馬 馳董春福（.北方重工集團有限公司礦山冶金設備分公司設計所，遼寧 沈陽 04；.云南南天電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，云南 昆明 65050）

大型旋回破碎機腔型設計及優(yōu)化

馬 馳1董春福2
（1.北方重工集團有限公司礦山冶金設備分公司設計所，遼寧 沈陽 110141；2.云南南天電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，云南 昆明 650501）

大型旋回破碎機屬于采礦業(yè)作業(yè)的必備設備，承擔著礦石初級破碎任務。隨著采礦企業(yè)對采礦效率的進一步提高，原本的旋回破碎機腔型已無法滿足企業(yè)發(fā)展要求，為此，進行大型旋回破碎機腔型設計并進行優(yōu)化，以提高大型旋回破碎機運行性能，實現(xiàn)其綜合效益。本文說明了大型旋回破碎機基本腔型設計及模型的建立，以及分析了其存在的不足及優(yōu)化措施。

大型旋回破碎機；腔型；設計；優(yōu)化

一、大型旋回破碎機基本腔型設計及模型建立

旋回破碎機主要包括液壓缸、傳動軸、定錐、動錐及偏心軸套等部分，動錐外表面與定錐內(nèi)表面多設置有襯板，偏心軸套內(nèi)設置動錐軸，其下端則設計有球面軸瓦，能夠有效確保動錐旋擺運動。在破碎機正常運行時，動錐以整機中心線偏心作圍繞轉(zhuǎn)動，讓動錐與定錐之間不斷靠近與遠離，實現(xiàn)對物料的破碎。

（一）大型旋回破碎機初級腔型參數(shù)設計。依據(jù)最大給料粒徑及排粒粒徑進行破碎機進料口與排料口尺寸設計，本文以1400mm作為最大給料粒徑，將破碎機產(chǎn)品粒徑控制在0mm～350mm范圍內(nèi)，進料口尺寸B設計為1525mm，可通過液壓缸進行排料尺寸調(diào)控，初選排料口尺寸b設計為175mm，則有：B=（1.1～1.25）Dmax。其中，Dmax代表給料最大直徑參數(shù)。在旋回破碎機初級腔型設計中采取單顆粒破碎理論進行破碎腔基本結(jié)構(gòu)參數(shù)設計，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 大型旋回破碎機腔結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)合圖1，旋回破碎機其基本結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：破碎腔高度參數(shù)H、嚙角參數(shù)α、定錐底部直徑參數(shù)D、偏心距e、懸掛點高參數(shù)Ho，進料口偏心距eO、定錐底部直徑參數(shù)D1及動錐上部直徑DS。為確保旋回破碎機正常運行并順利將物料加工排除破碎機，需要確保破碎機腔結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性。在本文中，綜合設備運行要求，將進料口偏心距設計為6mm，定錐底部直徑參數(shù)設計為2745mm，偏心距參數(shù)設計為21mm，定錐底部直徑參數(shù)設計為3136.9mm。為保證旋回破碎機能夠正常將物料破碎，需要保證工作狀態(tài)下嚙角不大于物料及襯板摩擦角的兩倍值，本設計中其礦石與襯板摩擦系數(shù)值設計為0.3-0.5，則卿攻臺嚙角應不大于33.3°，根據(jù)破碎腔幾何關(guān)系進行破碎腔高度值計算，獲得其參數(shù)為2908mm，動錐懸掛點高度參數(shù)設計為4508mm。

（二）大型旋回破碎機初級腔形曲線構(gòu)建。依據(jù)大型旋回破碎機初級腔形參數(shù)，進行破碎機基本腔型曲線構(gòu)建。在進行初級腔形曲線繪制過程中，合理提高堵塞點界面以提高破碎機運行能力，進行動錐出料口直線段設計，以提高物料破碎質(zhì)量，進行曲線優(yōu)化，獲得基本腔形，如圖2所示。

