圆锥破碎机工作机理及性能优化研究

  对于圆锥破碎机来说其设计制造的形式主要有三种，一种为悬挂式、一种为托轴式、一种为振动式。按照破碎机的加工物料的粗细可以将其分成粗碎和中细碎两种。对加工粗料的圆锥破碎机来说，由于其加工的物料块较大，因此破碎机的进料口要求比较宽大，这种破碎机一般被称为旋回破碎机。其动锥是正置的，而其定锥是倒置的。加工细料的破碎机主要被称为常规破碎机。其加工的物料块主要是经过粗步粉碎过的。其进料口的尺寸也要求不大，但对于卸料口则有要求，在原有的基础上对卸料口进行加大处理，提高生产能力。细料圆锥破碎机的定锥和动锥都是正置的。

  [1]董钢，范秀敏，JOHANNESN.圆锥破碎机挤压破碎力建模与衬板磨损预测[J].上海交通大学学报，2013，45（1）：45.49.

  [2]董钢，范秀敏，黄东明.基于产品质量控制预测机制的圆锥破碎机优化方法[J].机械工程学报，2013，46（3）：7.

  [3]黄冬明.挤压类破碎机工作机理和工作性能优化研究[D].上海：上海交通大学机械与动力工程学院，2012.

  圆锥破碎机是一种适用于冶金、建筑、筑路、化学及硅酸盐行业中原料的破碎机械。根据破碎原理的不同和产品颗粒大小不同，又分为很多型号。破碎机普遍的应用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等众多部门。圆锥破碎机主要由机架、水平轴、动锥体、平衡轮、偏心套、上破碎壁（固定锥）、下破碎壁（动锥）、液力偶合器、润滑系统、液压系统构成。圆锥破碎机破碎比大、产品粒度均匀、效率高、能耗低、应用灵活、适应能力强、维修简便、操作使用起来更便捷等优点，适合中碎和细碎各种矿岩石。

  圆锥破碎机作为一种重要的破碎机械，被大范围的应用于采矿、建筑和水利等领域，并在相应的生产的基本工艺中发挥着关键作用。破碎机在工作过程中，动锥表面的破碎衬板随上班时间的推移和物料处理量的累积而发生磨损，磨损量主要与破碎衬板、物料的种类及破碎壁表面挤压破碎力的分布有关。对于大型破碎设备，更换衬板的频率与破碎效率、企业效益息息相关，因此对动锥衬板磨损量预测的研究意义重大。

  目前圆锥破碎机仍是大中型矿山选厂破碎作业的关键设备。它们的主要特征有：采用底部单缸液压装置可在负荷状态下调整排料口；破碎腔角度陡，物料下落快，破碎能力大；可快速清扫破碎腔，排出异物；主轴支承方式为简支梁结构，强度高，刚性好；计算机优化设计破碎腔，按照给料粒度的不一样的要求，有多种破碎腔形可以再一次进行选择；其AUTOFINE 型设备利用了料层粉碎原理；采用旋转给料装置达到沿圆周均匀给料；使用先进的自动控制技术。俄罗斯研制的惯性振动圆锥破碎是一种高效超细破碎设备。其独具之处在于破碎力不是由偏心回转作用提供而是借助于不平衡偏心振动器产生的离心惯性力， 它与振动颚式破碎的原理相似， 所以它适用于超硬物料如：刚玉、铁合金、WC等。也有一些企业自主开发惯性振动圆锥破碎机。

  圆锥破碎机是散体物料中碎和细碎的主要设备，大范围的应用于冶金、矿山等工业部门。随着当代社会经济的迅速发展，需破碎的物料量迅速增加，相应的对破碎机性能有了更高的要求。而现有的圆锥破碎机已不能完全满足社会生产的需求，并且国内圆锥破碎机产品性能落后于国外同种类型的产品。全球市场被美卓、山特维克为代表的世界一流产品所垄断，严重影响我国破碎设备产业的发展和企业经济效益。

  例如，设备使用了新型定锤液压锁紧技术和新型清理和调整系统，这极大地的提高的机器的工作稳定性及操控性。同时，通过采用人字纹密封技术及对重要传动部位加装防尘密封装置，极大的增强了机器的防尘防水能力。使其能够在更加恶劣的环境下平稳安全工作，减少了破碎机的后期维护检修工作量。作为PYD1750型的改进型，H6000型圆锥破碎机慢慢的变成了目前国内破碎机市场的主流产品，其应用场景范围极广。

