國內(nèi)外大型液壓旋回破碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

邱靜雯 郭文哲 付曉蓉

(1.洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司;2.礦山重型裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3.華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院;4.桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院)

當(dāng)前，在礦山、冶金、化工、建材、工程建設(shè)等需要大規(guī)模粗破碎物料的場合，大型液壓旋回破碎機(jī)受到普遍的重視和推廣應(yīng)用。在破碎工藝流程中，旋回破碎機(jī)用于爆破后采掘出的原礦的初級破碎作業(yè)，其特點(diǎn)是進(jìn)料尺寸較大，能夠進(jìn)行連續(xù)破碎作業(yè)，因而產(chǎn)量高、電耗低，機(jī)器運(yùn)行更穩(wěn)定可靠。與顎式破碎機(jī)相比，雖然旋回破碎機(jī)構(gòu)造復(fù)雜、體型龐大、初期投入高，但從大規(guī)模生產(chǎn)的效率和長期運(yùn)行成本來看，旋回破碎機(jī)具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。因此，國外著名破碎設(shè)備廠商的旋回破碎機(jī)技術(shù)發(fā)展很快。我國由于受礦山生產(chǎn)工藝、規(guī)模、機(jī)械制造基礎(chǔ)技術(shù)薄弱等因素制約，大型旋回破碎機(jī)的技術(shù)進(jìn)步緩慢，只在近兩三年來，才引起各重型機(jī)械廠的充分重視。本文將介紹國內(nèi)外技術(shù)最先進(jìn)、最具影響力的破碎機(jī)制造廠家的代表型旋回破碎機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)。

1 概述

1.1 初級破碎設(shè)備的發(fā)展概況

在大型礦山和混凝土骨料加工等工業(yè)領(lǐng)域，初級破碎設(shè)備通常采用顎式破碎機(jī)和旋回破碎機(jī)，這兩種破碎機(jī)問世均已有100多a。在這100多a來，顎式破碎機(jī)應(yīng)用較為廣泛，而近10 a來，旋回破碎機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展已呈現(xiàn)出更加強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢。

隨著對采礦和礦物處理技術(shù)要求的不斷提高，以及機(jī)械設(shè)計(jì)、材料、加工和配套技術(shù)的發(fā)展，這兩種破碎機(jī)無論是在大型化、效率、耐磨性，還是在易用性、維修性等方面都得到了很大的發(fā)展。二者破碎機(jī)理大致相同，即都是上端入料口大，下端排料口小，物料在楔形破碎腔內(nèi)靠自重下落，并逐次被破碎。不同的是顎式破碎機(jī)是間歇式破碎，而旋回破碎機(jī)是連續(xù)破碎，因而其產(chǎn)量比顎式破碎機(jī)更高，更適合大型化的破碎工藝流程。因此，近年來，隨著礦物處理工藝的大型化，旋回破碎機(jī)在坑口或大型工藝系統(tǒng)中已大量取代顎式破碎機(jī)。但顎式破碎機(jī)因結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)身低矮、配套簡單、設(shè)備投資少，所以仍有一定的市場。在破碎工序向采礦現(xiàn)場前移的趨勢下，顎式破碎機(jī)和旋回破碎機(jī)都已應(yīng)用于井下，但顎式破碎機(jī)在井下布置、安裝維護(hù)等更為便捷。

世界上第1臺顎式破碎機(jī)于1858年由美國人E.W.Black設(shè)計(jì)并推出，經(jīng)歷150多a的發(fā)展，Metso－Nordberg已生產(chǎn)出了C200型顎式破碎機(jī)，其最大進(jìn)料尺寸可達(dá)2 000 mm，最大出料尺寸在200～450 mm可調(diào)，相應(yīng)產(chǎn)量可達(dá)760～1 590 t/h(以松散密度2.7 t/m3計(jì))，已被用于1 200 m深的井下。

