多缸液壓圓錐破碎機飛濺泄油分析

何志敏，劉躍慶，熊紹俊

（南昌礦山機械有限公司，江西 南昌 330004）

多缸液壓圓錐破碎機是一種以層壓理論為根據(jù)，研發(fā)出的新型破碎機。該破碎機在運行時，會考慮物料之間的間隙，這使其能夠達到更好的物料破碎粒型，以及更高的物料破碎比、成品率。但此類破碎機也經(jīng)常會出現(xiàn)飛濺泄油問題，需要工作者對此加以改善，才能充分發(fā)揮此類破碎機的優(yōu)勢。

1 多缸液壓圓錐破碎機的特點

相較于傳統(tǒng)類型的破碎機，此類破碎機的特點主要體現(xiàn)在以下幾點：

第一，結(jié)構(gòu)靈活，在傳統(tǒng)破碎機的結(jié)構(gòu)中，軀體、主軸是一體化的，這使得軀體必須與主軸一起進行旋擺運動，通常需要達到230-390轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速，而此類破碎機的主軸固定在機架上，軀體則由偏心套推動，因此，在空載啟動的條件下，軀體可以自由轉(zhuǎn)動，相較于傳統(tǒng)破碎機更加靈活；第二，運行速度快，由于此類破碎機的結(jié)構(gòu)較為靈活，所以其能夠達到高于傳統(tǒng)破碎機40%的轉(zhuǎn)速；第三，擺成大，此類破碎機是基于層壓理論設(shè)計的，其強調(diào)通過提供足夠的壓縮量，使物料破碎，由此，在參數(shù)設(shè)計時，設(shè)計者一般會將擺成參數(shù)設(shè)置的比較大；第四，生產(chǎn)效率高，相較于傳統(tǒng)破碎機，此類破碎機能夠達到80%的成品率，而傳統(tǒng)破碎機的成品率僅為65%左右。

2 飛濺泄油的現(xiàn)狀

根據(jù)上述對于破碎機特點的論述可知，破碎機的軀體轉(zhuǎn)動速度較快，因此，為了避免機械結(jié)構(gòu)內(nèi)部摩擦力過大，引發(fā)故障風險，操作者需要應(yīng)用穩(wěn)定性強、潤滑性能優(yōu)越的潤滑油，進行破碎機潤滑，并保持足夠的潤滑油供給量?；诖?，在實際的破碎機運行中，工作者通常會保持齒輪下的潤滑油容器中潤滑油的充滿狀態(tài)，每次轉(zhuǎn)動過程，齒輪都會從潤滑油容器中蘸取大量的潤滑油，而齒輪的轉(zhuǎn)動速度又比較快，這使得齒輪上附著的潤滑油會因齒輪的高速轉(zhuǎn)動，被甩出去，導致飛濺泄油問題。在此背景下，潤滑油的消耗速度會更快，如果不能及時添加，會引發(fā)故障風險，同時也在很大程度上增加了潤滑油的使用成本。但就目前來看，潤滑油受慣性的作用較大，因此，壓縮間隙、增設(shè)密封圈等常規(guī)的方案，均無法有效消除此項問題，影響了破碎機的運行。

3 飛濺泄油的原因

具體來說，飛濺泄油形成的原因可以被闡釋為，齒輪的高速旋轉(zhuǎn)，讓其表面上附著的潤滑油受慣性作用，由機架與平衡圈之間的間隙，飛濺上升到結(jié)構(gòu)中的迷宮密封U槽中，然后旋轉(zhuǎn)平衡圈在運行中，就會將U槽中的潤滑油帶到破碎機結(jié)構(gòu)外部，形成飛濺泄油問題。根據(jù)上述論述，可以看出，潤滑油的飛濺上升，是造成此現(xiàn)象的主要原因。