  摘 要：圆锥破碎机是破碎中等及以上硬度物料的主要设备，具有破碎比大、产量高、能耗低等优点。但随着现在用户对破碎产品质量的要求慢慢的升高，其破碎产品的粒度和粒形有待更进一步的改善。因此本文以提高破碎产品的产量、提高标定排料粒度和降低针片率为主要目标来优化圆锥破碎机的破碎性能。

  1、固定主轴和悬浮动锥。该型圆锥破碎机的主轴固定，偏心轴套直接带动动锥实现旋摆运动，而动锥悬浮在球面钢瓦上，这使得破碎机可在大功率电动机驱动下提高偏心轴套转速；以往的圆锥破碎机是由主轴带动动锥一起摆动，这会限制偏心轴套的转速，而且在产生巨大惯性力的情况下，主轴根部容易因发生剪切破坏而断裂，极度影响生产。这一结构上的改进可以极大地提高破碎机的生产效率，改善破碎机的使用性能。

  圆锥破碎机腔形是由动锥衬板和定锥衬板所形成的工作空间，是物料破碎的场所。破碎腔形的优劣对破碎机的经济技术指标有重要影响。合理的腔形能改善破碎产品质量，降低破碎能耗，来提升用户的经济效益。国内外学者以提高破碎机产量和改善破碎产品质量为目标，对圆锥破碎机的腔形进行了一系列研究。

  6、球面支撑和上衬套结构。球面铜瓦通过螺栓固定在主轴上端的铸铁套筒内，易于安装和更换；在动锥内腔的上部特别设计了上衬套它与主轴上的铸铁套筒相接触，目的是控制动锥在空载时的自转速度。

  7、耐磨性保护。在主机架内侧、连接臂、偏心轴套配重和水平传动轴的轴箱处都安装了高锰钢耐磨衬板和保护罩，以免这些部位直接暴露在矿石冲击之下。

  圆锥破碎机的工作原理主要是通过定锥和动锥以及进动角度相互间的运动共同组成。将物料放进机腔内，动锥按照进动角度在机腔与定锥间做挤压运动，将物料做挤压。这一运动的规律是很定的。动锥与定锥的距离也锥的额定摆动进行周期性的变化。然后通过定锥的振动将物料输送到出料口。圆锥破碎机的性能与机腔的几何形状联系密切，一个科学合理的几何腔型将会极大的提升圆锥破碎机的工作效率，同时对于腔内的参数以及物料自身的性质也存在一定联系。通过圆锥破碎机的腔径截面我们也可以看到动锥沿着定锥的中心线作悬摆运动。当石料被挤压到应力的临界点时，开始粉碎。进而通过动锥的运动产生的振动通过机腔。

  在多年的发展过程中，国内出现过几种主要的圆锥破碎机型号系列。其中代表性的主要有PYD1750型和CH870/880/890型圆锥破碎机。这两种圆锥破碎机在市场上得到普遍应用。其中PYD1750型圆锥破碎机的破碎能力较强，每小时能够碎矿75-230吨左右。但是，这种圆锥破碎机的防水防尘效果不理想。在碎矿过程中，经常会产生大量的粉尘。这些粉尘如果被吸入破碎机内部，就会使机器发生“哮喘”，影响机器的平稳影响，降低其工作寿命。此外，其水封情况也不甚理想。经常发生机器润滑密封部位混入外界污水，使油润滑失效，机器磨损加剧。

  4、动锥内腔密封可靠。该型圆锥破碎机的动锥内腔采用上下两层T、U型密封圈，形成相互交错的迷宫式密封带，密封可靠，保证运动部件的清洁，使润滑通畅；密封件安放位置远离各个衬套，减少衬套由于密封不好而损坏。

  5、运动部件采用高铅耐磨青铜。偏心轴套内侧的衬套、动锥内腔的上下衬套、偏心轴套下面的止推轴承、球面瓦座、水平传动轴的支承衬套，均采用了高铅青铜，其耐磨性好、抗胶合能力强、常规使用的寿命高、能适应较高的破碎力和恶劣的工况条件。

  2、液压保险方式。该型圆锥破碎机为液压保险，采用三组液压缸沿破碎机四周均匀分布，这种过负荷的时保险方式为实现自动化控制，降低劳动强度，节约生产时间创造了条件；以往的圆锥破碎机为弹簧式保险，采用十六组弹簧，一般靠手工操作，不灵敏，还要受弹簧自身寿命短的限制。

  3、排矿口液压调整装置。该型圆锥破碎机为液压电机驱动，依靠液压电机驱动小齿轮，带动定锥上的大齿圈，调节动锥和定锥衬板之间的间隙，并且利用柱塞缸在调节问隙后锁紧定锥；以往的圆锥破碎机为逆止器形式，主要靠人工调整间隙，费力费时。