TW201311993A - 振動顎式破碎機 - Google Patents

Abstract

本發明振動顎式破碎機包括一機架體、一固定顎襯板、一活動顎組件、一振動激振器機構、一非線性彈性支承組件和一液壓式間隙調整保護機構。振動顎式破碎機能將活動顎組件的作動動力利用慣性振動力滿足破碎礦石的需要，增大碎比值和生產量，降低能耗量。更使活動顎組件的運動軌跡由上往下有著不同的變化著，因此對石塊不但能起壓碎、劈碎和輾碎作用。

Description

振動顎式破碎機

本發明是關於一種破碎機，尤指一種振動顎式破碎機，其將開採所得的天然的石料按一定尺寸進行破碎加工的機械，且廣泛使用在冶金、礦山、建材、化工、煤炭等行業。

複擺顎式破碎機主要是由兩塊顎板(活動顎板和固定顎板)組成。活動顎板對固定顎板週期性的往復運動，時而靠近，時而分開，由此使裝在二顎板間的石塊受到擠壓、劈裂和彎曲作用而破碎。由於結構簡單、製造容易、工作可靠、使用維修方便等優點非常廣泛地為工程界使用。

複擺顎式破碎機的活動顎，是直接懸掛在偏心軸上，受到偏向軸的直接驅動。活動顎的底部用一塊推力板支撐在機架的後壁上。所以活動顎板一方面對定顎作往復擺動，可同時做上下擺動，活動顎上每一點的運動軌跡並不一樣，顎板上各點的擺動軌跡是由頂部的接近圓形連續變化到下部的橢圓形，越到下部的橢圓形越扁，動顎的水平行程則由下往上越來越大的變化著，因此對石塊不但能起壓碎、劈碎，還能起輾碎作用。由於偏心軸的轉向是逆時針方向，動顎上各點的運動方向都有利於促進排料，因此破碎效果好，破碎率較高、產品粒度均勻且多呈立方體而適合破碎中硬度石料。由於這類破碎機工作時，活動顎各點上的運動軌跡比較複雜，故稱為複雜擺動型顎式破碎機，簡稱複擺式顎式破碎機(顎破)。

目前傳統複擺顎式破碎機的破碎方式都被侷限於定顎和動顎所組合的工作表面形成的破碎腔中。

換言之破碎腔內由定顎和動顎所形成的封閉體積及體積改變的方式，是產生破碎過程的主要關鍵。

就現代破碎理論而言，物料破碎的過程中需要物料顆粒之間不斷改變方位，以承受在破碎腔中交變的擠壓、剪切應力。在等強度顆粒中，那些晶格缺陷與剪切力方向重合的顆粒被破碎。物料破碎室內相互推擠，若此刻向物料層施加定量的壓力，可以使物料層適當地壓實，並使物料承受多方位的擠壓，由於物料顆粒之間相互作用，從而實現“料層粉碎”。所謂料層粉碎是基於物料顆粒越小，晶格缺陷越少，強度越大，因此強度大的小顆粒可破碎相鄰的強度小的大顆粒。這樣物料主要沿晶格間的區域破碎而不破碎晶體本身，破碎後的物料具有最低過粉碎，從而實現了物料的“選擇性破碎”，可輕鬆破碎抗壓強度介於200~360Mpa的物料。根據破碎理論，對於堅硬難破物料，利用頻繁碰撞對物料施加巨大的衝擊能量和衝擊力，也能達到良好的破碎效果。

顎式破碎機是由美國人佈雷克E. W. Blake發明的。自第一台顎式破碎機問世以來，至今已有140餘年的歷史。其機器結構已難滿足現代破碎理論。歷年來改良而發展出液壓式、無磨削、衝擊式、直接驅動式、雙腔式和定顎、動顎協同振動顎式破碎機。綜合其運動原理大致形成三大分類：動顎複雜擺動運動軌跡、動顎簡單擺動運動軌跡和動顎綜合擺動運動軌跡。

上述各類顎式破碎機均具有下列缺點：

1.由於動顎的複雜擺動運動軌跡，使物料不僅受到擠壓作用，還受到部分的磨剝作用，加劇了物料過粉碎現象，增加能量消耗，產生粉塵較大，顎板比較容易磨損。

2.動顎簡單擺動運動軌跡，動顎上每點都以心軸為中心的圓弧靠近中心軸圓弧較小，遠離中心軸圓弧較大。有破碎效率低、破碎比小於6的缺點。

3.動顎綜合擺動運動承襲簡單、複雜運動所產生的軌跡，現有複合動作的缺點：垂直行程大於水準行程，下端襯板消耗嚴重，一般甚少使用。

4.振動顎式破碎機為雙動顎對稱(垂直或水平)佈置形式，在振動衝擊工況下，振動顎式破碎機機件承受的振動、衝擊最劇烈，消耗的能量也大。另外，強烈的振動衝擊過程對彈簧、動顎動力擺和軸承設計要求較高，也是振動顎式破碎機開發中應當解決的重要問題。

