圓錐破碎機的優(yōu)化設(shè)計

劉萬輝，孫濤，李新莉

圓錐破碎機具有可連續(xù)破碎、排料口易于調(diào)整、便于過載保護、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便等優(yōu)點，在礦山、冶金、建筑、環(huán)保等行業(yè)有廣泛的應(yīng)用。但在圓錐破碎機運行一段時間后，圓錐破碎機往往會出現(xiàn)產(chǎn)量降低、粒型變差、襯板使用壽命降低、功耗增大、部分零件損壞率較高、產(chǎn)生異常噪聲等情況。

通過整理分析用戶反饋的問題，結(jié)合圓錐破碎機研發(fā)制造經(jīng)驗，我公司對圓錐破碎機進行了改進，大大提升了圓錐破碎機的易用性和穩(wěn)定性。

1 優(yōu)化破碎腔

圓錐破碎機的工作部件由定錐和動錐兩部分組成，動錐在定錐內(nèi)部進行偏心圓周擺動，使破碎腔周期性開合，破碎物料。與其他類型的破碎機相比，圓錐破碎機破碎腔在周向上各處的開合不同步，可實現(xiàn)連續(xù)破碎且不易發(fā)生堵料，破碎比較大。但這種不同步也會造成破碎腔和周圍零部件在破碎過程中形變、疲勞甚至產(chǎn)生斷裂。

圓錐破碎機的破碎腔由破碎壁和軋臼壁組成，破碎壁即動錐襯板，安裝在動錐上；軋臼壁即定錐襯板，安裝在機架上方的調(diào)整環(huán)上。破碎壁和軋臼壁是承擔破碎工作的主要部件，在生產(chǎn)過程中承受著巨大的沖擊力，是圓錐破碎機主要的易損件。對破碎壁、軋臼壁及相關(guān)組件進行優(yōu)化可大幅提高破碎機的使用壽命。

1.1 軋臼壁的固定

在圓錐破碎機的運行過程中，軋臼壁由于長時間承受較大的沖擊載荷，易蠕變伸長，使固定處松動。若松動后繼續(xù)使用，則軋臼壁會產(chǎn)生振動，沖擊調(diào)整環(huán)，導(dǎo)致設(shè)備振動增大，調(diào)整環(huán)和軋臼壁損壞，嚴重時會使軋臼壁脫落。

在目前常見的圓錐破碎機中，軋臼壁的固定方式主要為橫向楔塊固定或U 型螺栓拉緊固定。這兩種固定方式均無鎖緊補償功能且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對于不同腔型，橫向楔塊固定方式還需配備不同的適配輔環(huán)，用以支撐楔塊的安裝。U型螺栓拉緊固定方式需要相應(yīng)的調(diào)整環(huán)結(jié)構(gòu)，不便于鑄造加工。

為克服以上固定方式的缺點，我們設(shè)計了一種具有變形補償功能的軋臼壁固定裝置（見圖1）。在軋臼壁和調(diào)整環(huán)上設(shè)置周向均布的耳座，通過螺栓固定，螺栓與耳座之間裝配碟簧組。碟簧組有一定的預(yù)壓縮量，可使軋臼壁與調(diào)整環(huán)之間具有足夠的壓緊力。當軋臼壁產(chǎn)生軸向的蠕變延展時，碟簧組隨之發(fā)生變形，而這一變形遠小于碟簧組的預(yù)壓縮量，軋臼壁與調(diào)整環(huán)仍保持壓緊狀態(tài)，起到補償變形作用。這種固定方式結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，安裝便捷，固定可靠，效果遠優(yōu)于傳統(tǒng)的軋臼壁固定裝置。

新型軋臼壁固定裝置投入使用以后，因軋臼壁松動造成的破碎機故障完全消失，有效延長了軋臼壁組件的使用壽命。

圖1 變形補償?shù)能埦时诠潭ㄑb置

1.2 破碎壁的安裝

圓錐破碎機的破碎壁是主要耗材之一。在破碎過程中，安裝在動錐上的破碎壁需要承受物料帶來的沖擊，沖擊頻率高、沖擊力大，易使破碎壁與動錐的接觸面產(chǎn)生疲勞破損甚至發(fā)生變形，導(dǎo)致破碎壁松動，降低破碎壁和動錐的使用壽命。

傳統(tǒng)的解決辦法是在動錐和破碎壁之間留出足夠的空腔，在空腔中灌入具有膠合作用的背襯材料，如樹脂材料或快干水泥，將動錐和破碎壁粘在一起，避免破碎壁松動。這種固定方式雖然足夠牢固，但更換破碎壁費時費力。

由于背襯材料已經(jīng)徹底凝固，需要火焰切割拆卸舊破碎壁，仔細清理粘連在動錐上的背襯材料后，安裝新的破碎壁并灌注背襯材料，背襯材料需要靜置1d以上才能凝固，在更換破碎臂的時間內(nèi)，破碎機無法工作，影響生產(chǎn)。這一問題在破碎硬度較低的物料時影響尚不明顯，但若破碎花崗巖等難破碎物料，則襯板損耗極快，需頻繁更換，由此帶來的誤工損失很大。