世界上第1臺旋回破碎機(jī)由美國人Charles Brown于1878年申請專利，1881年由芝加哥Gates鐵工廠制造出廠。經(jīng)歷130余a的發(fā)展，Metso－Nordberg生產(chǎn)的60－110E型旋回破碎機(jī)最大進(jìn)料尺寸可達(dá)1 525 mm，最大出料尺寸在175～250 mm可調(diào)，相應(yīng)產(chǎn)量可達(dá)5 535～8 890 t/h(以物料松散密度1.6 t/m3計(jì))，裝機(jī)功率達(dá)1 200 kW。旋回破碎機(jī)盡管在發(fā)展過程中，其基本原理和基本結(jié)構(gòu)并無多大變化，但最新發(fā)展的機(jī)電液壓技術(shù)已被應(yīng)用其中，同時(shí)融入了易用、安全、耐久和個(gè)性化等設(shè)計(jì)理念。對設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)的不斷優(yōu)化，使當(dāng)代旋回破碎機(jī)的大型化不只是體現(xiàn)在規(guī)格尺寸和質(zhì)量上，鑄鋼機(jī)架、鍛造軸、螺旋傘齒輪、廣泛的潤滑和長壽命錫青銅零件的應(yīng)用，使設(shè)備能夠承受更大的負(fù)荷。同時(shí)追求同規(guī)格和質(zhì)量上的最優(yōu)產(chǎn)量效率、能量效率、安全性和使用維護(hù)性，為此，在腔形、傳動、液壓與潤滑、橫梁、主軸、機(jī)架、銅瓦襯套和襯板等結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)上，以及自動監(jiān)測控制與使用維護(hù)上均做足了文章。

1.2 國外大型液壓旋回破碎機(jī)的發(fā)展概況

目前，世界上設(shè)計(jì)制造大型液壓旋回破碎機(jī)的廠家主要有 Metso、FLSmidth、Sandvik和 ThyssenK-rupp，4家公司中又以Metso公司和FLSmidth公司的市場份額最大。他們的技術(shù)發(fā)展方向基本代表了當(dāng)今旋回破碎技術(shù)發(fā)展的方向，基本都具備以下共同點(diǎn)(參見圖1和圖2)。

圖1 當(dāng)代大型液壓旋回破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)

(1)都采用現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，并結(jié)合長期經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行項(xiàng)目個(gè)性化設(shè)計(jì)，以追求更合理的結(jié)構(gòu)和更高的強(qiáng)度。

(2)采用拱形橫梁以加大給料口尺寸。

圖2 大型液壓旋回破碎機(jī)主要耐磨件

(3)將主軸和圓錐整體鍛造成一體，避免了作業(yè)中動錐松動的問題。主軸上部軸承采用干油潤滑，并配有電子可視化控制。

(4)內(nèi)腔動、定錐襯板和筋護(hù)板在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝方式上雖不盡統(tǒng)一，但都采用高耐磨材料——高錳鋼或鉻鋼。

(5)殼體為鑄鋼件，多采用水平箍帶或加加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)，并經(jīng)有限元分析，以優(yōu)化其結(jié)構(gòu)性能。

(6)主軸下部防塵密封維護(hù)少，采用壓縮空氣以提高防塵效果。

(7)偏心套組件帶有可更換的偏心內(nèi)襯套，用來調(diào)節(jié)擺程;并采用集成的配重，可將非動平衡降至最小。

(8)傳動齒輪采用擺線齒錐齒輪，運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)可靠;帶有齒隙設(shè)定裝置;全密封的靜潤滑可保證潤滑良好，并配有電子可視化油量控制;同時(shí)可隨意進(jìn)行振動控制。

(9)主軸下部通過液壓油缸支承，既可在遇到不可破碎異物時(shí)進(jìn)行過載保護(hù)，也可在破碎圓錐下部襯套過度磨損后或其他情況需要時(shí)，利用該液壓油缸很方便地調(diào)節(jié)產(chǎn)品粒度。

(10)對破碎腔型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，襯板形狀和安裝方式充分考慮了對腔型、產(chǎn)品顆粒形狀、過粉碎、裝拆甚至換位的影響。