本發明人有鑑於傳統顎碎機基本存在的缺點，改良其不足與缺失，進而提出一種振動顎式破碎機。

本發明振動顎式破碎機，主要改變觀點維持既有動顎的複雜擺動運動軌跡再配合增加的單質體近共振系統，產生動顎綜合擺動運動改善動顎運動軌跡，更有別於其他振動顎式破碎機為雙動顎對稱(垂直或水平)佈置形式，保有顎碎機的特點和增加單動顎近共振系統振動，完成運動作動動力的改善。

為達上述目的，令前述振動顎式破碎機包含：一機架體，係呈為中空，其後端上形成一機架，且前端上形成一固定座，機架體另具有二相對側板，在兩側板上設置有一軸承座，在軸承座上設置有一偏心軸；一固定顎襯板，係固定於機架體的機架上；一活動顎組件，係設置在偏心軸上，受到偏心軸的轉動並而使活動顎擺動，且與固定顎襯板之間形成一破碎腔，且具有一活動顎以及一活動顎襯板，該活動顎以其上端穿套樞設在該偏心軸上，該活動顎襯板固定在活動顎上；一振動激振器機構，係設置在活動顎組件上，可激發活動顎組件進行振動，且具有一底座、一傳動軸以及複數不平衡塊，該底座固定在活動顎且背對破碎腔，該傳動軸以可轉動方式橫向設置在底座上，該複數不平衡塊以偏心方式固定在傳動軸上且不可相對傳動軸轉動；至少一非線性彈性支承組件，係設置在活動顎與偏心軸之間；以及一液壓式間隙調整保護機構，係設置在機架體固定座與活動顎組件之間。

前述液壓式間隙調整保護機構具有：一彈性推抵板，係樞設在活動顎下端，並使活動顎下端靠近固定顎襯板，以使得該破碎腔呈上闊下窄；一間隙調整座塊，係樞設在彈性推抵板相對活動顎的一端上；一調整液壓缸，係設置在該間隙調整座塊上，且可進行伸縮以改變長度；以及一液壓缸連接座，係設置在調整液壓缸相對間隙調整座塊的一端上，且與機架體的固定座樞接。

前述彈性推抵板上設置有至少一彈簧。

前述彈性推抵板上設置有複數並列的彈簧。

前述振動激振器機構振動頻率比小於或是等於2。

前述該非線性彈性支承組件具有一內環、一外環以及複數板狀簧，該內環套設於偏心軸上；該外環與活動顎上端連接且穿套在內環上；該複數板狀簧設置在外環以及內環之間，並且提供徑向彈力使得外環與內環在徑向上相隔一距離。

前述非線性彈性支承組件的板狀簧呈L形。

藉由上述技術手段本發明具有下列優點：

1.因工作原理和結構特點，使振動顎式破碎機的生產能力提高。

2.因為振動顎式破碎機相關組件在組裝和結構上的變更，在使用和製造上的優點如下：a.因構造上的改變，導致在顎式破碎機整體重量上減少將近2%。b.活動顎31使用非線性彈性支承組件50代替軸承，無需潤滑系統降低生產成本。c.液壓式間隙調整保護機構60使用彈簧610等彈性元件增加緩衝與過載保護功能。

3.利用近共振非線性系統原理，適當頻率比時可降低能量消耗。

以下配合圖式及本發明的較佳實施例，進一步闡述本發明為達成預定目的所採取的技術手段。

請參照圖1到圖7，本發明振動顎式破碎機包含有：一機架體10、一固定顎襯板20、一活動顎組件30、一振動激振器機構40、至少一非線性彈性支承組件50以及一液壓式間隙調整保護機構60。

該機架體10係呈四方體配置，且為中空，其後端上形成一機架12，且前端11上形成一固定座13，機架體10另具有二相對側板15，在兩側板15上分別設置有一軸承座14，在軸承座14上以可轉動方式設置有一偏心軸16。偏心軸16上的一偏心區段160呈偏心狀態，以致於偏心軸16轉動時偏心區段160進行偏擺。

