立轴式冲击破碎机上部入料控制技术分析

乐声滨，万云飞，洪 波，刘跃庆

(南昌矿山机械有限公司， 江西 南昌 330004)

0 引 言

专利挖掘和技术分析是产品设计的重要手段，通过国内外专利数据库能挖掘各类前沿的技术方案和特色功能。下面通过立轴式冲击破碎机的专利入料控制技术作一案例分析。

诗曰：

代磨机械功能强，破石成砂风最罡；

轴立鼓转电掣快，岩碎砾破爆竹燃；

如何泰然不动摇，求得天蓝无尘扬；

巧匠心思各精妙，如切如磋技巧强。

立轴式冲击破碎机(以下简称“立轴破”)是最早20世纪50年代西方出现的破碎机产品，初期有较多缺陷，后经改进，形成“巴马克型立轴破”得以广泛运用，在很多工况能代替棒磨机制砂，占地少，不需加水及水处理，功耗少，磨耗少。国内在20世纪90年代初仿制生产，制订了行业标准JB/T 7353-1994，标准经过2004年，2015年修订。标准技术指标距国际水平仍有差距。标准只是行业基准，国内有些单位生产的立轴破性能指标是与国际水平相当的，同时，还有胜过国外产品的方面。下面以立轴破上部入料控制技术作个分析。

1 立轴破上部入料控制技术分析

最初的产品，只有一个很简单的入料斗，如图1。巴马克型立轴破在主机上部入料筒底部中心安装有调节板，如图2。调节板伸缩改变中心入料口面积大小，进而改变中心入料量，调节周边溢流量和中心入料量的比例。形成中心入料和溢流入料两种方式，溢流入料在下落中仍受到转子抛出石料冲击，形成破碎效果。经过试验，石打石型立轴破，溢流量可以达到10%～20%，破碎效果相同，进而节省相当破碎能量。对于只要求整形的工况，溢流量还可以更大。这种效果，都是靠调节中心孔大小实现的，是一种很巧妙的设计。同时，积料后下落，也减少物料下落对转子的冲击，积料封闭入料口，减少空气进入，减少干法生产时粉尘的产生。

图1 简单入料斗

但这种设计也带来一种缺陷，即，缩小中心孔时，中心孔从圆孔单边缩小，形成偏心孔，入料中心发生偏移，物料从偏心孔进入高速旋转的转子，物料是偏向的，造成转子偏重不平衡，振动大，转子体磨损不均衡，进一步影响轴承受力不均，缩短轴承寿命。

笔者在2006年设计第一款立轴破时，注意到了此一缺陷，经过思考，创新出双侧伸缩的入料方式[1]，如图3。

图2 单边调节板入料结构

图3 双边同步推拉调节板结构

双侧伸缩入料有以下优点：

(1) 调节溢流功能更加完善，积料均匀，溢流周边均匀不偏。

(2) 双侧伸缩，中心孔为正方形缺口，无论开度大小，永远为正方形，在挤满给料状态下，入料永远对中。

(3) 双侧伸缩板通过一根丝杆操作，丝杆同时配有正丝和反丝，旋转丝杆，两侧板同步相对或相反运动，正方形缺口中心永远对准转子中心。一步操作简单易行，不会发生正方形中心偏移。

物料入料对中，进入高速旋转的转子，物料不偏向，转子旋转平稳，振动小，磨损均匀，轴承受力均匀，延长了轴承寿命。从10多年的各台产品运行，多次与进口产品同场合运行，均体现出了以上优点。这些设计也是相当的巧妙。

此设计申请了专利ZL200620157001.8《立轴式冲击破碎机入料口对中伸缩入料斗》，在专利中还描述了对中入料的各种结构，包括：单杆伸缩模式，双杆伸缩模式，液压杆伸缩模式等；缺口的各种类型等，如图4所示。

在实践使用中，本结构也暴露出了一些不足之处，在干法系统中，调整板滑道易被堵塞，丝杆螺纹也易被堵塞。湿法系统，螺纹易生锈锁死，较长时间后使用时需要清理。

在本专利的基础上，同行业工程师进行了积极的思考，除了个别单位直接进行抄袭本专利的劣后模式-双杆模式，试图申请发明专利被驳回外，也产生了不少巧妙的设计。

专利201020666561.2《一种立式冲击破碎机进料大小调节装置》[2]。

图4 双边推拉调节板各种结构形式

图5 杠杆双向调节板

如图5，左调节板直接推动，右调节板通过杠杆摆臂进行反向推动，杠杆摆臂中点铰接在入料斗底板，左右摆臂运动行程正好是1：1。创造性地回避了使用丝杆，摆臂铰链活动或圆周或短距腰形槽，加上黄油润滑，不易堵塞卡死。缺点是结构较复杂，杠杆摆臂若安装于料斗内，左右调节范围有限，杠杆摆臂若安装于料斗外，斗料侧壁开有较宽缺口槽，干式系统中，此缺口槽的封闭防尘是个问题。

