0、引言
破碎機械的發(fā)展與人類社會的進步和科學技術的水平密切相關。隨著科學技術的發(fā)展，各學科問相互滲透，各行業(yè)間信息交流，廣泛使用新結構、新材料、新工藝，尤其注重機電一體化和自動控制技術的應用，促進了圓錐破碎機的技術進步。
隨著社會的前進，原材料消耗不斷增加，導致富礦資源日益枯竭，礦石品位日趨貧化。以我國冶金礦山為例，鐵礦石平均品位31%、錳礦石品位22%。絕大多數(shù)的原礦需要破磨和選礦處理后才能成為爐料。破磨作業(yè)是選礦的龍頭，也是能耗、鋼耗的大戶。因此，節(jié)能、降耗是破磨設備研究的主題，“多碎少磨”是節(jié)能、降耗的重要措施，其關鍵問題是降低破碎產品的最終粒度。圓錐破碎機生產效率高，排料粒度小而均勻，可將礦巖從350mm破碎到10mm以下的不同級別顆粒，可以滿足入磨粒度需要，成為金屬礦山選礦廠的主要破碎設備。目前正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動化方向發(fā)展。
1、發(fā)展歷程
圓錐破碎機誕生于20世紀初葉。彈簧式圓錐破碎機是由美國密爾沃基城西蒙斯(Symons)兄弟二人研制的，故稱之為西蒙斯圓錐破碎機。其結構為主軸插入偏心套，用偏心套驅動動錐旋擺運動，動錐襯板時而靠近時而離開固定錐襯板，從而使礦巖在破碎腔內不斷地遭到擠壓和彎曲而破碎。采用大偏心距，低擺頻，驅動功率小，破碎產品粒度不均勻，破碎效果差，振動大，彈簧易損壞。用大型螺旋套調整排礦口大小，調整困難，過載保護用彈簧組，可靠性差。多年來，雖經不斷改進，結構日趨完善，但其工作原理和基本構造變化不大。
20世紀40年代末，美國Allis Chalmers公司首先推出底部單缸液壓圓錐破碎機，是在旋回式破碎機基礎上發(fā)展起來的陡錐破碎機。采用液壓技術，實現(xiàn)了液壓調整排礦口和過載保護，簡化了破碎機結構，減輕了重量，提高了使用性能。由于它靠排料口尺寸大小控制產品粒度，使產品粒度大，且不均勻。對含水、含泥物料易堵塞。
20世紀50～60年代，法國Dragon公司的子公司Babbitless公司和日本神戶制鋼有限公司等推出上部單缸、周邊單缸液壓圓錐破碎機。
20世紀70～80年代，美國Allis Chalmers公司在底部單缸液壓圓錐破碎機的基礎上推出高能液壓圓錐破碎機；Nordberg公司推出旋盤式圓錐破碎機，適用于中硬物料的第四段破碎，其給料粒度小，偏心距小，破碎力不大。相繼又推出超重型短頭圓錐破碎機，加大了功率．強化了彈簧、合金鋼機架，增加了制造成本，為此該公司又推出了0mm型圓錐破碎機。為適應沖水破碎義推出WF型濕式圓錐破碎機：Bab-bitless公司推出BS，UF型超細碎圓錐破碎機，采用滾動軸承替代偏心套，由電動機、皮帶傳動而帶動動錐擺轉，頂部單液壓缸裝置調整排礦口和過載保護，給料粒度-10mm．產品粒度-6.3mm占80%：德國KHD Humboldt Wedag公司推出Calibrator型圓錐破碎機。
20世紀90年代以來，美國Cedarapids公司推出了EIJOYⅡ型，MVP型圓錐破碎機；美國Nordberg公司推出新一代HP系列圓錐破碎機：瑞典Svedala公司推出新的H系列圓錐破碎機：日本神戶制鋼有限公司推出AF型圓錐破碎機和2 300ASC型圓錐破碎機：俄羅斯烏拉爾機械研究院和米哈諾貝爾研究設計院開發(fā)出新型短頭圓錐破碎機，破碎機分上、下兩部分，上腔按料層原理破碎物料，下腔為平行區(qū)。應用表明：細級別含量較一般圓錐破碎機提高5%~10%，襯板金屬消耗降低20%。
