多缸液压圆锥破碎机技术特性与应用分析

2021-03-03秦在智沈俊萍张付勤

矿山机械 2021年2期

秦在智，沈俊萍，张付勤

1洛阳大华重工科技股份有限公司河南洛阳 471023

2洛阳云川风能科技有限公司河南洛阳 471800

液压圆锥破碎机是大中型矿山选厂细碎作业的关键设备，具有生产能力高、产品粒度小、工作稳定及性能可靠等特点，广泛应用于细碎作业场合[1]。在长期使用过程中，又研发出多缸液压圆锥破碎机，如诺德伯格公司的 HP 多缸液压圆锥破碎机，它是在西蒙斯和旋盘式破碎机的基础上，借鉴 AC 公司高能破碎机的优点，并参考德国洪堡特伟大格公司卡里巴托 (Calibracor)H 型破碎机的结构特点而研发成功的[2]。近年来，国内也陆续开发出多种型号的多缸液压圆锥破碎机，由于多缸液压圆锥破碎机采用大偏心，能够实现大破碎比，具备一次成品比例高等优点，因此在冶金矿山、建材、水泥等行业得到了广泛应用。

1 结构分析

1.1 多缸结构

多缸液压圆锥破碎机是指在机架圆周分布着多个液压缸，其结构如图 1 所示。该结构可实现在破碎过程中上下机架连为一体，以及不可破碎物的退让保护和突然停机的清腔功能。清理破碎腔液压缸的行程长，而且与衬板磨损无关，能减少清除工作量并能迅速清腔，从而缩短停机时间。与单缸液压圆锥破碎机相比，同工况下免去拆除上下机架的连接螺栓，可以轻松调开上机架，省力方便。

图1 多缸液压圆锥破碎机的结构Fig.1 Structure of multi-cylinder hydraulic cone crusher

1.2 定轴式结构

多缸液压圆锥破碎机采用主轴和动锥体分开设计，主轴与下机架通过锥度过盈配合成为一个整体，这样主轴的直径可以设计得足够大，能承受很大的载荷，可以破碎非常坚硬的物料。另外，当更换破碎壁时，可以直接将动锥部吊出，起吊高度比较低，方便维修。

1.3 液压调节排料口

通过 PLC 触摸屏设置排料口尺寸，采用液压系统调整定锥衬板，即通过定锥的旋转上升或下降来实现排料口的调节。在调节排料口的过程中，定锥衬板的相对磨损位置也一直在变化，这样就能修复局部磨损造成的定锥衬板失圆，使衬板磨损比较均匀，有利于保证排料口尺寸，满足成品物料的粒度要求。

1.4 迷宫式密封结构

动锥与偏心套、偏心套与机架之间的密封均采用U 形、T 形密封结构，形成迷宫式密封，也称为非接触式密封，因此相互之间没有摩擦，不会因环境变化而影响密封效果，经久耐用寿命长。

1.5 多种腔型结构

为了满足不同工况设计有多种破碎腔型，可以实现标准型和短头型中的粗、中、细腔型互换。同一个项目可以选择同一机型，但可根据不同工艺选择粗、中、细腔型，除腔型不同，多数零件完全相同，减少了现场备品备件的种类和数量，降低了客户库存成本。

1.6 层压破碎

液压圆锥破碎机一般采用优化型层压破碎腔，再加上其大摆程、高摆频、大底锥角特性[3]，可以实现多颗粒层压破碎。在破碎过程中，首先将物料中低强度的片状料及块料的薄弱面破碎，随着破碎过程的进行，型腔中物料压实程度不断增加，细粒含量显著增加[4]，可使破碎腔均匀积满给料，更好地实现层压破碎[5]。层压破碎成型的物料粒型好、强度高，不用再次整形，可直接供商混站使用，所以目前砂石骨料行业偏好使用多缸液压圆锥破碎机。

2 性能分析

该系列液压圆锥破碎机基于高效能设计理念，提高了动锥摆动频率、冲程和排料口尺寸，要求挤满给料，物料在破碎腔内以料层的形式存在[6]。其结构由传统的底部单缸改为外部多缸，缩短了主轴的长度，主轴由转动式改为固定式，增加了破碎机主轴强度，腾出内部空间，增加了其他机件的强度。这是一种靠改善破碎机结构和优化机械参数来保证破碎机性能优越的办法，从而从根本上提高了破碎机的破碎能力。另外，合理地调整结构，配合先进的液压控制系统，大大提高了设备的智能化水平，减少了工人的劳动量，缩短了现场维修更换易损件的时间。

多缸液压圆锥破碎机技术参数如表 1 所列。

表1 多缸液压圆锥破碎机技术参数Tab.1 Technical parameters of multi-cylinder hydraulic cone crusher

3 优缺点对比分析

3.1 优点

(1)无上架体锥套结构，加工难度降低多缸液压圆锥破碎机动锥旋摆中心的交点超出动锥顶部，为虚拟的悬挂点，不需要固定，从而降低了制造难度，避免因为加工误差而导致悬挂点偏离；而单缸液压圆锥破碎机都有一个上部悬挂点，为动锥旋摆运动的交点，通过一组滑动轴承支撑，要求相对较高，如果由于加工误差导致此点偏离了理论点，就会造成铜套接触区域位置发生变化，导致局部受力过大，铜套过早损坏。