該固定顎襯板20係利用螺栓和彈性元件固定於機架體10的機架12上。

該活動顎組件30係設置在偏心軸16上，受到偏心軸16的轉動並而使活動顎30擺動，與固定顎襯板20之間形成一破碎腔300，且具有一活動顎31、一活動顎護板32、一活動顎襯板33、一壓塊34、一緊固螺栓341、一彈性元件342。

該活動顎31以其上端穿套樞設在該偏心軸16上。

該活動顎護板33設置在活動顎31上且面向破碎腔300。

該活動顎襯板33固定在活動顎31上且面向破碎腔300。

該壓塊34設置在活動顎31上且面向破碎腔300。

該緊固螺栓341貫穿壓塊34以及活動顎31。

該彈性元件342穿套在緊固螺栓341上且位於活動顎31背對破碎腔300的一側上，使緊固螺栓341將壓塊34迫緊於活動顎31上。

該振動激振器機構40設置在活動顎組件30上，可激發活動顎組件30進行振動，且具有一底座41、一傳動軸42以及複數不平衡塊43。

該底座41固定在活動顎31背對破碎腔300的一側上。

該傳動軸42以可轉動方式橫向設置在底座41上，且傳動軸42一端上可固定一皮帶輪421以供安裝傳動皮帶而連結到一外部動力源。

該複數不平衡塊43係以偏心方式固定在傳動軸42上且不可相對傳動軸42轉動。各不平衡塊43具有一框架431、一配重塊432以及複數彈簧433。該框架431與配重塊432係相互組裝並且環繞固定於傳動軸42上。該複數彈簧433設置在框架431以及配重塊432之間，使配重塊432可相對框架431沿著傳動軸42的徑向進行往復運動，當傳動軸42轉動時，不平衡塊43產生慣性力，該慣性力經過底座41並且傳遞到活動顎組件30，使得活動顎組件30產生振動，加強振動顎式破碎機的破碎效果。

此外，振動激振器機構40的振動頻率比()小於或是等於2。ω₀為振動激振器機構40的固有頻率，而ω則為工作頻率。

該非線性彈性支承組件50係為環型結構，具有一內環51、一外環52以及複數板狀簧53。

該內環51套設於偏心軸16上。

該外環52與該活動顎上端連接且穿套在內環51上。

該複數板狀簧53可為大致上呈L形的彈性板體，設置在外環52以及內環51之間，並且提供徑向彈力使得外環52與內環51在徑向上相隔一均勻距離，達到緩衝保護作用具有圓周運動拘束性及防衝擊的功能。

該液壓式間隙調整保護機構60係設置在機架體10固定座13與活動顎組件30之間，且具有一彈性推抵板61、一間隙調整座塊62、一調整液壓缸63以及一液壓缸連接座64。

該彈性推抵板61係樞設在活動顎31下端，利用彈性推抵板61使活動顎31下端靠近固定顎襯板20，形成該上闊下窄的破碎腔30，進行物料的破碎。彈性推抵板61上可設置有至少一彈簧610以使彈性推抵板61本身能夠伸展與壓縮，藉此提供活動顎組件30緩衝與過載保護效果，避免活動顎組件30被過大或是過於堅硬的物料所卡死與損害。此外，彈性推抵板61可具有複數並列的彈簧610。

該間隙調整座塊62樞設在彈性推抵板61相對活動顎31的一端上。

該調整液壓缸63設置在該間隙調整座塊62上，且可進行伸縮以改變長度。

該液壓缸連接座64設置在調整液壓缸63相對間隙調整座塊62的一端上，且與機架體10的固定座13樞接。

以下將說明本發明之動作原理說明：振動機械一般由激振器、工作機體、阻尼器和彈性元件所組成，激振器是振動機械成敗的關鍵所在，激振器可產生單向的或多向的，簡諧的或非簡諧的激勵力。若就單軸慣性振動機械只在x-y平面上簡單運動之系統而言，作用於振動質體上的力包括機體慣性力、阻尼力、彈性力和激振力，在振動的每一個瞬間，總合力為零(力平衡原則)，因此x-y平面上質心點在x、y軸方向運動平衡方程式，可寫成

Jθ+C _Y θ+K _Y θ=T _θ=J ₀θ+F _Y (t)-F _x (t)

式中m為活動顎組件30的質量體、m ₀為不平衡塊43的質量、F _Y (t)=m ₀ rω²為通過活動顎組件30的質量中心沿Y軸方向的激振力、F _X (t)=m ₀ rω²為通過活動顎組件30的質量中心沿X軸方向的激振力、C _Y 為通過活動顎組件30的質量中心沿Y軸方向的阻尼力、C _X 為通過活動顎組件30的質量中心沿X軸方向的阻尼力、K _Y 為通過活動顎組件30的質量中心沿Y軸方向的彈性力、K _X 為通過活動顎組件30的質量中心沿X軸方向的彈性力。

