摘 要：在礦物開采過程中，多缸液壓圓錐破碎機(jī)對(duì)礦物加工質(zhì)量和效率有著直接的影響?；诖?，以多缸液壓圓錐破碎機(jī)的液壓系統(tǒng)為研究主體，分析其過鐵過載保護(hù)系統(tǒng)的工作原理以及其中存在的缺陷，并且針對(duì)設(shè)備使用過程中出現(xiàn)的問題對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，以減少原有系統(tǒng)中保壓性差、自動(dòng)控制水平低以及安全保護(hù)可靠性低的問題，旨在提升破碎機(jī)破碎效率。

關(guān)鍵詞：多缸圓錐破碎機(jī)；過載保護(hù)；系統(tǒng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

0 引言

多缸圓錐破碎機(jī)是“以碎代磨”的高能型礦物加工設(shè)備，但由于開采時(shí)原礦中難以避免地夾雜著鐵塊、鏟斗斷齒等異物，其在工作過程中極易產(chǎn)生過鐵過載的情況，從而對(duì)設(shè)備造成極大沖擊，損壞設(shè)備，因此對(duì)過載保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是十分必要的。

1 圓錐破碎機(jī)的工作原理

電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過皮帶輪、傳動(dòng)軸和圓錐齒輪傳給偏心套，使偏心套繞固定主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)偏心套旋轉(zhuǎn)時(shí)，支撐在球面軸承上的碎圓錐部在偏心套帶動(dòng)下，繞固定點(diǎn)旋擺運(yùn)動(dòng)，從而使架體內(nèi)的破碎圓錐動(dòng)錐襯板，時(shí)而靠近又時(shí)而離開固裝在支撐套和調(diào)整套上的定錐襯板。每當(dāng)動(dòng)錐襯板離開定錐襯板時(shí)，進(jìn)入破碎腔內(nèi)的物料沿動(dòng)錐面向下運(yùn)動(dòng)，每當(dāng)動(dòng)錐襯板靠近定襯板時(shí)，物料在破碎腔內(nèi)不斷受到?jīng)_擊、擠壓和彎曲等作用而被破碎，被破碎后的物料靠自重從排礦口排出破碎腔。圓錐破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 圓錐破碎機(jī)過鐵保護(hù)系統(tǒng)的作用

過鐵保護(hù)系統(tǒng)是破碎機(jī)的重要組成部分，包括安裝在設(shè)備上的液壓缸、管路、各類閥組以及外部的液壓系統(tǒng)等。支撐套與架體通過液壓缸組件組裝到一起，液壓缸的主要作用是在過鐵和清腔時(shí)用于擴(kuò)大排礦口。液壓缸系統(tǒng)需要反應(yīng)靈敏，過載時(shí)能夠及時(shí)保護(hù)設(shè)備，降低設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。破碎機(jī)正常工作狀態(tài)如圖2所示，破碎機(jī)過鐵保護(hù)狀態(tài)圖3所示。

3 圓錐破碎機(jī)液壓保護(hù)系統(tǒng)的分析

圖4為優(yōu)化前圓錐破碎機(jī)的過鐵保護(hù)系統(tǒng)原理圖。破碎機(jī)在工作時(shí)，支撐套與架體通過彈簧將二者緊密壓在一起，用于抵消破碎礦石時(shí)產(chǎn)生的向上的推力，為破碎機(jī)提供破碎力。通過調(diào)節(jié)彈簧來調(diào)節(jié)支撐套和架體的間隙，進(jìn)而調(diào)節(jié)破碎腔和排礦口，彈簧的受壓程度也代表了破碎機(jī)所能提供的破碎力大小。

