大型旋回破碎機GC5065的研發(fā)和應(yīng)用

柳逢春，樂聲濱，姜俊雄，詹春生

（南昌礦山機械有限公司，江西南昌 330004）

0 引言

旋回破碎機作為一種高效節(jié)能的破碎機，由于能耗低，破碎比大，節(jié)能環(huán)保，被廣泛使用。目前國內(nèi)大型先進旋回破碎機基本被國外品牌壟斷，我公司研發(fā)的GC5065旋回破碎機正是目前世界最先進的旋回破碎機。該機型在國內(nèi)大型項目中被廣泛使用，開發(fā)出的機型的性能已達(dá)到國際水平，打破國外旋回破碎機在國內(nèi)的壟斷，替代進口，提升公司的核心競爭力。

1 工作原理

如圖1所示，旋回破碎機的工作機構(gòu)是由兩個截面圓錐—動錐6和定錐7組成。件1電機帶動件2傳動軸上的件3小齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動與件4大齒輪與裝在一起的件5偏心組件轉(zhuǎn)動。動錐在偏心組件旋轉(zhuǎn)時，因偏心作用，相對于定錐做周向擺動和旋轉(zhuǎn)。當(dāng)動錐接近于定錐時，處于兩者之間的件8物料就被破碎，動錐6離開定錐7時，破碎后的物料8則經(jīng)排礦口排出，其破碎是連續(xù)的。旋回破碎機具有較高的擺動次數(shù)和較大的擺動行程。因此旋回破碎機具有破碎比大，產(chǎn)量高，功耗少，粒度均勻和適用于各種硬度礦石。

圖1 旋回破碎機剖面結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Section structure diagram of the gyratory crusher

2 基本參數(shù)

2.1 原始條件

原料各類礦石，初段破碎，進料開口尺寸為1270mm。動錐部分最大直徑1650mm。

2.2 設(shè)備主參數(shù)確定

最大進料粒度達(dá)1050mm，最大生產(chǎn)能力達(dá)2760t/h，排料口調(diào)節(jié)范圍150～175mm。

2.3 設(shè)計方案

研發(fā)團隊對國內(nèi)外旋回破碎機進行了深入研究，吸收了旋回破碎機先進技術(shù)，設(shè)計出一款性價比高的旋回破碎機。

設(shè)計三維破碎機模型如圖1。

2.3.1生產(chǎn)力確定

式中：μ—松散系數(shù)；γ—物料堆密度；e—偏心距（m），見圖2；b—物料被壓縮時料層厚度，近似等于排料口（m），見圖2；D—物料壓縮層平均直徑，近似等于動錐底部直徑 D（m）；Q—產(chǎn)量（t/h）；n—動錐轉(zhuǎn)速（r/min）。

GC5065 設(shè)計中，μ=0.7，n=178 （rpm），b=0.15 （m）， D=1.65 （m），γ=1.6（t/m3），計算產(chǎn)量 Q=377×0.7×1.6×0.038（0.038+0.15）×1.65 ×178/（tan18.7°+tan6.3°）=1973t/h，由于影響生產(chǎn)率因素很多，如物料力學(xué)性能，給料粒度等，計算基本符合設(shè)計要求2245-2760t/h的要求。

圖2 旋回破碎機生產(chǎn)率計算Fig.2 Productivity accounting of cone crusher

2.3.2 功率的確定

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進步，原計算旋回功率經(jīng)驗公式需調(diào)整，筆者根據(jù)破碎機多年實際經(jīng)驗，總結(jié)出旋回主電機功率公式為：P=171 e（e+b）nD1.1（kW），其中：P—電機功率，參數(shù)e，b，n含義見2.3.1生產(chǎn)力確定參數(shù)說明。

