中 国 矿 业 科 技 文 汇 — ２０１４ 大型多缸液压圆锥破碎机技术 石 博 强 ꢀ 张 文 宇 ꢀ 吴 月 伟 ꢀ 柳 树 森 （ 北 京 科 技 大 学 机 械 工 程 学 院 ） 摘 ꢀ 要 ꢀ 当 前 国 内 对 多 缸 液 压 圆 锥 破 碎 机 的 技 术 难 点 缺 少 了 解 ， 大 多 简 单 仿 制 ， 尚 无 系 统 的 设 计 方 法 和 技 术 规 范 可 供 参 考 ， 国 内 大 型 多 缸 液 压 圆 锥 破 碎 机 尚 属 空 白 的 局 面 。 为 此 ， 通 过 对 国 内 加 工 制 造 水 平 的 调 研 、 进 口 设 备 的 优 缺 点 分 析 以 及 科 学 设 计 方 法 的 应 用 ， 提 出 了 研 制 技 术 要 点 及 其 解 决 方 案 ， 并 成 功 应 用 于 国 内 某 公 司 的 破 碎 机 研 制 项 目 ， 为 加 快 国 内 大 型 多 缸 液 压 圆 锥 破 碎 机 的 研 制 进 程 提 供 参 考 。 关 键 词 ꢀ 破 碎 机 ꢀ 液 压 ꢀ 时 变 ꢀ ꢀ 圆 锥 破 碎 机 广 泛 应 用 于 各 种 矿 山 、 水 泥 、 化 工 、 相 比 ， 仍 有 一 些 差 距 ， 这 些 不 足 可 以 通 过 采 取 科 学 的 设 计 方 法 、 提 高 设 计 标 准 加 以 弥 补 ， 使 设 备 的 性 能 及 可 靠 性 高 于 进 口 同 类 设 备 水 平 。 建 筑 、 城 市 建 筑 垃 圾 处 理 等 物 料 破 碎 作 业 ， 从 最 初 的 弹 簧 式 到 现 在 的 液 压 式 ， 已 有 １００ 多 ａ 的 历 史 。 ２０ 世 纪 ８０ 年 代 以 来 ， 国 外 采 用 现 代 设 计 方 法 ， 不 断 地 对 圆 锥 破 碎 机 进 行 改 进 设 计 ， 对 其 工 作 原 理 、 物 料 粉 碎 原 理 及 散 体 物 料 运 动 学 和 动 力 学 特 性 进 行 深 入 研 究 ， 并 开 发 出 集 层 压 腔 型 ， 电 、 液 于 一 体 的 新 型 ， 高 效 、 节 能 的 现 代 高 能 圆 锥 破 碎 机 ， 实 现 了 远 程 操 作 、 监 控 、 自 动 过 铁 保 护 、 自 动 清 腔 等 功 能 ， 极 大 地 提 高 对 于 多 缸 液 压 圆 锥 破 碎 机 来 说 ， 由 于 工 作 环 境 较 恶 劣 ， 载 荷 波 动 较 大 ， 一 般 采 用 大 功 率 的 高 压 电 机 ， 在 设 计 计 算 中 要 有 充 裕 的 备 用 功 率 ， 同 时 在 传 动 中 加 入 蛇 形 弹 簧 联 轴 器 ， 皮 带 传 动 等 缓 冲 吸 振 的 环 节 。 在 关 键 机 械 零 部 件 的 设 计 生 产 中 ， 采 用 理 论 计 算 与 有 限 元 分 析 相 结 合 的 方 法 ， 同 时 采 用 时 变 不 确 定 性 设 计 方 法 ， 考 虑 机 械 结 构 在 使 用 过 程 中 其 强 度 水 平 随 时 间 的 衰 减 特 点 ， 以 及 应 力 状 况 的 恶 化 ， 对 其 可 靠 性 进 行 动 态 安 全 评 价 ， 确 保 破 碎 机 的 安 全 可 靠 平 稳 运 行 。 w w w .ky114 .c n 了 破 碎 机 工 作 性 能 。 国 内 从 ２０ 世 纪 ５０ 年 代 开 始 引 进 并 仿 制 弹 簧 式 圆 锥 破 碎 机 ， 但 其 设 计 比 较 保 守 ， 机 器 笨 重 、 操 作 不 便 、 效 率 低 、 能 耗 高 、 产 品 粒 度 差 ， 经 济 效 益 低 下 。 