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摘 要：本文主要针对破碎机增加切削装置的可行性展开了探讨，从三个方面详细阐述了在破碎机上增加切削装置的操作及相应的计算，并分析了实现这一举措的可行性，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词：破碎机；切削装置；可行性破碎机经过长时间的运作后，容易出现设备的磨损问题，而当前解决磨损问题的主要办法就是将设备拆除再进行修复加工。虽然能取得良好的成效，但是却存在着耗时耗力的缺点，且费用较大。因此，是否可以采用其他的办法取代成为相关人员所要解决的问题。基于此，本文就破碎机增加切削装置的可行性进行了探讨，相信为破碎机磨损的修复问题能起到一定的帮助作用。
1 在滚筒破碎机上切削加工滚筒
1.1 滚筒的切削装置
滚筒破碎机滚筒轴上的一只皮带轮，用于带动滚筒做旋转运动。用滚筒破碎机上的电机来带动滚筒作旋转运动，虽然不需另外配电机等动力装置，但因滚筒破碎机上的电机功率大，则浪费大、不经济。所以，在滚筒破碎机底座上增加一个适当的动力传动装置，就可以带动滚筒作旋转运动。
一个完整的切削装置必须有主运动和辅助运动才能进行。根据传动原理，确定带动滚筒运动的动力传动装置由电机、三角带和减速器组成。把安装电机和减速器的底座安装在滚筒破碎机机架底座的一边，另一边则安装类似车床上的中拖板和小拖板，小拖板上装有车刀的车架，这样就构成了一个完整的切削装置。传动系统如图1所示。
然后合理选择切削三要素，即切削深度t、切削进给量s、切削速度v，就可以实现在滚筒破碎机上切削加工滚筒的磨损工作面。
1.2 切削力的计算
切削金属时，车刀会受到一个阻其前进的阻力，即切削力，由垂直切削力Pz、轴向力Px、径向力Py三部分组成，如图1所示。其中垂直切割对动能的消耗最大，仅比切削力小6%左右，是计算切削所需功率的主要依据，垂直切削力Pz可用粗略估算公式计算：
Pz=k·t·s
式中：k为切割系数；t为切削深度，mm；s为切削进给量，mm/r。
灰铸铁HB=200～220时，k=120。一般正常切削深度为3～7mm，因滚筒的工作面磨损程度不一，且磨损易集中在已磨损的表面，使得磨损地方的沟槽越磨越深。所以，当磨损表面处的沟槽达到4mm左右时，就要对其进行切削加工，否则会使磨损底阀沟槽越磨越深、甚至滚筒报废，故取t=4mm。进给量车床加工金属时一般为0.1～1，取s=0.6mm/r。则切削力为Pz=288kg。
实际切削力应为以加工工件材质、切削用量、刀具角度等估算出的切削力乘上一个修正系数，来减少估算误差。但上述影响切削力的因素不确定，难以估算，为方便起见，通常把上述因素的修正系数定为1，即以估算出的切削力来计算切削时所需的功率。
1.3 切削功率的计算
以φ500型滚筒破碎机为例计算切削功率。切削功率Nt为：
Nt=Pz·v/6120
式中：v为切削速度，m/min；6120为切削功率计算常数值。
由图1可计算出各轴的转速：蜗杆转速n1=1450×D1/D2=1450×120/100=1740r/min；涡轮转速n2=n1/i=58r/min；滚筒轴转速n3=n2×D3/D4=58×150/500=17.4r/min。式中：1450为电机转速；i为减速比，i=30。
故切削功率Nt=1.285kW。
1.4 切削所需动力功率的计算
切削所需动力功率N为：
N=Nt/η
η=η1·η2·η3
式中：η为传动总效率；η1为电机到蜗杆带传动效率；η2为蜗杆传动效率；η3为涡轮轴到滚筒軸带传动效率。
查资料有η1=η3=0.96、η2=0.725，则η=0.668。故动力功率N=1.92kW。
取电机功率N=2.2kW，型号Y100L1-4。
2 切削时进给量的进给方式
