VSI高效制砂机及其控制系统研发开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

目前天然砂的资源越来越少，自然沙和河沙的开采对环境造成极大的危害。再加上环保力度和对河道采砂的整治力度逐渐加大。对于机制砂企业来说，生产砂石骨料的利润非常高，机制砂是的快速发展趋势毋庸置疑。同时，我国对砂石骨料的粒型和级配要求提高，发展机制砂迫在眉睫，不仅能节省建筑成本，节约自然资源，同时实现制砂行业的可持续发展。

自上世纪80年代，巴马克公司力推主轴冲击式破碎机（vsi机）以来，这种新型破碎机已成为制砂机的同义词，几乎取代了其他型式破碎机的制砂功能。

2. 研究的基本内容与方案

本文提出的高效VSI制砂机总体结构如图2-1所示。

图2-1 VSI制砂机总体结构图

其基本作业流程如下：

新型VSI制砂机工作原理和冲击式破碎机相似。物料落入进料斗，再经环形孔落下，被分料板分成两股料，一股经分料盘进入高速旋转的甩轮，另一股从分料盘四周落下。进入用轮的物料，在用轮内被迅速加速，然后以百倍以上的重力加速度高速从甩轮內射出。射出的物料首先同由分料器四周自由落体的另一部分物料沖击破碎，然后一起冲击到涡流腔内的衬层上被物料衬层反弹，斜向上沖击到涡流腔的顶部，又被反击偏转向下运动，从而与从叶轮流道射出的物料撞击形成连续的物料幕。这样，一块物料在涡流破碎腔内受到至少两次以上的撞击、摩擦和硏磨破碎作用。最后，符合粒度要求的物料由下部排料口排出。

目标及拟采用的措施：

1. 改善能耗高问题

针对整个破碎流程：

VSI机的运动部件更少，只有转子，只有滚子轴承，而圆锥破碎机则有更多的运动部件和几个油润滑的滑动轴颈轴承，它们消耗的能量更多。VSI的冲击破坏机理比压缩岩石颗粒层的圆锥体更节能。

VSI比传统的圆锥破碎机消耗更少的能量并产生更多的细粉，较高的细粉含量对于随后的研磨机也是有价值的。可知VSI可以在破碎设备之后的研磨回路中实现可观的节能效果。

故拟采用封闭回路的工位，圆锥破安排在前，VSI机安排在最后一道破碎工序。同时对来自破碎机的破碎物料进行筛分。尺寸小于筛孔尺寸的岩石材料进入存储系统，而尺寸较大的岩石则再循环到破碎机输入中，从而优化整体能耗。

针对VSI机：要提高其冲击破碎效率，本文拟着手于改进其转子的定板结构形式。拟通过DEM分析物料在破碎时对外腔产生的冲击力分布以及落料位置离散分布，从而有针对性的改进定板结构形式，实现冲击破碎效率的提高。

1. 解决结构轻量化问题

   从材料本身：

例如，传统的耐磨板倾向于厚而重，这带来许多明显的缺点。常规的板通常难以操纵，并且特别地难以往返于转子。另外，常规板的厚度减小了转子内的自由体积，尽管该材料能够流动，但是其又限制了破碎能力并增加了转子堵塞的可能性。因此，需要一种轻量化可安装在VSI破碎机转子上的耐磨板，以解决上述问题。

由于常规的铸铁、高锰钢等材料密度较大，导致整体结构重。故关键部位耐磨件拟采用特种陶瓷、硬质合金镶嵌、符合浇铸等技术，从材料密度上实现整体结构轻量化。

从受力分析：

本文拟采用结构有限元分析技术，分析研究制砂机运行时的应力、应变、振动模态等问题，分析结果，改善制砂机上一些赘余的结构（壁厚减薄、去除不必要的加强筋等），亦或重新设计支撑结构，从而实现整机结构的轻量化。

1. 加工精度低，制砂质量差

针对加工精度低，可向国外引进高精度的数控机床，数控机床加工可使制砂机的关键部位零部件精密度更高，从而提升制砂质量控制、制砂机寿命。

针对制砂机自身结构来说，本文拟在破碎腔壁中增加打磨物料棱角的结构，从而达到提高制砂质量的目的。

1. 自动化水平低

本文拟借助PLC控制器实现整形与颗粒级配、细度模数调整功能，并在总体设计中加入自动检测、安全保证，设置过振动显示与报警装置，从而实现中央控制室对VSI制砂机的远程监控和管理。

通过PLC控制电机转速从而改变叶轮速度，达到调节产品细度模数的目的。

在出料口增设检测产品粒度的装置，实时反馈给PLC再输出到电机转速控制从而实现实时反馈调整。

在破碎腔壁增设传感器，若感知到过振动，传输出信号报警到中央控制室显示或直接急停。

3. 研究计划与安排

第1周至第3周，英文文献查询与翻译；

第4周至第5周，项目需求调研，确立控制目标，完成开题报告；

第6周至第8周，项目总体设计、建模；

4. 参考文献（12篇以上）

第1周至第3周，英文文献查询与翻译；

第4周至第5周，项目需求调研，确立控制目标，完成开题报告；

第6周至第8周，项目总体设计、建模；