單缸液壓圓錐CC600創(chuàng)新設(shè)計和應(yīng)用

姜俊雄，劉鴻濱，劉玉龍

（南昌礦山機械有限公司，江西 南昌 330004）

隨著我國加大對基礎(chǔ)建設(shè)的投資，水電、核電、公路、高鐵、礦山和非金屬礦山等項目得到大幅度發(fā)展，需要固定破碎系統(tǒng)1000套左右，移動破碎系統(tǒng)500套，預(yù)計破碎篩分及系統(tǒng)年需求達(dá)500億。近年來，全球資源的減少及各國對資源和環(huán)保的控制，國家逐步減少小型礦山項目開發(fā)，更多的在于原生產(chǎn)線的技術(shù)改造以及采用大型項目提高資源利用率。我國傳統(tǒng)圓錐破碎機大部分為彈簧結(jié)構(gòu)，與單缸和多缸液壓圓錐破碎機相比：耗能高、產(chǎn)量低、可靠性差、缺乏先進技術(shù)，與國外先進圓錐破碎機競爭力低，因此國內(nèi)市場大部分被國外占領(lǐng)。為改變國產(chǎn)技術(shù)落后的局面，南昌礦機抓住發(fā)展機遇，通過長時間的調(diào)研與研發(fā)，于2012年04月進行CC600單缸液壓圓錐試制，并于2013年03月進行工業(yè)性實驗，各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國際先進水平。傳統(tǒng)的彈簧圓錐破碎機，難以滿足市場和客戶的需求，而南礦公司所研發(fā)及生產(chǎn)的CC600單缸液壓圓錐破碎機設(shè)備產(chǎn)能高耗能低、自動化程度高、運行經(jīng)濟成本低等特點，已經(jīng)完全可以替代進口設(shè)備。

1 工作原理

圖1 破碎機剖面結(jié)構(gòu)圖

單缸液壓圓錐破在運行過程中，由小齒輪總成通過大、小齒輪傳動帶動偏心總成旋轉(zhuǎn)，從而帶動主軸總成做圓錐旋擺運動。當(dāng)主軸做旋擺運動時，主軸總成相對于上機架總成做周期性轉(zhuǎn)動。當(dāng)主軸總成（動錐襯板）接近于上機架總成（定錐襯板）時，處于兩者之間的礦石就被擠壓而破碎，主軸總成遠(yuǎn)離離開上機架總成時，破碎后的礦石通過自重向下經(jīng)排礦口排出。通過向液壓缸總成中泵入液壓油，調(diào)節(jié)活塞的位置，從而使得主軸總成上升或者下降，達(dá)到合適的排礦口，最終實現(xiàn)控制產(chǎn)品粒度。

2 基本參數(shù)

2.1 原始條件

原料各類礦石，二段或三段破碎，入料粒度D進料≤300mm。

2.2 設(shè)備主參數(shù)確定

最大入料粒度達(dá)300mm，最大生產(chǎn)能力達(dá)1200t/h，排料口調(diào)節(jié)范圍13mm～70mm；最大裝機功率為630kW，主機重量約46995kg，整機重量約67000kg。

2.3 設(shè)計方案

我公司深入研究了國內(nèi)外同類產(chǎn)品，并根據(jù)CC100-CC400的設(shè)計經(jīng)驗，確定了詳細(xì)設(shè)計方案。

三維主機模型如圖1所示。

2.3.1 生產(chǎn)力確定

Q=60Vnμγ=188nμ△b△lDcγ[1]

μ---松散系數(shù)，μ=0.55-0.7

γ---物料堆密度，γ=1.6（t/m3）

e---偏心距（m）

△b---物料被壓縮時料層厚度，近似等于e---偏心距（m），見圖3。

△l---動錐擺動一次物料的位移（m）見圖3。

Dc---物料壓縮層平均直徑，近似等于動錐底部直徑D（m），見圖3。

n---動錐轉(zhuǎn)速（r/min）

圖2 圓錐破碎機處理能力計算

計算產(chǎn)量：

符合最大設(shè)計產(chǎn)量1200t/h的要求。由于采用了大偏心距、主軸總成高轉(zhuǎn)速以及重型化設(shè)計，為此筆者團隊對CC600圓錐破碎機采用具有世界先進水平的破碎新技術(shù)來實現(xiàn)設(shè)計要求[2]。

2.3.2 功率的確定

功率采用南昌礦機實際經(jīng)驗，P=11D2neK(kw)；

D---動錐底部直徑D（m）；

n---動錐轉(zhuǎn)速（r/min）；

e---偏心距（m）；

K=1（和腔型相關(guān)）；

P=11x1.62×270×0.07=532.224kW，考慮到實際應(yīng)用中礦石對設(shè)備沖擊較大，因此選用630kW。

3 創(chuàng)新設(shè)計

（1）采用超大偏心距設(shè)計，且一個偏心銅套有多種偏心距[3]。通過平鍵安裝在偏心銅套不同的鍵槽中可輕易實現(xiàn)多個偏心距設(shè)定，以適應(yīng)不同礦石和工況的要求，從而實現(xiàn)擠滿倉給料。

