大型多缸液压圆锥破碎机技术研究

1、  引言

圆锥破碎机广泛应用于各种矿山、水泥、化工、建筑、城市建筑垃圾处理等物料破碎作业，从最初的弹簧式到现在的液压式，已有100多年的发展历史。20世纪80年代以来，国外采用现代设计方法，不断对圆锥破碎机进行改进设计，对其工作原理，物料粉碎原理及散体物料运动学和动力学特性进行深入研究，并设计开发出集层压腔型，电、液于一体的新型，高效、节能的现代高能圆锥破碎机，实现了远程操作、监控、自动过铁保护、自动清腔等先进功能，向破碎系统集成化跨进，极大地提高了破碎机工作性能。

国内从20世纪50年代开始引进并仿制弹簧式圆锥破碎机，但其设计比较保守，机器笨重、操作不便、效率低、能耗高、产品粒度差，经济效益低下。国内液压圆锥破碎机研制主要以中小型破碎机为主，由于缺乏系统的设计方法，单纯仿制，同时我国制造、加工、装配工艺与国外有很大的差距，致使其产品性能及可靠性均落后于国外同类产品。大型多缸液压圆锥破碎机在国内尚属空白。我国矿山企业目前均依赖于国外进口，如美卓、山特的产品，供货周期长，采购成本高，行业的发展受到国外同类产品的严重制约。在目前我国破碎行业对于高效节能的智能破碎机需求量越来越大的形势下，大型多缸液压圆锥破碎机的技术空白严重影响和制约着我国民族破碎机产业的发展。

同时，由于进口设备测控系统不够完善，操作人性化程度不高，操控人员无法全面掌握破碎机运行状态，经常发生烧套等故障，存在许多亟待改进的地方。

本文将结合与相关单位的合作项目，对大型多缸液压圆锥破碎机的研制技术难点进行分析介绍。

2、  技术要点

目前我国材料、加工工艺及装配水平均较以前有大幅提高，但和国外相比，仍有一些差距，这些不足可以通过采取科学的设计方法、提高设计标准加以弥补，使设备的性能及可靠性高于进口同类设备水平。

对于多缸液压圆锥破碎机这种大型矿山设备，其工作环境较恶劣，载荷波动较大，一般采用大功率的高压电机，在设计计算中要有充裕的备用功率，同时在传动中加入蛇形弹簧联轴器，皮带传动等缓冲吸振的环节。在关键机械零部件的设计中，采取理论计算与有限元分析相结合的方法，保障其强度满足要求，同时采用时变不确定性设计方法，考虑机械结构使用过程中其强度水平随时间的衰减，以及应力状况的恶化，对其可靠性进行动态安全评价，充分保障破碎机的安全可靠平稳运行。

考虑到破碎机的主要传动部件均需承受较大的载荷，选取高强度合金钢作为机械部件的主要材质。主机架、动锥、定锥等铸造部件采用碱性电弧炉，炉外精炼，探伤标准至少达到机械部2级，主轴、大锥齿轮等部件需要承受较大静载及冲击载荷，强度及韧性要求更高，选取高强度合金调质结构钢，锻造并进行真空精炼，p和s含量严格控制，探伤标准达机械部一级。由于圆锥破碎机的工作机理为偏心运动，为了保证机体的平衡，避免机体振动过大影响破碎机性能和使用寿命，对偏心体和配重体必须进行动平衡台架实验，必要时要多次调整灌铅量以达到良好的动平衡水平。在装配方面，球面轴承和轴承座如果配合不好，将会引起动锥跳动，载荷波动很大，因此必须严格加工，保证球面轴承有足够的接触面。为了使齿轮啮合良好，装配时主轴与水平轴的垂直度要求须严格保证，其它部位的形位公差要求也需按照相关标准严格执行。