計算 P=171 e（e+b）nD1.1=376.2kw，實際選用 400kw。

2.3.3 旋回破碎機布局

如圖3所示，采用卡車雙向直接倒料布局方式，省去給料倉及給料機費用。

圖3 總體布置圖Fig.3 General layout

3 結(jié)構(gòu)特點

對國內(nèi)外同類產(chǎn)品進行了深入研究和比較，筆者團隊按下列設(shè)計方案進行了研發(fā)，并針對旋回破碎機現(xiàn)場應(yīng)用做了創(chuàng)造性的改進。

3.1 拱形梁的設(shè)計

增加了超級橫梁，旋回作為粗級破碎，大塊來料會架橋卡礦，需人工鉤機處理，拱形橫梁的設(shè)計可以提高破碎機的性能和效率，具體體現(xiàn)在減小了大塊架橋卡礦對產(chǎn)量的不利影響，如圖4所示，給礦口增大30%～40%，提高產(chǎn)量10%～20%。拱形橫梁為單件整體鑄鋼件，強度大，鋼性好。

圖4 拱形梁設(shè)計Fig.4 Design of vaulted beam

3.2 偏心組件設(shè)計

如圖5所示，與國內(nèi)傳統(tǒng)旋回大齒輪在小齒輪上方不同，GC5065旋回件2大齒輪在件1小齒輪下方，這樣在維修操作時，偏心組件從下部裝卸，不需拆上機架，橫梁及主軸組件，大大節(jié)省檢修時間。并且偏心組件采用了上下平衡重設(shè)計，設(shè)備在工作運行狀態(tài)時沖擊力小，更加穩(wěn)定可靠傳動。

圖5 偏心組件設(shè)計Fig.5 Eccentric assembly design

3.3 采用整體鍛造主軸和動錐總成

主軸和動錐采取一體式鍛造結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免破碎過程中出現(xiàn)動錐松動。

調(diào)研大量資料，最終確定主軸材料為40CrNiMoA[4]。

3.4 動錐襯板鎖緊結(jié)構(gòu)

如圖6所示，傳統(tǒng)的國產(chǎn)破碎機的主軸帶螺紋，中間有螺套固定在主軸上，頂部螺母與螺套配合，螺套可更換。GC5065旋回主軸套帶螺紋與主軸過盈配合，通過更換主軸套保護主軸，襯板鎖緊通用的結(jié)構(gòu)形式不可避免會對主軸螺紋有損傷，故新型襯板鎖緊結(jié)構(gòu)更加合理可靠。

3.5 AutoRun自動控制系統(tǒng)

如圖7所示，AutoRun控制系統(tǒng)可實時監(jiān)測破碎機的功率、壓力和回油溫度，能實現(xiàn)破碎作業(yè)過載保護、襯板磨損、過鐵保護、襯板磨損自動補償?shù)?。擠滿倉給料，能使破碎機功效發(fā)揮到最大。同時還具備報警功能，在非正常狀態(tài)下運行將報警，并根據(jù)故障嚴(yán)重性確定是否停機。

圖6 動錐襯板鎖緊結(jié)構(gòu)Fig.6 Locking structure of mantle

圖7 自動控制系統(tǒng)界面Fig.7 Display of auto control system

機架堅固，為合金鑄件，通過有限元分析設(shè)計，確保運行時出現(xiàn)過載，過鐵情況下機體不出現(xiàn)開裂等問題。

最大破碎力根據(jù)液壓系統(tǒng)壓力確定。

式中：D1—液壓缸柱塞直徑 D（m），設(shè)計值 0.6m；p—正常碎礦時，液壓缸壓力（N/m2），一般 p=5×106N/m2；G—動錐重量（N），設(shè)計值 280000N；α—動錐底錐角（°）；r0—進動角（°）設(shè)計值（α－r0）=65°。

按上述公式計算F=37770944 N，按此力用Solidworks核算機架強度，如圖8所示，最大應(yīng)力為0.807×108N/m2，小于機架最小屈服強度 σ=2.7×108N/m2，安全系數(shù) n＞3， 機架設(shè)計合理。主軸，傳動軸等均用Solidworks軟件優(yōu)化設(shè)計。