最后，值得一提的是俄羅斯于20世紀80年代研制成功的慣性圓錐破碎機，使圓錐破碎機在結構和破碎原理上取得了重大進展。
20世紀50年代初期，國內圓錐破碎機在仿原蘇聯(lián)的2 100和1 650彈簧圓錐破碎機的基礎上，開發(fā)了1 200和2 200型彈簧圓錐破碎機。在20世紀70年代開發(fā)了1200、1750、2200多缸液壓圓錐破碎機和1200、1650、2200底部單缸液壓圓錐破碎機。20世紀80年代，沈陽重型機器廠從美國Nordberg公司引進西蒙斯和旋盤式圓錐破碎機設計制造技術，并合作生產該系列圓錐破碎機。沈陽有色冶金機械廠從美國Allis-chalmers公司引進H系列圓錐破碎機部分相關技術對德興銅礦引進的H系列84”圓錐破碎機進行消化吸收并加以生產。該廠與北京礦冶研究總院和江西銅業(yè)公司合作對從日本神戶制鋼有限公司引進的760型液壓圓錐破碎機進行消化并加以生產。20世紀90年代以來，國內一些礦山、石料加工廠和建設工程先后又引進了HP系列圓錐破碎機、G型圓錐破碎機和0mm冶研究院于1993年與俄羅斯圣彼得堡工程科學院合作成立中外合資北京凱特破碎機有限公司。桂林冶金機械廠與圣彼得堡工程科學院共同創(chuàng)辦了中俄合資桂林湟新技術開發(fā)有限公司生產慣性圓錐破碎機。洛陽礦山機械工程設計研究院開發(fā)簡化結構的慣性圓錐破碎機，東北大學也正在研究振動破碎機。
隨著我國石料加工廠的發(fā)展，中小型圓錐破碎機也取得了進展。上海建設·路橋機械設備有限公司與日本神戶制鋼有限公司合作生產AF型圓錐破碎機：沈陽華楊機械廠推出西蒙斯、旋盤式和HP系列圓錐破碎機：上海龍陽機械廠、上海多靈一沃森機械設備有限公，司和鞍山礦山機械總廠也都生產中小型圓錐破碎機。
目前，我國圓錐破碎機已形成大、中、小型系列，品種規(guī)格齊全，基本滿足國內需求。但產品的制造質量，材料特別是耐磨材料，以及使用可靠性等方面與國外同類產品尚有差距，有待進一步研究、改進。
2、結構特點
美國Allis-chalmers公司在底部單缸液壓圓錐破碎機的基礎上發(fā)展的高能圓錐破碎機，其理論基點是當給料粒度一定，產品粒度愈小，所消耗能量愈大，也就是說產品細粒級含量與破碎機輸入功率成正比：當物料性質和給料粒度一定時，輸入功率增加，使破碎力加大，產量大，產品粒度小。該機采用高擺頻、小偏心距，裝有大功率電機。底部單缸液壓調整排料口尺寸和液壓過載保護，并用計算機控制系統(tǒng)自動控制給料和排礦口的調節(jié)。由于靠動錐擠壓和彎曲破碎物料，用排料口尺寸控制產品粒度，物料間相互作用力小，破碎過程無選擇性，限制了向超細碎方向發(fā)展。
美國Nordberg公司的旋盤式圓錐破碎機采用料層破碎原理，要保證破碎腔內有足夠的物料，有高的壓縮比，給礦口尺寸大于給料粒度，增加上破碎腔容積，且上腔動錐角小，以限制物料沿錐面下滑。為了使下腔平行區(qū)內保持一定厚度物料以實現(xiàn)料層破碎。采用大偏心距、高擺頻，底錐角小，限制物料下滑。其超重短頭型破碎機機體強度高。該公司開發(fā)的HP系列圓錐破碎機是在西蒙斯圓錐破碎機基礎上，吸收了德國KHD Humboldt Wedag公司的圓錐破碎機偏心部件的特點開發(fā)的多缸液壓圓錐破碎機。采用料層破碎原理破碎物料，實現(xiàn)了選擇性破碎，使物料沿著晶體表面缺陷處薄弱環(huán)節(jié)破碎。不僅節(jié)能耗，而且產品粒度細，減少過粉碎現(xiàn)象。采用緩錐，周邊多缸液壓鎖緊，球面瓦支撐結構。大偏心距、高擺頻、大功率電機實現(xiàn)強化破碎，降低產品粒度，提高生產能力。裝有旋轉式布料器，自動控制給料量，使物料沿破碎腔周邊分布均勻。液壓調整排料口尺寸和液壓保險裝置，保證破碎機安全作業(yè)。
