高曉國 張嘉譽 胥和平

摘要：針對美卓HP800圓錐破碎機常見故障進(jìn)行了全面、深入的研究，包括機械、液壓和電控系統(tǒng)的故障類型，并依據(jù)多學(xué)科理論如軸承學(xué)、流體力學(xué)和電子工程，結(jié)合實際操作經(jīng)驗，提出了一系列具有針對性和高實用性的解決方案。這些措施有效減少了設(shè)備的停機時間，顯著提高了整體系統(tǒng)的可靠性和效率，為設(shè)備生產(chǎn)的穩(wěn)定性提供了科學(xué)依據(jù)，有助于推動相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員在設(shè)備管理和維護(hù)方面達(dá)到更高的工作水平，對礦山設(shè)備管理和維護(hù)實踐具有重要參考價值。

關(guān)鍵詞：圓錐破碎機；機械故障；液壓系統(tǒng)；電控系統(tǒng)；故障診斷

中圖分類號：TD451文章編號：1001-1277（2024）04-0021-04

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：10.11792/hj20240406

引 言

露天黃金礦山開采是一項高度復(fù)雜、技術(shù)密集的工程活動，其中，礦山破碎系統(tǒng)對其所涉及的各種機械設(shè)備有著嚴(yán)格的性能和可靠性要求［1］。為滿足這些高標(biāo)準(zhǔn)，礦山破碎系統(tǒng)通常選用性能優(yōu)異、操作可靠的設(shè)備。美卓（Metso）HP800圓錐破碎機由于其先進(jìn)的設(shè)計和高效的運行性能，成為該應(yīng)用場景的首選［2］。

內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特中旗新忽熱蘇木東北11 km處，是中國西北部最大的低品位黃金露天開采礦山企業(yè)。二期生產(chǎn)系統(tǒng)于2013年9月投產(chǎn)，設(shè)計能力為日處理礦石4.5萬t，礦石平均品位0.55 g/t，年產(chǎn)黃金4.6 t。主要破碎礦石屬蝕變巖型，礦石中金主要賦存于硫化礦物和石英-硫化礦物細(xì)脈中，主要由變質(zhì)程度較低的板巖、千枚巖、千枚狀片巖、片巖等淺變質(zhì)巖組成；脈石礦物主要為絹云母、石英、綠泥石、鈉長石及碳酸鹽類礦物。二期破碎系統(tǒng)為三段一閉路流程，破碎設(shè)備主要包括：粗碎設(shè)備1臺，采用德國蒂森克虜伯礦機生產(chǎn)的旋回破碎機KB54-75；中碎設(shè)備2臺、細(xì)碎設(shè)備5臺，采用芬蘭美卓礦機生產(chǎn)的HP800圓錐破碎機。與所有高性能機械設(shè)備一樣，美卓HP800圓錐破碎機在長時間、高負(fù)荷運行中會出現(xiàn)故障，如啟動無反應(yīng)、動錐運行不平穩(wěn)、破碎腔襯板裂、潤滑系統(tǒng)不正常、偏心銅套溫度過高、電動機運轉(zhuǎn)異常、液壓泵損壞、液壓閥失靈等，不僅降低生產(chǎn)效率，還可能造成巨大經(jīng)濟損失［3］。因此，對這些故障進(jìn)行深入、全面的分析，并提出有效可行的解決方案，具有重要的工程和經(jīng)濟意義。本文旨在對美卓HP800圓錐破碎機在礦山破碎系統(tǒng)應(yīng)用中出現(xiàn)的常見故障進(jìn)行深入的理論和實證分析，進(jìn)而提出科學(xué)、系統(tǒng)的解決方案，對礦山設(shè)備管理和維護(hù)實踐具有重要參考價值。

1 美卓HP800圓錐破碎機

美卓HP800圓錐破碎機是一款精密、高效、可靠的破碎設(shè)備，廣泛應(yīng)用于露天黃金礦山等高強度、長周期、高效率的工作環(huán)境［4］。

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

1）外殼結(jié)構(gòu)。外殼結(jié)構(gòu)是該設(shè)備的骨架，通常由高強度的鑄鐵或鋼制成。該部分的設(shè)計充分考慮了材料力學(xué)性能，以保證在高負(fù)荷、高強度的破碎過程中，整體結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生疲勞斷裂或塑性變形。特殊的耐磨處理則進(jìn)一步提高了其耐腐蝕性和耐磨損性。