在破碎機(jī)運(yùn)行前，開啟液壓泵電機(jī)，換向閥切換至上位，液壓油通過液壓泵進(jìn)入到液壓缸下腔，下腔與支撐套相連，注油結(jié)束后將換向閥切換至中位。在破碎機(jī)運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)運(yùn)行過鐵的情況，液壓缸下腔內(nèi)的液壓油迅速進(jìn)入到蓄能器內(nèi)，使活塞桿帶動(dòng)支撐套上移，為破碎機(jī)過鐵提供空間。當(dāng)鐵塊或其他難以破碎物通過破碎機(jī)后，蓄能器內(nèi)的液壓油返回到液壓缸下腔內(nèi)，破碎機(jī)重新回到正常工作狀態(tài)。在破碎機(jī)堵礦時(shí)，將換向閥切換至下位，啟動(dòng)液壓泵電機(jī)，使油迅速地回到油箱，釋放支撐套和架體之間的間隙，以便于清腔作業(yè)。

系統(tǒng)過載時(shí)，液壓系統(tǒng)中安全閥發(fā)揮作用，對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行放油泄壓處理，降低系統(tǒng)壓力，從而起到過載保護(hù)的作用，避免系統(tǒng)電機(jī)損壞。系統(tǒng)中單向節(jié)流閥的作用如下：系統(tǒng)過鐵保護(hù)結(jié)束后，油液將從蓄能器返回液壓缸。此時(shí)利用單向節(jié)流閥控制油液返回的速度，避免液壓缸活塞與動(dòng)力錐復(fù)位過快，產(chǎn)生沖撞，導(dǎo)致破碎機(jī)損壞。在破碎機(jī)出現(xiàn)過鐵情況時(shí)，液壓能夠快速從液壓缸端經(jīng)單向節(jié)流閥流向蓄能器，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)過鐵保護(hù)的快速反應(yīng)。圓錐破碎機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖如圖4所示。

4 圓錐破碎機(jī)液壓保護(hù)系統(tǒng)問題分析

4.1 保壓性差

液壓系統(tǒng)主要是利用截止閥來封閉系統(tǒng)中的油液，實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)持續(xù)工作，但是其保護(hù)性較差[1]。由于截止閥采用的是端面密封設(shè)計(jì)，其密封性較差，非常容易產(chǎn)生油液從高壓端流向低壓端的內(nèi)泄情況，影響破碎機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圓錐破碎機(jī)在工作時(shí)，整個(gè)破碎工作組件會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)與沖擊力，對(duì)系統(tǒng)中的油壓產(chǎn)生影響。在截止閥密封失效的情況下，會(huì)加劇系統(tǒng)內(nèi)油液的內(nèi)泄情況，導(dǎo)致破碎機(jī)的破碎力下降。

4.2 自動(dòng)控制水平較低

該系統(tǒng)在調(diào)節(jié)破碎機(jī)的加載能力時(shí)，需要多人協(xié)調(diào)操作。不僅需要分別開啟、關(guān)閉兩只截止閥，還需要專人從破碎腔的觀察口處查看破碎組件的位置，指揮其他人員調(diào)整系統(tǒng)壓力，以滿足破碎組件預(yù)設(shè)條件。如果破碎力不能滿足設(shè)備使用要求，還需要停機(jī)重新壓縮彈簧，對(duì)液壓缸進(jìn)行補(bǔ)壓。

4.3 安全保護(hù)缺少可靠性

過鐵保護(hù)系統(tǒng)在監(jiān)控系統(tǒng)油壓時(shí)使用電接點(diǎn)壓力表，當(dāng)破碎機(jī)出現(xiàn)超載過鐵問題時(shí)，破碎機(jī)會(huì)跳閘停機(jī)。破碎機(jī)工作時(shí)具有較大的沖擊力，突然跳閘停機(jī)，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)油壓產(chǎn)生較大波動(dòng)。而電接點(diǎn)壓力表的抗振性較差，在過載停機(jī)時(shí)十分容易受到影響，造成其失去工作能力，進(jìn)而導(dǎo)致破碎機(jī)出現(xiàn)過載保護(hù)誤動(dòng)作的頻率增加，影響其安全可靠性以及工作效率[2]。