除了机械系统的合理设计之外，良好的液压、润滑及测控系统也是保障破碎机性能的关键。液压系统原理须设计合理，阀块集成度高，除了实现基本的锁紧、释放及调整排矿口要求外，必须保证系统管路振动小，运行平稳可靠，保压精度高、时间长，锁紧可靠，液压马达及释放缸响应快，灵敏度高。为了弥补与国外的制造加工差距，可以提高系统压力，采用耐压强度高的管路，提高接头装配标准等。润滑系统的可靠运行是破碎机正常工作的前提，可以采取一工一备双动力源设计，在故障时备用电机启动，避免因润滑故障引起破碎机烧套等重大事故；由于破碎机载荷大，转速高，摩擦副发热量大，其对润滑要求特别高，因此对润滑油的等级也提出了较高要求，过滤器须达到足够的精度和纳污能力，一般采用双过滤器，同时需要良好的冷却以保持合理的油温，目前大部分采用水冷冷却。为了实现对破碎机运行状态的全面掌握，减少破碎机故障率，必须设计智能的测控系统，对破碎机电流、液压系统压力、润滑系统压力、油温、机体振动等状态参数进行全面监测，可以通过合理设计传感器，克服破碎机监测难点，实现对破碎机内部润滑油的温度、压力的测量。目前已将主轴光纤测温、振动监测等新技术应用于大功率多缸液压圆锥破碎机，领先于进口同类设备。同时需要合理设计控制逻辑，确保破碎机正常生产和设备的安全保护联锁。

新设备必须合理设计调试流程，并严格按照流程实验，调试遵循载荷先小后大，逐步提升的原则，同时避免破碎机长期处于给矿不足的工况。在调试过程中，要定期拆卸以检查关键部位的啮合情况，对磨损异常的部位进行分析，必要时对零部件进行二次加工，只有各个部位均提高标准才能保障整机性能的优异。

3、  主要技术参数

参照以上设计原则，与国内某公司合作，试制了一台大型多缸液压圆锥破碎机，其处理量为600t/h，细破机型。

其主要技术参数如下：

表1 破碎机主要技术参数

液压系统主要参数：

表2液压系统主要技术参数

润滑系统主要技术参数：

表3 润滑系统主要技术参数

测控系统控制逻辑：

图1 控制逻辑

4、  实验数据

新型国产大型液压圆锥破碎机经过安装调试，现已满足生产需要，正常投入使用，该破碎机调试过程中，检测了关键部件的磨损状况，同时为了检测其生产能力，进行了流程考察实验。

      图2测量偏心衬套磨损值                            图3检查锥齿磨损值

图4 磨损情况

表4生产实验数据

图5 粒度对比

从图中可以看出，新型破碎机比hp800排料中-12mm的含量提高10%以上。破碎机各项数据、指标正常，通过远景测算，寿命能够达到国外进口同类设备的使用周期。自动化控制能力优于hp800，增加了光纤测温、自动调节排矿口、在线故障检测等功能，碎机主要机械零部件的选材、加工精度标准高于hp800。

5、  结论

1）在对国外大型多缸液压圆锥破碎机技术进行研究的基础上，采用科学的设计理念，和作者发展的机械时变不确定性设计方法等现代设计手段，结合先进的工程制图及分析软件，通过提高设计标准和可靠性要求，来弥补我国目前在材料、工艺方面的差距，取得了较好的设计效果。

2）用机械性能优良的高强度合金钢材料，严格执行相关的工艺及探伤标准，制定合理的工艺流程，能够保证零部件强度满足使用要求。同时提高形位公差要求，确保了整机的运行可靠性及性能。

3）新设备的调试对于关键部位的良好啮合，故障的提前发现具有重要意义，为进一步优化设计提供了经验。

4）事实证明，以我国目前的材料、加工工艺水平，结合科学的设计理念、先进的设计方法，我国完全有能力自主研制出国外先进的大型圆锥破碎机（包括其他大型矿山设备）的。同时，本次研究得到了现场岗位工人的指导及大力配合，吸收了很多破碎机的使用及检修经验，是各方共同协作的成果。

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