0、引言
目前，在我国矿山使用的
破碎机中，各种旧有形式的破碎设备已经远远不能满足生产的需要，特别是在各个矿山仍然普遍使用20世纪60年代的
圆锥破碎机，其维修率高、生产率低、自动化程度低、产品质量差，对此必须加以更新改造。近年来，我国引进了国外的新型圆锥破碎机，其设备的结构为主轴固定式，代表了当今世界圆锥破碎机的发展趋势，具有国际先进性。为此，鞍钢机械制造公司组织技术人员研究开发，在阿波罗工作站上使用S7K和ANSYS软件，对圆锥破碎机的主轴、偏心套、定锥和动锥衬板进行有限元的分析计算，经过几年的研制，开发出一种新型圆锥破碎机样机，并进行了一系列的负荷试验，取得了较好效果。
1、设备主要组成
——破碎机主机架。下机架体由铸钢整体铸成，上机架体焊接而成。在上机架的上口处焊有耐磨铜板；一个φ470 mm的主轴，与主机架中心轮毂采用锥面紧配合装配，主轴中心钻有润滑油孔；主机架内有耐磨衬板和保护罩。
——偏心套装置。在偏心套上装配有螺栓固定的配重组件，组件内灌铅并安装了耐磨衬板�；�；下部安装了大锥齿轮和止推轴承，上止推轴承为锻钢，而下止推轴承由高铅青铜制成；偏心套内孔安装高铅青铜衬套，并用螺钉固定。
——动锥装配。动锥外部安装有用高锰钢制成的动锥衬板，动锥与衬板之间的空隙灌填环氧树脂；动锥下部安装球面钢瓦，可以坐落在安装主轴套筒内的球面铜瓦之上；动锥上部用螺栓固定给料板组件；动锥内腔安装上、下高铅青铜衬套。
——定锥装配。定锥内腔用大直径螺栓将用高锰钢制成的定锥衬板固定，定锥与衬板之间的空隙灌填环氧树脂；定锥外部为梯形螺纹与调节环相配合；定锥上部安装给料料斗。
——调整环组件。由调整环和夹紧环等组成，夹紧环内部为梯形螺纹可连接定锥，其上部安装16个液压柱塞缸，可以在设备运转期间用液压压力将定锥压紧；调节环上装有4个主机架固定销，并有280 mm长的导向杆，用来防止调节环在主机架内旋转。
——调节机构。用液压电机传动小齿轮，驱动调节帽上的大齿轮，从而使定锥转动，调节定锥衬板与动锥衬板之间的间隙。
——水平传动轴装配。一台450 kW的主驱动电机，通过三角胶带轮传动装置使水平轴上的小锥齿轮驱动偏心套上的大锥齿轮；水平轴箱体为铸铁结构，用螺栓固定到主机架上。
——液压夹架和过铁释放装置。用9个双驱动液压缸使调节环等上部各组件与主机架相连结，每个液压缸都配有氮气蓄能器。
——机组润滑装置。由润滑油箱、电机油泵、过滤器、双立柱水冷却器和控制阀等组成。油箱有浸入式电加热器、油位计和空气过滤通风器。
——液压控制站。包括带油位计的油箱、电机油泵、过滤器、蓄能器、控制阀组、压力开关、安全阀等。并配有端子箱和按钮控制箱，用于机旁操作。
2、破碎机理
圆锥破碎机的工作机构是由镶嵌衬板的动锥和定锥组成的，机器在正常运转时，由于动锥与定锥的接近和离开，促使破碎腔中的物料被粉碎，并在自重的作用下下落，排出破碎腔。新型圆锥破碎机动锥的上腔支撑在固定主轴上端的球面轴瓦上，其下腔套在偏心套外面，其运动由偏心套来带动。当偏心套绕主轴旋转时，动锥不仅随偏心套绕机器的中心线作旋转运动，而且还绕自己的轴线旋转，该动锥是绕着其球面支承中心()作空间旋摆运动的。动锥的轴线与主轴中心线相交于固定点，即球面中心点()，其夹角为进动角b。破碎机运转时，动锥轴线对机器中心线作圆锥面运动，其锥顶为球面支承中心O，O点在动锥的运动过程中始终保持静止，因此，动锥的运动可视为刚体绕定点的转动，即动锥的运动是由两种旋转运动组成：
——进动运动或牵连运动（动锥绕机器中心线作旋转运动）；
——自转运动或相对运动（动锥绕自己的轴线作旋转运动）。
圆锥破碎机在空载运转情形下，动锥自转是由球面轴承给动锥的摩擦力矩和偏心套给动锥的摩擦力的数值决定的，哪个力矩大，则动锥即依此力矩的方向转动。在正常情况下动锥都是顺着偏心套回转方向自转的，自转速度决定于两个力矩的差值。新型圆锥破碎机在球面轴承和动锥下衬套之间，增加了动锥上衬套，以控制动锥的自转。在有负载运转情形下，矿石对动锥锥面的摩擦力矩远超过偏心套对动锥产生的摩擦力矩，此时动锥以其母线为顺时轴沿料层作与偏心套回转方向相反的滚动。动锥的这种自转运动，可以使产品的粒度均匀、衬板磨损均匀。
