姜俊雄，劉鴻濱，劉玉龍

（南昌礦山機(jī)械有限公司，江西 南昌 330004）

隨著我國(guó)加大對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的投資，水電、核電、公路、高鐵、礦山和非金屬礦山等項(xiàng)目得到大幅度發(fā)展，需要固定破碎系統(tǒng)1000套左右，移動(dòng)破碎系統(tǒng)500套，預(yù)計(jì)破碎篩分及系統(tǒng)年需求達(dá)500億。近年來(lái)，全球資源的減少及各國(guó)對(duì)資源和環(huán)保的控制，國(guó)家逐步減少小型礦山項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，更多的在于原生產(chǎn)線(xiàn)的技術(shù)改造以及采用大型項(xiàng)目提高資源利用率。我國(guó)傳統(tǒng)圓錐破碎機(jī)大部分為彈簧結(jié)構(gòu)，與單缸和多缸液壓圓錐破碎機(jī)相比：耗能高、產(chǎn)量低、可靠性差、缺乏先進(jìn)技術(shù)，與國(guó)外先進(jìn)圓錐破碎機(jī)競(jìng)爭(zhēng)力低，因此國(guó)內(nèi)市場(chǎng)大部分被國(guó)外占領(lǐng)。為改變國(guó)產(chǎn)技術(shù)落后的局面，南昌礦機(jī)抓住發(fā)展機(jī)遇，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)研與研發(fā)，于2012年04月進(jìn)行CC600單缸液壓圓錐試制，并于2013年03月進(jìn)行工業(yè)性實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。傳統(tǒng)的彈簧圓錐破碎機(jī)，難以滿(mǎn)足市場(chǎng)和客戶(hù)的需求，而南礦公司所研發(fā)及生產(chǎn)的CC600單缸液壓圓錐破碎機(jī)設(shè)備產(chǎn)能高耗能低、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)成本低等特點(diǎn)，已經(jīng)完全可以替代進(jìn)口設(shè)備。

1 工作原理

圖1 破碎機(jī)剖面結(jié)構(gòu)圖

單缸液壓圓錐破在運(yùn)行過(guò)程中，由小齒輪總成通過(guò)大、小齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)偏心總成旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)主軸總成做圓錐旋擺運(yùn)動(dòng)。當(dāng)主軸做旋擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，主軸總成相對(duì)于上機(jī)架總成做周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)主軸總成（動(dòng)錐襯板）接近于上機(jī)架總成（定錐襯板）時(shí)，處于兩者之間的礦石就被擠壓而破碎，主軸總成遠(yuǎn)離離開(kāi)上機(jī)架總成時(shí)，破碎后的礦石通過(guò)自重向下經(jīng)排礦口排出。通過(guò)向液壓缸總成中泵入液壓油，調(diào)節(jié)活塞的位置，從而使得主軸總成上升或者下降，達(dá)到合適的排礦口，最終實(shí)現(xiàn)控制產(chǎn)品粒度。

2 基本參數(shù)

2.1 原始條件

原料各類(lèi)礦石，二段或三段破碎，入料粒度D進(jìn)料≤300mm。

2.2 設(shè)備主參數(shù)確定

最大入料粒度達(dá)300mm，最大生產(chǎn)能力達(dá)1200t/h，排料口調(diào)節(jié)范圍13mm～70mm；最大裝機(jī)功率為630kW，主機(jī)重量約46995kg，整機(jī)重量約67000kg。

2.3 設(shè)計(jì)方案

我公司深入研究了國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品，并根據(jù)CC100-CC400的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，確定了詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。

三維主機(jī)模型如圖1所示。

2.3.1 生產(chǎn)力確定

Q=60Vnμγ=188nμ△b△lDcγ[1]

μ---松散系數(shù)，μ=0.55-0.7

γ---物料堆密度，γ=1.6（t/m3）

e---偏心距（m）

△b---物料被壓縮時(shí)料層厚度，近似等于e---偏心距（m），見(jiàn)圖3。

△l---動(dòng)錐擺動(dòng)一次物料的位移（m）見(jiàn)圖3。

Dc---物料壓縮層平均直徑，近似等于動(dòng)錐底部直徑D（m），見(jiàn)圖3。

n---動(dòng)錐轉(zhuǎn)速（r/min）

圖2 圓錐破碎機(jī)處理能力計(jì)算

計(jì)算產(chǎn)量：

符合最大設(shè)計(jì)產(chǎn)量1200t/h的要求。由于采用了大偏心距、主軸總成高轉(zhuǎn)速以及重型化設(shè)計(jì)，為此筆者團(tuán)隊(duì)對(duì)CC600圓錐破碎機(jī)采用具有世界先進(jìn)水平的破碎新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求[2]。

2.3.2 功率的確定

功率采用南昌礦機(jī)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，P=11D2neK(kw)；

D---動(dòng)錐底部直徑D（m）；

n---動(dòng)錐轉(zhuǎn)速（r/min）；

e---偏心距（m）；

K=1（和腔型相關(guān)）；

P=11x1.62×270×0.07=532.224kW，考慮到實(shí)際應(yīng)用中礦石對(duì)設(shè)備沖擊較大，因此選用630kW。

3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

（1）采用超大偏心距設(shè)計(jì)，且一個(gè)偏心銅套有多種偏心距[3]。通過(guò)平鍵安裝在偏心銅套不同的鍵槽中可輕易實(shí)現(xiàn)多個(gè)偏心距設(shè)定，以適應(yīng)不同礦石和工況的要求，從而實(shí)現(xiàn)擠滿(mǎn)倉(cāng)給料。

