大型單缸液壓圓錐破碎機(jī)-CC800的研發(fā)設(shè)計(jì)分析

陶勇政，汪云強(qiáng)，劉躍慶

（南昌礦山機(jī)械有限公司，江西 南昌 330004）

圓錐破碎機(jī)的發(fā)展已經(jīng)超過了百年的歷史，具有結(jié)構(gòu)較簡單、安全可靠等特點(diǎn)，在通常的工況中能實(shí)現(xiàn)較大的破碎比，所以在現(xiàn)階段的采礦作業(yè)中，也得到了廣泛使用。尤其是對于所研發(fā)出的CC800型號的單缸液壓圓錐破碎機(jī)來說，具有優(yōu)良的性能，在很多礦山、骨料、建筑等的項(xiàng)目建設(shè)中，都受到了廣大用戶的青睞。

1 研究背景

近年來，隨著礦山項(xiàng)目的開采，其復(fù)雜程度也越來越高，伴隨著產(chǎn)業(yè)鏈上下游領(lǐng)域的技術(shù)快速發(fā)展和國家基礎(chǔ)建設(shè)的需求增長，不斷擴(kuò)大的選礦廠的規(guī)模，因此在當(dāng)前的選礦工作中，所采用的各項(xiàng)設(shè)備也越來越趨于高效、節(jié)能、大型化，具有較高的自動(dòng)化程度，在進(jìn)行選礦處理時(shí)，能夠具有更強(qiáng)大的能力，提高技術(shù)指標(biāo)，還能夠有效節(jié)約成本，增加經(jīng)濟(jì)收益。當(dāng)前，在我國的大型選礦廠中，在進(jìn)行擴(kuò)建和技術(shù)改造的過程中，都會(huì)應(yīng)用大型選礦設(shè)備。對于選礦工作來說，具有一套工藝流程，分別為選前準(zhǔn)備作業(yè)、選別作業(yè)、選后脫水作業(yè)。在選前準(zhǔn)備作業(yè)中，需要涉及到礦石的破碎工作，就需要采用破碎機(jī)。一般對于礦石進(jìn)行細(xì)碎和中碎時(shí)，較常使用圓錐破碎機(jī)。

2 大型單缸液壓圓錐破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

對于該種大型的破碎機(jī)而言，其具體的結(jié)構(gòu)中，有兩個(gè)組成部分，即兩個(gè)截面圓錐，分別為動(dòng)錐以及定錐組。動(dòng)錐持續(xù)破碎運(yùn)動(dòng)，而定錐組則處于固定狀態(tài)。這一破碎機(jī)的工作原理，就是在底部進(jìn)行主軸支撐的安裝，之后由動(dòng)錐通過具體的主軸旋轉(zhuǎn)，來對于其實(shí)現(xiàn)控制。在具體的破碎工作時(shí)，定錐與動(dòng)錐主要具有兩種形態(tài)，第一，定錐始終處于固定狀態(tài)，當(dāng)動(dòng)錐在運(yùn)動(dòng)的過程中，接近定錐時(shí)，就會(huì)使得在擠壓力的作用之下，致使礦石破碎。第二，如果隨著動(dòng)錐的運(yùn)動(dòng)，距離定錐較遠(yuǎn)，那么就會(huì)使得經(jīng)過破碎的礦石以自由落體或者滑動(dòng)或者組合的方式通過排礦口，從破碎機(jī)內(nèi)運(yùn)出。所以，在具體的機(jī)器運(yùn)行的過程中，在進(jìn)行礦石的破碎時(shí)，這一機(jī)器的運(yùn)作具有連續(xù)性。對于動(dòng)錐進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)所應(yīng)用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由偏心銅套、偏心套和一對螺旋弧齒輪組成，讓破碎機(jī)在生產(chǎn)的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的傳動(dòng)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