(11)配備電子監(jiān)測與控制裝置，通過觸摸屏即可監(jiān)測、設(shè)定破碎機(jī)和相關(guān)設(shè)備的工作參數(shù)。

1.3 國內(nèi)大型液壓旋回破碎機(jī)的發(fā)展概況

我國旋回破碎機(jī)的生產(chǎn)最早始于1950年代，由前蘇聯(lián)提供圖紙技術(shù)，原沈陽重型機(jī)器廠(現(xiàn)北方重工)制造。當(dāng)時(shí)，受需求、研發(fā)能力和市場等因素制約，且規(guī)格較小，顯示不出旋回破碎機(jī)的優(yōu)勢，因此并未形成氣候。1980年代沈重引進(jìn)了美國FFE公司(現(xiàn)已并入FLSmidth公司)的旋回破碎機(jī)技術(shù)(國內(nèi)定型為PXF型)，但是技術(shù)消化改進(jìn)和市場推廣工作長期不理想，從裝機(jī)功率和處理能力等基本功能參數(shù)上看，與國外著名公司的旋回破碎機(jī)有很大差距。近年來，隨著礦山采礦工藝裝備和技術(shù)的進(jìn)步、追求規(guī)模效益的需要以及國內(nèi)研發(fā)能力和市場推廣能力的發(fā)展，對旋回破碎機(jī)的研發(fā)正越來越引起國內(nèi)重型機(jī)械廠的重視。目前國內(nèi)生產(chǎn)旋回破碎機(jī)的廠商主要有北方重工和中信重工。北方重工設(shè)計(jì)制造的適用于中硬度以上物料的PXZ系列中的PXZ1623型為最大規(guī)格，產(chǎn)量達(dá)2 800～3 200 t/h。中信重工進(jìn)入旋回破碎機(jī)的研發(fā)時(shí)間很短，僅三、四年時(shí)間，但進(jìn)步很大，截至目前，已經(jīng)完成了完全具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多種規(guī)格的PXZ系列重型液壓旋回破碎機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)工作，并獲得了多項(xiàng)國內(nèi)外訂單。目前該公司設(shè)計(jì)制造的PXZ－152/287型為最大規(guī)格，裝機(jī)功率1 200 kW，產(chǎn)量達(dá)5 100～8 000 t/h，這是目前國內(nèi)自行設(shè)計(jì)制造的最大規(guī)格旋回破碎機(jī)。

2 國外大型液壓旋回破碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 Metso SUPERIOR 60－110E粗碎旋回破碎機(jī)

Metso Nordberg生產(chǎn)破碎機(jī)已經(jīng)有100多a的歷史，以其Superior旋回破碎機(jī)而聞名世界，處理能力從約2 000 t/h到約9 000 t/h不等，至今已經(jīng)向世界各地的礦山和采石場銷售了超過1 500臺的Superior旋回破碎機(jī)。60－110E型旋回破碎機(jī)是Metso 2010年初推出的新機(jī)型，是在SUPERIOR MK－Ⅱ系列60－110型基礎(chǔ)上的改進(jìn)型。SUPERIOR MK －Ⅱ系列旋回破碎機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

60－110E型旋回破碎機(jī)繼承了SUPERIOR MK －Ⅱ系列的優(yōu)點(diǎn)［1］，并在60－110型基礎(chǔ)上將電機(jī)功率由1 000 kW提高到1 200 kW;小齒輪轉(zhuǎn)速由514 r/min提高到600 r/min;設(shè)計(jì)采用了最新的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與建模軟件，降低了殼體應(yīng)力，增加了可靠性，提升了設(shè)備性能;重新設(shè)計(jì)了橫梁，采用整體式橫梁架體結(jié)構(gòu)和巧妙的新型緣襯板固定裝置，兼顧了與原有機(jī)型的互換性等(見圖1)。改進(jìn)后設(shè)備質(zhì)量由588 t減少到約553 t，破碎能力由5 575～7 605 t/h提升為5 535～8 890 t/h。

表1 Metso SUPERIOR MK －Ⅱ系列旋回破碎機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

2.1.1 橫梁及其積料箱式護(hù)板護(hù)帽、緣襯板固定裝置

60－110E型旋回破碎機(jī)的橫梁除繼承了MK－Ⅱ系列的橫梁圈結(jié)構(gòu)和二者設(shè)計(jì)為一整體式鑄鋼件的優(yōu)點(diǎn)外，還采用了拱形橫梁設(shè)計(jì)(見圖3(a))，可有效減少物料架橋現(xiàn)象。設(shè)計(jì)時(shí)采用了最新的計(jì)算機(jī)分析技術(shù)和在用旋回破碎機(jī)應(yīng)變實(shí)測數(shù)據(jù)，減少了應(yīng)變扭曲，可靠性提高。

橫梁臂防護(hù)板和防護(hù)帽不但采取對橫梁全體防護(hù)式設(shè)計(jì)，而且采用巧妙的積料箱設(shè)計(jì)，即防護(hù)板和加長設(shè)計(jì)的防護(hù)帽上端為凹陷結(jié)構(gòu)，使停留在此凹坑內(nèi)的物料對護(hù)板和護(hù)帽起到阻擋來自上端給料直接沖擊磨損的作用。這樣的設(shè)計(jì)，能顯著延長橫梁臂及其防護(hù)板和防護(hù)帽的使用壽命，該新型結(jié)構(gòu)可為橫梁提供更好的保護(hù)。