车削的目的是去除滚筒工作面上磨损产生的沟槽，保证滚筒破碎机的工作质量。因滚筒的表面硬度高，切削时进给量不能多，否则会因切削力过大而损坏刀具或使皮带打滑。如用机械传动形式来实现进给，虽然进给均匀、皮带不会打滑，但传动系统复杂、结构体积大、费用较高。因此切削时进给采用人工操作来实现，不仅易实现进给，而且操作简单灵活，还可以根据切削过程中的实际情况来及时调整进给量的大小，能最低限度地减少刀具的损坏，节约维修费用，并能保证切削的顺利进行。
3 蜗杆传动的设计
从传动系统图（图1）可知，能否顺利实现切削，涡轮减速机是关键部位。涡轮减速机选的太大没有必要，若选的太小又不能保证切削的正常运行。下面对涡轮减速机进行设计和有关强度校核计算。
3.1 蜗杆传动的实效形式和设计原则
蜗杆传动效率低，相对滑动速度大，发热量大，容易发生胶合和磨损。目前对胶合和磨损的计算还缺乏可靠的方法和数据，因而对闭式传动通常按齿面接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。由于蜗杆轴支承跨距大、刚性差，需对蜗杆轴进行刚度校核。
3.2 按涡轮齿面接触疲劳强度计算
滚筒破碎机上的滚筒虽然磨损快，但每月切削次数少，一般3～4次。现以φ500型滚筒破碎机为例，所配电机功率2.2kW、转速1450r/min，减速机工作寿命10年、每月工作4次、每次工作2小时，计算和校核蜗杆传动。
（1）按i=30，取蜗杆头数z1=1，则涡轮齿数z2=30，蜗杆用40cr，表面淬火HRC45～55，涡轮用铸造锡青铜ZQSn10-1。
（2）作用在涡轮上的扭矩为：
T2=9.55×106×p2/n2=2.52×105N·mm式中：9.55×106是为常数值；p2为作用在蜗杆上的功率。 （3）荷载稳定系数为KB=1，设涡轮圆周速度v≤3m/s，取涡轮圆周速度系数Kv=1.05，则载荷系数K为：
K=KB·KV=1.05
（4）查资料[σ]OH=200MPa，应力循环次数为N=3.36×106。
寿命系数为：
许用接触应力为：
[σ]H=ZV·[σ]OH=229.4MPa
（5）查资料弹性模量Ze=160MPa1/2，则模数m和直径系数q为：
查资料得m=5，q=12。
（6）验证涡轮圆周速度v为：
式中：λ为导程角；Z2为涡轮齿数；m为模数；n2为涡轮转速；60、100为计算常数。
（7）啮合效率μ
式中：Z1为蜗杆头数。
则滑动速度vs为：
取当量摩擦角ψv=1.13°
则啮合效率为：
（8）验算m3q值
式中：T2为涡轮轴工作转距；P为功率；η1为皮带传动效率；η2为齿轮传动效率。
可行。
3.3 校核涡轮齿根弯曲疲劳强度
查资料[δ]OF=64MPa
寿命系数为：
则许用弯应力为：
当量齿数为：
式中：Z2为涡轮齿数；λ为导程角。
查资料得涡轮齿形系數YF=1.75。
弯曲应力为：
式中：m为模数；Z2为涡轮齿数。
δF<[δ]F，可行。
3.4 校核蜗杆的刚度
蜗杆受力分析如图2所示。
圆周力为：
式中：T1为作用在涡轮的圆周力矩；9.55×106为常数；2.2为电机功率；0.96为效率；5为模数；12为涡轮齿数；1740为蜗杆转速。
径向力为：
通常把蜗杆螺纹部分看做以蜗杆齿根圆直径的轴段进行刚度计算校核，最大挂度y可用下列公式计算：
式中：L为蜗杆跨度，L=150mm；E为蜗杆材料的弹性惯量，E=20600MPa；I为蜗杆危险界面的惯性距，I=πd14/64=6.358×104mm4；[y]为许用最大挠度，一般取[y]
可行。
4 结语
破碎机在众多行业领域内都有着广泛的应用，因此，对其磨损的修复能否更为高效将会对破碎机的进一步发展应用有着决定性的作用。综上所述，在破碎机上直接加装切削装置将可以大大提高机器的运作效率，我们需要针对实际情况，结合合适的机型尺寸，实现切削装置的顺利安装。
参考文献
[1] 文海鹏.主滚筒轴键槽加工技巧[J].金属加工（冷加工）.2011（18）.
[2] 张科、孔凡玉.不锈钢薄钣轧机滚筒轴线检测[J].测绘与空间地理信息.2009（03）.