3 相關(guān)參數(shù)設(shè)置

在本次的破碎機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)的過程中，具體的設(shè)計(jì)參數(shù)包含以下內(nèi)容：破碎礦石的初始條件、設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)模型。第一對于破碎機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)來說，入料粒度要設(shè)置在37cm，而且要求每小時(shí)所能夠達(dá)到的最大的生產(chǎn)率為2128噸。在完成破碎之后，進(jìn)行排料的排料口也要帶有可調(diào)節(jié)性，具體范以下，并且該設(shè)備的總體重量達(dá)到了98噸。第二對于破碎礦石來說，對于具體的原料礦石，在特定的破碎階段，都提出了入料粒度、進(jìn)料參數(shù)的要求。當(dāng)處于二、三段破碎時(shí)，以上兩個(gè)參數(shù)必須不大于37cm。第三設(shè)備主要的參數(shù)模型。在具體的設(shè)計(jì)中，有關(guān)的技術(shù)人員要在破碎機(jī)技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，對于一些主要的技術(shù)參數(shù)模型，比如說生產(chǎn)率、功率等等，作出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)。首先，對于生產(chǎn)率來說，在具體的模型設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)，要按照生產(chǎn)率要求，進(jìn)一步得到生產(chǎn)率公式，在具體的公式中，涵蓋幾項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，即設(shè)備的運(yùn)行松散參數(shù)、物料堆密度、破碎偏心距、物料壓縮的料層厚度、物料位移位置、壓縮層平均直徑、動(dòng)錐轉(zhuǎn)速等等。按照具體的技術(shù)要求，在實(shí)際的研發(fā)設(shè)計(jì)中，對于運(yùn)行的松散程度、料層厚度、物料位移位置、壓縮層平均直徑、堆料密度等，進(jìn)行合理地設(shè)計(jì)，并且結(jié)合具體的公式模型，進(jìn)行破碎及生產(chǎn)率的計(jì)算。通過所得到的計(jì)算結(jié)果得知，根據(jù)以上的設(shè)計(jì)所得到的設(shè)備，相比較生產(chǎn)率需求來說，能夠?qū)崿F(xiàn)的最大生產(chǎn)率已經(jīng)超出實(shí)際需求，所以該破碎機(jī)在數(shù)據(jù)和模型設(shè)計(jì)上，都能夠滿足有關(guān)的要求和標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)的過程中，技術(shù)人員在其中應(yīng)用了層壓破碎以及多破少磨等理念，所以設(shè)計(jì)人員在一些系統(tǒng)參數(shù)上，其中包括設(shè)備液壓、電氣、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)等，作出了更高的要求。所以在研發(fā)設(shè)計(jì)中，在破碎機(jī)中，采取了自動(dòng)控制系統(tǒng)，將其作為標(biāo)準(zhǔn)配置，來實(shí)現(xiàn)對于破碎機(jī)的控制。其次，對于功率設(shè)計(jì)模型來說，在以往多年設(shè)備應(yīng)用和研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定功率設(shè)計(jì)的模型，得出具體的公式，在公式中所包含的參數(shù)有動(dòng)錐底部直徑、動(dòng)錐底角、動(dòng)錐轉(zhuǎn)速、偏心距、破碎角、傳動(dòng)效率、能耗損失。通過具體的計(jì)算，從而求得破碎機(jī)的具體功率。

4 各部分結(jié)構(gòu)的具體研發(fā)

在本次的CC800破碎機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)中，整機(jī)上應(yīng)用了模塊化的開發(fā)理念。對于該設(shè)備的架體結(jié)構(gòu)來說，采用的是合金材料，在主軸上，采用了高質(zhì)量的鍛造合金材料，而且在可調(diào)節(jié)的排礦口上，設(shè)置了螺旋弧形齒輪。另外，在具體的工藝設(shè)計(jì)中，有關(guān)的設(shè)計(jì)人員在將正壓防塵系統(tǒng)、稀油潤滑，應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中，讓整個(gè)液壓控制，具有更高的質(zhì)量[1]。因此，從整體上來看，破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)更加便于進(jìn)行維護(hù)和整修，而且能夠節(jié)約運(yùn)營成本，比如說，通過對于螺旋弧形齒輪的應(yīng)用，能夠在排礦口處，降低故障出現(xiàn)的幾率；采用合金鑄造的結(jié)構(gòu)，也能夠全面的增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4.1 螺旋弧齒輪傳動(dòng)

