摘要：冶金矿山工业生产中，圆锥破碎机是其重要的设备。其主要作用是将散体物料进行粉碎。随着经济的发展科学技术水平的不断提升，圆锥破碎机在原有的技术水平上有了进一步的提升。物料的粉碎是冶金、矿山、建筑、化工、电力和筑路等工业部门应用广泛的一种工艺过程，而且是矿物加工的关键工艺过程。根据外圆锥破碎机新的发展和设计思想，结合传统圆锥破碎机的现状和存在的问题，依据“多碎少磨”的发展方向、层压理论和双金属复合技术，对传统破碎腔进行合理设计，使用效果表明，该设计可大幅度提高破碎效果，延长衬板使用寿命。
关键词：圆锥破碎机；破碎腔；设计
圆锥破碎机广泛地用于矿山、水利、冶炼和建筑等工业部门，是脆性物料中细碎的主要设备。在其工作过程中，破碎壁随着动锥围绕破碎轴线作偏心运动，物料在破碎腔内受到挤压而破碎成小颗粒产品，破碎腔内物料挤压破碎使得破碎壁表面承受相应的破碎力，随着工作时间的增加，不可避免地导致破碎腔的磨损量越来越大，其破碎产品的产量、粒度分布和针片率将出现较大改变，大大降低了圆锥破碎机的性能，因此，需要研究圆锥破碎机的物料破碎力和破碎腔磨损模型，以对圆锥破碎机工作过程中的磨损进行补偿，提高其工作性能。在实际工程应用中，圆锥破碎机会对各种不同的抗压强度物料进行破碎，其产生的挤压破碎力也不相同，并且物料会磨损圆锥破碎机整个破碎腔，而破碎腔的磨损将对破碎产品质量产生较大的影响，因此，从物料破碎力模型和时变磨损模型十分重要。
一、圆锥破碎机的工作原理
1、圆锥破碎机的分类。对于圆锥破碎机来说其设计制造的形式主要有三种，一种为悬挂式、一种为托轴式、一种为振动式。按照破碎机的加工物料的粗细可以将其分成粗碎和中细碎两种。对于加工粗料的圆锥破碎机来说，由于其加工的物料块较大，因此破碎机的进料口要求比较宽大，这种破碎机一般被称为旋回破碎机。其动锥是正置的，而其定锥是倒置的。加工细料的破碎机主要被称为常规破碎机。其加工的物料块主要是经过粗步粉碎过的。其进料口的尺寸也要求不大，但对于卸料口则有要求，在原有的基础上对卸料口进行加大处理，提高生产能力。细料圆锥破碎机的定锥和动锥都是正置的。
2、圆锥破碎机的工作原理。圆锥破碎机的工作原理主要是通过定锥和动锥以及进动角度相互间的运动共同组成。将物料放进机腔内，动锥按照进动角度在机腔与定锥间进行挤压运动，将物料进行挤压。这一运动的规律是很定的。动锥与定锥的距离也是动锥的额定摆动进行周期性的变化。然后通过定锥的振动将物料输送到出料口。圆锥破碎机的性能与机腔的几何形状联系密切，一个科学合理的几何腔型将会大大提升圆锥破碎机的工作效率，同时对于腔内的参数以及物料自身的性质也存在一定联系。通过圆锥破碎机的腔径截面我们能够看到动锥沿着定锥的中心线作悬摆运动。当石料被挤压到应力的临界点时，开始粉碎。进而通过动锥的运动产生的振动通过机腔。
二、破碎腔磨损的分析a
根据实际数据绘制的2200中碎圆锥破碎机破碎腔磨损情况，由于破碎机所处工作状况、操作条件不同，不同厂矿的破碎机破碎腔磨损情况也不尽相同，在调军台选矿厂考查HP700多缸液压圆锥破碎机破碎腔磨损情况是，标准型破碎腔定锥衬板磨损比动锥衬板磨损厉害。破碎腔磨损这些差异，其原因在于影响衬板磨损因素许多，诸如物料硬度HB 、物料研磨性S（SiO2%）、被破碎物料数量Q、物料的粒度d 、物料的水份W 、破碎机规格D以及给料方式和操作条件等等。
对2200 细碎机衬板寿命进行了试验，当被破碎物料量Q等于常数时，制成衬板平均寿命为q（kt）与HB（f）以及S（SiO2%）之间关系。由图中可知，对衬板磨损影响最大的因素是物料硬度HB 和物料研磨性S 以及被破碎物料数量Q，其中以物料研磨性S 最为严重。
此外，对于衬板磨损量的影响，物料粒度d和物料水份也是很重要因素。若操作不当更会产生事故性磨损等。
三、破碎腔通过能的计算
圆锥破碎机破碎腔是根据破碎腔各截面通过能力设计的，沿破碎腔ζ坐标破碎腔各截面上通过能力Qv（m3 /h）可按下式计算：
