目前，在我國礦山使用的破碎機(jī)中，各種舊有形式的破碎設(shè)備已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的需要，特別是在各個礦山仍然普遍使用20世紀(jì)60年代的圓錐破碎機(jī)，其維修率高、生產(chǎn)率低、自動化程度低、產(chǎn)品質(zhì)量差，對此必須加以更新改造。近年來，我國引進(jìn)了國外的新型圓錐破碎機(jī)，其設(shè)備的結(jié)構(gòu)為主軸固定式，代表了當(dāng)今世界圓錐破碎機(jī)的發(fā)展趨勢，具有國際先進(jìn)性。為此，鞍鋼機(jī)械制造公司組織技術(shù)人員研究開發(fā)，在阿波羅工作站上使用S7K和ANSYS軟件，對圓錐破碎機(jī)的主軸、偏心套、定錐和動錐襯板進(jìn)行有限元的分析計(jì)算，經(jīng)過幾年的研制，開發(fā)出一種新型圓錐破碎機(jī)樣機(jī)，并進(jìn)行了一系列的負(fù)荷試驗(yàn)，取得了較好效果。
1、設(shè)備主要組成
——破碎機(jī)主機(jī)架。下機(jī)架體由鑄鋼整體鑄成，上機(jī)架體焊接而成。在上機(jī)架的上口處焊有耐磨銅板；一個φ470 mm的主軸，與主機(jī)架中心輪轂采用錐面緊配合裝配，主軸中心鉆有潤滑油孔；主機(jī)架內(nèi)有耐磨襯板和保護(hù)罩。
——偏心套裝置。在偏心套上裝配有螺栓固定的配重組件，組件內(nèi)灌鉛并安裝了耐磨襯板保護(hù)；下部安裝了大錐齒輪和止推軸承，上止推軸承為鍛鋼，而下止推軸承由高鉛青銅制成；偏心套內(nèi)孔安裝高鉛青銅襯套，并用螺釘固定。
——動錐裝配。動錐外部安裝有用高錳鋼制成的動錐襯板，動錐與襯板之間的空隙灌填環(huán)氧樹脂；動錐下部安裝球面鋼瓦，可以坐落在安裝主軸套筒內(nèi)的球面銅瓦之上；動錐上部用螺栓固定給料板組件；動錐內(nèi)腔安裝上、下高鉛青銅襯套。
——定錐裝配。定錐內(nèi)腔用大直徑螺栓將用高錳鋼制成的定錐襯板固定，定錐與襯板之間的空隙灌填環(huán)氧樹脂；定錐外部為梯形螺紋與調(diào)節(jié)環(huán)相配合；定錐上部安裝給料料斗。
——調(diào)整環(huán)組件。由調(diào)整環(huán)和夾緊環(huán)等組成，夾緊環(huán)內(nèi)部為梯形螺紋可連接定錐，其上部安裝16個液壓柱塞缸，可以在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)期間用液壓壓力將定錐壓緊；調(diào)節(jié)環(huán)上裝有4個主機(jī)架固定銷，并有280 mm長的導(dǎo)向桿，用來防止調(diào)節(jié)環(huán)在主機(jī)架內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
——調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。用液壓電機(jī)傳動小齒輪，驅(qū)動調(diào)節(jié)帽上的大齒輪，從而使定錐轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)定錐襯板與動錐襯板之間的間隙。
——水平傳動軸裝配。一臺450 kW的主驅(qū)動電機(jī)，通過三角膠帶輪傳動裝置使水平軸上的小錐齒輪驅(qū)動偏心套上的大錐齒輪；水平軸箱體為鑄鐵結(jié)構(gòu)，用螺栓固定到主機(jī)架上。
——液壓夾架和過鐵釋放裝置。用9個雙驅(qū)動液壓缸使調(diào)節(jié)環(huán)等上部各組件與主機(jī)架相連結(jié)，每個液壓缸都配有氮?dú)庑钅芷鳌?br /> ——機(jī)組潤滑裝置。由潤滑油箱、電機(jī)油泵、過濾器、雙立柱水冷卻器和控制閥等組成。油箱有浸入式電加熱器、油位計(jì)和空氣過濾通風(fēng)器。
——液壓控制站。包括帶油位計(jì)的油箱、電機(jī)油泵、過濾器、蓄能器、控制閥組、壓力開關(guān)、安全閥等。并配有端子箱和按鈕控制箱，用于機(jī)旁操作。
2、破碎機(jī)理