若阻尼力、彈性力忽略不計，則機架體10慣性力mω² A和不平衡塊43慣性力m ₀ rω²互相平衡，則活動顎組件30運動平衡方程式，可寫成(參考圖5)：m =m ₀ +F _X (t)、m =m ₀ +F _Y (t)、(J+J ₀)θ=m ₀ rω²(Y _e cosωt-X _e sinωt)

解析振幅和扭振角振幅結果，活動顎組件30的振幅

在活動顎組件30上任意一點P的運動方程式為：

Y _P =Y ₀-θL _PX =(A _Y -A _{θ X} L _PX )sinωt-A _{θ Y} L _PX cosωt

X _P =X ₀+θL _PY =(A _X +A _{θ Y} L _PY )cosωt+A _{θ X} L _PY sinωt

在經座標轉換從X _V 、Y _V 軸系換成X、Y軸系(參考圖5)則可求的動顎入料口端M ₁、出料口端M ₂位移。因激振慣性力不通過活動顎31質心，振動系統的耦合效應會使動顎入料口端、出料口端位移在水平方向移動量增加行成橢圓軌跡，又因K ₁＞＞K ₂使出料口端的水平方向移動量大於入料口端，滿足顎碎機動顎的水平行程則由下往上越來越大的實際需求。

在顎式破碎機活動顎31運動軌跡方面如圖5中設OA為偏心軸16偏心距E、O ₁ B為活動顎31肘板長度T、OO ₁為X'方向、OO ₁為機架安裝高度H、AB長度P、AB ₂為活動顎31作用延伸線、B ₁ B ₂為活動顎襯板33裝於活動顎31長度N ₃、AB ₁長度N ₂、M ₁ B ₁長度N ₁、M ₂ B ₂長度N ₄、AO ₁為S、∠AOO ₁=θ、∠OO ₁ A=Φ、∠AO ₁ B=Ψ、∠ABO ₁=γ、∠YOY'=θ₀、過A點作OO ₁平行線與線段夾角θ₂。以X'Y'為座標軸時根據運動定律可得活動顎31入料口端(上端)、出料口端(下端)的座標關係為：

動顎入料口端：=Ecosθ+N ₁cosθ₂-N ₂sinθ₂，=Esinθ+N ₁sinθ₂+N ₂cosθ₂

動顎出料口端：=Ecosθ+N ₃cosθ₂-N ₄sinθ₂，=Esinθ+N ₃sinθ₂+N ₄cosθ₂

實際活動顎31入料口端、出料口端位移為兩種動作軌跡的總合，使得活動顎31出料口端的水平方向移動量比傳統複擺式顎碎機大，提高工作效率。

一般振動機械都具有結構簡單、成本小和能耗少的特點，當然也存在近共振頻率時振幅不穩定、穩態振幅調整複雜的缺點。所以適當的振動頻率比是本發明成敗的主要關鍵。

藉由上述技術手段本發明具有下列優點：

1.因工作原理和結構特點，使振動顎式破碎機的生產能力提高。

2.因為振動顎式破碎機相關組件在組裝和結構上的變更，在使用和製造上的優點如下：

a.因構造上的改變，導致在顎式破碎機整體重量上減少將近2%。

b.活動顎31使用非線性彈性支承組件50代替軸承，無需潤滑系統降低生產成本。

c.液壓式間隙調整保護機構60使用彈簧610等彈性元件增加緩衝與過載保護功能。

3.利用近共振非線性系統原理，適當頻率比時可降低能量消耗。

4.能在重負荷下起動。

本發明的主要觀點是通過維持既有活動顎31的複雜擺動運動軌跡再配合單質體近共振系統，產生活動顎31綜合擺動運動改善活動顎31運動軌跡，更有別於其他傳統振動顎式破碎機為雙動顎對稱(垂直或水平)佈置形式，保有顎碎機的特點僅單活動顎近共振系統振動，完成運動作動動力的改善。

此外，本發明改變活動顎31的傳動關係，使活動顎31的擺動軌跡複雜化，能增加振動顎式破碎機的生產能力。

再者，本發明活動顎31使用非線性彈性支承組件50代替軸承，拘束活動顎31入料端產生過大的耦合效應，同時減緩活動顎31對偏心軸16的衝擊，安裝於活動顎31底端的彈性推力板61利用並列的壓縮螺旋彈簧610，施以預力調整將螺旋彈簧610固定於兩固定塊中，除具備原本推力板作用外同時具有異物侵入破碎腔時的伸縮保護功能。振動激振器機構40如圖6所示由該複數不平衡塊43安裝於傳動軸42產生慣性力經由和活動顎31緊固的底座41帶動活動顎組件30產生振動。

