大型旋回破碎机GC5065的研发和应用

柳逢春，乐声滨，姜俊雄，詹春生

（南昌矿山机械有限公司，江西南昌 330004）

0 引言

旋回破碎机作为一种高效节能的破碎机，由于能耗低，破碎比大，节能环保，被广泛使用。目前国内大型先进旋回破碎机基本被国外品牌垄断，我公司研发的GC5065旋回破碎机正是目前世界最先进的旋回破碎机。该机型在国内大型项目中被广泛使用，开发出的机型的性能已达到国际水平，打破国外旋回破碎机在国内的垄断，替代进口，提升公司的核心竞争力。

1 工作原理

如图1所示，旋回破碎机的工作机构是由两个截面圆锥—动锥6和定锥7组成。件1电机带动件2传动轴上的件3小齿轮转动，从而带动与件4大齿轮与装在一起的件5偏心组件转动。动锥在偏心组件旋转时，因偏心作用，相对于定锥做周向摆动和旋转。当动锥接近于定锥时，处于两者之间的件8物料就被破碎，动锥6离开定锥7时，破碎后的物料8则经排矿口排出，其破碎是连续的。旋回破碎机具有较高的摆动次数和较大的摆动行程。因此旋回破碎机具有破碎比大，产量高，功耗少，粒度均匀和适用于各种硬度矿石。

图1 旋回破碎机剖面结构图Fig.1 Section structure diagram of the gyratory crusher

2 基本参数

2.1 原始条件

原料各类矿石，初段破碎，进料开口尺寸为1270mm。动锥部分最大直径1650mm。

2.2 设备主参数确定

最大进料粒度达1050mm，最大生产能力达2760t/h，排料口调节范围150～175mm。

2.3 设计方案

研发团队对国内外旋回破碎机进行了深入研究，吸收了旋回破碎机先进技术，设计出一款性价比高的旋回破碎机。

设计三维破碎机模型如图1。

2.3.1生产力确定

式中：μ—松散系数；γ—物料堆密度；e—偏心距（m），见图2；b—物料被压缩时料层厚度，近似等于排料口（m），见图2；D—物料压缩层平均直径，近似等于动锥底部直径 D（m）；Q—产量（t/h）；n—动锥转速（r/min）。

GC5065 设计中，μ=0.7，n=178 （rpm），b=0.15 （m）， D=1.65 （m），γ=1.6（t/m3），计算产量 Q=377×0.7×1.6×0.038（0.038+0.15）×1.65 ×178/（tan18.7°+tan6.3°）=1973t/h，由于影响生产率因素很多，如物料力学性能，给料粒度等，计算基本符合设计要求2245-2760t/h的要求。

图2 旋回破碎机生产率计算Fig.2 Productivity accounting of cone crusher

2.3.2 功率的确定

随着科学技术不断进步，原计算旋回功率经验公式需调整，笔者根据破碎机多年实际经验，总结出旋回主电机功率公式为：P=171 e（e+b）nD1.1（kW），其中：P—电机功率，参数e，b，n含义见2.3.1生产力确定参数说明。

计算 P=171 e（e+b）nD1.1=376.2kw，实际选用 400kw。

2.3.3 旋回破碎机布局

如图3所示，采用卡车双向直接倒料布局方式，省去给料仓及给料机费用。

图3 总体布置图Fig.3 General layout

3 结构特点

对国内外同类产品进行了深入研究和比较，笔者团队按下列设计方案进行了研发，并针对旋回破碎机现场应用做了创造性的改进。

3.1 拱形梁的设计

增加了超级横梁，旋回作为粗级破碎，大块来料会架桥卡矿，需人工钩机处理，拱形横梁的设计可以提高破碎机的性能和效率，具体体现在减小了大块架桥卡矿对产量的不利影响，如图4所示，给矿口增大30%～40%，提高产量10%～20%。拱形横梁为单件整体铸钢件，强度大，钢性好。

图4 拱形梁设计Fig.4 Design of vaulted beam

3.2 偏心组件设计

如图5所示，与国内传统旋回大齿轮在小齿轮上方不同，GC5065旋回件2大齿轮在件1小齿轮下方，这样在维修操作时，偏心组件从下部装卸，不需拆上机架，横梁及主轴组件，大大节省检修时间。并且偏心组件采用了上下平衡重设计，设备在工作运行状态时冲击力小，更加稳定可靠传动。