根據(jù)該公司試驗研究，當圓錐破碎機給料中含有粗細混合粒級時，在物料粒子遭受擠壓力破碎時細粒會產生料墊作用，不僅消耗能量，而且影響大顆粒的破碎效果。基于這種因素而開發(fā)了新型WaterFlsh型圓錐破碎機(WF破碎機)，用于濕式破碎。物料給入圓錐破碎機的同時加水沖洗，水沖走了大量細小顆粒，減小破碎形成的細顆粒在破碎腔中構成料墊。并且加大了物料從破碎腔中排出速度，防止粉塵產生，改善了作業(yè)環(huán)境。濕式破碎與磨礦直接用泵連接，減少膠帶運輸和細碎礦倉設施。實際應用表明：產品粒度細且扁平顆粒多，易于磨礦，能耗降低25%，破碎機產量較同規(guī)格圓錐破碎機提高50%，破碎產品粒度可達6～8mm。WF-800型破碎機產品粒度-6mm占80%。
瑞典Svedala(集團1公司的H系列液壓圓錐破碎機采用陡錐、高擺頻、小偏心距，底部單缸液壓支撐和頂部行星架結構。用ASRplus自動控制裝置對排料口進行在線控制，控制精度高。一臺破碎機可安裝由粗到細多種腔型。
美國Cedarapids公司的MVP型液壓圓錐破碎機，采用滾動軸承，主軸為固定式，偏心機件上移，直接驅動動錐體，消除偏心套和直套間隙，破碎得到強化。其交差軸傳動、大偏心距、高擺頻、大容量電機，破碎力大，破碎效果好。迷宮式密封，液壓調整排礦口和過載保護，可靠性高。
日本神戶制鋼有限公司的AF型圓錐破碎機是在Allis-Chalmers公司的底部單缸液壓圓錐破碎機的基礎上發(fā)展起來的新機型，采用均勻的供料裝置、適當?shù)钠木嗪团c之適應的擺頻，滿足料層破碎原理的破碎腔以及依據(jù)負荷改變自動調節(jié)排礦口尺寸的控制技術，使該機破碎頻率高，生產能力大，產品粒度細，單位產品能耗低。
俄羅斯圣彼得堡工程科學院開發(fā)的慣性圓錐破碎機借助于不平衡偏心激振器高速旋轉產生離心慣性力使動錐旋擺來破碎物料。由于它是擠滿給料，通過向物料層施加定量的壓力，使物料承受全方位的擠壓，物料顆粒間的相互作用，從而實現(xiàn)料層破碎。同時在由慣性力引起的強烈脈動沖擊作用下，物料在破碎腔中承受交變的擠壓、剪切、彎曲和扭轉應力。物料顆粒間不斷改變方位，由于顆粒越小，晶格缺陷越小，強度越大，就可以實現(xiàn)強度大的小顆粒破碎相鄰的強度小的大顆粒：在等強度顆粒中，那些晶格缺陷與剪切力方向重合顆粒被破碎：造成顆粒間的強制自粉碎，這樣物料主要沿晶格間薄弱環(huán)節(jié)破碎，產品過粉碎現(xiàn)象少，而實現(xiàn)選擇性破碎。由于擺頻高使物料在破碎腔中被破碎次數(shù)多，并且動錐和傳動機構之間非剛性連接，在慣性力作用下，動錐將盡可能靠近定錐從而使產品粒度細，破碎比大。料層阻止破碎腔．襯板直接接觸，延長了襯板使用壽命。帶負荷啟動和停車無需配備給料裝置，不可破碎的物料（鐵件）進入破碎腔也不會造成設備損壞。整機采用二次隔振，基礎振動小，不需大型基礎。簡化破磨流程，減少輔助設備臺數(shù)，節(jié)省設備和基建投資。應用范圍廣，可破碎抗壓強度高達360MPa的脆性物料。
3、應用效果
近來國內外開發(fā)的新型高效圓錐破碎機破碎物料應用的范圍不斷擴大，破碎產品粒度小，破碎效果顯著。
美國Nordberg公司的MP-1000型破碎機在Butte選礦廠替代Symons圓錐破碎機，產品粒度-12mm占80%，使磨機生產能力提高37%。在波蘭柳賓選礦廠，在錘式破碎機后使用MP型破碎機進行補充破碎使產品粒度降至-14mm占80%，從而提高了磨機生產能力，降低磨礦能耗。