4 飛濺泄油的解決方案

4.1 氣流密封方法

從力學的角度上來看，潤滑油上升的原因主要是齒輪給予了其向上的作用力，因此，如果要阻止其上升，就需要向其施加一個向下的作用力，將潤滑油向下推，這樣就可以避免飛濺泄油問題。為此，可以考慮在基于螺栓風機原理上，在平衡圈與機架之間的縫隙處，增設(shè)一個密封螺紋。此時，當破碎機開啟，平衡圈旋轉(zhuǎn)運行時，會插入縫隙段內(nèi)，向密封螺紋施加一個作用力，并對其產(chǎn)生車制作用，推動螺紋運動，而螺紋的車制運動會產(chǎn)生氣流，此氣流的方向向下，正好能夠向飛濺向上的潤滑油施加一個向下的作用力，制止其向上飛濺，由此即可消除飛濺泄油問題。在實際的氣流密封設(shè)置中，還要通過建模、優(yōu)化算法求解等方式，來分析此方法的可行性，以及應(yīng)用此方法時，是否需要調(diào)整各個結(jié)構(gòu)元件的尺寸、元件的安裝位置，以確保氣流密封方案的實施能夠達到預(yù)期。

4.2 氣流密封結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

數(shù)學方法是常見的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其能夠幫助人們得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，且得出的設(shè)計結(jié)果也極具針對性。同時，也具備操作簡單、效率高的優(yōu)勢，因此，在氣流密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，也可以考慮運用此方法，來確定螺紋的尺寸、安裝位置等結(jié)構(gòu)參數(shù)，由此得出一套更詳細的破碎機飛濺泄油問題解決方案。在數(shù)學方法的操作中，首先，確定工況、荷載等各項結(jié)構(gòu)運行信息，以及設(shè)計目標；其次，進行氣流密封結(jié)構(gòu)的有限元分析，明確結(jié)構(gòu)的相應(yīng)特性，再基于此，構(gòu)建出設(shè)計變量，與目標函數(shù)、約束函數(shù)之間的數(shù)值關(guān)系；再次，根據(jù)上述參數(shù)，以及數(shù)學理論，列出目標函數(shù)、約束函數(shù)的數(shù)學表達式，同時，確立合理的優(yōu)化評估指標，構(gòu)建出一個結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化模型；最后，合理選用優(yōu)化模型求解算法，并用此算法對模型進行求解，即可得出可行、最優(yōu)的設(shè)計方案，確保氣流密封結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠滿足飛濺泄油問題控制需求，促進此問題的順利解決[1]。

基于上述論述，可以將氣流密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計流程歸納為圖1。由于不同的運算軟件，其操作要求也存在差異。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需結(jié)合具體的軟件類型，采取相應(yīng)的操作方法，并遵循配套的操作注意事項，以保證氣流密封結(jié)構(gòu)設(shè)計方案結(jié)果的可靠性，深入優(yōu)化飛濺泄油問題的解決效果[2]。

圖1 氣流密封結(jié)構(gòu)設(shè)計流程圖

4.3 氣流密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化建模

在氣流密封結(jié)構(gòu)建模過程中，可以結(jié)合有限元理論，將數(shù)學模型設(shè)置為，其中,s.t表示被約束于、g（x）為約束函數(shù)、x為設(shè)計變量、n為變量數(shù)量、f（x）為目標函數(shù)、ne與nn分別為等式與不等式約束數(shù)量、分別為變量下限與上限、min為最小化。該模型具有良好的通用性，其中的設(shè)計變量可以是物理參數(shù)，也可以是幾何參數(shù)，因此，能夠有效支持各項設(shè)計求解，順利解決氣流密封方案設(shè)計中的參數(shù)取值問題。在目標函數(shù)、約束函數(shù)的表達式設(shè)計中，需根據(jù)飛濺泄油問題解決對氣流密封結(jié)構(gòu)的要求，選擇合適的評估指標，然后再將指標的數(shù)值關(guān)系，整理成為函數(shù)表達式，由此即可完善上述數(shù)學模型，為后續(xù)的最優(yōu)方案求解奠定基礎(chǔ)。但在氣流密封結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以取氣流作用力達到潤滑油飛濺上升作用力為最優(yōu)設(shè)計目標，約束函數(shù)則可選用物理公式、穩(wěn)定性、協(xié)調(diào)方程等。

