王光明 郝龍松

【摘 ?要】圓錐破碎機(jī)時(shí)最近幾年研制出的一種大功率、大破碎比率、高生產(chǎn)效率的液壓式破碎機(jī)。圓錐破碎機(jī)是在各種國(guó)際先進(jìn)水平的破碎機(jī)基礎(chǔ)上研制而成的。它與傳統(tǒng)的破碎機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)完全不同，并且集中各類破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，適合用于細(xì)碎和超細(xì)碎的作業(yè)。本文主要通過(guò)對(duì)圓錐破碎機(jī)工作機(jī)理進(jìn)行分析研究。

【關(guān)鍵詞】圓錐破碎機(jī);工作機(jī)理;生產(chǎn)能力優(yōu)化;研究

前言

隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷迅速，顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)等各種破碎機(jī)械設(shè)備在化工、建筑、冶金等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并在其中發(fā)揮著巨大的作用。傳統(tǒng)的圓錐破碎機(jī)生產(chǎn)能力已難以滿足現(xiàn)代高質(zhì)量、高效率的生產(chǎn)要求與標(biāo)準(zhǔn)。因此，為提高圓錐破碎機(jī)工作效能，提高其生產(chǎn)能力，就必須對(duì)其生產(chǎn)能力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。而這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，還需要技術(shù)人員首先對(duì)圓錐破碎機(jī)的工作原理進(jìn)行了解與分析，對(duì)影響其生產(chǎn)能力的各項(xiàng)因素進(jìn)行全面分析，以確保優(yōu)化設(shè)計(jì)方案制定的科學(xué)合理。與此同時(shí)，人們對(duì)破碎機(jī)的生產(chǎn)能力提出了更高的要求，為保證破碎機(jī)的生產(chǎn)能力能夠適應(yīng)與滿足時(shí)代發(fā)展需要和人們生產(chǎn)需要，本文以圓錐破碎機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其基本工作原理及生產(chǎn)能力的影響因素進(jìn)行了詳細(xì)深入的分析，并對(duì)其生產(chǎn)能力的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了一定的探討。

1圓錐破碎機(jī)的工作機(jī)理

通常圓錐破碎機(jī)主要由機(jī)架、動(dòng)錐、偏心軸、軸承等構(gòu)件組成，其基本工作原理大致如下：由定錐和動(dòng)錐所組成的圓錐破在破碎機(jī)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)發(fā)電驅(qū)動(dòng)水平軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)偏心軸運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使動(dòng)錐作圓錐形旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)錐會(huì)不間斷的接近或遠(yuǎn)離定錐，從而使圓錐破內(nèi)腔中的物料受到?jīng)_擊與擠壓而產(chǎn)生破碎。然后通過(guò)傳動(dòng)裝置將破碎后的物料傳送至破碎腔中向下排出。與此同時(shí)，圓錐破偏心軸套會(huì)帶動(dòng)動(dòng)錐下方的下腔套運(yùn)動(dòng)，而固定在主軸上的上腔會(huì)隨著下腔的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)又會(huì)進(jìn)一步使偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)。這一環(huán)節(jié)動(dòng)錐既作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又作圍繞破碎機(jī)中線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)形成的球面中心是整個(gè)破碎機(jī)中線與破碎錐軸線的交點(diǎn)，而兩者之間的夾角即為進(jìn)動(dòng)角，這說(shuō)明動(dòng)錐運(yùn)動(dòng)可以視為定點(diǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即破碎腔內(nèi)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(jī)生產(chǎn)能力的影響因素

根據(jù)以往大量的實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，影響圓錐破碎機(jī)生產(chǎn)能力的主要因素包括進(jìn)動(dòng)角、破碎錐底角、動(dòng)錐轉(zhuǎn)速、物料的強(qiáng)度、形狀等物理特性、破碎機(jī)進(jìn)、出料情況、破碎腔腔型等。不同型號(hào)、不同生產(chǎn)商所生產(chǎn)的圓錐破碎機(jī)結(jié)構(gòu)存在一定差異，而各項(xiàng)參數(shù)范圍也存在一定的差異，這就使得不同型號(hào)、不同參數(shù)范圍給圓錐破碎機(jī)生產(chǎn)能力產(chǎn)生的影響也不盡相同。例如，PYHD5C型號(hào)國(guó)產(chǎn)圓錐破碎機(jī)的進(jìn)動(dòng)角角度范圍應(yīng)在1°到2°之間，如果在實(shí)際破碎工作中，該角度設(shè)置過(guò)小或過(guò)大都會(huì)大大降低圓錐破碎機(jī)的生產(chǎn)效率。

3圓錐破碎機(jī)生產(chǎn)能力的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1建立實(shí)體仿真模型