新型緣襯板固定裝置采用卡夾方式(見圖3(b))，即在緣襯板接縫的兩側(cè)下方的橫梁圈上各焊接一個(gè)L形卡條，安裝時(shí)卡上定位銷即可，無需用螺栓固定。這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可預(yù)先將橫梁緣襯板與橫梁裝配在一起，從而使組件的安裝和更換更加簡便快捷、準(zhǔn)確。

圖3 新型橫梁組件結(jié)構(gòu)示意

2.1.2 上機(jī)架

利用有限元設(shè)計(jì)工具重新分析設(shè)計(jì)了上機(jī)架，取消了垂直筋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，消除了垂直筋引起的應(yīng)力集中;同時(shí)設(shè)計(jì)采用水平箍帶形式的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，以保持上機(jī)架具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(見圖1);減小機(jī)架法蘭之間的緊固螺栓直徑，使得維護(hù)保養(yǎng)更加簡便。

2.1.3 底架

根據(jù)積累的在用旋回破碎機(jī)底架的應(yīng)變實(shí)測數(shù)據(jù)，對底架高應(yīng)力區(qū)域重新進(jìn)行了分析評估，并采用了最新的解決方案(見圖4):底架采用整體式鑄造結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)高位裝配法蘭;底部4個(gè)角融入四臂設(shè)計(jì)概念;底架柱體腔形采用巧妙的向上收縮的平滑截面設(shè)計(jì)，并采用與其他幾何面平滑過渡設(shè)計(jì);底架內(nèi)腔加強(qiáng)筋采用位置對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)使底架結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固，提高了強(qiáng)度，減少了組件數(shù)量，可縮短安裝、維護(hù)時(shí)間。

圖4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的底架外形

2.1.4 主軸

主軸部設(shè)計(jì)增加了擁有專利的支承環(huán)結(jié)構(gòu)，可釋放動錐襯板鎖緊螺母的壓力，消除動錐鎖緊螺母或動錐襯板損壞的潛在危險(xiǎn)性，同時(shí)使動錐襯板的更換更加便捷。

2.1.5 可互換性

橫梁、上機(jī)架和底架盡管進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，但與現(xiàn)有的MK－Ⅱ系列中的60－110型具有可互換性，解決了在用破碎機(jī)的優(yōu)化問題。

2.2 FLSmidth NT系列旋回破碎機(jī)的特殊形式——TS型和UD型

FLSmidth Fuller－Tralor也有100多a的破碎機(jī)設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)。其最新型旋回破碎機(jī)為NT系列中的TS型和UD型，均是在原TC系列基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要參數(shù)見表2。

表2 FLSmidth NT系列旋回破碎機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

2.2.1 TS型頂部維護(hù)旋回破碎機(jī)

旋回破碎機(jī)更換襯套等易損件是一件不得不做且非常繁瑣的工作，更換襯套時(shí)通常是從破碎機(jī)下面的卸料倉內(nèi)進(jìn)行更換，存在更換難和安全隱患等問題。TS型與NT系列破碎機(jī)的所有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和優(yōu)點(diǎn)均相同，不同的是TS型破碎機(jī)的偏心套組件和液壓缸總成可以從破碎機(jī)上部的入料口處吊入吊出，而不是傳統(tǒng)地由人員進(jìn)入卸料緩沖倉，從破碎機(jī)下部的卸料口移入移出，大大提高了破碎機(jī)的維護(hù)效率，并可有效避免安全事故的發(fā)生?！癟S”即是“Top Service”(頂部維護(hù))的縮寫，維護(hù)示意見圖5。

頂部維護(hù)這一安裝維護(hù)方式的優(yōu)點(diǎn)在于:

(1)無需接觸液壓缸柱塞，只需1次起吊，即可在更寬敞的空間場地更換偏心套組件，包括偏心套和偏心銅套，這大大方便了安裝與維修，省去了很多繁瑣的步驟，縮短了停工檢修時(shí)間。過去數(shù)天才能完成偏心套或偏心銅套的更換工作，現(xiàn)在1個(gè)班就能完成，甚至可以在對整個(gè)生產(chǎn)影響很小的情況下做預(yù)先維護(hù)。