圖3 可調(diào)偏心距

（2）軸承由球面調(diào)心滾子軸承改進為圓錐滾子軸承，兩盤圓錐滾子軸承采用背靠背的安裝形式，能承受更大的載荷，為設(shè)備大型化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。

（3）CC600配備電控溢流閥，其安裝有壓力傳感器、位置傳感器和電磁閥。當(dāng)壓力傳感器監(jiān)測到過載時，馬上控制電磁閥打開溢流閥，通過3根液壓膠管溢流，根據(jù)位置傳感器信號下降至合適的位置；該技術(shù)的應(yīng)用，徹底解決了蓄能器反應(yīng)慢、壓力反彈的缺陷。

圖4 圓錐滾子軸承

圖5 電控溢流閥

（4）在傳統(tǒng)的破碎機設(shè)計中，滑動軸承和滾動軸承共用潤滑油，但滾動軸承對潤滑油的污染程度更加敏感。當(dāng)防塵效果欠佳或維護不及時，小齒輪總成的滾動軸承壽命嚴(yán)重偏短。南昌礦機結(jié)合多年的設(shè)計經(jīng)驗，將CC600小齒輪總成采用獨立潤滑系統(tǒng)，設(shè)計單獨的油箱對滾動軸承潤滑，確保潤滑油高度清潔，設(shè)備長期穩(wěn)定的運行。

圖6 小齒輪總成獨立潤滑

最大破碎力根據(jù)液壓系統(tǒng)壓力確定。

D1--液壓缸柱塞直徑D（m），設(shè)計值0.52m。

p--正常碎礦時，液壓缸壓力（N/m2）,一般p=5x106N/m2。

G--動錐重量（N）,設(shè)計值57000N。

ɑ--動錐底錐角（°），r0—進動角（°）。

設(shè)計值（ɑ-r0）=65°。

按上述公式計算F=2376424 N，按此力用Solidworks核算機架強度,如圖3所示，過鐵狀態(tài)下最大極限應(yīng)力為1.509x108N/m2，小于機架最小屈服強度σ=2.7x108N/m2，機架設(shè)計合理。

引用標(biāo)準(zhǔn)?；緟?shù)、技術(shù)要求及實驗方法等均按“南昌礦機”參與制定的強力圓錐破碎機標(biāo)準(zhǔn)JB/T11295-2012執(zhí)行[3]。

4 應(yīng)用與改進

4.1 應(yīng)用

南昌礦機開發(fā)的第一臺CC600于2013年11月在天津梅江會展中心展出，取得超過預(yù)期的市場效果。在展會現(xiàn)場，來自內(nèi)蒙古的客戶表露出強烈購買的欲望，并與南昌礦機簽訂了4臺CC600的采購合同。如圖7，在4臺CC600中，兩臺是EC腔型作為中碎，另外兩臺是MF腔型作為細(xì)碎，用于破碎低品位的鐵礦石。CC600成功替代原計劃采購的進口設(shè)備，為客戶節(jié)約了大量資金。

圖7 金屬礦山項目

4.2 重要改進

先導(dǎo)溢流閥改進為電控溢流閥。在早期設(shè)計CC600圓錐破碎機時，采用先導(dǎo)閥溢流的方式，對主機實施過載保護。然而在實際應(yīng)用過程中，尤其是CC600-EC的來料粒度達(dá)250mm以上，對液壓系統(tǒng)沖擊過大。先導(dǎo)閥的彈簧易受到?jīng)_擊且未達(dá)到設(shè)定的過載壓力而提前溢流，導(dǎo)致破碎機的排礦口頻繁變大，影響產(chǎn)品質(zhì)量。南昌礦機結(jié)合多年設(shè)計經(jīng)驗，產(chǎn)品部、液壓部和電氣部共同攻關(guān)研發(fā)，成功開發(fā)了電控溢流閥，即將先導(dǎo)閥換為電磁閥，并配備壓力傳感器。通過壓力傳感器準(zhǔn)確監(jiān)控破碎機是否過載，并由PLC監(jiān)控并控制電磁閥是否打開溢流。

5 結(jié)語

CC600是國內(nèi)較早開發(fā)的具有世界先進水平的大型單缸液壓圓錐破碎機，經(jīng)過多年改進，已具備與世界知名廠商同臺競爭的實力，且具有較高的性價比優(yōu)勢，已逐漸替代國外同類破碎機。CC600開發(fā)成功，標(biāo)志著“南昌礦機”在為發(fā)展破碎機民族品牌上又書寫了一個新篇章。