5 圓錐破碎機(jī)過鐵保護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)原過鐵保護(hù)裝置系統(tǒng)中的問題進(jìn)行分析，并對(duì)上述出現(xiàn)的各項(xiàng)問題對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。其工作原理為：液壓缸將支撐套和架體組裝到一起，并通過外部的液壓油站提供油壓，使支撐套和架體內(nèi)部的襯板保持預(yù)設(shè)的排礦口。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)過鐵時(shí)，破碎力大于液壓缸內(nèi)的壓力，支撐套上提，排礦口增大，使鐵塊或其他難以破碎物可以順利通過排礦口，完成圓錐破碎機(jī)過鐵保護(hù)。當(dāng)鐵塊排出后，破碎力小于液壓缸內(nèi)的壓力，支撐套回歸正常工作位置，破碎機(jī)也回歸正常工作狀態(tài)。過鐵保護(hù)系統(tǒng)原理圖如圖5所示。

破碎機(jī)在運(yùn)行前，啟動(dòng)液壓泵電機(jī)，電磁換向閥切換至圖示中的下位。此時(shí)，液壓泵將油液通過換向閥、平衡閥、單向節(jié)流閥泵入液壓缸的下腔，而液壓缸的上腔與支撐套安裝在一起，確保液壓缸的穩(wěn)定性，而液壓缸的活塞桿與架體安裝在一起，從而形成穩(wěn)定的破碎系統(tǒng)。這樣就可以以液壓缸為支撐套內(nèi)的襯板提供一個(gè)向下的拉力，實(shí)現(xiàn)礦石破碎處理。

礦石在破碎的過程中，其位于支撐套與架體之間的間隙，會(huì)對(duì)支撐套內(nèi)的襯板形成一個(gè)“頂起”的推力，因此液壓缸內(nèi)的油壓需要設(shè)定為一個(gè)大于破碎反推力的值，以維持設(shè)備的正常運(yùn)行，滿足礦石破碎顆粒度要求，這個(gè)值通常為10～15 MPa。

油路中的平衡閥和單向節(jié)流閥是為了保證系統(tǒng)在工作狀態(tài)下，液壓缸下腔內(nèi)的油不發(fā)生回流現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)液壓缸保壓的功能，維持破碎機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定性。液壓缸內(nèi)的壓力設(shè)定完畢后，切換電磁換向閥至中位，關(guān)閉液壓泵電機(jī)。此時(shí)過鐵保護(hù)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，可以隨時(shí)啟動(dòng)破碎機(jī)。

在破碎機(jī)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)有難以破碎物經(jīng)過襯板間的破碎腔時(shí)，支撐套和架體間的受力會(huì)急劇增加，需要拉長液壓缸以增大破碎腔空間釋放掉該壓力。此時(shí)液壓缸在壓力作用下，其活塞下移，液壓缸下腔的液壓油進(jìn)入蓄能器內(nèi)。這樣就使液壓缸變長，支撐套和架體間形成一個(gè)臨時(shí)的間隙，使難以破碎物盡快通過破碎腔排出破碎機(jī)。當(dāng)難以破碎物排出后，支撐套與架體間的受力又會(huì)恢復(fù)正常，此時(shí)蓄能器內(nèi)的油壓大于液壓缸下腔的油壓，油重新流回液壓缸下腔，整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

若設(shè)備過鐵時(shí)，出現(xiàn)的尖峰壓力值過大，遠(yuǎn)超過了蓄能器的預(yù)設(shè)值時(shí)，液壓缸下腔的油會(huì)經(jīng)過安全閥流回油箱，實(shí)現(xiàn)對(duì)圓錐破碎機(jī)的過載保護(hù)。為避免支撐套與架體之間復(fù)位過快，產(chǎn)生碰撞，影響圓錐破碎機(jī)性能。本次系統(tǒng)優(yōu)化使用單向節(jié)流閥控制油液返回液壓缸下腔的速度。