专利201220356968.4《立轴冲击式破碎机进料口无级调节装置》[3]。

从图6所示可以看出，此结构原理类似于照相机光圈，以丝杆带动下方环形导板正反旋转，环形导板以销柱带动控制板运动。四块控制板以两个自由度在卡槽中滑动，其所周的中心缺口也始终为正方形，光圈原理的灵活运用，设计的相当巧妙。即避开了前述专利的保护范围，又完成了相同的目的。缺点是结构较复杂，腰形孔也易被堵塞，需要清理。

以上专利结构均可以在主机运行中进行调整，对中心入料和溢流进行实时的精细调整。也有一些非运行期间进行调整的设计。

图7、8是某国际公司2001年发布的布料盘设计，通过调整入料斗中心孔上方布料盘的高度和倾斜角度，调整中心落料速度和积料形状。但只能在停止给料期间进行操作。对于粘湿物料，布料盘较低时，往往中心孔被堵塞，达不到比例分料的目的。

图6 光圈式张缩调节板

图7 入料布料盘设计

在专利201110070141.7《立式冲击破碎机料流控制机构》中[4]，如图9所示，为克服粘湿物料的影响，将分料盘移到入料口下方，分料盘下方环形积料盘形成锥形料堆，通过升降分料盘，控制落料点在环锥形料堆的不同位置，以控制分配中心落料和周边溢流的比例。其缺点是结构复杂，分流比例不能观察，难以达到较好的分料效果，也不能封闭入料口，没有防尘功能。

图8 布料盘工作示意图

图9 布料盘位于入料口下方示意图

在专利201520428537.8《立轴破碎机》[5]中提供了一种手动调节结构，如图10。此结构类似光圈调整，但需要停机期间手动调整，如果被料堆积板结，移动难度较高。传统的停机手动调整方式是在中心孔上叠加不同中心孔直径的环形板，按照需要进行有限的比例调整。

以上数种停机手动调整方式与前述工作期间调整方式，工作效率，比例调整精细度，直观度，均差别很大。

图10 手动调节板结构

2 自动控制调节的新方式

以上设计，仍存在一些不足，调节板运行需要人工操作，一旦调整完成，一般不再变动。而来料的状态是变化很大的，开机、关机及空机运行时，无料或少料，此时， 中心入料孔会吸入大量空气，在干法系统中，同时排出大量粉尘空气，产生严重空气污染。鉴于此种状态，笔者进一步提出了自动控制调节的新方式，将使这一问题解决方案更加完善。控制原理图如图11。

图11 自动控制调节入料口系统图

如图11，通过料位器监控料位变化，设定料位允许变化值，超过或低于允许值将自动张缩入料口，在无料时开闭入料口。能适应立轴式冲击破碎机来料的动态变化，消除来料动态变化的不良影响，达到及时自动调节入料口大小的目的，也可以采工手动模式，手动控制动力调整入料口。不需停机，不需人工操作。在运行过程中，入料口一直对中挤满入料，封闭空气进入，减少粉尘产生，物料对中均匀进入转子，振动小，磨损均匀，轴承受力平衡，延长寿命。

3 结 语

通过不懈努力，在一个入料的调整问题上，创造性地设计出各种巧妙的结构形式，使立轴式冲击破碎机入料对中，冲击减少，流溢比例实时调整精细化，封闭空气，减少粉尘产生。分析了立轴式冲击破碎机入料控制的各种技术方案，分析了各技术案的优点和缺点，提出了自动控制技术方案。通过梳理各类方案，有助于技术挖掘，完善解决方案，促进同行业技术交流。有诗赞道：

静如处子稳如山，内心深处起狂澜；

吃进顽石如虎狼，吐出砂粒似玉团；

螺丝壳里道场阔，细微深处创意宽；

自动对中开合间，功成拂衣无尘扬。

参考文献：

[1] 乐声滨.专利ZL200620157001.8.立轴式冲击破碎机入料口对中伸缩入料斗[P].

[2] 张志业,周卫东,陈 鹤,等.专利201020666561.2.一种立式冲击破碎机进料大小调节装置[P].

[3] 吉宏志.专利201220356968.4.立轴冲击式破碎机进料口无级调节装置[P].

[4] 李光耀,黄正海,李术果.专利201110070141.7.立式冲击破碎机料流控制机构[P].

[5] 沈 聪,葛光宇.专利201520428537.8.立轴破碎机[P].