圓錐破碎機工作機理與生產能力優化研究

黃 欣（贛州有色冶金機械有限公司,江西 贛州 341000）

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圓錐破碎機工作機理與生產能力優化研究

黃 欣
（贛州有色冶金機械有限公司,江西 贛州 341000）

摘 要：隨著我國工業生產水平的不斷提高與經濟發展的不斷迅速，顎式破碎機、圓錐破碎機等各種破碎機械設備在化工、建筑、冶金等諸多領域得到了廣泛的應用，并在其中發揮著巨大的作用。與此同時，人們對破碎機的生產能力提出了更高的要求，為保證破碎機的生產能力能夠適應與滿足時代發展需要和人們生產需要，本文以圓錐破碎機為研究對象，對其基本工作原理及生產能力的影響因素進行了詳細深入的分析，并對其生產能力的優化設計進行了一定的探討。

關鍵詞：圓錐破碎機；工作機理；生產能力優化；研究

0 前言

伴隨信息時代的來臨，科學技術水平得到了顯著的提升與進步，傳統的圓錐破碎機生產能力已難以滿足現代高質量、高效率的生產要求與標準。因此，為提高圓錐破碎機工作效能，提高其生產能力，就必須對其生產能力進行優化設計。而這一目標的實現，還需要技術人員首先對圓錐破碎機的工作原理進行了解與分析，對影響其生產能力的各項因素進行全面分析，以確保優化設計方案制定的科學合理。

1 圓錐破碎機的工作機理

通常圓錐破碎機主要由機架、動錐、偏心軸、軸承等構件組成，其基本工作原理大致如下：由定錐和動錐所組成的圓錐破在破碎機工作時，電動機發電驅動水平軸進行旋轉，并帶動偏心軸運動，進而使動錐作圓錐形旋轉運動[1]。在這一運動過程中，動錐會不間斷的接近或遠離定錐，從而使圓錐破內腔中的物料受到沖擊與擠壓而產生破碎。然后通過傳動裝置將破碎后的物料傳送至破碎腔中向下排出。與此同時，圓錐破偏心軸套會帶動動錐下方的下腔套運動，而固定在主軸上的上腔會隨著下腔的運動而運動，進而帶動主軸轉動，主軸轉動又會進一步使偏心套轉動。這一環節動錐既作自轉運動又作圍繞破碎機中線旋轉運動。運動形成的球面中心是整個破碎機中線與破碎錐軸線的交點，而兩者之間的夾角即為進動角，這說明動錐運動可以視為定點旋轉運動，即破碎腔內的物料在軋臼壁不斷的擠壓作用下而被破碎。

2 圓錐破碎機生產能力的影響因素

根據以往大量的實踐研究發現，影響圓錐破碎機生產能力的主要因素包括進動角、破碎錐底角、動錐轉速、物料的強度、形狀等物理特性、破碎機進、出料情況、破碎腔腔型等。不同型號、不同生產商所生產的圓錐破碎機結構存在一定差異，而各項參數范圍也存在一定的差異，這就使得不同型號、不同參數范圍給圓錐破碎機生產能力產生的影響也不盡相同[2]。例如，PYB900型號國產圓錐破碎機的進動角角度范圍應在1°到2°之間，如果在實際破碎工作中，該角度設置過小或過大都會大大降低圓錐破碎機的生產效率。

3 圓錐破碎機生產能力的優化設計

3.1 建立實體仿真模型

圓錐破碎機實體仿真模型的建立包括物料模型、動錐模型和定錐模型。根據圓錐破碎機動錐、定錐及物料運動的受力情況及其工作原理分析，本文決定采用Ansys Workbench軟件來對這三種仿真模型進行構建，具體利用到的是該軟件提供的顯式動力模塊、Rigid Dynamic模塊和優化模塊[3]。通過物料、動錐、定錐仿真模型的建立與優化，可以使圓錐破碎機的整體幾何實體模型結構得到相應的簡化，模型性能和仿真模型運算速率得到一定程度的提升，減少仿真運算過程中錯誤發生的可能性。

以國產PYB900型號、破碎錐底角為40°、圓錐破進動角為2°的圓錐破碎機為對象，首先建立物料仿真模型。物料是圓錐破碎機工作的主要對象，為便于研究和簡化計算，本文選擇形狀規則的物料利用Ansys Workbench軟件構建出其三維立體模型。動錐仿真模型的建立。動錐是圓錐破碎機最為關鍵的構件之一，其仿真模型的建立既可以用Ansys軟件實現，也可以用Matlab等軟件來實現。而定錐仿真模型的建立也可以用三維建模法來實現。當這三種模型全部建立好之后，導入Ansys Workbench工作平臺，采用不同的函數模塊分別對其進行分析與研究，以檢測模型建立的有效性[4]。

3.2 優化模型參數仿真設計

經過幾十年的發展，我國圓錐破碎機各部位零部件參數及其運行參數已建立出了一套屬于自己的相對規范的體系，該體系中將圓錐破碎機的進動角、動錐底角、偏心距、破碎機直徑、排料口的擺動行程等全部囊括在內，給我國后續圓錐破碎機的研發、改進、優化設計與創新提供了重要的依據和參考，具有重要的指導價值。根據上文對圓錐破碎機生產能力的影響因素分析可知，要想圓錐破碎機模型參數及其運行參數的設計得到有效的優化，就需要從這些影響因素入手，合理設置破碎錐底角、進動角、破碎錐偏心套轉速等結構參數，并將各個參數的邊界值作為約束條件，如破碎機破碎錐底角范圍為40°與50°之間，偏心套旋轉與擺動速度范圍在200 到700r/min之間等。同時，基于一定量間距變化原理，對破碎錐底角、進動角、偏心套轉速等參數分別取多個值，然后在不同圓錐破碎機結構參數下，對各個參數的變化范圍對圓錐破碎機生產能力產生的影響進行仔細分析[5]。對國產圓錐破碎機的各項結構參數利用Ansys Workbench軟件的優化模塊進行優化處理，處理后各項參數值均有一定程度的增大。將這些參數作為輸入參數輸入到相應的優化函數中，而生產率既作為目標函數的輸入參數，也是優化函數的輸出值，基于這一特點，本文采用二次規劃算法對優化處理后的圓錐破碎機生產率進行求解，結果顯示與優化前相比，其生產率有顯著上升趨勢。這說明該圓錐破碎機進行優化后，生產能力確實得到了一定程度的提升。

4 總結

雖然影響圓錐破碎機生產能力的因素眾多，但只要全體技術工作人員對其工作原理與影響因素全面深刻理解與掌握，并借助先進建模方法與工具對圓錐破碎機的動錐、定錐等關鍵部件仿真模型進行科學合理的設計，相信其生產能力必定會有所提高。總之，圓錐破碎機作為現代化生產作業中不可缺少的一項重要機械設備，其生產能力的優化設計對推動我國社會經濟發展具有重要的意義。

參考文獻：

[1]黃冬明.擠壓類破碎機工作機理和工作性能優化研究[D].上海交通大學,2007.

[2]程鈞.破碎機破碎腔形結構的計算機模擬與仿真[D].東北大學,2011.

[3]陳杰璋.圓錐破碎機單體物料破碎有限元分析及轉子體的模態研究[D].遼寧科技大學,2013.

[4]岳雙杰.圓錐破碎機擠壓破碎力建模及性能仿真分析研究[D].上海交通大學,2012.

[5]劉成強.新型圓錐破碎機液壓保護系統的仿真研究[D].遼寧科技大學,2008.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.232