簡言之，本發明振動顎式破碎機相較於傳統的顎式破碎機具有以下優點：

1.振動破碎機總重量減輕。

2.出料端水平位移量增加，可減少物料過度磨耗。

3.入料端水平位移量增加，可增加生產能力。

10．．．機架體

11．．．前端

12．．．機架

13．．．固定座

14．．．軸承座

15．．．側板

16．．．偏心軸

160．．．偏心區段

20．．．固定顎襯板

30．．．活動顎組件

300．．．破碎腔

31．．．活動顎

32．．．活動顎護板

33．．．動顎襯板

34．．．壓塊

341．．．緊固螺栓

342．．．彈性元件

40．．．振動激振器機構

41．．．底座

421．．．皮帶輪

42．．．傳動軸

43．．．不平衡塊

431．．．框架

432．．．配重塊

433．．．彈簧

50．．．非線性彈性支承組件

51．．．內環

52．．．外環

53．．．板狀簧

60．．．液壓式間隙調整保護機構

61．．．彈性推抵板

610．．．彈簧

62．．．間隙調整座塊

63．．．調整液壓缸

64．．．液壓缸連接座

圖1是本發明正面視圖。

圖2是本發明省略一側板之側面視圖。

圖3是本發明機架體以及固定顎襯板之側面視圖。

圖4是本發明活動顎組件與液壓式間隙調整保護機構側面視圖。

圖5是本發明活動顎組件運動結構分析示意圖。

圖6是本發明一振動激振器機構側面視圖。

圖7是本發明液壓式間隙調整保護機構放大側面視圖。

40．．．振動激振器機構

41．．．底座

42．．．傳動軸

431．．．框架

432．．．配重塊

433．．．彈簧

Claims (7)

1. 一種振動顎式破碎機，其包含：一機架體，係呈為中空，其後端上形成一機架，且前端上形成一固定座，機架體另具有二相對側板，在兩側板上設置有一軸承座，在軸承座上設置有一偏心軸；一固定顎襯板，係固定於機架體的機架上；一活動顎組件，係設置在偏心軸上，受到偏心軸的轉動並而使活動顎擺動，且與固定顎襯板之間形成一破碎腔，且具有一活動顎以及一活動顎襯板，該活動顎以其上端穿套樞設在該偏心軸上，該活動顎襯板固定在活動顎上；一振動激振器機構，係設置在活動顎組件上，可激發活動顎組件進行振動，且具有一底座、一傳動軸以及複數不平衡塊，該底座固定在活動顎且背對破碎腔，該傳動軸以可轉動方式橫向設置在底座上，該複數不平衡塊以偏心方式固定在傳動軸上且不可相對傳動軸轉動；至少一非線性彈性支承組件，係設置在活動顎與偏心軸之間；以及一液壓式間隙調整保護機構，係設置在機架體固定座與活動顎組件之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的振動顎式破碎機，其中液壓式間隙調整保護機構具有：一彈性推抵板，係樞設在活動顎下端，並使活動顎下端靠近固定顎襯板，以使得該破碎腔呈上闊下窄；一間隙調整座塊，係樞設在彈性推抵板相對活動顎的一端上；一調整液壓缸，係設置在該間隙調整座塊上，且可進行伸縮以改變長度；以及一液壓缸連接座，係設置在調整液壓缸相對間隙調整座塊的一端上，且與機架體的固定座樞接。
3. 如申請專利範圍第2項所述的振動顎式破碎機，其中彈性推抵板上設置有至少一彈簧。
4. 如申請專利範圍第2項所述的振動顎式破碎機，其中彈性推抵板上設置有複數並列的彈簧。
5. 如申請專利範圍第1項所述的振動顎式破碎機，其中振動激振器機構振動頻率比小於或是等於2。
6. 如申請專利範圍第1項所述的振動顎式破碎機，其中該非線性彈性支承組件具有一內環、一外環以及複數板狀簧，該內環套設於偏心軸上；該外環與活動顎上端連接且穿套在內環上；該複數板狀簧設置在外環以及內環之間，並且提供徑向彈力使得外環與內環在徑向上相隔一距離。
7. 如申請專利範圍第6項所述的振動顎式破碎機，其中該非線性彈性支承組件的板狀簧呈L形。