由圖2可見，旋回破碎機基本腔形本科動錐曲線段、定錐出料口直線段、定錐進料口直線段、定錐曲線段、動錐進料口直線段與動錐出料口直線段等構(gòu)成。依據(jù)其腔形曲線，采取三維軟件進行模型構(gòu)建，通過UG軟件中表達式命令進行腔形曲線表達式繪制，并通過規(guī)律曲線命令作基本腔形曲線繪制，確保動錐排料口直線下端點與定錐底面保持300mm距離，以保證通過動錐進行排料口尺寸調(diào)節(jié)，從而獲得不同粒徑產(chǎn)品，通過回轉(zhuǎn)命令進行實體模型生成，形成模型仿真。

圖2 大型旋回破碎機初級腔形示意圖

二、大型旋回破碎機腔型存在的不足及優(yōu)化

當前，大型旋回破碎機腔型仍存在著一些不足，如生產(chǎn)能力較低，存在破碎層堵塞問題，為確保其整體生產(chǎn)能力，提高其破碎效果，提出基本腔型優(yōu)化措施，以實現(xiàn)其綜合效益。依據(jù)旋回破碎機設計與應用要求，在進行破碎機腔型優(yōu)化時，將其生產(chǎn)能力及產(chǎn)品粒度作為目標函數(shù)，目標函數(shù)式如下：

其中P（150）代表的是粒徑低于150mm產(chǎn)品在總產(chǎn)品質(zhì)量中所占有的分數(shù)。

依據(jù)目標函數(shù)進行變量設計，通過改變破碎機腔型結(jié)構(gòu)的具體參數(shù)值可以獲得不同性能旋回破碎機，為實現(xiàn)破碎機生產(chǎn)能力高的同時提高產(chǎn)品質(zhì)量，需要進行設計優(yōu)化，以最合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行產(chǎn)品設計，合理設計變量，明確約束條件。依據(jù)旋回破碎機腔形所具備的幾何特征，綜合考慮破碎腔內(nèi)部層壓破碎特性及運動特性，合理設計破碎腔型優(yōu)化設計的約束條件。為確保動錐附近物料以自由落體方式經(jīng)過破碎腔，需要構(gòu)建主軸轉(zhuǎn)速約束條件，構(gòu)建填充度約束條件以避免破碎堵塞問題發(fā)生。在明確約束條件的基礎上構(gòu)建數(shù)學函數(shù)，進行目標函數(shù)最優(yōu)解求解，本文采取目標法進行最優(yōu)解求解，求解過程中將目標函數(shù)進行分化，視為多目標優(yōu)化目標函數(shù)，將其他相關(guān)的目標函數(shù)作為一定的約束性條件。在本次設計優(yōu)化中，將大型旋回破碎機生產(chǎn)能力作為主要目標函數(shù)，將產(chǎn)品粒度視為非線性約束性條件，則有：

F=-Q=-h（Qd-Qup）→min

通過軟件中優(yōu)化工具進行破碎機腔形曲線優(yōu)化，在優(yōu)化過程中應用有效集進行目標函數(shù)最優(yōu)選擇，通過多次迭代計算獲得優(yōu)化結(jié)果，優(yōu)化設計變量對比參數(shù)見表1。

采取仿真試驗進行驗證表面，通過設計參數(shù)優(yōu)化后，旋回破碎機其生產(chǎn)能力及產(chǎn)品質(zhì)量均獲得了一定提升，且在生產(chǎn)過程中不存在堵塞問題，整體效益明顯提升。

表1 大型旋回破碎機腔形設計變量優(yōu)化前后參數(shù)對比表

結(jié)語

隨著采礦業(yè)的不斷發(fā)展，提高設備運行效率，優(yōu)化資源配置成為了企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵內(nèi)容。大型旋回破碎機承擔著礦石初級破碎任務，屬于采礦業(yè)不可或缺的設備，其運行能力及產(chǎn)品質(zhì)量直接關(guān)系著企業(yè)效益。傳統(tǒng)破碎機難以滿足日益發(fā)展的作業(yè)需求，為此，提出旋回破碎機腔型設計與優(yōu)化，采取腔型設計優(yōu)化，實現(xiàn)破碎機運行性能與產(chǎn)品質(zhì)量的提升，保障企業(yè)綜合效益，實現(xiàn)優(yōu)化價值。

[1]邱靜雯，郭文哲，付曉蓉，等.國內(nèi)外大型液壓旋回破碎機的發(fā)展現(xiàn)狀[J].金屬礦山，2013 （07）：126-134，152.

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