式中 n —— 动锥摆动次数，r /min；
D（Y）— — 物料压缩层平均直径，m；
b（Y）—— 物料被压缩时料层厚度，m；
S（Y）—— 动锥摆动一次物料的位移，m。
该值可借计算机，根据物料振动平面和下落的状态求得。
四、破碎腔的设计
设计破碎腔时，不论那种腔型都应满足以下要求：保证对破碎机所要求的生产能力；要保证产品质量，即有一定细度和均匀度以及粒形；破碎腔不易发生堵塞；衬板磨损要尽可能均匀，寿命较长。
1、传统圆锥破碎机腔型。传统圆锥破碎机腔型的设计，通常是在破碎机给料粒度Dmax 、排料粒度dma x 或排料口调节范围、破碎机生产能力、破碎机规格尺寸D以及被破碎物料性质等均为已知的情况下，按下列程序进行：
首先根据破碎机规格尺寸D 值，画直线a1a2= D，然后根据选定的底锥角T画一条a1a1′线。根据已知的闭边排料口尺寸b值，画平行于a1a1′线的b1 c1线，并使b1c1等于所选定的平行区长度L值，得c1点。根据T1 = T0 +（T- V0）可确定T1值。此时啮角T0 = 21°～ 23°，而偏心度V0选取，这样T1 角为已知。给料口尺寸B 为已知，以B 值为直径画圆与c1 d1 线以及a1a1′线相切，可得到d1a1′两点。此时，闭边破碎腔形状已构成。
最后再根据破碎腔各截面的通过能力以及实际资料进行修整成形。按设计的破碎腔属挤压型破碎腔，基本上是传统破碎机腔形，这种破碎机开始运转期间，进入平行区被破碎的物料数量最多。随着平行区磨损逐渐强烈，进入平行区被破碎的物料也越来越少，经过若干天后破碎腔平行区不复存在。此后，随破碎机衬板磨损程度和破碎腔轮廓变化程度沿破碎腔高度被破碎物料的分布也比较均匀。在衬板极限磨损范围内都存在破碎腔轮廓尺寸的变化，给料口大约比原来小1.4～ 1.7倍。此时破碎腔给料口和排料口部分起主要破碎物料作用，在此期间内破碎产品质量变坏。衬板报废时，破碎腔的形状完全失去了原形，因此这种破碎腔是不合理腔形。应该在整个衬板使用期间内，基本保持原破碎腔形不变为最理想。磨损后不能保持原腔形的原因是，设计破碎腔时没考虑破碎腔的磨损问题，所以理想腔形必须根据破碎腔磨损实际情况，按破碎腔磨损曲线来设计。
2、根据衬板磨损曲线设计腔形。传统的破碎腔设计均没考虑衬板磨损的影响。实际上，破碎腔沿高度方向衬板磨损不均匀，导致腔形发生变化，特别是平行区磨损最严重。这样，严重影响生产，使生产率下降、载荷增加、破碎产品质量恶化。因此根据衬板磨损曲线设计腔形是比较合理的。合理的腔形是用解变分办法求得最小磨损曲线来设计的。为此，首先确定破碎块状物料体积V 期间内衬板磨损最小的原始腔形，衬板磨损与诸多因素有关，这里仅就物料和衬板物理机构机械性质，给出衬板磨损曲线的函数式为：
根据式求得，从而可绘制破碎机破碎腔形。这样设计的破碎腔不仅满足传统设计破碎腔的所有要求而又考虑到破碎腔的磨损，不仅能延长衬板寿命，还可提高破碎机主要技术指标。
对现场矿石破碎生产线中2200碎圆锥破碎机破碎腔磨损，实现了对破碎腔磨损量的预测。所建立的物料破碎力模型和腔型时变磨损模型为圆锥破碎机的磨损补偿提供了一种有效的方法，也为矿石加工生产线的动态仿真提供了理论模型。
参考文献：
[1]董钢，范秀敏，JOHANNES N.圆锥破碎机挤压破碎力建模与衬板磨损预测[J].上海交通大学学报，2013，45（1）：45.49.
[2]董钢，范秀敏，黄东明.基于产品质量控制预测机制的圆锥破碎机优化方法[J].机械工程学报，2013，46（3）：7.
[3]黄冬明.挤压类破碎机工作机理和工作性能优化研究[D].上海：上海交通大学机械与动力工程学院，2012.
论文作者:刘宝柱
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/16
标签：破碎机论文; 磨损论文; 物料论文; 圆锥论文; 衬板论文; 粒度论文; 传统论文; 《电力设备》2018年第25期论文;