圖5 FLSmidth TS型頂部維護(hù)旋回破碎機(jī)示意

(2)無需人員進(jìn)入卸料倉，可避免維護(hù)人員受到掉落物的傷害，大大增加了工作人員的安全性。

(3)增加了設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的靈活性，降低了粗碎塔樓的建設(shè)投入。由于不再需要偏心套維修小車以及在破碎機(jī)下部進(jìn)行維修工作，因而破碎站建設(shè)高度可降低，進(jìn)入卸料倉的門設(shè)計(jì)成能讓1人進(jìn)出即可。卸料輸送機(jī)可以無需小車的輔助而直接布置到更接近卸料口處。

(4)采用頂部維護(hù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，偏心套組件可以采用更大的平衡重，平衡重內(nèi)部的配重腔形結(jié)構(gòu)得到最佳的優(yōu)化，使破碎機(jī)不平衡力比以前更小，甚至可以100%平衡掉破碎機(jī)的不平衡力，從而使機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，部件壽命更長。

(5)最大化了備用組件的成套性，從而提高了破碎機(jī)的維修性。例如，對液壓缸組件進(jìn)行的重新設(shè)計(jì)，使所有易磨損件位于柱塞上部，而不是傳統(tǒng)的在缸體上，必要時(shí)只需更換整個(gè)柱塞組件就可快速恢復(fù)生產(chǎn)。

首臺TS型旋回破碎機(jī)于2009年10月在美國Tilcon New York(硅紐約)公司的西Nyack石料破碎廠投入使用，受到了用戶好評，僅破碎站基建費(fèi)用就可節(jié)省80萬美元。

2.2.2 UD型超級旋回破碎機(jī)

2005年，F(xiàn)LSmidth公司根據(jù)用戶的特殊需求，開始了可承擔(dān)超硬物料破碎任務(wù)(Ultra Duty)的旋回破碎機(jī)的研發(fā)。即在破碎機(jī)規(guī)格尺寸不變、給料尺寸相同的條件下，可提供比同規(guī)格重型旋回破碎機(jī)高出33%～35%的破碎力。

UD型超級旋回破碎機(jī)采用了更大功率的電機(jī)，傳動部件的零件尺寸也更大，除采用螺旋錐傘齒輪保證有更多齒面接觸以傳遞更大動力外，甚至采用多重雙聯(lián)小齒輪驅(qū)動，以解決破碎能力不足的問題。

在常規(guī)情況下，1臺UD型超級旋回破碎機(jī)可以替代2臺較小規(guī)格的旋回破碎機(jī)，這樣既可節(jié)省初期總投資，又可降低日常運(yùn)行成本。在井下應(yīng)用時(shí)，還可設(shè)計(jì)成剖分式機(jī)架，以便于搬運(yùn)，可節(jié)省巨額的為設(shè)備搬運(yùn)的掘進(jìn)(擴(kuò)井、擴(kuò)巷)和搬運(yùn)機(jī)具費(fèi)用。

2010年8月，F(xiàn)LSmidth已有6臺超級旋回破碎機(jī)在用戶現(xiàn)場投入使用，其中為加拿大某用戶提供的超級旋回破碎機(jī)規(guī)格為1 830 mm×2 262 mm。此后，用多重雙聯(lián)小齒輪驅(qū)動技術(shù)對該規(guī)格機(jī)型進(jìn)行優(yōu)化改造，并在Minnesota Iron Ore Range(美國明尼蘇達(dá)鐵礦)成功運(yùn)行。2010年3月，F(xiàn)LSmidth與加拿大安大略省東北部的Detour Lake金礦簽訂了1臺1 500 mm×2 900 mmUD型超級旋回破碎機(jī)的合同，并計(jì)劃于2013年早期投產(chǎn)，該機(jī)裝機(jī)功率為1 000 kW，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為61 000 t/d，為兩條平行的、總能力為55 000 t/d的半自磨—球磨流程提供給料。

2.3 Sandvik CG系列旋回破碎機(jī)

瑞典Sandvik公司也有長期的旋回破碎機(jī)的設(shè)計(jì)制造歷史。它的CG系列旋回破碎機(jī)是與日本川崎重工旗下的EarthTechnica公司聯(lián)合設(shè)計(jì)的。經(jīng)過多年不斷的精細(xì)改進(jìn)，也已成為了世界著名的旋回破碎機(jī)系列。CG系列旋回破碎機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 Sandvik CG系列旋回破碎機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