2）主軸與偏心套。主軸與偏心套是該設(shè)備的核心部分，由特殊合金鋼制成，可承受極高的機械負(fù)荷。特殊合金鋼經(jīng)高精度的熱處理和機械處理，具有優(yōu)異的耐磨損性和抗疲勞性，能在持續(xù)高速旋轉(zhuǎn)和高負(fù)荷狀態(tài)下保持穩(wěn)定。

3）破碎腔。破碎腔由固定錐和動錐組成，二者之間的相對運動實現(xiàn)了物料破碎。破碎腔的設(shè)計充分考慮了流體力學(xué)和顆粒物料力學(xué)，以確保對各種物料都能實現(xiàn)高效、低能耗破碎。

4）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)主要用于調(diào)整破碎腔開口大小，以及提供物料破碎所需力量。該系統(tǒng)采用高精度液壓元件和先進(jìn)的控制算法，確保在復(fù)雜工作條件下能快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)操作需求。

5）傳動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)采用蛇形環(huán)聯(lián)軸器和先進(jìn)的齒輪傳動裝置。蛇形環(huán)聯(lián)軸器能有效緩解機器啟動時產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷，提高傳動效率；齒輪傳動裝置采用高精度、高硬度的齒輪和軸承，以實現(xiàn)設(shè)備的長壽命和高可靠性。

6）電控系統(tǒng)。電控系統(tǒng)通過各種傳感器和控制單元實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和調(diào)整，采用高度集成的微處理器和先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析算法，實時診斷設(shè)備健康狀況，預(yù)警潛在故障，并進(jìn)行自我調(diào)整和優(yōu)化。

2024年第4期/第45卷礦業(yè)工程礦業(yè)工程黃 金

美卓HP800圓錐破碎機結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

1.2 工作原理

美卓HP800圓錐破碎機工作原理主要是利用動錐和固定錐之間的相對運動來完成物料的破碎過程［5］，該過程涉及多物理場的綜合作用，包括流體力學(xué)及顆粒物料力學(xué)等。

1）動態(tài)壓縮。當(dāng)物料進(jìn)入破碎腔后，由于錐形破碎面的旋轉(zhuǎn)，物料被均勻分布在破碎腔內(nèi)。動錐旋轉(zhuǎn)速度和固定錐幾何形狀都經(jīng)過精心設(shè)計，以形成一個高壓區(qū)，使得物料在這一區(qū)域內(nèi)受到強烈的壓縮力。這種壓縮力不僅沿物料的徑向作用，而且還有軸向分量，從而確保物料能在多方向上得到有效壓縮。

2）沖擊破碎。在動錐和固定錐相對運動過程中，物料也會受到強烈的撞擊力。這種撞擊力來源于動錐的旋轉(zhuǎn)和物料自身重力。當(dāng)這兩種力達(dá)到一定閾值時，物料內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，從而達(dá)到破碎的目的。

3）彎曲破碎。除壓縮和沖擊外，物料在破碎腔內(nèi)還會經(jīng)歷彎曲過程。這是因為破碎腔開口大小和形狀可調(diào)，液壓系統(tǒng)通過精確控制破碎腔幾何參數(shù)，使物料在通過破碎腔時不僅受到壓縮和沖擊，還會經(jīng)歷一定程度的彎曲，進(jìn)一步提高了破碎效率。

4）粒度調(diào)控。液壓系統(tǒng)還負(fù)責(zé)調(diào)整破碎腔開口大小，不同物料硬度和韌性不同，通過液壓系統(tǒng)的精確控制，設(shè)備能夠適應(yīng)多種物料條件，實現(xiàn)不同粒度的破碎輸出。

5）多物理場耦合。上述所有破碎原理都不是獨立存在的，而是在多物理場相互作用和耦合下完成的，包括力學(xué)場與流體力學(xué)場的耦合、物料顆粒與設(shè)備壁面的相互作用等，都需要通過高度復(fù)雜的計算和模擬來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