国 内 液 压 圆 锥 破 碎 机 研 制 主 要 以 中 小 型 破 碎 机 为 主 ， 由 于 缺 乏 系 统 的 设 计 方 法 ， 单 纯 仿 制 ， 同 时 我 国 制 造 、 加 工 、 装 配 工 艺 与 国 外 有 很 大 的 差 距 ， 致 使 其 产 品 性 能 及 可 靠 性 均 落 后 于 国 外 同 类 产 品 。 大 型 多 缸 液 压 圆 锥 破 碎 机 在 国 内 尚 属 空 白 。 我 国 矿 山 企 业 目 前 均 依 赖 于 国 外 进 口 ， 如 美 卓 、 山 特 的 产 品 ， 供 货 周 期 长 ， 采 购 成 本 高 ， 行 业 的 发 展 受 到 国 外 同 类 产 品 的 严 重 制 约 。 目 前 ， 在 我 国 破 碎 行 业 对 于 高 效 节 能 的 智 能 破 碎 机 需 求 量 越 来 越 大 的 形 势 下 ， 大 型 多 缸 液 压 圆 锥 破 碎 机 的 技 术 空 白 制 约 了 我 国 民 族 破 碎 机 产 业 的 发 展 。 此 外 ， 由 于 进 口 设 备 测 控 系 统 不 够 完 善 ， 操 作 人 性 化 程 度 不 高 ， 操 控 人 员 无 法 全 面 掌 握 破 碎 机 运 行 状 态 ， 经 常 发 生 烧 套 等 故 障 。 因 此 ， 结 合 与 相 关 单 位 的 合 作 项 目 ， 对 大 型 多 缸 液 压 圆 锥 破 碎 机 的 研 制 技 术 难 点 进 行 分 析 。 考 虑 到 破 碎 机 的 主 要 传 动 部 件 均 需 承 受 较 大 的 载 荷 ， 选 取 高 强 度 的 合 金 钢 作 为 机 械 部 件 的 主 要 材 质 。 主 机 架 、 动 锥 、 定 锥 等 铸 造 部 件 采 用 碱 性 电 弧 炉 ， 炉 外 精 炼 ， 探 伤 标 准 至 少 达 到 机 械 部 ２ 级 ， 主 轴 、 大 锥 齿 轮 等 部 件 需 要 承 受 较 大 静 载 及 冲 击 载 荷 ， 强 度 及 韧 性 要 求 更 高 ， 选 取 高 强 度 合 金 调 质 结 构 钢 ， 锻 造 并 进 行 真 空 精 炼 ， 探 伤 标 准 达 机 械 部 一 级 。 由 于 圆 锥 破 碎 机 的 工 作 机 理 为 偏 心 运 动 ， 为 了 保 证 机 体 的 平 衡 ， 避 免 机 体 振 动 过 大 影 响 破 碎 机 性 能 和 使 用 寿 命 ， 对 偏 心 体 和 配 重 体 必 须 进 行 动 平 衡 台 架 试 验 ， 必 要 时 要 多 次 调 整 灌 铅 量 以 达 到 良 好 的 动 平 衡 。 在 装 配 方 面 ， 球 面 轴 承 和 轴 承 座 如 果 配 合 不 好 ， 将 会 引 石 博 强 （ １９６２— ） ， 男 ， 教 授 ， 博 士 ， １０００８３ 北 京 市 海 淀 区 学 院 路 ３０ １ ꢀ 技 术 要 点 目 前 ， 我 国 材 料 、 加 工 工 艺 及 装 配 水 平 均 与 国 外 号 。 · ６８８· ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 技 术 交 流 ꢀ 起 动 锥 跳 动 ， 载 荷 波 动 很 大 ， 因 此 必 须 严 格 加 工 ， 保 证 球 面 轴 承 有 足 够 的 接 触 面 。 为 了 使 齿 轮 啮 合 良 好 ， 装 配 时 主 轴 与 水 平 轴 的 垂 直 度 要 求 须 严 格 保 证 ， 其 它 部 位 的 形 位 公 差 要 求 也 要 符 合 相 关 标 准 。 表 １ꢀ 破 碎 机 主 要 技 术 参 数 主 电 机 功 率 动 锥 底 部 直 径 动 锥 转 速 处 理 量 最 小 排 矿 口 ／ ｋＷ ００ ／ ｍｍ ／ （ ｒ／ ｍｉｎ） ／ （ ｔ／ ｈ） ／ ｍｍ ６ １ ８００ ３００ ６００ １９ 表 ２ꢀ 液 压 系 统 主 要 技 术 参 数 除 了 机 械 系 统 的 合 理 设 计 之 外 ， 良 好 的 液 压 、 润 滑 及 测 控 系 统 也 是 保 障 破 碎 机 性 能 的 关 键 因 素 。 