[3] 邱敏、邓政峰、吴乐辉.冲击式破碎机故障的应急处理[J].水泥.2012（09）.
关键词：破碎机；切削装置；可行性破碎机经过长时间的运作后，容易出现设备的磨损问题，而当前解决磨损问题的主要办法就是将设备拆除再进行修复加工。虽然能取得良好的成效，但是却存在着耗时耗力的缺点，且费用较大。因此，是否可以采用其他的办法取代成为相关人员所要解决的问题。基于此，本文就破碎机增加切削装置的可行性进行了探讨，相信为破碎机磨损的修复问题能起到一定的帮助作用。
1 在滚筒破碎机上切削加工滚筒
1.1 滚筒的切削装置
滚筒破碎机滚筒轴上的一只皮带轮，用于带动滚筒做旋转运动。用滚筒破碎机上的电机来带动滚筒作旋转运动，虽然不需另外配电机等动力装置，但因滚筒破碎机上的电机功率大，则浪费大、不经济。所以，在滚筒破碎机底座上增加一个适当的动力传动装置，就可以带动滚筒作旋转运动。
一个完整的切削装置必须有主运动和辅助运动才能进行。根据传动原理，确定带动滚筒运动的动力传动装置由电机、三角带和减速器组成。把安装电机和减速器的底座安装在滚筒破碎机机架底座的一边，另一边则安装类似车床上的中拖板和小拖板，小拖板上装有车刀的车架，这样就构成了一个完整的切削装置。传动系统如图1所示。
然后合理选择切削三要素，即切削深度t、切削进给量s、切削速度v，就可以实现在滚筒破碎机上切削加工滚筒的磨损工作面。
1.2 切削力的计算
切削金属时，车刀会受到一个阻其前进的阻力，即切削力，由垂直切削力Pz、轴向力Px、径向力Py三部分组成，如图1所示。其中垂直切割对动能的消耗最大，仅比切削力小6%左右，是计算切削所需功率的主要依据，垂直切削力Pz可用粗略估算公式计算：
Pz=k·t·s
式中：k为切割系数；t为切削深度，mm；s为切削进给量，mm/r。
灰铸铁HB=200～220时，k=120。一般正常切削深度为3～7mm，因滚筒的工作面磨损程度不一，且磨损易集中在已磨损的表面，使得磨损地方的沟槽越磨越深。所以，当磨损表面处的沟槽达到4mm左右时，就要对其进行切削加工，否则会使磨损底阀沟槽越磨越深、甚至滚筒报废，故取t=4mm。进给量车床加工金属时一般为0.1～1，取s=0.6mm/r。则切削力为Pz=288kg。
实际切削力应为以加工工件材质、切削用量、刀具角度等估算出的切削力乘上一个修正系数，来减少估算误差。但上述影响切削力的因素不确定，难以估算，为方便起见，通常把上述因素的修正系数定为1，即以估算出的切削力来计算切削时所需的功率。
1.3 切削功率的计算
以φ500型滚筒破碎机为例计算切削功率。切削功率Nt为：
Nt=Pz·v/6120
式中：v为切削速度，m/min；6120为切削功率计算常数值。
由图1可计算出各轴的转速：蜗杆转速n1=1450×D1/D2=1450×120/100=1740r/min；涡轮转速n2=n1/i=58r/min；滚筒轴转速n3=n2×D3/D4=58×150/500=17.4r/min。式中：1450为电机转速；i为减速比，i=30。
故切削功率Nt=1.285kW。
1.4 切削所需动力功率的计算
切削所需动力功率N为：
N=Nt/η
η=η1·η2·η3
式中：η为传动总效率；η1为电机到蜗杆带传动效率；η2为蜗杆传动效率；η3为涡轮轴到滚筒軸带传动效率。
查资料有η1=η3=0.96、η2=0.725，则η=0.668。故动力功率N=1.92kW。
取电机功率N=2.2kW，型号Y100L1-4。
2 切削时进给量的进给方式
车削的目的是去除滚筒工作面上磨损产生的沟槽，保证滚筒破碎机的工作质量。因滚筒的表面硬度高，切削时进给量不能多，否则会因切削力过大而损坏刀具或使皮带打滑。如用机械传动形式来实现进给，虽然进给均匀、皮带不会打滑，但传动系统复杂、结构体积大、费用较高。因此切削时进给采用人工操作来实现，不仅易实现进给，而且操作简单灵活，还可以根据切削过程中的实际情况来及时调整进给量的大小，能最低限度地减少刀具的损坏，节约维修费用，并能保证切削的顺利进行。