通過觀察比較不同設(shè)備，我們認為破碎壁松動的原因是兩部件的配合表面精度不夠。一方面兩個圓錐面的形狀存在誤差，配合面的粗糙度和波紋度也比較大，導(dǎo)致實際的接觸面積小于配合面面積；另一方面，破碎壁依靠一定的裝配過盈量壓在動錐上，配合剛度大，不像軋臼壁利用螺栓組等組件施加預(yù)緊力，受到?jīng)_擊以后破碎壁與動錐的空隙處容易發(fā)生微小的振動和滑移。由于實際接觸區(qū)面積比較小，接觸面很快發(fā)生微動磨損與疲勞點蝕，對于這種缺乏補償?shù)呐浜?，表面損壞又會進一步增強振動，形成惡性循環(huán)，加速部件損壞。在這一過程中，背襯材料的作用在于消除兩部件之間的相對振動和滑移，從而保護接觸面。

在以上分析基礎(chǔ)上，我們改進了制造工藝，采用無背襯材料的破碎壁安裝方式，大大簡化了破碎壁的更換流程。降低動錐破碎壁接觸面損壞的關(guān)鍵在于提高配合精度，當精度達到一定程度以后，配合面之間空隙大為減少，不易發(fā)生微振動，從源頭上防止了破碎壁松動。

配合面質(zhì)量的提高需要考慮以下幾個方面：一是嚴格控制圓錐面的圓錐公差，尤其是圓錐角公差、素線直線度公差和截面圓度公差；二是降低加工表面的粗糙度；三是更換襯板時適當修復(fù)動錐配合面。其中的關(guān)鍵在于提升高硬度錳鋼材料破碎壁的加工精度。

目前這一改進已經(jīng)在較小規(guī)格圓錐破碎機中得到了應(yīng)用，取消背襯材料后，動錐使用壽命未減少，襯板更換方便，停機時間大幅減少，有效提高了產(chǎn)能。

2 正壓防塵裝置的改進

圓錐破碎機由稀油潤滑系統(tǒng)潤滑，加壓后的潤滑油依次流經(jīng)圓錐破碎機各傳動部件，在壓力作用下進入摩擦副，在潤滑的同時，帶走摩擦副運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量和磨屑，并通過外置的散熱和過濾系統(tǒng)散出熱量、除去碎屑。破碎機作業(yè)過程中有大量粉塵，若粉塵進入潤滑油路，就會隨著潤滑油進入摩擦副，使摩擦副發(fā)熱量增加，磨損加快，大幅降低傳動部件的使用壽命。因此，防止粉塵進入潤滑油路非常重要。

潤滑系統(tǒng)常見的密封方式有水池密封、油脂密封、迷宮密封等。其中，水池密封需要水循環(huán)系統(tǒng)，并且可能發(fā)生油水混合問題；油脂密封的油脂量會隨著設(shè)備運行而減少，需定期拆機維護，潤滑脂添加不及時會導(dǎo)致密封狀況惡化；迷宮密封無法徹底隔離粉塵。

目前的多缸液壓圓錐破碎機多采用迷宮密封和正壓防塵相結(jié)合的密封方式，在迷宮密封的基礎(chǔ)上，通過風機將清潔空氣通入潤滑油路，內(nèi)部與外部形成一定氣壓差，防止灰塵進入。在這樣的密封系統(tǒng)中，高速旋轉(zhuǎn)的偏心套部件暴露在設(shè)備外部，經(jīng)常與破碎腔下來的石塊刮擦，磨損嚴重，需要經(jīng)常檢查修補。正壓系統(tǒng)只能阻擋粒度較小的粉塵，粒度較大的塵粒雖不能直接進入潤滑油路內(nèi)部，但是很容易卡入迷宮密封件的縫隙中，加速密封件磨損，使防塵效果變差，這種情況在風壓較低時尤為嚴重。

針對此問題，我們設(shè)計了一種兩級正壓防塵系統(tǒng)，避免了大石塊和大顆粒物料對密封件的破壞。這種兩級正壓防塵系統(tǒng)由迷宮密封和浮動球環(huán)密封兩部分組成。迷宮密封為第一級密封，在迷宮密封外設(shè)置防塵筒，防塵筒是機架的一部分，與動錐之間設(shè)置浮動球環(huán)密封，構(gòu)成第二層密封，兩層密封之間的防塵筒底部有向下開的出氣口。防塵風機將清潔空氣送入潤滑油路，“潤滑油路—迷宮密封—防塵筒內(nèi)部空腔”構(gòu)成正壓防塵體系（見圖2）。第一級的浮動球環(huán)密封件起到防止大石塊和大塵粒進入防塵筒的作用，而出風口朝下，大塵粒受重力限制無法進入，正壓防塵組件只須防止小顆?；覊m進入即可，提高了密封能力，改善了各處軸瓦的潤滑條件，大大延長了密封件的使用壽命。

圖2 改進后的正壓防塵系統(tǒng)

3 應(yīng)用效果

以上改進均已應(yīng)用在我公司研發(fā)生產(chǎn)的多缸液壓圓錐破碎機中，解決了迷宮密封件經(jīng)常損壞的問題，大大降低了維護成本，提高了工作效率，使用效果良好。