陳 濤 韓淑萍 萬智輝

(1.南昌礦山機(jī)械有限公司，江西 南昌 330100；2.南昌市新建區(qū)人民醫(yī)院，江西 南昌 330100；3.東華理工大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院，江西 南昌 330004)

0 引言

使用機(jī)械力將大塊固體物料破碎成小塊的機(jī)械統(tǒng)稱為破碎機(jī)械，物料的破碎主要依靠破碎機(jī)械對(duì)物料的擠壓或沖擊作用來實(shí)現(xiàn)，用外力克服固體物料質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)聚力，破壞其晶格，而使大塊物料粉碎小塊。目前圓錐破碎機(jī)受其擠壓式破碎機(jī)理的影響，及縱向系列化的約束，通常被用在砂石骨料以及礦山中的中碎及細(xì)碎破碎作業(yè)，破碎比實(shí)現(xiàn)4～6的比值，多用于破碎壓碎強(qiáng)度小于1 600 kg/cm2的各種礦石和巖石，在降低生產(chǎn)率使用時(shí)，也可破碎壓碎強(qiáng)度高達(dá)2 000 kg/cm2的礦石和巖石[1]。

隨著近些年圓錐破碎機(jī)的廣泛推廣使用，工廠使用年限的不斷加長(zhǎng)、破碎襯板的相互擠壓磨損，務(wù)必就需要加大對(duì)耐磨件的磨損的檢查力度，及時(shí)清理堵腔物料，保證破碎設(shè)備正常連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，設(shè)備拆機(jī)過程中，由于通過液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)定錐總成旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中，接觸到螺紋牙的面積越小，所受到的阻力越小，從而需要的馬達(dá)動(dòng)力越小，但不能影響設(shè)備工作過程中所需要的鎖緊力的使用接觸面積。

1 國(guó)內(nèi)破碎機(jī)市場(chǎng)現(xiàn)狀

近些年來，隨著圓錐破碎機(jī)的推廣和應(yīng)用，以及不同機(jī)型的迭代和發(fā)展，圓錐破碎機(jī)的外形尺寸以及結(jié)構(gòu)正朝著大規(guī)格、大功率的方向發(fā)展以滿足節(jié)能高效的市場(chǎng)需求。

市場(chǎng)上的圓錐破碎機(jī)大致分為兩類，一種是主軸運(yùn)動(dòng)式單缸液壓圓錐破碎機(jī)，另一種主軸固定式多缸液壓圓錐破碎機(jī)。國(guó)內(nèi)部分制造商加強(qiáng)破碎機(jī)的研發(fā)力度，順應(yīng)市場(chǎng)需求，狠抓客戶痛點(diǎn)，取得了一些成果，如某公司開發(fā)的CC系列單缸液壓圓錐破碎機(jī)(見圖1)和MC系列多缸液壓圓錐破碎機(jī)(見圖2)，這些產(chǎn)品已經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的工業(yè)性試驗(yàn)，設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和性能優(yōu)越性都比較好，能夠滿足行業(yè)的使用需求。

圖1 CC系列單缸液壓圓錐破碎機(jī) 圖2 MC系列多缸液壓圓錐破碎機(jī)

外界物料通過動(dòng)、定錐襯板之間的相互擠壓破碎，獲得所需的產(chǎn)品粒徑，雖說襯板所組成的腔形不同，對(duì)物料的破碎以及通過量會(huì)有一定程度上的影響，但對(duì)比不同類型的破碎機(jī)的處理效果和破碎能力，大致可以通過動(dòng)錐體的直徑體現(xiàn)出來，但此對(duì)比結(jié)果一定程度上也會(huì)出現(xiàn)很大出入，只是概念性的比較。相比同型號(hào)大小的動(dòng)錐體直徑而言，在出料口尺寸一定的條件下，單缸液壓圓錐破碎機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的處理量會(huì)優(yōu)于多缸液壓圓錐破碎機(jī)，然而在追求破碎效果和產(chǎn)品質(zhì)量時(shí)，多缸液壓圓錐破碎機(jī)的破碎效果會(huì)更優(yōu)，特別是在細(xì)碎破碎作業(yè)中，破碎效果會(huì)比較明顯，國(guó)內(nèi)外許多礦山線的實(shí)際應(yīng)用都得到了證實(shí)。