3 蜗杆传动的设计
从传动系统图（图1）可知，能否顺利实现切削，涡轮减速机是关键部位。涡轮减速机选的太大没有必要，若选的太小又不能保证切削的正常运行。下面对涡轮减速机进行设计和有关强度校核计算。
3.1 蜗杆传动的实效形式和设计原则
蜗杆传动效率低，相对滑动速度大，发热量大，容易发生胶合和磨损。目前对胶合和磨损的计算还缺乏可靠的方法和数据，因而对闭式传动通常按齿面接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。由于蜗杆轴支承跨距大、刚性差，需对蜗杆轴进行刚度校核。
3.2 按涡轮齿面接触疲劳强度计算
滚筒破碎机上的滚筒虽然磨损快，但每月切削次数少，一般3～4次。现以φ500型滚筒破碎机为例，所配电机功率2.2kW、转速1450r/min，减速机工作寿命10年、每月工作4次、每次工作2小时，计算和校核蜗杆传动。
（1）按i=30，取蜗杆头数z1=1，则涡轮齿数z2=30，蜗杆用40cr，表面淬火HRC45～55，涡轮用铸造锡青铜ZQSn10-1。
（2）作用在涡轮上的扭矩为：
T2=9.55×106×p2/n2=2.52×105N·mm式中：9.55×106是为常数值；p2为作用在蜗杆上的功率。 （3）荷载稳定系数为KB=1，设涡轮圆周速度v≤3m/s，取涡轮圆周速度系数Kv=1.05，则载荷系数K为：
K=KB·KV=1.05
（4）查资料[σ]OH=200MPa，应力循环次数为N=3.36×106。
寿命系数为：
许用接触应力为：
[σ]H=ZV·[σ]OH=229.4MPa
（5）查资料弹性模量Ze=160MPa1/2，则模数m和直径系数q为：
查资料得m=5，q=12。
（6）验证涡轮圆周速度v为：
式中：λ为导程角；Z2为涡轮齿数；m为模数；n2为涡轮转速；60、100为计算常数。
（7）啮合效率μ
式中：Z1为蜗杆头数。
则滑动速度vs为：
取当量摩擦角ψv=1.13°
则啮合效率为：
（8）验算m3q值
式中：T2为涡轮轴工作转距；P为功率；η1为皮带传动效率；η2为齿轮传动效率。
可行。
3.3 校核涡轮齿根弯曲疲劳强度
查资料[δ]OF=64MPa
寿命系数为：
则许用弯应力为：
当量齿数为：
式中：Z2为涡轮齿数；λ为导程角。
查资料得涡轮齿形系數YF=1.75。
弯曲应力为：
式中：m为模数；Z2为涡轮齿数。
δF<[δ]F，可行。
3.4 校核蜗杆的刚度
蜗杆受力分析如图2所示。
圆周力为：
式中：T1为作用在涡轮的圆周力矩；9.55×106为常数；2.2为电机功率；0.96为效率；5为模数；12为涡轮齿数；1740为蜗杆转速。
径向力为：
通常把蜗杆螺纹部分看做以蜗杆齿根圆直径的轴段进行刚度计算校核，最大挂度y可用下列公式计算：
式中：L为蜗杆跨度，L=150mm；E为蜗杆材料的弹性惯量，E=20600MPa；I为蜗杆危险界面的惯性距，I=πd14/64=6.358×104mm4；[y]为许用最大挠度，一般取[y]
可行。
4 结语
破碎机在众多行业领域内都有着广泛的应用，因此，对其磨损的修复能否更为高效将会对破碎机的进一步发展应用有着决定性的作用。综上所述，在破碎机上直接加装切削装置将可以大大提高机器的运作效率，我们需要针对实际情况，结合合适的机型尺寸，实现切削装置的顺利安装。
参考文献
[1] 文海鹏.主滚筒轴键槽加工技巧[J].金属加工（冷加工）.2011（18）.
[2] 张科、孔凡玉.不锈钢薄钣轧机滚筒轴线检测[J].测绘与空间地理信息.2009（03）.
[3] 邱敏、邓政峰、吴乐辉.冲击式破碎机故障的应急处理[J].水泥.2012（09）.