液 压 系 统 原 理 须 设 计 合 理 ， 阀 块 集 成 度 高 ， 除 了 实 现 基 本 的 锁 紧 、 释 放 及 调 整 排 矿 口 要 求 外 ， 必 须 保 证 系 统 管 路 振 动 小 ， 运 行 平 稳 可 靠 ， 保 压 精 度 高 、 时 间 长 ， 锁 紧 可 靠 ， 液 压 马 达 及 释 放 缸 响 应 快 ， 灵 敏 度 高 。 为 了 缩 短 与 国 外 的 制 造 加 工 差 距 ， 可 以 提 高 系 统 压 力 ， 采 用 耐 压 强 度 高 的 管 路 ， 提 高 接 头 装 配 标 准 等 。 润 滑 系 统 的 可 靠 运 行 是 破 碎 机 正 常 工 作 的 前 提 ， 可 以 采 取 一 工 一 备 双 动 力 源 设 计 ， 在 故 障 时 备 用 电 机 启 动 ， 避 免 因 润 滑 故 障 引 起 破 碎 机 烧 套 等 重 大 事 故 的 发 生 ； 由 于 破 碎 机 载 荷 大 、 转 速 高 、 摩 擦 副 发 热 量 大 ， 因 此 对 润 滑 油 的 等 级 也 提 出 了 较 高 要 求 ， 过 滤 器 须 达 到 足 够 的 精 度 和 纳 污 能 力 ， 一 般 采 用 双 过 滤 器 ， 同 时 需 要 良 好 的 冷 却 以 保 持 合 理 的 油 温 ， 目 前 大 部 分 采 用 水 冷 冷 却 。 为 了 实 现 对 破 碎 机 运 行 状 态 的 全 面 掌 握 ， 降 低 破 碎 机 故 障 率 ， 必 须 设 计 智 能 的 测 控 系 统 ， 对 破 碎 机 电 流 、 液 压 系 统 压 力 、 润 滑 系 统 压 力 、 油 温 、 系 统 压 力 锁 紧 压 力 ／ 释 放 压 力 锁 紧 保 压 周 期 释 放 保 压 周 期 ／ ＭＰａ ＭＰａ １９６ ／ ＭＰａ ２０４ ／ ｈ ／ ｈ ２ ２． ４ ２７ １６ 表 ３ꢀ 润 滑 系 统 主 要 技 术 参 数 系 统 冷 却 器 出 口 回 油 滤 差 ＭＰａ 流 量 类 别 压 力 压 差 压 力 温 度 ／ ／ （ Ｌ／ ｍｉｎ） ／ ＭＰａ ／ ＭＰａ ／ ＭＰａ ／ ℃ 标 准 ０． ６ ～ １． ０ ＜ ０． ２３ ＜ ０． １６ ０． １６ ～ ０． ５１ ２７ ～ ４３ ５６４ ～ ６００ 空 载 重 载 ０． ８ ０． ０６ ０． １１ ０． ４７ ３０ ５９６ ０． ７ ０． ０９ ０． １１ ０． ３９ ～ ０． ４１ ３８ ５８６ ～ ５９６ 现 已 满 足 生 产 需 要 ， 该 破 碎 机 调 试 过 程 中 ， 检 测 了 关 键 部 件 的 磨 损 状 况 ， 同 时 为 了 检 测 其 生 产 能 力 ， 进 行 了 流 程 考 察 试 验 ， 结 果 见 图 １、 图 ２ 和 表 ４。 图 １ꢀ ５００ ｈ 磨 损 情 况 ■ — ５００ ｈ 磨 损 值 ； — ５００ ｈ 磨 损 超 标 准 w w w .ky114 .c n □ 机 体 振 动 等 状 态 参 数 进 行 全 面 监 测 ， 可 以 通 过 合 理 设 计 传 感 器 ， 克 服 破 碎 机 监 测 难 点 ， 实 现 对 破 碎 机 内 部 润 滑 油 的 温 度 、 压 力 的 测 量 。 目 前 ， 已 将 主 轴 光 纤 测 温 、 振 动 监 测 等 新 技 术 应 用 于 大 功 率 多 缸 液 压 圆 锥 破 碎 机 ， 领 先 于 进 口 同 类 设 备 。 同 时 需 要 合 理 设 计 控 制 逻 辑 ， 确 保 破 碎 机 正 常 生 产 和 设 备 的 安 全 保 护 联 锁 。 