4.4 氣流密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法設(shè)計

待模型建設(shè)完畢后，為了更快地得到可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，設(shè)計者還需要確立優(yōu)化算法，以對模型進行求解，最終得出合理、可行的氣流密封結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，有效解決破碎機潤滑油飛濺泄油的問題，提升破碎機的使用性能水平。就目前來看，對此類數(shù)學模型求解常用的優(yōu)化算法主要有三種，即數(shù)學規(guī)劃法、智能優(yōu)化法、最優(yōu)準則法。

其中，數(shù)學規(guī)劃法主要是指一種用具體數(shù)學方法，來求解抽象問題的模型求解方法。這種方法的運算機理可以被闡釋為，通過不斷地進行迭代下降處理確定極小值點，來得到最優(yōu)解。在此過程中，需先設(shè)一個初始設(shè)計X（0），之后，將迭代次數(shù)設(shè)為K，在迭代運算中，X（k+1）會不斷代替Xk，且X（k+1）更接近最優(yōu)解，由此保持f(X（k+1）)＜f（Xk），直至求得最優(yōu)解。目前，此項求解方法的具體操作策略有三種，即單純形法、序列二次規(guī)劃法、可行方向法，設(shè)計者可以根據(jù)實際情況，對上述操作策略予以選用，保證模型求解效果。

智能優(yōu)化法屬于一種現(xiàn)代化的優(yōu)化求解算法，其強調(diào)遵循“遺傳進化”原理，采用啟發(fā)模式進行過不斷優(yōu)化運算，其相較于其他的算法，在實際使用中的適用性更強、運算效率也更高，因此，在條件允許下，此種方法是模型求解的首選。就目前來看，常用的智能優(yōu)化算法為遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法。其中，遺傳算法可以被表述為，，其中，C為編碼方法、E為適應(yīng)度評估函數(shù)、P0為初始種群、N為種群規(guī)模，φ、Γ、Ψ分別為選擇、交叉、變異算子，T為運算終止條件。由此可見，該算法的操作流程為編碼、初始種群建設(shè)、適應(yīng)度評估、選擇、交叉、變異。而離子優(yōu)化算法的運算機理則為，根據(jù)目標函數(shù)確立的適應(yīng)值，運算得出最佳解粒子。設(shè)計者需按照實際需求，對上述智能優(yōu)化算法進行應(yīng)用，以增強運算效果。

最優(yōu)準則法屬于一種早期的優(yōu)化算法，其運算思路為，基于結(jié)構(gòu)力學，先限定部分優(yōu)化條件，再參照該限定，構(gòu)建出能夠達到優(yōu)化目標的迭代公式，最后再通過運算該公式，得出全局最優(yōu)解。這種算法的實際操作方法包括，能量準則法、應(yīng)力準則法等多種方法，其在實際應(yīng)用中所存在的明顯優(yōu)勢包括，高速收斂、計算便捷等，但由于該算法對布局的要求較高，因此，存在較大的使用局限性。不過，由于氣流密封結(jié)構(gòu)設(shè)計模型的布局比較有序，所以符合此優(yōu)化算法的應(yīng)用條件，同時，結(jié)合具體的優(yōu)化需求，可以考慮運用應(yīng)力準則法對模型進行求解，以得到抗?jié)櫥惋w濺上升作用力效果最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，深入優(yōu)化潤滑油飛濺上升問題的解決效果。

5 結(jié)論

增強飛濺泄油的改善工作效果，能夠推動破碎機制造領(lǐng)域的發(fā)展。在破碎機設(shè)計制造中，借助合理、可行的飛濺泄油問題解決方案，可以降低潤滑油的消耗、控制破碎機的運行故障風險、增加破碎機制造生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，從而為此類破碎機的批量生產(chǎn)和銷售提供良好條件。