图5 偏心组件设计Fig.5 Eccentric assembly design

3.3 采用整体锻造主轴和动锥总成

主轴和动锥采取一体式锻造结构设计，避免破碎过程中出现动锥松动。

调研大量资料，最终确定主轴材料为40CrNiMoA[4]。

3.4 动锥衬板锁紧结构

如图6所示，传统的国产破碎机的主轴带螺纹，中间有螺套固定在主轴上，顶部螺母与螺套配合，螺套可更换。GC5065旋回主轴套带螺纹与主轴过盈配合，通过更换主轴套保护主轴，衬板锁紧通用的结构形式不可避免会对主轴螺纹有损伤，故新型衬板锁紧结构更加合理可靠。

3.5 AutoRun自动控制系统

如图7所示，AutoRun控制系统可实时监测破碎机的功率、压力和回油温度，能实现破碎作业过载保护、衬板磨损、过铁保护、衬板磨损自动补偿等。挤满仓给料，能使破碎机功效发挥到最大。同时还具备报警功能，在非正常状态下运行将报警，并根据故障严重性确定是否停机。

图6 动锥衬板锁紧结构Fig.6 Locking structure of mantle

图7 自动控制系统界面Fig.7 Display of auto control system

机架坚固，为合金铸件，通过有限元分析设计，确保运行时出现过载，过铁情况下机体不出现开裂等问题。

最大破碎力根据液压系统压力确定。

式中：D1—液压缸柱塞直径 D（m），设计值 0.6m；p—正常碎矿时，液压缸压力（N/m2），一般 p=5×106N/m2；G—动锥重量（N），设计值 280000N；α—动锥底锥角（°）；r0—进动角（°）设计值（α－r0）=65°。

按上述公式计算F=37770944 N，按此力用Solidworks核算机架强度，如图8所示，最大应力为0.807×108N/m2，小于机架最小屈服强度 σ=2.7×108N/m2，安全系数 n＞3， 机架设计合理。主轴，传动轴等均用Solidworks软件优化设计。

3.6 引用标准

基本参数，技术要求及实验方法等均按我公司参与制定的JBT 11294－2012强力旋回破碎机标准执行[3]。

4 GC5065富润矿业运营实例

4.1 产量

如图9所示，GC5065破碎机在矿业运营。行业为石料行业，岩石为闪长岩，排矿口调至140，偏心距38，实测产量2200t/h，从实际应用效果看，与南矿样本理论值排矿口150mm，产量2245t/h较吻合，达到设计要求。

图9 破碎机在富润矿业作业Fig.9 Cone crusher is used in the Fulun mineral

4.2 产品粒度

排料口设置150mm，现场通过GC5065粗破碎后的产品，经检测粒度小于150mm占比达到90%以上，粒形较好，达到了客户要求。

4.3 市场前景和经济效益

2016年第一台GC5065于富润矿业运营，因运营效果很好，产量大大超出客户预期，使用不到一年，加订了二台三段破CC600M单缸圆锥破碎机，整条生产线破碎机均采用我公司产品，工艺流程图如图10所示。

图10 流程图Fig.10 Flow chart

4.4 使用效果

（1）由于 GC5065 与国产旋回相比，应用三维软件优化偏心组件动平衡组件及主轴等设计，运行中设备震动小，对地基强度要求低，与同等国产旋回比节省土建费用100多万。

（2）AutoRun 自动控制系统：实际应用大幅减少人工成本，应用远程通信系统，通过软件故障分析和现场数据，直接快速解决一些现场故障。

（3）破碎机进料粒度大，破碎效果好，通过能力高。

（4）液压系统和润滑及气动新技术大为提高设备的过载保护能力，破碎机运行更加安全可靠。

（5）外置调整齿轮侧隙等新技术使用使维护更加方便。

（6）采用二通道对偏心组件上下大流量进油，对偏心铜套，止推轴承寿命有显著的提高。正压防尘装置采用2台鼓风机，增加风压，风量更加保证润滑油洁净。

5 结束语

GC5065是国内较早应用最先进技

术研发的新一代旋回破碎机，运营一年来已获得厂家认可，GC5065旋回破碎机与国际知名同类产品相比，在性能相当情况下，具有较高的性价比优势，是大型旋回破碎机替代国外同类破碎机的首选产品。GC5065旋回破碎机的开发成功，为我公司增加了有一个系列产品，大大增强了我公司的竞争优势，为发展破碎机民族品牌不断书写新的篇章。

[1]朗宝贤，朗世平.圆锥破碎机[M].北京：机械工业出版社，1998：53.

[2]朗宝贤，朗世平.圆锥破碎机[M].北京：机械工业出版社，1998：229.

[3]中华人民共和国工业和信息化部.强力旋回破碎机：JBT11294-2012[S].2012-05-24.

[4]李必胜，李兵，熊明华，等.进口旋回破碎机主轴的国产化实践探索[J].广东水利水电，2009，2.