3、新型圆锥破碎机的结构特点
——主轴方式不同。新型圆锥破碎机的主轴为固定形式，偏心套带动动锥实现旋摆运动，坐在球面瓦上的动锥是悬浮式的。旧型圆锥破碎机为主轴带动动锥一起摆动，这一最主要结构区别就决定了其使用性能及生产率的好坏。新型圆锥破碎机在450 kW高功率电动机驱动下，偏心套转速可达360 r/min，相应提高生产率达3倍。而旧型的主轴与动锥一起摆动，其结果限制了偏心套的转速（转速为220 r/min，电机功率为280 kW），并且是在产生巨大惯性力状态下进行，主轴根部容易发生剪切破坏而断裂，严重影响生产。
——过铁释放装置不同。新型圆锥破碎机为液压过铁，采用3组共9个液压缸；旧型破碎机为弹簧式过铁，采用16组计32个弹簧。新型液压过铁为自动化控制，自动过铁，减少了劳动强度，节约了生产时间；旧型弹簧式过铁，往往靠人工操作，而且过铁释放不灵敏，还受到弹簧寿命短的限制。
——调整装置不同。新型圆锥破碎机为液压电机驱动，旧型破碎机为逆止器形式。新型靠液压电机驱动小齿轮，带动定锥上的大齿圈，调节动锥和定锥衬板之间的间隙，并且有1 6个柱塞缸，在调节间隙后锁紧定锥。而旧型靠人工调整间隙，费力费时。
——动锥内腔密封可靠。新型圆锥破碎机的动锥内腔采用上下两层T、U型密封圈，形成相互交错的迷宫式密封带，密封可靠，保证运动部件的清洁，使润滑通畅。密封件安放位置远离各个衬套，减少衬套由于密封不好而损坏。
——运动部件采用高铅耐磨青铜。偏心套内侧的衬套、动锥内腔的上下衬套、偏心套下面的止推轴承、球面瓦座、水平传动轴的支承衬套，均采用了含12% -14%的高铅青铜，耐磨性好、抗铰合能力强、使用寿命高、能够适应高的破碎负荷和恶劣的操作条件。
——独特设计的球面支撑和上衬套结构。球面铜瓦用螺栓固定在主轴上端的套筒内，易于安装和更换。在动锥内腔的上部独特设计了上衬套，它与主轴上的铸铁套筒相接触，控制动锥在空载时的自转速度。
——耐磨性�；ぁＴ谥骰苣诓�、连接臂、偏心套配重和水平传动轴的轴箱处都安装了高锰钢耐磨衬板和�；ふ�，以便保护这些直接暴露在矿石冲击下的部位。
4、在选矿厂的试验
新型圆锥破碎机在鞍钢调军台选矿厂进行了3个多月的空负荷试车（每次运转为1小时），3个多月的添加50%矿石的带料试车（每次试车为1-1.5小时）和满负荷给矿的带料试车。
——在空载试车过程中，出现了偏心套受力偏载，球面瓦座磨损不均，润滑状况不好，使偏心套的衬套烧损严重。经过对球面铜瓦和球面钢瓦进行重新磨削加工，提高制造精度；对偏心套衬套重新制作，增加了两个润滑油沟和导油楔槽；按照动锥与偏心套的惯性力和惯性力矩的平衡，调整了配重的灌铅量，减小惯性冲击力，解决了空载试车出现的问题。
——50%带料试车。在解决空载试车反映出的设备存在的问题，保证空载试车平稳后，50%带料试车设备运转正常，润滑油的温升和主电机的电流均在正常值范围内。
——满负荷试验中，设备运转正常，设备的振动小于50%带料试车。在完成各阶段的试车后，对破碎机进行了全面拆卸检查，确认破碎机各部分均完好无损，特别是经过改进的偏心套衬套的磨损正常，没有出现任何损坏。
5、结语
——要严格控制各部件的定位尺寸精度和加工制造的精度，保证动锥中心线和主轴中心线的夹角的交点与球面轴瓦的中心点重合，保证圆锥破碎机实现正常运转的条件。
——合理确定偏心套平衡的配重，消除和减轻动锥和偏心套产生的方向变化有惯性力和惯性力矩对运转平衡的影响，以便减小破碎机高速运转时产生的振动。
——经过有限元计算分析，主轴的设计安全系数偏小，要改进主轴材料或加大主轴直径。
——可以通过改进偏心套衬套的润滑条件，增加润滑油沟，合理设计导油楔槽的角度，提高衬套耐烧损能力，延长使用寿命。
——增强主机架的刚度，提高设备抗冲击能力。
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