如難以破碎物經(jīng)過多次過鐵保護(hù)動(dòng)作仍沒能通過破碎腔，則需要通過破碎機(jī)的清腔動(dòng)作來排出。此時(shí)電磁換向閥切換至圖中的上位，開啟液壓泵電機(jī)，液壓泵經(jīng)過下方的油路快速進(jìn)入液壓缸下方，將液壓缸拉長，使支撐套和架體形成一個(gè)較大間隙，這樣難以破碎物即可順利通過破碎腔排出破碎機(jī)。清腔動(dòng)作完成后，電動(dòng)機(jī)關(guān)閉，電磁換向閥切換至上位，系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常，支撐套與架體間隙恢復(fù)至預(yù)設(shè)值，便于后續(xù)碎石工作的開展。

6 優(yōu)化后系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

優(yōu)化后的系統(tǒng)是利用平衡閥和單向節(jié)流閥來封閉系統(tǒng)中的油液，實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)的工作，改善了原系統(tǒng)中保壓性差的問題。電磁換向閥較為“嬌貴”，在惡劣條件下需要盡量避免人為增大電磁換向閥的工作負(fù)荷。而平衡閥和單項(xiàng)節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)可靠，可以有效避免內(nèi)泄情況的出現(xiàn)。優(yōu)化后的過鐵保護(hù)裝置，在液壓缸完成自身保護(hù)作用同時(shí)，又替代了彈簧的加載功能，使其具有多種功用，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了設(shè)備的整體性能。

優(yōu)化后的破碎機(jī)過鐵保護(hù)裝置，可實(shí)現(xiàn)多種動(dòng)作以滿足破碎機(jī)的不同運(yùn)行工況。當(dāng)破碎機(jī)正常工作時(shí)，通過預(yù)設(shè)不同的液壓缸壓力以調(diào)節(jié)破碎機(jī)不同的破碎力，從而達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)品產(chǎn)量和粒度的目的，同時(shí)還可以根據(jù)物料硬度，適當(dāng)調(diào)整破碎機(jī)參數(shù)，確保其滿足不同工作環(huán)境。

當(dāng)破碎機(jī)過鐵時(shí)，通過調(diào)節(jié)安全閥壓力和蓄能器充氮壓力，達(dá)到調(diào)整不同的過鐵壓力的目的，以保證破碎機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，防止過鐵時(shí)對(duì)支撐套與架體造成破壞。當(dāng)破碎機(jī)堵料時(shí)，可以自由提升支撐套空間，提升高度不受限，更方便達(dá)到清腔的目的，有效解決堵料問題，確保破碎機(jī)正常運(yùn)行。

優(yōu)化改進(jìn)后的過鐵保護(hù)裝置使用了數(shù)字壓力變送器等油壓檢測(cè)元件，能夠?qū)A錐破碎機(jī)工作時(shí)的瞬間油壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且根據(jù)油壓的變化，輸出電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)油壓的遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)整，確保破碎機(jī)能夠在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，提高生產(chǎn)系列，確保操作人員人生安全。在圓錐破碎機(jī)破碎腔內(nèi)沒有堆料以及停止供料的情況下，能夠在運(yùn)行過程中調(diào)整破碎機(jī)的排礦口[3]，以便能夠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，靈活調(diào)整破碎壓力，提高設(shè)備利用率與生產(chǎn)效率。

7 結(jié)束語

礦山工程建設(shè)中，圓錐破碎機(jī)是礦山物料破碎的主要設(shè)備之一，而過鐵過載情況可能導(dǎo)致圓錐破碎機(jī)損壞。在原有液壓系統(tǒng)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，確保了其保壓性，不僅提高了自動(dòng)化控制水平，而且有效提高了破碎機(jī)破碎能力，并保證了設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。

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收稿日期：2023-09-14

作者簡介：鄧卓（1990—），男，遼寧鐵嶺人，本科，工程師，研究方向：破碎機(jī)。