圓錐破碎機的優化設計

劉萬輝，孫濤，李新莉

圓錐破碎機具有可連續破碎、排料口易于調整、便于過載保護、結構簡單、維護方便等優點，在礦山、冶金、建筑、環保等行業有廣泛的應用。但在圓錐破碎機運行一段時間后，圓錐破碎機往往會出現產量降低、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、產生異常噪聲等情況。

通過整理分析用戶反饋的問題，結合圓錐破碎機研發制造經驗，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定性。

1 優化破碎腔

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，可實現連續破碎且不易發生堵料，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整環上。破碎壁和軋臼壁是承擔破碎工作的主要部件，在生產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、軋臼壁及相關組件進行優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。若松動后繼續使用，則軋臼壁會產生振動，沖擊調整環，導致設備振動增大，調整環和軋臼壁損壞，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構復雜。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，用以支撐楔塊的安裝。U型螺栓拉緊固定方式需要相應的調整環結構，不便于鑄造加工。

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

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 變形補償的軋臼壁固定裝置

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生疲勞破損甚至發生變形，導致破碎壁松動，降低破碎壁和動錐的使用壽命。

傳統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，破碎機無法工作，影響生產。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緊力，受到沖擊以后破碎壁與動錐的空隙處容易發生微小的振動和滑移。由于實際接觸區面積比較小，接觸面很快發生微動磨損與疲勞點蝕，對于這種缺乏補償的配合，表面損壞又會進一步增強振動，形成惡性循環，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，不易發生微振動，從源頭上防止了破碎壁松動。

配合面質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動錐配合面。其中的關鍵在于提升高硬度錳鋼材料破碎壁的加工精度。

目前這一改進已經在較小規格圓錐破碎機中得到了應用，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，有效提高了產能。

2 正壓防塵裝置的改進

圓錐破碎機由稀油潤滑系統潤滑，加壓后的潤滑油依次流經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，帶走摩擦副運轉過程中產生的熱量和磨屑，并通過外置的散熱和過濾系統散出熱量、除去碎屑。破碎機作業過程中有大量粉塵，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系統，并且可能發生油水混合問題；油脂密封的油脂量會隨著設備運行而減少，需定期拆機維護，潤滑脂添加不及時會導致密封狀況惡化；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合的密封方式，在迷宮密封的基礎上，通過風機將清潔空氣通入潤滑油路，內部與外部形成一定氣壓差，防止灰塵進入。在這樣的密封系統中，高速旋轉的偏心套部件暴露在設備外部，經常與破碎腔下來的石塊刮擦，磨損嚴重，需要經常檢查修補。正壓系統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，我們設計了一種兩級正壓防塵系統，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由迷宮密封和浮動球環密封兩部分組成。迷宮密封為第一級密封，在迷宮密封外設置防塵筒，防塵筒是機架的一部分，與動錐之間設置浮動球環密封，構成第二層密封，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—防塵筒內部空腔”構成正壓防塵體系（見圖2）。第一級的浮動球環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粒灰塵進入即可，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

3 應用效果

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