Sandvik CG系列旋回破碎機(jī)的最大特點(diǎn)是，主軸與頂部橫梁之間采用球型滑動軸承。眾所周知，旋回破碎機(jī)在工作時(shí)，主軸做旋擺運(yùn)動，其頂部軸承不但要承受巨大的、沿周向變動的橫向破碎力，還要承受因主軸擺動引起的沿周向變動的撓曲力，受力情況十分復(fù)雜。因此，傳統(tǒng)上，主軸頂部軸承的定期更換是旋回破碎機(jī)維護(hù)中不得不進(jìn)行的既耗費(fèi)維護(hù)成本又耽誤生產(chǎn)的工作。采用球型滑動軸承后，從根本上改變了頂部軸承的受力情況，也使主軸上端軸頸的受力狀況得到改善。Sandvik聲稱，這一設(shè)計(jì)可使頂部軸承終身免更換。該球型軸承外形結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 Sandvik旋回破碎機(jī)頂端球型軸承

CG系列旋回破碎機(jī)定錐襯板采用自帶定位凸錐和張緊螺栓設(shè)計(jì)，相應(yīng)地在機(jī)架內(nèi)側(cè)排列若干定位凹槽和用來穿過螺栓的孔(見圖7)。這種結(jié)構(gòu)方式雖然加大了機(jī)架和襯板的制造難度和成本，但襯板可以分別進(jìn)行更換，使得襯板的維護(hù)和更換變得簡易而節(jié)省，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體更換襯板的問題。

2.4 ThyssenKrupp旋回破碎機(jī)

ThyssenKrupp也是世界上著名的旋回破碎機(jī)制造廠商之一，同時(shí)還是生產(chǎn)顎旋式破碎機(jī)的唯一著名廠商，已擁有100多a的旋回破設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)。其設(shè)計(jì)制造的KB系列旋回破碎機(jī)和BK系列顎旋破碎機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表4。

2.4.1 KB系列旋回破碎機(jī)

ThyssenKrupp公司的KB系列旋回破碎機(jī)除具有主軸可調(diào)、過載保護(hù)、擺程可電氣調(diào)節(jié)、緊急情況時(shí)可帶負(fù)荷啟動、有不同傳動系統(tǒng)備選等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)外，另一個(gè)顯著特點(diǎn)是傳動部分通常采用中間連接軸結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)多盤式鋼離合器之間用中間連接軸和安全聯(lián)軸器聯(lián)接，進(jìn)行直接驅(qū)動。當(dāng)有不可破碎雜物進(jìn)入破碎腔時(shí)，多盤鋼離合器可以補(bǔ)償電機(jī)與小齒輪傳動軸之間的幾何偏移，安全聯(lián)軸器可以實(shí)時(shí)保護(hù)破碎機(jī)電機(jī)免受過載的影響。此外，采用中間連接軸結(jié)構(gòu)可以避免拆卸傳動小齒輪時(shí)必須拆卸電機(jī)的麻煩。直接驅(qū)動結(jié)構(gòu)見圖8。

圖7 Sandvik旋回破碎機(jī)帶定位凸錐襯板的固定方式

表4 ThyssenKrupp KB系列旋回破和BK系列顎旋破主要技術(shù)參數(shù)

圖8 KB系列旋回破采用中間連接軸直接驅(qū)動

2.4.2 BK系列顎旋式破碎機(jī)

與標(biāo)準(zhǔn)旋回破碎機(jī)不同的是，顎旋式破碎機(jī)具有特殊形狀的向一側(cè)延伸的進(jìn)料口(見圖9)。進(jìn)料口通常帶齒板，與上部定錐襯板形成初級破碎腔，經(jīng)過初級預(yù)先破碎的大物料進(jìn)入位于下部的環(huán)形破碎腔進(jìn)行進(jìn)一步的破碎(少部分已經(jīng)能排出的物料直接經(jīng)破碎腔下落排出)以達(dá)到最終要求的粒度。由于一側(cè)入料口延伸加大并裝有齒板，顎旋式破碎機(jī)能處理比任何相似規(guī)格(如相同圓錐直徑)的旋回破碎機(jī)更大的給料塊。這對于用當(dāng)今效率最高的采礦方法——露天開采或井下分段崩落開采法采掘出的物料來說特別有意義，因?yàn)橛辛祟€旋式破碎機(jī)，這兩種采礦法取得的礦石在送入破碎機(jī)前不再需要考慮設(shè)置消除過大塊的工序。顯然，顎旋式破碎機(jī)結(jié)合了顎式破碎機(jī)和旋回破碎機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，即給料尺寸范圍更大，破碎比大，破碎效率高，不但能夠有效避免給料區(qū)域架橋堵料的現(xiàn)象發(fā)生，而且更方便布置于井下。