圓錐破碎機(jī)實(shí)體仿真模型的建立包括物料模型、動(dòng)錐模型和定錐模型。根據(jù)圓錐破碎機(jī)動(dòng)錐、定錐及物料運(yùn)動(dòng)的受力情況及其工作原理分析，本文決定采用ANSYS Workbench軟件來(lái)對(duì)這三種仿真模型進(jìn)行構(gòu)建，具體利用到的是該軟件提供的顯式動(dòng)力模塊、Rigid Dynamic模塊和優(yōu)化模塊。通過(guò)物料、動(dòng)錐、定錐仿真模型的建立與優(yōu)化，可以使圓錐破碎機(jī)的整體幾何實(shí)體模型結(jié)構(gòu)得到相應(yīng)的簡(jiǎn)化，模型性能和仿真模型運(yùn)算速率得到一定程度的提升，減少仿真運(yùn)算過(guò)程中錯(cuò)誤發(fā)生的可能性。

以PYHD5C型號(hào)、破碎錐底角為40°、圓錐破進(jìn)動(dòng)角為2°的圓錐破碎機(jī)為對(duì)象，首先建立物料仿真模型。物料是圓錐破碎機(jī)工作的主要對(duì)象，為便于研究和簡(jiǎn)化計(jì)算，本文選擇形狀規(guī)則的物料利用ANSYS Workbench軟件構(gòu)建出其三維立體模型。動(dòng)錐仿真模型的建立。動(dòng)錐是圓錐破碎機(jī)最為關(guān)鍵的構(gòu)件之一，其仿真模型的建立既可以用ANSYS軟件實(shí)現(xiàn)，也可以用Mat Lab等軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。而定錐仿真模型的建立也可以用三維建模法來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)這三種模型全部建立好之后，導(dǎo)入ANSYS Workbench工作平臺(tái)，采用不同的函數(shù)模塊分別對(duì)其進(jìn)行分析與研究，以檢測(cè)模型建立的有效性。

3.2優(yōu)化模型參數(shù)仿真設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)圓錐破碎機(jī)各部位零部件參數(shù)及其運(yùn)行參數(shù)已建立出了一套屬于自己的相對(duì)規(guī)范的體系，該體系中將圓錐破碎機(jī)的進(jìn)動(dòng)角、動(dòng)錐底角、偏心距、破碎機(jī)直徑、排料口的擺動(dòng)行程等全部囊括在內(nèi)，給我國(guó)后續(xù)圓錐破碎機(jī)的研發(fā)、改進(jìn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)與創(chuàng)新提供了重要的依據(jù)和參考，具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。根據(jù)上文對(duì)圓錐破碎機(jī)生產(chǎn)能力的影響因素分析可知，要想圓錐破碎機(jī)模型參數(shù)及其運(yùn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)得到有效的優(yōu)化，就需要從這些影響因素入手，合理設(shè)置破碎錐底角、進(jìn)動(dòng)角、破碎錐偏心套轉(zhuǎn)速等結(jié)構(gòu)參數(shù)，并將各個(gè)參數(shù)的邊界值作為約束條件，如破碎機(jī)破碎錐底角范圍為40°與50°之間，偏心套旋轉(zhuǎn)與擺動(dòng)速度范圍在200到700r/min之間等。同時(shí)，基于一定量間距變化原理，對(duì)破碎錐底角、進(jìn)動(dòng)角、偏心套轉(zhuǎn)速等參數(shù)分別取多個(gè)值，然后在不同圓錐破碎機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)下，對(duì)各個(gè)參數(shù)的變化范圍對(duì)圓錐破碎機(jī)生產(chǎn)能力產(chǎn)生的影響進(jìn)行仔細(xì)分析。對(duì)國(guó)產(chǎn)圓錐破碎機(jī)的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)利用ANSYS Workbench軟件的優(yōu)化模塊進(jìn)行優(yōu)化處理，處理后各項(xiàng)參數(shù)值均有一定程度的增大。將這些參數(shù)作為輸入?yún)?shù)輸入到相應(yīng)的優(yōu)化函數(shù)中，而生產(chǎn)率既作為目標(biāo)函數(shù)的輸入?yún)?shù)，也是優(yōu)化函數(shù)的輸出值，基于這一特點(diǎn)，本文采用二次規(guī)劃算法對(duì)優(yōu)化處理后的圓錐破碎機(jī)生產(chǎn)率進(jìn)行求解，結(jié)果顯示與優(yōu)化前相比，其生產(chǎn)率有顯著上升趨勢(shì)。這說(shuō)明該圓錐破碎機(jī)進(jìn)行優(yōu)化后，生產(chǎn)能力確實(shí)得到了一定程度的提升。

4總結(jié)

雖然影響圓錐破碎機(jī)生產(chǎn)能力的因素眾多，但只要全體技術(shù)工作人員對(duì)其工作原理與影響因素全面深刻理解與掌握，并借助先進(jìn)建模方法與工具對(duì)圓錐破碎機(jī)的動(dòng)錐、定錐等關(guān)鍵部件仿真模型進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，相信其生產(chǎn)能力必定會(huì)有所提高?？傊?，圓錐破碎機(jī)作為現(xiàn)代化生產(chǎn)作業(yè)中不可缺少的一項(xiàng)重要機(jī)械設(shè)備，其生產(chǎn)能力的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。

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（作者單位：山東黃金礦業(yè)股份有限公司新城金礦）