0、引言
目前，在我國礦山使用的
破碎機中，各種舊有形式的破碎設備已經(jīng)遠遠不能滿足生產(chǎn)的需要，特別是在各個礦山仍然普遍使用20世紀60年代的
圓錐破碎機，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，我國引進了國外的新型圓錐破碎機，其設備的結(jié)構(gòu)為主軸固定式，代表了當今世界圓錐破碎機的發(fā)展趨勢，具有國際先進性。為此，鞍鋼機械制造公司組織技術人員研究開發(fā)，在阿波羅工作站上使用S7K和ANSYS軟件，對圓錐破碎機的主軸、偏心套、定錐和動錐襯板進行有限元的分析計算，經(jīng)過幾年的研制，開發(fā)出一種新型圓錐破碎機樣機，并進行了一系列的負荷試驗，取得了較好效果。
1、設備主要組成
——破碎機主機架。下機架體由鑄鋼整體鑄成，上機架體焊接而成。在上機架的上口處焊有耐磨銅板；一個φ470 mm的主軸，與主機架中心輪轂采用錐面緊配合裝配，主軸中心鉆有潤滑油孔；主機架內(nèi)有耐磨襯板和保護罩。
——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；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，可以在設備運轉(zhuǎn)期間用液壓壓力將定錐壓緊；調(diào)節(jié)環(huán)上裝有4個主機架固定銷，并有280 mm長的導向桿，用來防止調(diào)節(jié)環(huán)在主機架內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
——調(diào)節(jié)機構(gòu)。用液壓電機傳動小齒輪，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，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架相連結(jié)，每個液壓缸都配有氮氣蓄能器。
——機組潤滑裝置。由潤滑油箱、電機油泵、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、油位計和空氣過濾通風器。
——液壓控制站。包括帶油位計的油箱、電機油泵、過濾器、蓄能器、控制閥組、壓力開關、安全閥等。并配有端子箱和按鈕控制箱，用于機旁操作。
2、破碎機理
圓錐破碎機的工作機構(gòu)是由鑲嵌襯板的動錐和定錐組成的，機器在正常運轉(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，其運動由偏心套來帶動。當偏心套繞主軸旋轉(zhuǎn)時，動錐不僅隨偏心套繞機器的中心線作旋轉(zhuǎn)運動，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()作空間旋擺運動的。動錐的軸線與主軸中心線相交于固定點，即球面中心點()，其夾角為進動角b。破碎機運轉(zhuǎn)時，動錐軸線對機器中心線作圓錐面運動，其錐頂為球面支承中心O，O點在動錐的運動過程中始終保持靜止，因此，動錐的運動可視為剛體繞定點的轉(zhuǎn)動，即動錐的運動是由兩種旋轉(zhuǎn)運動組成：
——進動運動或牽連運動（動錐繞機器中心線作旋轉(zhuǎn)運動）；
——自轉(zhuǎn)運動或相對運動（動錐繞自己的軸線作旋轉(zhuǎn)運動）。
圓錐破碎機在空載運轉(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)。在有負載運轉(zhuǎn)情形下，礦石對動錐錐面的摩擦力矩遠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、新型圓錐破碎機的結(jié)構(gòu)特點
——主軸方式不同。新型圓錐破碎機的主軸為固定形式，偏心套帶動動錐實現(xiàn)旋擺運動，坐在球面瓦上的動錐是懸浮式的。舊型圓錐破碎機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。新型圓錐破碎機在450 kW高功率電動機驅(qū)動下，偏心套轉(zhuǎn)速可達360 r/min，相應提高生產(chǎn)率達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，電機功率為280 kW），并且是在產(chǎn)生巨大慣性力狀態(tài)下進行，主軸根部容易發(fā)生剪切破壞而斷裂，嚴重影響生產(chǎn)。
——過鐵釋放裝置不同。新型圓錐破碎機為液壓過鐵，采用3組共9個液壓缸；舊型破碎機為彈簧式過鐵，采用16組計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。新型圓錐破碎機為液壓電機驅(qū)動，舊型破碎機為逆止器形式。新型靠液壓電機驅(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，費力費時。
——動錐內(nèi)腔密封可靠。新型圓錐破碎機的動錐內(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，保證運動部件的清潔，使?jié)櫥〞场Ｃ芊饧卜盼恢眠h離各個襯套，減少襯套由于密封不好而損壞。
——運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、使用壽命高、能夠適應高的破碎負荷和惡劣的操作條件。
——獨特設計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)腔的上部獨特設計了上襯套，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。在主機架內(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罩，以便保護這些直接暴露在礦石沖擊下的部位。
4、在選礦廠的試驗
新型圓錐破碎機在鞍鋼調(diào)軍臺選礦廠進行了3個多月的空負荷試車（每次運轉(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重。經(jīng)過對球面銅瓦和球面鋼瓦進行重新磨削加工，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備存在的問題，保證空載試車平穩(wěn)后，50%帶料試車設備運轉(zhuǎn)正常，潤滑油的溫升和主電機的電流均在正常值范圍內(nèi)。
——滿負荷試驗中，設備運轉(zhuǎn)正常，設備的振動小于50%帶料試車。在完成各階段的試車后，對破碎機進行了全面拆卸檢查，確認破碎機各部分均完好無損，特別是經(jīng)過改進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與球面軸瓦的中心點重合，保證圓錐破碎機實現(xiàn)正常運轉(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轉(zhuǎn)平衡的影響，以便減小破碎機高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動。
——經(jīng)過有限元計算分析，主軸的設計安全系數(shù)偏小，要改進主軸材料或加大主軸直徑。
——可以通過改進偏心套襯套的潤滑條件，增加潤滑油溝，合理設計導油楔槽的角度，提高襯套耐燒損能力，延長使用壽命。
——增強主機架的剛度，提高設備抗沖擊能力。
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