2 美卓HP800圓錐破碎機常見故障

2.1 故障分類

美卓HP800圓錐破碎機在操作過程中會發(fā)生不同類型的故障，通常可分為下述幾個主要類別。

2.1.1 機械故障

主軸承損壞是機器運行過程中的常見故障，表現(xiàn)為主軸轉(zhuǎn)動不靈活或產(chǎn)生異常聲音，一般是承載能力下降或潤滑不足引起的，主軸承作為設(shè)備核心組件，一旦出現(xiàn)問題將嚴(yán)重影響破碎機工作效率和運行穩(wěn)定性［6］。傳動帶磨損或斷裂問題，以及破碎腔內(nèi)部件如分料盤、襯板等的損壞問題同樣不容忽視。在生產(chǎn)過程中，上述問題通常會導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，進(jìn)而帶來不必要的經(jīng)濟損失［7-8］，且長時間的高負(fù)荷運行會加速這些關(guān)鍵部件的損耗，進(jìn)一步影響生產(chǎn)效率。

2.1.2 液壓系統(tǒng)故障

不適宜的液壓油溫將對液壓系統(tǒng)性能產(chǎn)生負(fù)面影響，油溫過高或過低會導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)發(fā)生失效或油質(zhì)問題，威脅整體設(shè)備運行穩(wěn)定性；液壓泵本身機械故障或油路堵塞會引起液壓泵動力不足，使液壓系統(tǒng)無法維持穩(wěn)定工作壓力，影響機器正常工作［9］；由于密封件損壞或安裝不當(dāng)造成的油缸泄漏會導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓力不穩(wěn)，持續(xù)的泄漏還會導(dǎo)致液壓油量減少，影響液壓系統(tǒng)性能。

2.1.3 電控系統(tǒng)故障

破碎機運行過程中，電控系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用，該系統(tǒng)故障對破碎機整體操作影響較大［10］。傳感器失效會導(dǎo)致錯誤數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)，不僅影響系統(tǒng)的自動決策，還可能導(dǎo)致設(shè)備運行不穩(wěn)定；電源不穩(wěn)問題多數(shù)由電網(wǎng)波動或設(shè)備電源模塊損壞導(dǎo)致，電源不穩(wěn)會讓控制系統(tǒng)失效，或觸發(fā)設(shè)備的安全保護(hù)機制，從而導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。

2.1.4 其他故障

破碎機運行過程中，除了需要關(guān)注機械、液壓及電控系統(tǒng)等故障外，還需要注意其他故障。例如：長時間過載運行可能會導(dǎo)致破碎機發(fā)熱和振動增強，不僅加速了設(shè)備整體磨損，還有可能觸發(fā)設(shè)備的故障保護(hù)機制，嚴(yán)重可導(dǎo)致生產(chǎn)暫停；物料的濕度、硬度和粒度也需要嚴(yán)格控制，不合格的物料不僅降低了設(shè)備的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，還可能引發(fā)其他類型故障。

破碎機高效、穩(wěn)定運行不是依賴于單一的組件或系統(tǒng)，而是多因素相互作用的結(jié)果，這就要求設(shè)備維護(hù)人員在日常維護(hù)中應(yīng)用多角度、多層次的管理和維護(hù)策略。

2.2 故障原因分析

2.2.1 機械故障原因分析

在分析破碎機機械故障原因時，需要注意多個關(guān)鍵因素。①材料疲勞。長時間高負(fù)荷條件下運行可能會引起材料的微觀結(jié)構(gòu)改變，從而降低其性能，通過分析材料的疲勞曲線，能更準(zhǔn)確地預(yù)測部件失效可能性。②設(shè)計缺陷。機械部件尺寸不精確或設(shè)計不合理，將增加部件間的摩擦和磨損，可以通過精度工程和公差分析對設(shè)計缺陷進(jìn)行量化和改進(jìn)。③維護(hù)不當(dāng)。缺乏定期檢查和更換磨損部件，會加速設(shè)備磨損和老化，利用維修工程和可靠性工程原理可以建立有效的維護(hù)周期和故障預(yù)測模型。

