孔4。网孔4为通孔。其余同实施例4。
实施例6：如图4所示，网孔4为盲孔。其余同实施例3。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域中的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有径向剪切破碎功能的圆锥机，包括机架、定锥、动锥、轧臼壁和破碎壁，轧臼壁固定于定锥内侧，破碎壁固定于动锥外侧，破碎壁套设在轧臼壁内形成破碎腔，其特征在于，在圆锥机中设置一套限制动锥自由状的行星轮差转机构，该行星轮差转机构包括一对啮合运转的外齿圈和内齿圈。
2.根据权利要求1所述的一种具有径向剪切破碎功能的圆锥机，其特征在于，所述内齿圈设置在机架上，外齿圈设置在动锥底部上。
3.根据权利要求1所述的一种具有径向剪切破碎功能的圆锥机，其特征在于，所述内齿圈设置在机架上，外齿圈设置在动锥侧壁上。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种具有径向剪切破碎功能的圆锥机，其特征在于，动锥外侧破碎壁上和定锥内侧轧臼壁上均设置有至少一条呈螺旋状的筋条。
5.根据权利要求4所述的一种具有径向剪切破碎功能的圆锥机，其特征在于，动锥外侧破碎壁上和定锥内侧轧臼壁上均设置有一条呈螺旋状的筋条，动锥外侧破碎壁上的筋条螺旋方向与定锥内侧轧臼壁上的筋条螺旋方向相反。
6.根据权利要求4所述的一种具有径向剪切破碎功能的圆锥机，其特征在于，动锥外侧破碎壁上和定锥内侧轧臼壁上均设有交叉布置的双螺旋状的筋条。
7.根据权利要求6所述的一种具有径向剪切破碎功能的圆锥机，其特征在于，所述双螺旋状的筋条交叉布置形成的格子区为菱形网孔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Yiwu Lingfeng Intellectual Property Service Co.,Ltd. Assignor: YIWU B&W MINING MACHINERY Co.,Ltd. Contract record no.: X2021330000253 Denomination of utility model: A cone machine with radial shear crushing function Granted publication date: 20121017 License type: Common License Record date: 20210904 |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20121017 |