3.6 引用標(biāo)準(zhǔn)

基本參數(shù)，技術(shù)要求及實驗方法等均按我公司參與制定的JBT 11294－2012強力旋回破碎機標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[3]。

4 GC5065富潤礦業(yè)運營實例

4.1 產(chǎn)量

如圖9所示，GC5065破碎機在礦業(yè)運營。行業(yè)為石料行業(yè)，巖石為閃長巖，排礦口調(diào)至140，偏心距38，實測產(chǎn)量2200t/h，從實際應(yīng)用效果看，與南礦樣本理論值排礦口150mm，產(chǎn)量2245t/h較吻合，達(dá)到設(shè)計要求。

圖9 破碎機在富潤礦業(yè)作業(yè)Fig.9 Cone crusher is used in the Fulun mineral

4.2 產(chǎn)品粒度

排料口設(shè)置150mm，現(xiàn)場通過GC5065粗破碎后的產(chǎn)品，經(jīng)檢測粒度小于150mm占比達(dá)到90%以上，粒形較好，達(dá)到了客戶要求。

4.3 市場前景和經(jīng)濟效益

2016年第一臺GC5065于富潤礦業(yè)運營，因運營效果很好，產(chǎn)量大大超出客戶預(yù)期，使用不到一年，加訂了二臺三段破CC600M單缸圓錐破碎機，整條生產(chǎn)線破碎機均采用我公司產(chǎn)品，工藝流程圖如圖10所示。

圖10 流程圖Fig.10 Flow chart

4.4 使用效果

（1）由于 GC5065 與國產(chǎn)旋回相比，應(yīng)用三維軟件優(yōu)化偏心組件動平衡組件及主軸等設(shè)計，運行中設(shè)備震動小，對地基強度要求低，與同等國產(chǎn)旋回比節(jié)省土建費用100多萬。

（2）AutoRun 自動控制系統(tǒng)：實際應(yīng)用大幅減少人工成本，應(yīng)用遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，通過軟件故障分析和現(xiàn)場數(shù)據(jù)，直接快速解決一些現(xiàn)場故障。

（3）破碎機進料粒度大，破碎效果好，通過能力高。

（4）液壓系統(tǒng)和潤滑及氣動新技術(shù)大為提高設(shè)備的過載保護能力，破碎機運行更加安全可靠。

（5）外置調(diào)整齒輪側(cè)隙等新技術(shù)使用使維護更加方便。

（6）采用二通道對偏心組件上下大流量進油，對偏心銅套，止推軸承壽命有顯著的提高。正壓防塵裝置采用2臺鼓風(fēng)機，增加風(fēng)壓，風(fēng)量更加保證潤滑油潔凈。

5 結(jié)束語

GC5065是國內(nèi)較早應(yīng)用最先進技

術(shù)研發(fā)的新一代旋回破碎機，運營一年來已獲得廠家認(rèn)可，GC5065旋回破碎機與國際知名同類產(chǎn)品相比，在性能相當(dāng)情況下，具有較高的性價比優(yōu)勢，是大型旋回破碎機替代國外同類破碎機的首選產(chǎn)品。GC5065旋回破碎機的開發(fā)成功，為我公司增加了有一個系列產(chǎn)品，大大增強了我公司的競爭優(yōu)勢，為發(fā)展破碎機民族品牌不斷書寫新的篇章。

[1]朗寶賢，朗世平.圓錐破碎機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998：53.

[2]朗寶賢，朗世平.圓錐破碎機[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998：229.

[3]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.強力旋回破碎機：JBT11294-2012[S].2012-05-24.

[4]李必勝，李兵，熊明華，等.進口旋回破碎機主軸的國產(chǎn)化實踐探索[J].廣東水利水電，2009，2.