然而在金屬礦山行業(yè)中，破碎作業(yè)的設(shè)備投資占全廠總金額的65%～70%，電能消耗約為50%～65%，鋼材消耗高達(dá)50%，面對(duì)如此驚人的數(shù)據(jù)而言，對(duì)選礦工作者提出了更高的目標(biāo)和挑戰(zhàn)，只有在改進(jìn)破磨工藝、提高設(shè)備性能、獲得更大的破碎比方面努力，達(dá)到更細(xì)的產(chǎn)品粒度、提高粉磨效率、降低能耗和鋼耗目標(biāo)才能獲得出路，這也造就了多缸液壓圓錐破碎機(jī)在金屬礦山行業(yè)中廣泛的使用起來。

2 多缸液壓圓錐破碎機(jī)調(diào)整環(huán)總成結(jié)構(gòu)安裝及要求

2.1 概述

以MC系列多缸液壓圓錐破碎機(jī)為例，其剖面結(jié)構(gòu)圖(見圖3)，定錐總成位于破碎機(jī)的上部，螺紋的旋合過程中，需要調(diào)整環(huán)總成中的調(diào)整環(huán)和鎖緊環(huán)對(duì)其提供旋轉(zhuǎn)軌道，輔助其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)排料口調(diào)節(jié)完成后，安裝在調(diào)整環(huán)和鎖緊環(huán)間的鎖緊缸或鎖緊油囊在外界液壓油站的作用下進(jìn)行加壓鎖緊，保證定錐位置固定，確保出料口尺寸不變。

1—水平軸總成；2—機(jī)架總成；3—?jiǎng)渝F體總成；4—調(diào)整環(huán)總成；5—定錐總成；6—入料斗總成；7—液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)總成；8—偏心套總成

2.2 安裝

安裝前，為了降低定錐旋轉(zhuǎn)過程中受到的阻力，防止螺紋牙出現(xiàn)咬合卡住現(xiàn)象，需要在鎖緊環(huán)、調(diào)整環(huán)和定錐螺紋牙上涂抹一定量的鋰基脂。旋轉(zhuǎn)中，定錐螺紋直接與鎖緊環(huán)和調(diào)整環(huán)螺紋接觸，沿中心軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)排料口尺寸的增大或減小功能。

2.3 要求

工作過程中，由于入料口進(jìn)來的物料介于動(dòng)錐襯板與定錐襯板之間，通過動(dòng)錐體的懸擺運(yùn)動(dòng)使其擠壓破碎，此時(shí)定錐襯板就需要承載能夠抵抗物料破碎的壓強(qiáng)強(qiáng)度，該壓強(qiáng)分別形成沿水平方向和豎直方向的分壓強(qiáng)，豎直方向上的壓強(qiáng)必須大于物料破碎的壓強(qiáng)，否則就會(huì)出現(xiàn)斷牙的現(xiàn)象。隨著設(shè)備的長(zhǎng)期工作使用、襯板的更換、排料口的頻繁調(diào)節(jié)，難免會(huì)產(chǎn)生螺紋牙的磨損，導(dǎo)致各零件的更換及使用，然而沒有合理的規(guī)范和使用，難免就會(huì)在螺紋牙配合使用上帶來一定的困難，為了彌補(bǔ)設(shè)計(jì)不足，延長(zhǎng)零部件的使用壽命，針對(duì)螺紋的設(shè)計(jì)以及安裝，提出一種更佳的優(yōu)化設(shè)計(jì)和檢測(cè)方法，并通過實(shí)際安裝使用，驗(yàn)證該方法的實(shí)用性和可靠性。

3 破碎機(jī)調(diào)整環(huán)總成螺紋設(shè)計(jì)要求

3.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過多的是從零部件的加工工藝著手，考慮到零件如何加工，現(xiàn)有的設(shè)備能否完成加工內(nèi)容，而片面地忽視了設(shè)備的使用維護(hù)成本，工藝設(shè)計(jì)過程中，為了確保螺紋加工的準(zhǔn)確性，將鎖緊環(huán)和調(diào)整環(huán)固定為一個(gè)整體加工，后期裝配過程中就不需要考慮是否能夠旋入、鎖緊的問題了，也就是不會(huì)出現(xiàn)螺紋偏差問題，大幅度降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)備研發(fā)的成功率。

如圖4所示為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖，由于調(diào)整環(huán)與鎖緊環(huán)螺紋牙是組合在一起加工，裝、拆過程中，就會(huì)導(dǎo)致定錐螺紋牙與調(diào)整環(huán)和鎖緊環(huán)的螺紋牙同時(shí)接觸，旋轉(zhuǎn)過程中，增大定錐螺紋牙接觸的概率，加快螺紋牙的磨損，同時(shí)調(diào)整環(huán)螺紋牙也相繼參與工作，一定概率上增加了磨損，由于相繼參與的相對(duì)滑動(dòng)，磨損加大，維護(hù)成本增高。

