大型旋回破碎機(jī)腔型設(shè)計(jì)及優(yōu)化

馬 馳董春福（.北方重工集團(tuán)有限公司礦山冶金設(shè)備分公司設(shè)計(jì)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(jī)腔型設(shè)計(jì)及優(yōu)化

馬 馳1董春福2
（1.北方重工集團(tuán)有限公司礦山冶金設(shè)備分公司設(shè)計(jì)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(jī)屬于采礦業(yè)作業(yè)的必備設(shè)備，承擔(dān)著礦石初級(jí)破碎任務(wù)。隨著采礦企業(yè)對(duì)采礦效率的進(jìn)一步提高，原本的旋回破碎機(jī)腔型已無法滿足企業(yè)發(fā)展要求，為此，進(jìn)行大型旋回破碎機(jī)腔型設(shè)計(jì)并進(jìn)行優(yōu)化，以提高大型旋回破碎機(jī)運(yùn)行性能，實(shí)現(xiàn)其綜合效益。本文說明了大型旋回破碎機(jī)基本腔型設(shè)計(jì)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(jī)；腔型；設(shè)計(jì)；優(yōu)化

一、大型旋回破碎機(jī)基本腔型設(shè)計(jì)及模型建立

旋回破碎機(jī)主要包括液壓缸、傳動(dòng)軸、定錐、動(dòng)錐及偏心軸套等部分，動(dòng)錐外表面與定錐內(nèi)表面多設(shè)置有襯板，偏心軸套內(nèi)設(shè)置動(dòng)錐軸，其下端則設(shè)計(jì)有球面軸瓦，能夠有效確保動(dòng)錐旋擺運(yùn)動(dòng)。在破碎機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，動(dòng)錐以整機(jī)中心線偏心作圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)，讓動(dòng)錐與定錐之間不斷靠近與遠(yuǎn)離，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的破碎。

（一）大型旋回破碎機(jī)初級(jí)腔型參數(shù)設(shè)計(jì)。依據(jù)最大給料粒徑及排粒粒徑進(jìn)行破碎機(jī)進(jìn)料口與排料口尺寸設(shè)計(jì)，本文以1400mm作為最大給料粒徑，將破碎機(jī)產(chǎn)品粒徑控制在0mm～350mm范圍內(nèi)，進(jìn)料口尺寸B設(shè)計(jì)為1525mm，可通過液壓缸進(jìn)行排料尺寸調(diào)控，初選排料口尺寸b設(shè)計(jì)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(jī)初級(jí)腔型設(shè)計(jì)中采取單顆粒破碎理論進(jìn)行破碎腔基本結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 大型旋回破碎機(jī)腔結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)合圖1，旋回破碎機(jī)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(diǎn)高參數(shù)Ho，進(jìn)料口偏心距eO、定錐底部直徑參數(shù)D1及動(dòng)錐上部直徑DS。為確保旋回破碎機(jī)正常運(yùn)行并順利將物料加工排除破碎機(jī)，需要確保破碎機(jī)腔結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性。在本文中，綜合設(shè)備運(yùn)行要求，將進(jìn)料口偏心距設(shè)計(jì)為6mm，定錐底部直徑參數(shù)設(shè)計(jì)為2745mm，偏心距參數(shù)設(shè)計(jì)為21mm，定錐底部直徑參數(shù)設(shè)計(jì)為3136.9mm。為保證旋回破碎機(jī)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(shè)計(jì)中其礦石與襯板摩擦系數(shù)值設(shè)計(jì)為0.3-0.5，則卿攻臺(tái)嚙角應(yīng)不大于33.3°，根據(jù)破碎腔幾何關(guān)系進(jìn)行破碎腔高度值計(jì)算，獲得其參數(shù)為2908mm，動(dòng)錐懸掛點(diǎn)高度參數(shù)設(shè)計(jì)為4508mm。

（二）大型旋回破碎機(jī)初級(jí)腔形曲線構(gòu)建。依據(jù)大型旋回破碎機(jī)初級(jí)腔形參數(shù)，進(jìn)行破碎機(jī)基本腔型曲線構(gòu)建。在進(jìn)行初級(jí)腔形曲線繪制過程中，合理提高堵塞點(diǎn)界面以提高破碎機(jī)運(yùn)行能力，進(jìn)行動(dòng)錐出料口直線段設(shè)計(jì)，以提高物料破碎質(zhì)量，進(jìn)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(jī)基本腔形本科動(dòng)錐曲線段、定錐出料口直線段、定錐進(jìn)料口直線段、定錐曲線段、動(dòng)錐進(jìn)料口直線段與動(dòng)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(jìn)行模型構(gòu)建，通過UG軟件中表達(dá)式命令進(jìn)行腔形曲線表達(dá)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(dòng)錐排料口直線下端點(diǎn)與定錐底面保持300mm距離，以保證通過動(dòng)錐進(jìn)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(jìn)行實(shí)體模型生成，形成模型仿真。

圖2 大型旋回破碎機(jī)初級(jí)腔形示意圖

二、大型旋回破碎機(jī)腔型存在的不足及優(yōu)化

當(dāng)前，大型旋回破碎機(jī)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(shí)現(xiàn)其綜合效益。依據(jù)旋回破碎機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用要求，在進(jìn)行破碎機(jī)腔型優(yōu)化時(shí)，將其生產(chǎn)能力及產(chǎn)品粒度作為目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)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?jǐn)?shù)。

依據(jù)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行變量設(shè)計(jì)，通過改變破碎機(jī)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(jī)，為實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)生產(chǎn)能力高的同時(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以最合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，合理設(shè)計(jì)變量，明確約束條件。依據(jù)旋回破碎機(jī)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(yùn)動(dòng)特性，合理設(shè)計(jì)破碎腔型優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件。為確保動(dòng)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(chǔ)上構(gòu)建數(shù)學(xué)函數(shù)，進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解求解，本文采取目標(biāo)法進(jìn)行最優(yōu)解求解，求解過程中將目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行分化，視為多目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，將其他相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)作為一定的約束性條件。在本次設(shè)計(jì)優(yōu)化中，將大型旋回破碎機(jī)生產(chǎn)能力作為主要目標(biāo)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(jìn)行破碎機(jī)腔形曲線優(yōu)化，在優(yōu)化過程中應(yīng)用有效集進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)選擇，通過多次迭代計(jì)算獲得優(yōu)化結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計(jì)變量對(duì)比參數(shù)見表1。

采取仿真試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證表面，通過設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化后，旋回破碎機(jī)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(jī)腔形設(shè)計(jì)變量優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比表

結(jié)語

隨著采礦業(yè)的不斷發(fā)展，提高設(shè)備運(yùn)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(jī)承擔(dān)著礦石初級(jí)破碎任務(wù)，屬于采礦業(yè)不可或缺的設(shè)備，其運(yùn)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(jī)難以滿足日益發(fā)展的作業(yè)需求，為此，提出旋回破碎機(jī)腔型設(shè)計(jì)與優(yōu)化，采取腔型設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)運(yùn)行性能與產(chǎn)品質(zhì)量的提升，保障企業(yè)綜合效益，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化價(jià)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(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].金屬礦山，2013 （07）：126-134，152.

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