對于該系列的破碎機(jī)而言，不僅具有較高的功率，而且產(chǎn)能也比較大。對于以往所采用的直齒錐齒輪而言，在應(yīng)用的過程中，較常發(fā)生斷齒的問題，也就無法符合使用的需要，因此就進(jìn)一步通過融合先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，并且和生產(chǎn)齒輪的廠家共同合作開發(fā)，選取螺旋弧齒輪來作為傳動(dòng)方式。

4.2 臂架襯套

在以往的圓錐破碎機(jī)中，所采用的臂架襯套的內(nèi)容，屬于一段錐孔，這種設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致在其充分配合主軸襯套以后，會(huì)出現(xiàn)較大的間隙，因此也就縮短的使用壽命。而且，在運(yùn)行的過程中，也常常出現(xiàn)主軸襯套的過度磨損問題。因此，在本次的設(shè)計(jì)研發(fā)中，對于臂架襯套這一部分，在上下兩端，都進(jìn)行了錐面設(shè)計(jì)，而在中間位置以圓弧過渡，這樣就能夠讓臂架襯套和主軸襯套，具有更長的使用壽命。

4.3 曲線破碎腔型

現(xiàn)階段，對于破碎作業(yè)而言，一個(gè)先進(jìn)的理念就是恒曲線腔型破碎。為了充分的貫徹這一理念的先進(jìn)性，就要擺脫傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的束縛和局限，防止在使用襯板之后，出現(xiàn)平行區(qū)變長的問題，對于具體的產(chǎn)量，帶來嚴(yán)重影響。所以，為了達(dá)成目標(biāo)，就要在進(jìn)行動(dòng)錐和定錐的襯板設(shè)計(jì)的過程中，將其設(shè)計(jì)成曲線的形狀，并且也要將破碎腔，設(shè)置為曲線腔，在具體的使用之后，也要讓破碎腔處于不變的狀態(tài)。因此，就不會(huì)出現(xiàn)平行區(qū)加長的問題，能夠穩(wěn)步提升產(chǎn)量，而且在設(shè)計(jì)的過程中，也對于層壓破碎原理，進(jìn)行了充分考慮[2]。

4.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)

通過自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)τ谄扑闄C(jī)的功率、排礦口、壓力、溫度等參數(shù)，展開實(shí)時(shí)的監(jiān)測，進(jìn)一步在破碎作業(yè)中，有效地實(shí)施過鐵保護(hù)、過載保護(hù)，而且還能夠自動(dòng)的對于襯板磨損進(jìn)行補(bǔ)償。依靠擠滿倉給料，可以最大化的實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)的功效。

4.5 專利創(chuàng)新技術(shù)

對于CC800破碎機(jī)的研發(fā)和設(shè)計(jì)中，其中具有很多專利創(chuàng)新技術(shù)，都屬于獨(dú)立研發(fā)的，具有自主的產(chǎn)權(quán)。首先，對于單缸液壓圓錐破碎機(jī)來說，其技術(shù)特點(diǎn)帶有較為顯著的先進(jìn)性，已經(jīng)被授予了實(shí)用新型專利。同時(shí)被授予該專利的還有在液壓系統(tǒng)中，所涉及的耐壓沖擊單向節(jié)流閥。通過該專利的提出，進(jìn)一步延長了單向節(jié)流閥的使用時(shí)間，能夠?qū)τ谥鳈C(jī)中各項(xiàng)關(guān)鍵的部件，實(shí)現(xiàn)更有效的保護(hù)。