瑞典Svedala公司于1998年將H-8000型液壓圓錐破碎機推向市場。南美洲智利埃爾特尼恩特銅礦選礦廠，使系統(tǒng)生產能力從700～800t/h提高到1200～1 400t/h。
鞍鋼調軍臺選礦廠采用HP700型圓錐破碎機，從1997年9月投入運行，中碎機排料粒度75～Omm,處理能力790t/h：細碎機排料粒度-12mm占92%．處理能力350t/h．提高了磨機生產能力，降低了磨礦能耗。
馬鋼凹山選礦廠，用2臺HP500型圓錐破碎機代替3臺φ2 200短頭型圓錐破碎機，在能耗不增加的情況下，使碎礦最終產品的粒度由原來的-28mm降至-16mm，提高球磨機生產能力為8%。2001年獲經濟效益225萬元。
遼寧省阜新市排山樓金礦采用HP300型圓錐破碎機排料粒度-5mm占70%,使球磨機處理能力提高30%．從而降低了能耗和鋼耗，每年增加產值幾百萬元。
哈薩克斯坦某銅礦選礦廠用d)2 200慣性圓錐破碎機代替φ2200型短頭圓錐破碎機破碎硫化銅礦石，在給料粒度-120mm時產品粒度-14mm占95%．其中-6mm占60%，處理能力240～280t/h，由于降低入磨粒度使磨機處理能力提高50%。
北京礦冶研究總院和安徽銅陵某有色公司聯(lián)合攻關用PD90120型顎式破碎機和GYP1200型慣性圓錐破碎機，實現(xiàn)兩段開路破碎工藝流程，生產能力70～80t/h，從給料-7 50mm破碎到-8mm,使系統(tǒng)能耗降低20%，磨機處理能力提高25%。
4、自動控制和自動化
隨著21世紀信息技術時代的來臨，計算機、傳感器和檢測儀表等技術的進步，加速了圓錐破碎機自動控制和自動化的發(fā)展。
Nordberg公司的Lokosets自動控制系統(tǒng)，通過連續(xù)監(jiān)測破碎機排礦口、驅動功率和破碎力以及在過載或堵料時自動調整破碎間隙等功能以提高破碎效率和增加生產能力。
Svedala公司開發(fā)的Asrplus自動控制系統(tǒng)，可根據(jù)物料的水分含量、可碎性和磨蝕性的變化自動調節(jié)破碎機運行參數(shù)，并可查明襯板的磨損情況，能根據(jù)反饋系統(tǒng)信息自動調整破碎機排礦口。
Allis Chalmers公司采用美國Allen bradley公司的PLC -2/30型可編程序控制器和各種檢測儀表組成的圓錐破碎機自動控制系統(tǒng)以調節(jié)排礦口為主、調節(jié)給礦量為輔的控制方式，保持破碎機在95%額定功率運行，以提高處理能力，降低排料粒度。將各檢測儀表的模擬量和開關量信號輸入PLC，通過計算輸出指令對破碎機進行有效控制。設有模擬控制盤，對系統(tǒng)開機、停機，自動／手動切換，報警和量值顯示，系統(tǒng)運行直觀，便于監(jiān)視破碎機運行狀況。
在破碎機自動控制的基礎上實現(xiàn)破碎生產現(xiàn)場自動化作業(yè)。從原料準備開始到破碎、計量、產品發(fā)送的過程中只用一人在控制室中進行操作，對每臺設備運轉情況和各種參數(shù)如襯板磨損、排料口大小、處理量和產品粒度等都通過檢測儀表和傳感器用數(shù)字、圖表顯示出來。操作人員通過監(jiān)視器查看每臺設備工作狀況，并在控制室進行調節(jié)。從而實現(xiàn)破碎現(xiàn)場無人化作業(yè)。破碎機械的自動化，不僅提高了生產能力，減少能耗，降低了產品粒度，滿足了“多碎少磨”的要求，而且減少了操作工人，改善了工人的作業(yè)環(huán)境。
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