圓錐破碎機(jī)的工作機(jī)構(gòu)是由鑲嵌襯板的動錐和定錐組成的，機(jī)器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，由于動錐與定錐的接近和離開，促使破碎腔中的物料被粉碎，并在自重的作用下下落，排出破碎腔。新型圓錐破碎機(jī)動錐的上腔支撐在固定主軸上端的球面軸瓦上，其下腔套在偏心套外面，其運(yùn)動由偏心套來帶動。當(dāng)偏心套繞主軸旋轉(zhuǎn)時，動錐不僅隨偏心套繞機(jī)器的中心線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，而且還繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)，該動錐是繞著其球面支承中心()作空間旋擺運(yùn)動的。動錐的軸線與主軸中心線相交于固定點(diǎn)，即球面中心點(diǎn)()，其夾角為進(jìn)動角b。破碎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，動錐軸線對機(jī)器中心線作圓錐面運(yùn)動，其錐頂為球面支承中心O，O點(diǎn)在動錐的運(yùn)動過程中始終保持靜止，因此，動錐的運(yùn)動可視為剛體繞定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動，即動錐的運(yùn)動是由兩種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動組成：
——進(jìn)動運(yùn)動或牽連運(yùn)動（動錐繞機(jī)器中心線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動）；
——自轉(zhuǎn)運(yùn)動或相對運(yùn)動（動錐繞自己的軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動）。
圓錐破碎機(jī)在空載運(yùn)轉(zhuǎn)情形下，動錐自轉(zhuǎn)是由球面軸承給動錐的摩擦力矩和偏心套給動錐的摩擦力的數(shù)值決定的，哪個力矩大，則動錐即依此力矩的方向轉(zhuǎn)動。在正常情況下動錐都是順著偏心套回轉(zhuǎn)方向自轉(zhuǎn)的，自轉(zhuǎn)速度決定于兩個力矩的差值。新型圓錐破碎機(jī)在球面軸承和動錐下襯套之間，增加了動錐上襯套，以控制動錐的自轉(zhuǎn)。在有負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)情形下，礦石對動錐錐面的摩擦力矩遠(yuǎn)超過偏心套對動錐產(chǎn)生的摩擦力矩，此時動錐以其母線為順時軸沿料層作與偏心套回轉(zhuǎn)方向相反的滾動。動錐的這種自轉(zhuǎn)運(yùn)動，可以使產(chǎn)品的粒度均勻、襯板磨損均勻。
3、新型圓錐破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
——主軸方式不同。新型圓錐破碎機(jī)的主軸為固定形式，偏心套帶動動錐實(shí)現(xiàn)旋擺運(yùn)動，坐在球面瓦上的動錐是懸浮式的。舊型圓錐破碎機(jī)為主軸帶動動錐一起擺動，這一最主要結(jié)構(gòu)區(qū)別就決定了其使用性能及生產(chǎn)率的好壞。新型圓錐破碎機(jī)在450 kW高功率電動機(jī)驅(qū)動下，偏心套轉(zhuǎn)速可達(dá)360 r/min，相應(yīng)提高生產(chǎn)率達(dá)3倍。而舊型的主軸與動錐一起擺動，其結(jié)果限制了偏心套的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速為220 r/min，電機(jī)功率為280 kW），并且是在產(chǎn)生巨大慣性力狀態(tài)下進(jìn)行，主軸根部容易發(fā)生剪切破壞而斷裂，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。
——過鐵釋放裝置不同。新型圓錐破碎機(jī)為液壓過鐵，采用3組共9個液壓缸；舊型破碎機(jī)為彈簧式過鐵，采用16組計(jì)32個彈簧。新型液壓過鐵為自動化控制，自動過鐵，減少了勞動強(qiáng)度，節(jié)約了生產(chǎn)時間；舊型彈簧式過鐵，往往靠人工操作，而且過鐵釋放不靈敏，還受到彈簧壽命短的限制。