圖3 可調(diào)偏心距

（2）軸承由球面調(diào)心滾子軸承改進(jìn)為圓錐滾子軸承，兩盤(pán)圓錐滾子軸承采用背靠背的安裝形式，能承受更大的載荷，為設(shè)備大型化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

（3）CC600配備電控溢流閥，其安裝有壓力傳感器、位置傳感器和電磁閥。當(dāng)壓力傳感器監(jiān)測(cè)到過(guò)載時(shí)，馬上控制電磁閥打開(kāi)溢流閥，通過(guò)3根液壓膠管溢流，根據(jù)位置傳感器信號(hào)下降至合適的位置；該技術(shù)的應(yīng)用，徹底解決了蓄能器反應(yīng)慢、壓力反彈的缺陷。

圖4 圓錐滾子軸承

圖5 電控溢流閥

（4）在傳統(tǒng)的破碎機(jī)設(shè)計(jì)中，滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承共用潤(rùn)滑油，但滾動(dòng)軸承對(duì)潤(rùn)滑油的污染程度更加敏感。當(dāng)防塵效果欠佳或維護(hù)不及時(shí)，小齒輪總成的滾動(dòng)軸承壽命嚴(yán)重偏短。南昌礦機(jī)結(jié)合多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，將CC600小齒輪總成采用獨(dú)立潤(rùn)滑系統(tǒng)，設(shè)計(jì)單獨(dú)的油箱對(duì)滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑，確保潤(rùn)滑油高度清潔，設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。

圖6 小齒輪總成獨(dú)立潤(rùn)滑

最大破碎力根據(jù)液壓系統(tǒng)壓力確定。

D1--液壓缸柱塞直徑D（m），設(shè)計(jì)值0.52m。

p--正常碎礦時(shí)，液壓缸壓力（N/m2）,一般p=5x106N/m2。

G--動(dòng)錐重量（N）,設(shè)計(jì)值57000N。

ɑ--動(dòng)錐底錐角（°），r0—進(jìn)動(dòng)角（°）。

設(shè)計(jì)值（ɑ-r0）=65°。

按上述公式計(jì)算F=2376424 N，按此力用Solidworks核算機(jī)架強(qiáng)度,如圖3所示，過(guò)鐵狀態(tài)下最大極限應(yīng)力為1.509x108N/m2，小于機(jī)架最小屈服強(qiáng)度σ=2.7x108N/m2，機(jī)架設(shè)計(jì)合理。

引用標(biāo)準(zhǔn)?；緟?shù)、技術(shù)要求及實(shí)驗(yàn)方法等均按“南昌礦機(jī)”參與制定的強(qiáng)力圓錐破碎機(jī)標(biāo)準(zhǔn)JB/T11295-2012執(zhí)行[3]。

4 應(yīng)用與改進(jìn)

4.1 應(yīng)用

南昌礦機(jī)開(kāi)發(fā)的第一臺(tái)CC600于2013年11月在天津梅江會(huì)展中心展出，取得超過(guò)預(yù)期的市場(chǎng)效果。在展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，來(lái)自?xún)?nèi)蒙古的客戶(hù)表露出強(qiáng)烈購(gòu)買(mǎi)的欲望，并與南昌礦機(jī)簽訂了4臺(tái)CC600的采購(gòu)合同。如圖7，在4臺(tái)CC600中，兩臺(tái)是EC腔型作為中碎，另外兩臺(tái)是MF腔型作為細(xì)碎，用于破碎低品位的鐵礦石。CC600成功替代原計(jì)劃采購(gòu)的進(jìn)口設(shè)備，為客戶(hù)節(jié)約了大量資金。

圖7 金屬礦山項(xiàng)目

4.2 重要改進(jìn)

先導(dǎo)溢流閥改進(jìn)為電控溢流閥。在早期設(shè)計(jì)CC600圓錐破碎機(jī)時(shí)，采用先導(dǎo)閥溢流的方式，對(duì)主機(jī)實(shí)施過(guò)載保護(hù)。然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，尤其是CC600-EC的來(lái)料粒度達(dá)250mm以上，對(duì)液壓系統(tǒng)沖擊過(guò)大。先導(dǎo)閥的彈簧易受到?jīng)_擊且未達(dá)到設(shè)定的過(guò)載壓力而提前溢流，導(dǎo)致破碎機(jī)的排礦口頻繁變大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。南昌礦機(jī)結(jié)合多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品部、液壓部和電氣部共同攻關(guān)研發(fā)，成功開(kāi)發(fā)了電控溢流閥，即將先導(dǎo)閥換為電磁閥，并配備壓力傳感器。通過(guò)壓力傳感器準(zhǔn)確監(jiān)控破碎機(jī)是否過(guò)載，并由PLC監(jiān)控并控制電磁閥是否打開(kāi)溢流。

5 結(jié)語(yǔ)

CC600是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)發(fā)的具有世界先進(jìn)水平的大型單缸液壓圓錐破碎機(jī)，經(jīng)過(guò)多年改進(jìn)，已具備與世界知名廠(chǎng)商同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)力，且具有較高的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)，已逐漸替代國(guó)外同類(lèi)破碎機(jī)。CC600開(kāi)發(fā)成功，標(biāo)志著“南昌礦機(jī)”在為發(fā)展破碎機(jī)民族品牌上又書(shū)寫(xiě)了一個(gè)新篇章。