2.2.2 液壓系統(tǒng)故障原因分析

液壓系統(tǒng)故障原因分析涉及多個復(fù)雜的因素，其中，液壓油質(zhì)量、油路阻塞和液壓泵磨損或老化是3個主要方面。

①液壓油質(zhì)量。液壓油質(zhì)量不合格不僅會加速系統(tǒng)內(nèi)各部件的磨損，還會導(dǎo)致油溫異常，流體力學(xué)和熱力學(xué)理論提供了用于分析油質(zhì)如何影響液壓系統(tǒng)性能的方法。②油路阻塞。油路阻塞會導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，從而影響整個液壓系統(tǒng)的性能。通過應(yīng)用流體力學(xué)中的阻力模型可以精確地設(shè)計和診斷油路，以避免或減少阻塞帶來的問題。③液壓泵磨損或老化。液壓泵磨損或老化會直接影響液壓系統(tǒng)的壓力表現(xiàn)，性能曲線和壽命分析是評估液壓系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵工具，通過了解液壓泵的工作狀態(tài)，可以預(yù)測或診斷其潛在故障。

2.2.3 電控系統(tǒng)故障原因分析

電路元件老化或損壞和軟件問題是電控系統(tǒng)故障2個主要考量點。

①電路元件老化或損壞。電路元件老化或損壞會引發(fā)數(shù)據(jù)傳輸異常、傳感器失效等一系列問題，電子工程的信號處理和元件失效分析方法提供了診斷途徑，可幫助設(shè)備維護(hù)人員更準(zhǔn)確地確定問題所在。②軟件問題。不精確的控制算法或軟件漏洞會直接影響整個電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，可利用控制理論和軟件工程原則，優(yōu)化和調(diào)試控制算法，提升電控系統(tǒng)性能。

2.2.4 其他故障原因分析

為防止因過載運行或使用不合格物料導(dǎo)致設(shè)備損壞和工作效率明顯下降等問題，人因工程和操作規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)化提供了一套全面的解決方案和預(yù)防措施。環(huán)境因素，如高溫、高濕和粉塵等，也會對機械、液壓和電控系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，針對這一點，環(huán)境工程和設(shè)備適應(yīng)性分析提供了具體的應(yīng)對策略和改善建議。

3 預(yù)防措施與處理方法

3.1 預(yù)防措施

3.1.1 機械故障預(yù)防

根據(jù)設(shè)備使用周期和負(fù)荷情況制訂詳細(xì)維護(hù)計劃，對主軸、傳動帶、破碎腔內(nèi)部件等進(jìn)行定期檢查和更換，可基于可靠性工程和維修工程原理，進(jìn)一步采用統(tǒng)計建模技術(shù)，預(yù)測設(shè)備可能的故障時間和維護(hù)周期；在部件制造階段，利用CAD/CAM技術(shù)及精度工程和公差分析方法，確保所有部件按照工程圖紙和規(guī)范進(jìn)行精確制造和裝配；基于材料科學(xué)的疲勞分析和耐磨性評估，選用經(jīng)過特殊處理或合金改性的高質(zhì)量材料，如耐磨、耐疲勞合金，以延長設(shè)備使用壽命。

3.1.2 液壓系統(tǒng)故障預(yù)防

基于流體力學(xué)和熱力學(xué)理論，定期采集液壓油樣本，通過檢測黏度、酸度及水分等，評估液壓油質(zhì)量，深入了解液壓油質(zhì)量對系統(tǒng)整體效率和壽命的影響；應(yīng)用流體動力學(xué)原理，對油路的流速和阻塞進(jìn)行模擬分析，對油路進(jìn)行定期清洗和維護(hù)，確保無雜質(zhì)和堵塞；基于機械設(shè)計和維護(hù)工程原則，對液壓泵和油缸的密封、軸承等定期進(jìn)行檢查和必要的更換或維修，以預(yù)估液壓泵和油缸的使用壽命和維護(hù)周期。