目前，ThyssenKrupp BK系列顎旋式破碎機(jī)共有2種規(guī)格。近10 a來訂單不斷，2003年澳大利亞訂購了首臺BK63－75型顎旋式破碎機(jī)，安裝運(yùn)行后效果良好。并于2008年又安裝了3臺，其中1臺用于在550 m的井下銅礦破碎，產(chǎn)量達(dá)900 t/h，產(chǎn)品P80=150 mm;另2臺用于西澳大利亞的地下鉆石礦，產(chǎn)量也是900 t/h，產(chǎn)品P80亦為150 mm。這兩座地下礦都采用崩落采礦法開采，生產(chǎn)中容易產(chǎn)生過大尺寸的礦塊，實(shí)踐證明，顎旋式破碎機(jī)處理這種礦石具有良好的優(yōu)勢，可大大降低生產(chǎn)成本。

圖9 顎旋式破碎機(jī)外形結(jié)構(gòu)

3 國內(nèi)旋回破碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 北方重工旋回破碎機(jī)

北方重工設(shè)計(jì)制造旋回破碎機(jī)已有50多a的歷史，其PXZ系列產(chǎn)品規(guī)格齊全，具有設(shè)計(jì)先進(jìn)、性能可靠、工作平穩(wěn)及能耗低等特點(diǎn)。目前該公司生產(chǎn)的旋回破碎機(jī)有PXZ(重型)、PXQ(輕型)和PXF(引進(jìn))等3個(gè)系列，其中PXZ系列用于破碎中等或中等以上硬度的物料，PXQ系列用于破碎中等或中等以下硬度的物料，PXF系列適用于大型露天礦山。該公司生產(chǎn)的旋回破碎機(jī)結(jié)構(gòu)及技術(shù)性能與國內(nèi)外其他公司類似，本文不做詳細(xì)介紹。北方重工PXZ和PXF系列旋回破碎機(jī)的主要參數(shù)見表5、表6。

表5 北方重工PXZ系列旋回破碎機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表6 北方重工PXF系列旋回破碎機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3.2 中信重工旋回破碎機(jī)

中信重工從事旋回破碎機(jī)的研發(fā)已有近10 a的歷史。2012年開發(fā)出的PXZ－152/287型液壓旋回破碎機(jī)為目前國內(nèi)產(chǎn)能最大的粗碎設(shè)備，并已成功獲得國外訂單。中信重工的旋回破碎機(jī)代表了我國研發(fā)的旋回破碎機(jī)的最高技術(shù)水平，除大型化和功耗指標(biāo)與上述國外著名公司有一定差距外，達(dá)到或接近國際最高水平的技術(shù)主要有:

(1)主軸與圓錐鍛造成一體。將破碎機(jī)主軸的鎖緊螺母改放在軸套上，避免了老式破碎機(jī)的斷軸現(xiàn)象。主軸上部軸頸與錐體過渡部位采用大圓弧并拋光，加強(qiáng)了主軸強(qiáng)度，可有效延長主軸的使用壽命。

(2)主軸頂部軸承設(shè)計(jì)了油溫監(jiān)測裝置，通過溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測軸承的工作溫度，可有效避免燒軸瓦事故的發(fā)生，保證破碎機(jī)的安全運(yùn)行。

(3)橫梁與橫梁圈設(shè)計(jì)鑄造成一體，且橫梁護(hù)板由被動保護(hù)結(jié)構(gòu)改為主動防護(hù)，大大延長了橫梁和襯板的使用壽命。

(4)橫梁潤滑裝置能夠定時(shí)自動潤滑橫梁軸承總成，可減少維護(hù)保養(yǎng)的工作量。

(5)重型橫梁圈與上機(jī)架、上機(jī)架與下機(jī)架、下機(jī)架與底架之間，均采用錐面止口過盈配合，可有效防止破碎機(jī)殼體松動，避免殼體間聯(lián)接螺栓直接承受大的工作載荷，并可減少維護(hù)和保養(yǎng)成本;通過有限元分析手段，對橫梁、機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，確保能適應(yīng)惡劣工況。