圖4 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

如圖5所示為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作結(jié)構(gòu)示意圖，此時(shí)鎖緊缸在外界提供油壓的條件下，進(jìn)行上下拉伸、壓縮工作狀態(tài)，當(dāng)鎖緊缸拉伸時(shí)，帶動(dòng)鎖緊環(huán)一起向上運(yùn)動(dòng)，鎖緊環(huán)螺紋牙向上工作的同時(shí)，帶動(dòng)定錐一起工作，定錐螺紋牙與調(diào)整環(huán)螺紋牙接觸時(shí)，鎖緊缸處的油壓異常升高，從而完成固定。

圖5 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)工藝

為了解決調(diào)整環(huán)螺紋和定錐螺紋的提早失效，降低設(shè)備維護(hù)使用成本，通過分析計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證，提出了一種優(yōu)化的螺紋設(shè)計(jì)工藝技術(shù)，該工藝技術(shù)主要通過降低螺紋牙的接觸概率，調(diào)整鎖緊環(huán)和調(diào)整環(huán)的安裝位置與角度，保證安裝運(yùn)動(dòng)所需的強(qiáng)度要求，同時(shí)設(shè)計(jì)了一套輔助檢測(cè)工裝(見圖6)，通過檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)鎖緊環(huán)螺紋牙和調(diào)整環(huán)螺紋的單獨(dú)加工，加大了零部件的替換通用性。

P—牙距

鎖緊環(huán)上的鎖緊缸在鎖緊過程中，對(duì)其能夠拉升的高度會(huì)有一個(gè)高度參數(shù)H，該高度值決定了牙與牙之間的配合間隙，受直徑方向尺寸的影響該數(shù)值也會(huì)有所差別；設(shè)計(jì)過程中希望在定錐裝、拆過程中，定錐的螺紋牙單獨(dú)只與鎖緊環(huán)的螺紋牙接觸，而不與調(diào)整環(huán)螺紋牙接觸，降低螺紋牙間的接觸概率，為了更加順暢的讓定錐運(yùn)轉(zhuǎn)，從設(shè)備維護(hù)成本的角度出發(fā)，保證定錐螺紋牙與調(diào)整環(huán)螺紋牙間的上、下高度值h相近。

(1)

式中：P—所加工螺紋牙距；h1—鎖緊環(huán)所需加工螺紋高度；X—鎖緊環(huán)螺紋下刀位置與出刀位置間的角度)。

由此可以理論計(jì)算出鎖緊環(huán)角度出刀位置。調(diào)整環(huán)與鎖緊環(huán)安排同時(shí)加工，就需要在調(diào)整環(huán)和鎖緊環(huán)間增加等高塊，等高塊的高度即為所需要的高的值h，方可繼續(xù)加工調(diào)整環(huán)；單獨(dú)加工調(diào)整環(huán)，就需要保證鎖緊環(huán)的出刀位置與調(diào)整環(huán)的進(jìn)刀位置形成一個(gè)角度差。

(2)

式中：P—所加工螺紋牙距；h—定錐螺紋牙與調(diào)整環(huán)螺紋牙垂直方向間隙；Y—鎖緊環(huán)螺紋出刀位置與調(diào)整環(huán)螺紋進(jìn)刀位置角度差。

根據(jù)理論計(jì)算保證定錐安裝過程中，螺紋牙始終只與鎖緊環(huán)螺紋牙接觸，在不影響運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，始終不與調(diào)整環(huán)接觸，見圖7。

圖7 優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖

由于定錐在運(yùn)動(dòng)過程中是不與調(diào)整環(huán)接觸的，有效的降低了定錐螺紋牙和調(diào)整環(huán)螺紋牙的磨損，一定程度上降低了設(shè)備的運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。當(dāng)螺紋牙出現(xiàn)磨損時(shí)，在制造廠家要求范圍內(nèi)，一定程度上是可以使用調(diào)整墊進(jìn)行調(diào)節(jié)使用(見圖8)，使用輔助檢測(cè)工裝(見圖6)對(duì)螺紋牙進(jìn)行磨損檢測(cè)，在鎖緊環(huán)與調(diào)整環(huán)間，以及鎖緊缸也調(diào)整環(huán)間填充調(diào)整墊，即可完成維護(hù)繼續(xù)使用。