3.1.3 電控系統(tǒng)故障預(yù)防

基于傳感器工程和信號處理的先進(jìn)理論，通過專業(yè)校準(zhǔn)設(shè)備和軟件，不定期進(jìn)行傳感器精確校準(zhǔn)，確保其性能參數(shù)達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)；為確保電控系統(tǒng)得到穩(wěn)定的電源供應(yīng)，基于電氣工程的電源管理原則和穩(wěn)態(tài)分析，安裝電源穩(wěn)定設(shè)備，如不間斷電源（UPS）或電源穩(wěn)壓器。

3.2 故障處理方法

依據(jù)深入的理論分析和多年實際操作經(jīng)驗，提出故障處理方案，以提供針對性強、實用性高的故障處理方法。

3.2.1 機械故障處理

一旦出現(xiàn)機械故障，如主軸承損壞等，應(yīng)立即停機進(jìn)行詳細(xì)檢查并更換新的主軸承，這一步驟可依據(jù)軸承學(xué)和摩擦學(xué)原理，使用故障診斷技術(shù)進(jìn)行問題分析，以確定更換合適類型和規(guī)格的軸承；處理傳動帶斷裂操作程序為：立即停機、斷開電源、更換新傳動帶，對拉力和張力進(jìn)行調(diào)整，同時檢查其他相關(guān)部件，以確定是否存在磨損或損壞。

3.2.2 液壓系統(tǒng)故障處理

如發(fā)現(xiàn)液壓油溫異常，應(yīng)立即停機，并檢查液壓油質(zhì)量和冷卻系統(tǒng)狀態(tài)，依據(jù)流體力學(xué)和熱交換原理，準(zhǔn)確分析液壓油溫度異常的根本原因，并制訂相應(yīng)處理方案；液壓泵發(fā)生故障情況下，應(yīng)立即進(jìn)行檢修或更換，同時檢查液壓油和管路的狀態(tài)，并依據(jù)液壓傳動和泵的工作原理，進(jìn)行故障診斷和性能分析，確定最佳修復(fù)方案。

3.2.3 電控系統(tǒng)故障處理

一旦傳感器失效，需立即進(jìn)行更換或修理，并重新進(jìn)行校準(zhǔn)，依據(jù)傳感器工程和自動控制理論，分析傳感器失效的可能原因，并進(jìn)行有針對性的故障排除；在電源不穩(wěn)情況下，基于電力系統(tǒng)和電子工程的基礎(chǔ)知識分析原因，并使用電源穩(wěn)定器或不間斷電源（UPS）進(jìn)行修復(fù)。

上述故障處理方法是在總結(jié)多年生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出的，不僅具備高度的針對性和實用性，還突出了跨學(xué)科應(yīng)用，確保了處理過程的全面性和高效性。該綜合方案不僅降低了設(shè)備的停機時間，也提高了整體系統(tǒng)的可靠性和效率。

4 結(jié) 語

本文通過全面而深入的分析，對美卓HP800圓錐破碎機在機械、液壓和電控系統(tǒng)等方面的常見故障進(jìn)行了詳細(xì)的探討，并提出了相應(yīng)預(yù)防措施及處理方法。這些方法的提出均基于科學(xué)的理論分析和多年的實踐經(jīng)驗，具有很高的實用性和可操作性。尤其故障處理方法不僅針對性強，而且具有全面性和高效性。這些方法的實施，不僅可以減少設(shè)備的停機時間，還能夠顯著提高整體系統(tǒng)的運行效率和可靠性。

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Common malfunctions and solutions of Metso HP800 cone crusher

Abstract：A comprehensive and in-depth study was conducted on the common malfunctions of the Metso HP800 cone crusher，including mechanical，hydraulic，and electrical control system failures.Drawing upon multidisciplinary theories such as bearing science，fluid mechanics，and electronic engineering，combined with practical operational experience，a series of targeted and highly practical measures effectively were proposed.These measures effectively reduce equipment downtime，significantly improve the overall system reliability and efficiency，provide the scientific basis for equipment production stability，and help related enterprises and technical personnel achieve higher levels of equipment management and maintenance.This study holds important reference value for the practice of mine equipment management and maintenance.

Keywords：cone crusher;mechanical malfunction;hydraulic system;electrical control system;malfunction diagnosis