(2)采用稀油站自动润滑多缸液压圆锥破碎机在运行过程中，主要通过稀油润滑系统进行润滑和冷却，只要润滑系统开启，所有运转部位就可以得到充分的润滑，避免润滑加油不到位造成转动件损坏；而单缸液压圆锥破碎机在顶部锥套位置设计一个滑动轴承，必须依靠人工加注润滑脂进行润滑，增加了工人的劳动强度，同时可能会因为缺油而损坏锥套和轴套。

(3)过铁行程受零件形状限制小多缸液压圆锥破碎机外部设计有多个保险缸，起到拉紧固定定锥及过铁保护的作用，因为设计在外部，受零件形状的限制小，理论上有足够的升起空间；而单缸液压圆锥破碎机过铁行程主要基于主轴的下落高度而定，如果增加行程会造成结构上的变化和成本的增加，所以一般过铁行程有限。

(4)破碎腔型多样且切换方便多缸液压圆锥破碎机可从标准超粗腔型到短头超细腔型任意变换，仅需更换破碎壁、轧臼壁和适配环，而不用进行架体的更换，可以满足中细碎作业；而单缸液压圆锥破碎机从粗碎变为细碎一般很难实现，即使有多种腔型，但是相对范围小，并且需要进行偏心量等的调整。

(5)由浮动式单缸变为固定式多缸多缸液压圆锥破碎机圆周分布有多个液压缸，液压缸的压力比较大，提供足够的拉力，保证定锥在正常破碎物料时稳定不动，确保排料口间隙及各运转零件的相对稳定，使产品稳定不变；而单缸液压圆锥破碎机底部只有一个液压缸，受破碎物料负荷的影响，动锥上下浮动，造成主轴和铜套在圆周运行的同时还存在上下浮动，影响铜套的使用寿命，同时造成排料口的变化，使得破碎成品存在波动。

(6)主轴铜套固定，不易损坏多缸液压圆锥破碎机动锥部在运行中不会上下运行，所以铜套一直是做圆周运动，运行平稳，不易损坏；而单缸液压圆锥破碎机动锥部在底部液压缸上支撑着，受到负荷的影响主轴会上下浮动，铜套受到圆周及上下运动的摩擦，使用寿命缩短。

(7)成品率高多缸液压圆锥破碎机采用大偏心设计，一般是单缸圆锥破碎机的 1.5 倍，所以在层压缩破碎下物料压缩量更大，破碎比大，成品率高，可有效降低能耗。

(8)粒型稳定多缸液压圆锥破碎机的动锥部不会上下浮动，排料口相对稳定，所以产品粒型比较稳定；而单缸液压圆锥破碎机的动锥部上下浮动，排料口相对会产生小的变化，所以粒型稳定性不如多缸液压圆锥破碎机。

(9)占地面积小多缸液压圆锥破碎机需要更少的维修空间，降低了总体高度，拆装更容易。

3.2 缺点

相对于单缸液压圆锥破碎机，多缸液压圆锥破碎机结构复杂，质量也略重，制造成本高。

4 使用中注意事项

(1)给料粒度不允许超过最大给料尺寸给料粒度过大会造成物料在破碎腔内打滑，严重影响物料的破碎，使产量大大降低；同时给料粒度过大还会对破碎机产生较大冲击，影响设备的正常使用，甚至会造成主机停机。

(2)排料口不允许小于对应腔型的最小排料口尺寸排料口过小会造成负荷电流高，对设备造成损坏，如铜套的烧损、零件的过早损坏，严重时直接闷车停机。

(3)要求满腔均匀给料给料不均匀或不能满腔给料，会造成主机负荷电流波动大，产量降低，衬板磨损不均匀，零件寿命缩短。

(4)运行负荷一般在 75%～90% 根据物料破碎情况，一般主机负荷控制在 75%～90%，最好不要超过 90%。负荷过低实现不了层压破碎，设备不能发挥优越性能；负荷过高对主机铜套产生较大的载荷，造成铜套等零件寿命缩短。

(5)严格控制含水率当给料中含有黏性物料时，易造成破碎物料不易排出破碎腔，主机负荷电流升高，造成停车。所以当破碎黏性物料时，必须控制含水率，一般不超过 5%。

(6)避免支撑套的跳动支撑套跳动会损坏铜座衬，同时也会不同程度地损坏主机架。支撑套跳动的主要原因是：①保险缸压力过低；② 给料不均匀，一侧物料多，一侧物料少，负荷不均匀；③给料过大，负荷升高，影响物料的正常破碎；④ 排料口过小，负荷升高。

(7)控制润滑油温度多缸液压圆锥破碎机由于偏心大，功率大，发热量较大，因而润滑油的黏度是保证润滑效果的一个主要指标。润滑系统中的冷却器可将润滑油降到合适的温度，使润滑油起到良好的润滑和冷却效果。

5 现场应用

云南某铜矿 2017 年进行项目技术改造，将原来的 AF45 单缸液压圆锥破碎机更换为 HPY400-F 多缸液压圆锥破碎机，处理铜矿 3 200 t/d，设备每天运行 16 h，-8 mm 成品产量为 200 t/d，综合破磨浮选系统，磨矿耗电 15 kW·h/t。系统改造后，电耗降低16%，效益明显提升。多缸液压圆锥破碎机和单缸液压圆锥破碎机的参数对比如表 2 所列。