圖8 維護(hù)安裝結(jié)構(gòu)示意圖

4 實(shí)際應(yīng)用

4.1 使用案例

以MC系列某型號(hào)圓錐破碎機(jī)調(diào)整環(huán)總成與定錐總成加工安裝過程為例，對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，定錐旋轉(zhuǎn)一周所轉(zhuǎn)動(dòng)的齒數(shù)為192個(gè)，驅(qū)動(dòng)環(huán)每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒定錐的垂直行程為0.26 mm，破碎機(jī)的出廠要求規(guī)定螺紋牙的垂直運(yùn)動(dòng)量為±1.79 mm，即螺紋牙絲毫未磨損之前的運(yùn)動(dòng)量。當(dāng)垂直運(yùn)動(dòng)量數(shù)值發(fā)生變化時(shí)，則表明螺紋發(fā)生了磨損，當(dāng)螺紋牙垂直運(yùn)動(dòng)量達(dá)到3.58 mm，意味著螺紋牙磨損1.79 mm，鎖緊缸和鎖緊環(huán)必須填裝此磨損厚度的墊片，以保證缸內(nèi)有足夠的行程鎖緊定錐。

4.2 計(jì)算設(shè)計(jì)角度

由于設(shè)備主要用于擠壓破碎1 600 kg/cm2的各種礦石和巖石，零件具有一定的復(fù)雜性要求材料具有良好的可鑄造性，考慮到裂紋的敏感性，同時(shí)要有一定的韌性、強(qiáng)度和硬度，故一般使用中碳鋼材料鑄造。根據(jù)廠家提供的操作維護(hù)手冊(cè)條件可知螺紋牙牙距P=192×0.26 mm=49.92 mm，定錐螺紋牙與調(diào)整環(huán)螺紋牙間的高度間隙h=1.79 mm，假定鎖緊環(huán)需要加工螺紋牙高度h1=100 mm。

假定鎖緊環(huán)進(jìn)刀起始位置為0°，根據(jù)公式(1)可知鎖緊環(huán)出刀位置角度為1.15°，假定鎖緊環(huán)出刀位置為0°，根據(jù)公式(2)可知鎖緊環(huán)出刀位置與調(diào)整環(huán)進(jìn)刀位置角度為12.91°。綜上可得：鎖緊環(huán)的進(jìn)刀位置與鎖緊環(huán)的出刀位置角度相差1.15°，鎖緊環(huán)的出刀位置角度與調(diào)整環(huán)的進(jìn)刀位置角度相差12.91°，故調(diào)整環(huán)的進(jìn)刀位置與鎖緊環(huán)的進(jìn)刀位置相差1.15°+ 12.91°=14.06°

4.3 加工、裝配

考慮螺紋牙的磨損狀況，延長(zhǎng)零件使用壽命，降低設(shè)備維護(hù)成本，嚴(yán)格按照鎖緊環(huán)與調(diào)整環(huán)上的起始點(diǎn)位置下刀加工螺紋，嚴(yán)格使用加工中輔助檢測(cè)工裝對(duì)所車削的螺紋牙進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)間隙不夠的位置進(jìn)行修正，車削過程中，裝夾刀具出現(xiàn)松動(dòng)，很容易發(fā)生傳統(tǒng)意義上的“栽刀”現(xiàn)象，此時(shí)就會(huì)變化螺紋下刀的起始點(diǎn)位置，螺紋的配合間隙就會(huì)發(fā)生變化，一定需要避免發(fā)生；加工完成后需要對(duì)螺紋的尾牙進(jìn)行處理，避免強(qiáng)度較弱導(dǎo)致斷裂，影響螺紋的運(yùn)轉(zhuǎn)配合。

裝配過程中，需要事先在螺紋牙上涂抹一定量的潤(rùn)滑脂，在保證充足潤(rùn)滑的要求前提下，減小摩擦阻力，工作過程中，避免螺紋牙之間的鎖合咬注，方便下次檢修時(shí)螺紋的拆卸。

5 結(jié)語

按照上述方法加工鎖緊環(huán)、調(diào)整環(huán)和定錐螺紋牙時(shí)，在不改變定錐鎖緊壓力以及排放口控制的前提下，通過增加起始位置的標(biāo)記，在保證設(shè)備使用穩(wěn)定性同時(shí)，延長(zhǎng)零部件使用壽命，減少磨損降低設(shè)備維護(hù)使用成本，上述方法直接通過加工的尺寸和數(shù)值保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的間隙，而不需要人為調(diào)節(jié)裝配保證，為該類排料口的調(diào)節(jié)工作，提供了高效的、切實(shí)可行的方法，同時(shí)也對(duì)該結(jié)構(gòu)類型的破碎機(jī)的研發(fā)提供了非常好的例子，對(duì)提高中國(guó)圓錐破碎機(jī)的技術(shù)水平很有幫助，更好地順應(yīng)了市場(chǎng)需求。