图 ２ꢀ －１２ ｍｍ 粒 度 对 比 □ ■ — ＨＰ８００； — ＡＭＣ１ 表 ４ꢀ 试 验 数 据 － １２ ｍｍ／ 粒 级 含 量 ％ 处 理 量 排 矿 口 工 作 电 流 衬 板 周 期 新 设 备 必 须 合 理 设 计 调 试 流 程 ， 并 严 格 按 照 流 程 进 行 试 验 ， 调 试 遵 循 载 荷 先 小 后 大 ， 逐 步 提 升 的 原 则 ， 同 时 避 免 破 碎 机 长 期 处 于 给 矿 不 足 的 工 况 。 在 调 试 过 程 中 ， 要 定 期 拆 卸 以 检 查 关 键 部 位 的 啮 合 情 况 ， 对 磨 损 异 常 的 部 位 进 行 分 析 ， 必 要 时 对 零 部 件 进 行 二 次 加 工 。 ／ （ ｔ／ ｈ） ／ ｍｍ ／ Ａ 初 期 （ １５ ｈ） 中 期 （ ４５ ｈ） 中 期 （ ８５ ｈ） 末 期 （ １２０ ｈ） 平 均 ７３． ５４ ５７． ７５ ６３． ９１ ５６． ６３ ６２． ９６ ５０９． ７２ ５７９． ８５ ４７０． ２７ ６４４． ０８ ５５０． ９８ ２０ ２３ ４９ ４７ ２０ ４６ ２３ ４９ ２１． ５ ４７． ７５ ꢀ ꢀ 由 图 ２ 可 知 ， 新 型 破 碎 机 比 ＨＰ８００ 排 料 中 － １２ ｍｍ 的 含 量 提 高 １０％ 以 上 。 破 碎 机 各 项 数 据 、 ２ ꢀ 主 要 技 术 参 数 参 照 以 上 设 计 原 则 ， 与 国 内 某 公 司 合 作 ， 试 制 了 台 大 型 多 缸 液 压 圆 锥 破 碎 机 ， 其 处 理 量 为 ６００ ｔ／ ｈ， 指 标 正 常 ， 通 过 远 景 测 算 ， 寿 命 能 够 达 到 国 外 进 口 同 类 设 备 的 使 用 周 期 。 自 动 化 控 制 能 力 优 于 ＨＰ８００， 增 加 了 光 纤 测 温 、 自 动 调 节 排 矿 口 、 在 线 故 障 检 测 等 功 能 ， 碎 机 主 要 机 械 零 部 件 的 选 材 、 加 工 精 度 标 准 高 于 ＨＰ８００。 １ 细 破 机 型 。 其 主 要 技 术 参 数 分 别 见 表 １ ～ 表 ３。 ３ ꢀ 试 验 结 果 及 分 析 新 型 国 产 大 型 液 压 圆 锥 破 碎 机 经 过 安 装 调 试 ， · ６８９· ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 中 国 矿 业 科 技 文 汇 — ２０１４ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ４ ꢀ 结 ꢀ 论 严 格 执 行 相 关 的 工 艺 及 探 伤 标 准 ， 制 定 合 理 的 工 艺 （ １） 在 对 国 外 大 型 多 缸 液 压 圆 锥 破 碎 机 技 术 进 流 程 ， 确 保 零 部 件 强 度 满 足 使 用 要 求 。 同 时 提 高 形 位 公 差 要 求 ， 确 保 了 整 机 的 运 行 可 靠 性 。 （ ３） 新 设 备 的 调 试 对 于 关 键 部 位 的 良 好 啮 合 ， 对 于 故 障 的 提 前 发 现 具 有 重 要 意 义 ， 为 进 一 步 优 化 设 计 提 供 了 经 验 。 行 研 究 的 基 础 上 ， 采 用 科 学 的 设 计 理 念 ， 结 合 先 进 的 工 程 制 图 及 分 析 软 件 ， 通 过 提 高 设 计 标 准 和 可 靠 性 要 求 ， 来 缩 短 我 国 目 前 在 材 料 、 工 艺 方 面 的 差 距 ， 取 得 了 较 好 的 设 计 效 果 。 （ ２） 采 用 机 械 性 能 优 良 的 高 强 度 合 金 钢 材 料 ， （ 收 稿 日 期 ꢀ ２０１４０６２２） w w w .ky114 .c n · ６９０·