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圆锥破碎机分类及现状综述

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发表时间:2020-08-03 17:49

关键词:圆锥破碎机;结构原理;研究现状;发展方向
  1 运动学与动力学分析
  大型圆锥破碎矿作业时,作空间摆动的动锥轴线与机器中心线形成夹角且相交于O点,动锥则以O点为定点作圆锥面运动。由动锥绕机器中心线作旋转运动(进给或牵引运动)、绕自身轴线作旋转运动(自转或相对运动)组成复杂的规则运动,可归结为动锥绕瞬时轴线旋转的角速度向量是按平行四边形法则而相加,即进给和自转角速度向量的几何和;角速度向量的所在线与动锥的转动轴相重合,其方向决定于右螺旋规则。根据动力学分析,动锥、偏心轴套的质心皆不在其回转中心线上,由动锥产生的惯性力、惯性力矩是呈周期性、对回转中心的,因而对偏心轴套的惯性力设计就显得极为重要。
  碎矿作业时,动锥、偏心轴套的惯性力远小于破碎力,根本体现不出其危害性,特别是破碎机空转或物料由少到多直至满负荷运转时,惯性力、惯性力矩会逐步使偏心角增大,但偏心角受到机架轴套的限制不能增大;惯性力、惯性力矩作用于机架上时,则成为呈周期性变化的动载荷,对球面轴套、机架衬套产生的作用力会随偏心轴套回转,产生有害的冲击振动,必须平衡惯性力、惯性力矩的大小和方向,保障机器的正常运行。
  2 圆锥破碎机的分类
  2.1弹簧圆锥破碎机
  弹簧圆锥破碎机由美国人Symons兄弟发明,又称西蒙斯圆锥破碎机。弹簧圆锥破碎机主要特点是定锥与机壳周向采用一组预张紧状态的螺旋弹簧作为过铁释放的保险装置,当破碎腔中出现不可破碎物体时,定锥部件克服螺旋弹簧的弹性力,允许排料间隙短时间增大以排出不可破碎物,保护机械部件不受损坏(图1)。弹簧圆锥破碎机为典型的第一代圆锥破碎机,依靠机械方式实现排料间隙的锁紧与释放,结构与工作原理相对简单,应用广泛。因破碎方式主要为单颗粒破碎,因此破碎效率偏低,产品粒度控制能力较差,同时操作与检修自动化程度低、劳动强度大,目前逐渐被新型液压圆锥破碎机所取代。
  2.2单缸液压圆锥破碎机
  分为顶部单缸和底部单缸二种,但目前应用广泛的是底部单缸液压圆锥破碎机,底部单缸圆锥破碎机其代表性的机型为Sandvik(山特维克)的CS和CH系列、Metso(美卓)的GP系列、KobeSteel(神户制钢)的AF和DH系列和Kawasaki(川崎)的K系列。
  2.3固定轴多缸高速圆锥破碎机
  其主要技术特点是:缓锥(45°~50°),高速(传动轴转速750r/min左右),破碎力较大(液压系统压力为17MPa以上);排料细(相当于闭边排矿口规格的细料粒度百分比75%~80%);通过量较大。由于转速高,故磨损快,密封件易损坏,而碗形支撑较高,要求系统85%以上满腔给料。
  2.4底部单缸液压圆锥破碎机
  底部单缸液压圆锥破碎机是由Allis-Chalmers公司研制,其结构和工作原理与弹簧圆锥破碎机基本相同,主要特点为引入液压系统来取代传统的弹簧组件。当破碎机内落入不可破碎物体时,液压缸内的油压迅速上升,当缸内油压超过设定的极限值时,液压缸的安全阀打开,动锥位置下降从而使排料口增大,将不可破碎物排出,避免设备发生损坏(图2)。相比于弹簧圆锥破碎机,底部单缸液压圆锥破碎机在动锥底部采取液压油缸支撑动锥部件,辅助压力传感器和计算机控制系统,既能实现过铁释放,又可实现排料间隙的在线调整,极大提高了自动化程度。采用液压装置为标志的底部单缸液压圆锥破碎机被视为第二代圆锥破碎机。
  第二代的底部单缸液压圆锥破碎机工作原理与弹簧圆锥破碎机基本相同,破碎方式仍然以单颗粒破碎为主,破碎效率较低。为改进设备,提高破碎效率,在其基础上研制出高能化的第三代圆锥破碎机,具有代表性的设备包括SANDVIK公司的CH和CS系列底部单缸液压圆锥破碎机、Metso公司的GP系列圆锥破碎机。它们的共同特点是采用大功率电机驱动,破碎腔以挤满给料方式供料,动锥采用高摆频并配合特殊设计的冲程,实现了料层粉碎和选择性破碎。
  3 液压圆锥破碎机性能比较
  尽管圆锥破碎机种类很多,但目前世界上流行的主导产品仍是液压圆锥破碎机。在液压圆锥破碎机中,单缸液压圆锥破碎机的特点是结构简单、零件少、外形美观、维护方便、便于自动控制,但由于只有一个油缸,破碎力略显不足,且上架体的星型臂是一个薄弱环节。在破硬物料时,有时显得力不从心。另外,由于动锥支承球面半径R较大,主轴偏心角度小,因此破碎锥相对较陡,破碎腔长,从而提高了破碎腔物料的均匀性,但由于油缸在底部,机器下部工作空间窄小,给检修工作带来一定困难。而多缸液压圆锥破碎机,由于球面半径R较小,故旋摆半径相对较小,存在动锥晃动、翻倒、飞车等不稳定现象以及主轴与衬套接触不良、冲击力大的问题,影响机器的正常工作,且由于破碎锥相对较坦,故必须提高摆动次数,才能使细物料增加,由于自轉速度较高,故障率相对较高一些。因动锥是摆动的,故e值是大大超过手册所规定的值,因此密封不是很好,常有粉尘进入,引起设备故障。由于排放口采用螺纹调节,故难免有灰尘进入螺纹内,造成排放口调整困难;且对于卡在破碎腔中非破碎物的排除也不太方便。
  4 结语
  为应对矿产资源先天禀赋差、储量日益降低以及贫细杂特性的加剧,当前选矿厂的整体规模和生产能力不断增大,对选矿设备的综合性能提出了更高要求。为揭示破碎腔内不可见,无法观测的物料具体破碎过程,提供准确可靠的产品预测方法,破碎机的建模仿真逐渐成为研究热点和发展方向,主要包括传统意义的数学模型以及利用计算机和仿真软件用于数值分析的现代研究方法。以离散元为代表的数值仿真方法为模拟物料破碎过程、预测产品特性发挥了重要作用,缩短了研发周期并节约制造成本,同时计算结果更精确,有利于矿物加工数字化精细化的实施和流程优化,降低碎磨作业的整体能耗。进一步实现多学科交叉融合,提高优化设计水平,深入运用料层粉碎原理和基于断裂力学的选择性破碎理念研发新型高效节能的破碎设备并提高设备可靠性,成为圆锥破碎机设计制造的未来发展趋势。


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