——調(diào)整裝置不同。新型圓錐破碎機(jī)為液壓電機(jī)驅(qū)動，舊型破碎機(jī)為逆止器形式。新型靠液壓電機(jī)驅(qū)動小齒輪，帶動定錐上的大齒圈，調(diào)節(jié)動錐和定錐襯板之間的間隙，并且有1 6個柱塞缸，在調(diào)節(jié)間隙后鎖緊定錐。而舊型靠人工調(diào)整間隙，費(fèi)力費(fèi)時。
——動錐內(nèi)腔密封可靠。新型圓錐破碎機(jī)的動錐內(nèi)腔采用上下兩層T、U型密封圈，形成相互交錯的迷宮式密封帶，密封可靠，保證運(yùn)動部件的清潔，使?jié)櫥〞�。密封件安放位置遠(yuǎn)離各個襯套，減少襯套由于密封不好而損壞。
——運(yùn)動部件采用高鉛耐磨青銅。偏心套內(nèi)側(cè)的襯套、動錐內(nèi)腔的上下襯套、偏心套下面的止推軸承、球面瓦座、水平傳動軸的支承襯套，均采用了含12% -14%的高鉛青銅，耐磨性好、抗鉸合能力強(qiáng)、使用壽命高、能夠適應(yīng)高的破碎負(fù)荷和惡劣的操作條件。
——獨(dú)特設(shè)計(jì)的球面支撐和上襯套結(jié)構(gòu)。球面銅瓦用螺栓固定在主軸上端的套筒內(nèi)，易于安裝和更換。在動錐內(nèi)腔的上部獨(dú)特設(shè)計(jì)了上襯套，它與主軸上的鑄鐵套筒相接觸，控制動錐在空載時的自轉(zhuǎn)速度。
——耐磨性保護(hù)。在主機(jī)架內(nèi)側(cè)、連接臂、偏心套配重和水平傳動軸的軸箱處都安裝了高錳鋼耐磨襯板和保護(hù)罩，以便保護(hù)這些直接暴露在礦石沖擊下的部位。
4、在選礦廠的試驗(yàn)
新型圓錐破碎機(jī)在鞍鋼調(diào)軍臺選礦廠進(jìn)行了3個多月的空負(fù)荷試車（每次運(yùn)轉(zhuǎn)為1小時），3個多月的添加50%礦石的帶料試車（每次試車為1-1.5小時）和滿負(fù)荷給礦的帶料試車。
——在空載試車過程中，出現(xiàn)了偏心套受力偏載，球面瓦座磨損不均，潤滑狀況不好，使偏心套的襯套燒損嚴(yán)重。經(jīng)過對球面銅瓦和球面鋼瓦進(jìn)行重新磨削加工，提高制造精度；對偏心套襯套重新制作，增加了兩個潤滑油溝和導(dǎo)油楔槽；按照動錐與偏心套的慣性力和慣性力矩的平衡，調(diào)整了配重的灌鉛量，減小慣性沖擊力，解決了空載試車出現(xiàn)的問題。
——50%帶料試車。在解決空載試車反映出的設(shè)備存在的問題，保證空載試車平穩(wěn)后，50%帶料試車設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，潤滑油的溫升和主電機(jī)的電流均在正常值范圍內(nèi)。
——滿負(fù)荷試驗(yàn)中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，設(shè)備的振動小于50%帶料試車。在完成各階段的試車后，對破碎機(jī)進(jìn)行了全面拆卸檢查，確認(rèn)破碎機(jī)各部分均完好無損，特別是經(jīng)過改進(jìn)的偏心套襯套的磨損正常，沒有出現(xiàn)任何損壞。
5、結(jié)語
——要嚴(yán)格控制各部件的定位尺寸精度和加工制造的精度，保證動錐中心線和主軸中心線的夾角的交點(diǎn)與球面軸瓦的中心點(diǎn)重合，保證圓錐破碎機(jī)實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的條件。
——合理確定偏心套平衡的配重，消除和減輕動錐和偏心套產(chǎn)生的方向變化有慣性力和慣性力矩對運(yùn)轉(zhuǎn)平衡的影響，以便減小破碎機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動。
——經(jīng)過有限元計(jì)算分析，主軸的設(shè)計(jì)安全系數(shù)偏小，要改進(jìn)主軸材料或加大主軸直徑。
——可以通過改進(jìn)偏心套襯套的潤滑條件，增加潤滑油溝，合理設(shè)計(jì)導(dǎo)油楔槽的角度，提高襯套耐燒損能力，延長使用壽命。
——增強(qiáng)主機(jī)架的剛度，提高設(shè)備抗沖擊能力。
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