4.6 低成本、高效率的安全操作

通過整機(jī)各部件的安裝方式的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了自上而下的拆卸方式，為更換零部件，拆機(jī)檢修，設(shè)備維保等工作提供了較大的便捷。為了進(jìn)一步提升工作效率，并且減少工人的勞動(dòng)壓力和強(qiáng)度，則必須要進(jìn)行一個(gè)較高可靠性的液壓系統(tǒng)的配置。

4.7 機(jī)架堅(jiān)固

該破碎機(jī)的機(jī)架結(jié)構(gòu)屬于合金鑄件，通過進(jìn)行有限元的分析設(shè)計(jì)，也能夠保障在破碎機(jī)運(yùn)行的過程中，如果出現(xiàn)極限情況或者過載運(yùn)行，也不會(huì)導(dǎo)致過鐵機(jī)體產(chǎn)生開裂的問題。通過有關(guān)的計(jì)算校核，該機(jī)架的設(shè)計(jì)較為科學(xué)、合理。

5 運(yùn)營實(shí)例

在某地的礦業(yè)內(nèi)，進(jìn)行了CC800破碎機(jī)的應(yīng)用，該行業(yè)屬于石料行業(yè)，巖石類型是花崗巖。在作業(yè)的過程中，為MF腔型，并且要讓排礦口調(diào)節(jié)到30mm，通過皮帶取料的方式顯示實(shí)際通過量，開展具體的實(shí)測，最后得到結(jié)果為時(shí)產(chǎn)942噸左右，因此，通過站在具體的應(yīng)用效果的角度而言，該機(jī)器的實(shí)際應(yīng)用與在設(shè)計(jì)研發(fā)階段所得到的樣本理論值，具有較高的吻合度，能夠符合設(shè)計(jì)要求。通過在作業(yè)現(xiàn)場，對于產(chǎn)品粒度通過量，展開了實(shí)地測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)得知，通過與理想狀態(tài)下的通過量進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)在曲線上也基本保持一致，能夠符合客戶要求。隨著CC800破碎機(jī)的試車成功到具體的應(yīng)用，由于實(shí)現(xiàn)了較好的運(yùn)營效果，獲得了良好的市場反饋。因此，也進(jìn)一步擴(kuò)大了市場對于該種型號破碎機(jī)的需求，具有良好的市場前景，實(shí)現(xiàn)了較高的經(jīng)濟(jì)效益，該項(xiàng)目已經(jīng)屬于一個(gè)全新的利潤增長點(diǎn)。

從使用效果上來看，在CC800破碎機(jī)中，具有獨(dú)特的臂架結(jié)構(gòu)，上下都屬于錐面設(shè)計(jì)，而且能夠相比較以往的破碎機(jī)，在臂架襯套上，使用壽命得到明顯提高，從原來的四個(gè)半月到現(xiàn)如今的六個(gè)月。其次，對于自動(dòng)控制系統(tǒng)來說，在實(shí)際作業(yè)中的應(yīng)用，能夠在很大程度上，降低人工成本和時(shí)間的支出，而且通過遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，也能夠在公司內(nèi)部，利用有關(guān)軟件對于故障以及數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠更加實(shí)時(shí)的進(jìn)行現(xiàn)場故障問題的解決和處理。而且，由于破碎機(jī)獨(dú)特的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，也使得其具有較大的進(jìn)料粒度，因此具有良好的破碎效果，提高了通過能力。

6 結(jié)語

CC800作為我國最早研發(fā)、設(shè)計(jì)的大型單缸圓錐破碎機(jī)，隨著該項(xiàng)破碎機(jī)的運(yùn)營，已經(jīng)充分獲得了廣大廠家的認(rèn)可，逐漸穩(wěn)固了在國內(nèi)市場的地位。這種破碎機(jī)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)良好性能，同時(shí)還具有較高的性價(jià)比。