液壓旋回破碎機與顎式破碎機性能對比分析*

王 翼，高丙乾，尹圣凱，師劍雄，唐 飛

(甘肅建投礦業有限公司，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

在傳統砂石骨料生產中，砂石企業大多以粗放型加工為主，存在技術落后、自動化水平較低等問題。隨著國家對砂石礦山綠色發展要求的不斷提高，砂石行業通過資源整合不斷擴大生產規模，產業結構得到進一步優化，產業集中度不斷提高，規模化、大型化、綠色化、生態化已成為砂石企業的發展方向[1-5]。為加快企業的轉型升級，滿足建設用石、用砂的需要，液壓旋回破碎機在大型砂石礦山企業得到了廣泛應用。

2018年甘肅建投礦業有限公司對永靖縣東山片區砂石礦山進行了資源整合，以“全國一流，西北第一”的目標建設永靖綠色建材生態產業園項目，所有設備均為國內外先進采選加工設備。其中，粗碎采用的是Metso SUPERIOR PG4265型液壓旋回破碎機。經分析，該設備在碎石加工生產過程中可連續不間斷工作，具有生產效率高、設備運行穩定、能耗低、產品粒度均勻等優點，適用于大型露天礦山的礦石加工。

1 國內外液壓旋回破碎機的發展概況

砂石骨料加工生產領域通常采用顎式破碎機和液壓旋回破碎機作為初級破碎設備[6-8]。其中，顎式破碎機在國內外均應用較廣，而液壓旋回破碎機的應用相對較少，但隨著礦山企業生產規模的擴大、產品加工技術的升級，液壓旋回破碎機的應用呈現出強勁的增長趨勢。

世界上第一臺旋回破碎機由美國人Charles Brown發明于19世紀70年代，由美國蓋茨鐵工廠在19世紀80年代制造組裝完畢[9]。20世紀50年代，美國的Allis-Chamers公司對旋回破碎機進行了改造，設計出了第一臺液壓旋回破碎機并完成了設備組裝，該設備與旋回破碎機在本質上并無區別，唯一的區別是其在動錐底部增加了液壓缸，使破碎動錐由懸掛式支撐變為液壓缸支撐，降低了橫梁的受力，并延長了橫梁的使用壽命[10]。目前，國外旋回破碎機的設計制造廠家主要有FLSmidth、Metso、Sandvik和ThyssenKrupp[7]。其中Metso SUPERIOR是全球公認技術領先的旋回破碎機品牌。該系列液壓旋回破碎機采用現代優化設計技術，橫梁采用弧形設計，擴大了物料進料粒度范圍[7]；主軸和錐體整體鍛造為一體，避免操作過程中因錐體松動而造成巨大損失；內腔動、定圓錐襯板和筋骨防護裝置采用高耐磨的高錳鋼或鉻鋼材質，外殼采用鑄鋼件；偏心套組件采用可更換的偏心內部襯套，用于擺動距離的調節；傳動齒輪采用擺線齒錐齒輪設計，運轉過程中相對穩定，振動監測更加方便[6]。

隨著我國礦山建設的快速發展，采選工藝研發和市場推廣力度不斷加強，裝備技術水平不斷提升，旋回破碎機制造業也得到了迅速發展。以北方重工、中信重工等廠家為代表，其生產的液壓旋回破碎機性能可靠、工作平穩、能耗低，但是在設備產能、大型化、功耗指標、自動監測等方面與國外先進技術仍然存在一定的差距，無法完全滿足大型礦山的需要[11-16]。

2 國內外顎式破碎機的發展概況

自第一臺顎式破碎機問世至今，已有150多年的歷史，其具有結構簡單、方便制造、工作可靠、使用維修方便等特點，在冶金、礦山、建材、化工等行業應用較廣。

20世紀70年代末以來，國內外各大型設備制造廠家先后推出了高效、節能式的顎式破碎機[17-18]。現在仍不斷對其結構進行改造，如：KUE-KEN公司采用新技術通過液壓調節控制顎式破碎機排料口尺寸；芬蘭Kone公司的BML系列負支撐的復擺顎式破碎機通過改變破碎機的機構，降低襯板磨損，提高物料的處理能力；北京礦冶研究總院研制的高效節能顎式破碎機采用新的腔體設計，提升了設備的工作性能，提高了物料的處理量。