(6)采用正壓防塵裝置，使機(jī)架密封效果更好。

(7)采用螺旋傘齒輪傳動機(jī)構(gòu)，能夠承受更大載荷，且傳動更加平穩(wěn)可靠，對破碎硬度高的物料效果更加明顯。

(8)擁有齒輪調(diào)節(jié)裝置，使齒輪間隙調(diào)節(jié)方便可靠，可減少安裝維護(hù)時(shí)間。

(9)傳動部采用調(diào)心滾動軸承，避免了滑動軸承對潤滑系統(tǒng)要求高的問題，潤滑更加簡便、可靠，且滾動軸承功率損耗小，能夠在承受沖擊作用下使破碎機(jī)獲得更高轉(zhuǎn)速和傳動功率。

(10)油缸部柱塞采用整體式鑄造結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)的分體式柱塞在安裝、維護(hù)過程中柱塞板容易脫落的安全隱患;同時(shí)設(shè)計(jì)了位移傳感器，能夠自動控制油缸柱塞的位置，從而精確控制排礦口大小;應(yīng)用液壓、潤滑一體式結(jié)構(gòu)，自動化水平大幅度提高，且可大大減小輔助設(shè)備安裝空間。

(11)采用多方面人性化設(shè)計(jì)，并配備檢修維護(hù)專用工具，可大大壓縮檢修時(shí)間，提高設(shè)備的作業(yè)率，降低工人的勞動強(qiáng)度。

近兩年，中信重工已將旋回破碎機(jī)技術(shù)成功融入到大型半移動和移動式旋回破碎站的成套系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，這不但充分發(fā)揮了旋回破碎機(jī)大產(chǎn)能、高效率的設(shè)備優(yōu)勢，而且能夠更好地滿足大型礦山節(jié)能高效的應(yīng)用需求，可適用于千萬噸級大型露天礦山的初級破碎工藝流程。截至目前，中信重工已成功開發(fā)出PSZ3000－B和PSZ4000－B型半移動式旋回破碎站，PXZ－160/191和PXZ－152/226型旋回破碎機(jī)均為其核心破碎設(shè)備，單機(jī)處理能力達(dá)8 000 t/h以上。目前該系列破碎站已成功獲得數(shù)項(xiàng)國外訂單并完成交付。中信重工PXZ系列液壓旋回破碎機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表7，產(chǎn)品模型見圖10。

表7 中信重工PXZ系列旋回破碎機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

4 結(jié)論

(1)縱觀國內(nèi)外液壓旋回破碎機(jī)的發(fā)展史，其基本上就是一個(gè)追求設(shè)備安全性、穩(wěn)定性、高效性、耐用性、免維護(hù)性、結(jié)構(gòu)緊湊性、安裝維護(hù)便捷性、大型化以及自動化等的發(fā)展史。

圖10 中信重工PXZ系列旋回破碎機(jī)模型

(2)借鑒國外著名破碎機(jī)制造廠家的研發(fā)和制造經(jīng)驗(yàn)，建議我國設(shè)備生產(chǎn)廠商的技術(shù)進(jìn)步要圍繞用戶的需求展開，設(shè)備大型化是用戶工藝技術(shù)大型化的必然要求，從立意到實(shí)施都要與用戶緊密合作，不能脫離用戶需求而盲目大型化。

(3)應(yīng)充分考慮用戶對技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的需求，除產(chǎn)能、功耗和效率外，還需加強(qiáng)對使用維護(hù)成本和便捷性設(shè)計(jì)的重視。

(4)重視對設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的收集、存檔，以便根據(jù)這些資料開展對產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化、改進(jìn)以及全新產(chǎn)品的研發(fā)。

(5)國內(nèi)在開展產(chǎn)品研發(fā)時(shí)，不能只提引進(jìn)，要善于消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)，包括設(shè)計(jì)理念，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，只有這樣才能開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。

(6)國內(nèi)液壓旋回破碎機(jī)生產(chǎn)企業(yè)要在設(shè)備產(chǎn)能、噸功耗、自動監(jiān)控等方面下大力氣，縮小與國外的差距。這不但要充分利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段和試驗(yàn)技術(shù)(如CAD、CAE、CAT等)，還要加強(qiáng)制造工藝技術(shù)的提高。

(7)強(qiáng)化知識產(chǎn)權(quán)意識，必要時(shí)應(yīng)購買他人專利，避免知識產(chǎn)權(quán)糾紛。想擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，首先就應(yīng)尊重知識產(chǎn)權(quán)。

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