國內外顎式破碎機雖然在工藝設計方面取得了重大突破，但其鋼耗、能耗及粉碎工藝過程的生產成本都較高，工業結構也有待改進。

3 工作原理

3.1 液壓旋回破碎機

物料從上部給入，在偏心機構的作用下，錐體繞中軸做連續旋回運動，使動錐的錐體周期性地靠近和離開定錐的錐面；當動錐靠近定錐時，物料在破碎腔內被擠壓、彎折而破碎；當動錐遠離定錐時，已破碎產品靠自重經排礦口排出。液壓旋回破碎機結構如圖1(a)所示。

圖1 破碎機結構示意圖

3.2 顎式破碎機

通過電動機驅動皮帶輪，帶動偏心軸使動顎上下運動，當動顎上升時，動顎板靠近定顎板，使物料在破碎腔內被破碎；當動顎下行時，動顎板在拉桿、彈簧的作用下遠離定顎板，使破碎物料在自重的作用下經破碎腔下部的出料口排出。顎式破碎機結構如圖1(b)所示。

4 兩種破碎機在永靖項目的應用對比

4.1 技術性能對比

表1為兩種粗碎破碎機的性能參數對比。

表1 兩種粗碎破碎機性能參數對比

由表1可以看出，液壓旋回破碎機最大給料粒度為1 000 mm，處理能力超過2 400 t/h，遠大于顎式破碎機；但是顎式破碎機的功率小于旋回破碎機，單臺運行成本相對較低，且工藝結構簡單，占地面積較小，更適合小型礦山。結合永靖綠色建材生態產業園2 500 t/h的設計產能，若選用顎式破碎機，至少需10臺，而液壓旋回破碎機2臺即可滿足要求，設備管理簡單，且總設備功耗明顯小于顎式破碎機。

4.2 產品性能對比

將碎石按照表2中的比例均勻混合后制得6種樣品各1 000 t，隨機選取3份通過液壓旋回破碎機，分別編號為A1、A2、A3。剩余3份進入顎式破碎機，分別編號為B1、B2、B3。對破碎后的物料進行篩分，結果見表3、表4。

表2 樣品混合比例

表3 液壓旋回破碎機破碎后的分級篩余

表4 顎式破碎機破碎后的分級篩余

由表3和表4可以看出，經過液壓旋回破碎機破碎后，粒度在350 mm以上的物料質量分數較顎式破碎機的約低13個百分點；5 mm以下物料質量分數兩者相差不大，均為3%左右。液壓旋回破碎機和顎式破碎機破碎后的物料粒度大多為350～100 mm，但液壓旋回破碎機破碎后350～100 mm物料質量分數比顎式破碎機高20%以上。說明在大型礦山生產中，液壓旋回破碎機破碎后的效果更優，后續的中碎設備生產壓力更小。

4.3 經濟性比較

在滿足永靖綠色建材生態產業園2 500 t/h設計產能的條件下，分別對比10臺顎式破碎機和2臺液壓旋回破碎機的生產運行成本，結果如表5所示。從表5中可以看出：液壓旋回破碎機在生產過程中較顎式破碎機人員編制可減少75%，材料維修費減少56.38%。采用液壓旋回破碎機作為粗碎設備可在人員工資、能耗和維修費等方面為企業節約上百萬元成本。

表5 經濟性比較

5 結語

液壓旋回破碎機在大型砂石礦山加工系統中優勢明顯，其與顎式破碎機在永靖項目中的應用結果表明：與顎式破碎機相比，液壓旋回破碎機破碎后粒度在350 mm以上的物料質量分數減少了約13個百分點，350～100 mm范圍內的物料質量分數增加了20%以上，在粗碎加工過程中破碎效果更好；液壓旋回破碎機的人員編制可減少75%，材料維修費可減少56.38%。綜合而言，使用液壓旋回破碎機可為企業節約逾百萬元的生產成本，經濟效益顯著。