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圆锥破碎机分类及研究现状综述

冲击式制砂机12个月前 (10-01)期刊文章556

引 言

圆锥破碎机是一种依靠内锥相对外锥做旋摆运动使破碎腔中的物料受到挤压剪切弯曲和拉伸等作用而破碎成小块产品的设备广泛用于矿山建材等行业中矿岩物料的破碎作业圆锥破碎机的规格型号一般由动锥衬板所覆盖的动锥工作面的底部直径确定相比于其他类型破碎设备圆锥破碎机具有破碎比大产品粒度均匀生产效率高耗低以及排料口便于调节等特点易于实现自动控制常布置于破碎工艺流程的末端对控制最终破碎产品尺寸和粒型起到关键作用


圆锥破碎机分类

1.1    弹簧圆锥破碎机

弹簧圆锥破碎机由美国人ymon兄弟发明又称西蒙斯圆锥破碎机弹簧圆锥破碎机主要特点是定锥与机壳周向采用一组预张紧状态的螺旋弹簧作为过铁释放的保险装置当破碎腔中出现不可破碎物体时定锥部件克服螺旋弹簧的弹性力允许排料间隙短时间增大以排出不可破碎物保护机械部件不受损坏((图1

弹簧圆锥破碎机内部构造.jpg

      

弹簧圆锥破碎机为典型的第一代圆锥破碎机依靠机械方式实现排料间隙的锁紧与释放结构与 工作原理相对简单应用广泛因破碎方式主要为 单颗粒破碎因此破碎效率偏低产品粒度控制能力 较差同时操作与检修自动化程度低劳动强度大目前逐渐被新型液压圆锥破碎机所取代

1.2    底部单缸液压圆锥破碎机

底部单缸液压圆锥破碎机是由lmer公司研制其结构和工作原理与弹簧圆锥破碎机基本相同主要特点为引入液压系统来取代传统的弹簧组件当破碎机内落入不可破碎物体时液压缸内的油压迅速上升当缸内油压超过设定的极限值时压缸的安全阀打开动锥位置下降从而使排料口增将不可破碎物排出避免设备发生损坏


底部单缸液压圆锥破碎机结构简图.jpg


相比于弹簧圆锥破碎机底部单缸液压圆锥破碎机在动锥底部采取液压油缸支撑动锥部件辅助 压力传感器和计算机控制系统既能实现过铁释放 又可实现排料间隙的在线调整极大提高了自动化程度采用液压装置为标志的底部单缸液压圆锥破碎机被视为第二代圆锥破碎机第二代的底部单缸液压圆锥破碎机工作原理与弹簧圆锥破碎机基本相同破碎方式仍然以单颗粒破碎为主破碎效率较 为改进设备提高破碎效率在其基础上研制出高能化的第三代圆锥破碎机具有代表性的设备包SANDVIK 公司的 CH  CS系列底部单缸液压圆锥破碎机et 公司的 GP 系列圆锥破碎机它们的共同特点是采用大功率电机驱动破碎腔以 挤满给料方式供料动锥采用高摆频并配合特殊设计的冲程实现了料层粉碎和选择性破碎


1.3    周边多缸液压圆锥破碎机

周边多缸液压圆锥破碎机是在西蒙斯圆锥破碎机和旋盘圆锥破碎机的基础上发展而来主要特点为将传统的弹簧组件替换为若干套液压油缸以及蓄能器其作用与弹簧基本相同优点是能够实现排料口的自动调节过载保护以及清腔等功能易于实现自动控制

当前最具代表性的周边多缸液压圆锥破碎机为

多缸液压圆锥破碎机结构简图.jpg

周边多缸液压圆锥破碎机结构简图

 

et公司的HP系列圆锥破碎机是第三代圆锥破碎机的代表该系列设备基于高能化设计理念 提高了动锥摆动频率冲程和排料口尺寸要求挤满 给料物料在破碎腔内以料层的形式存在其主要 特点是采用了料层粉碎原理和较高的能量密度 碎效率大幅提升并可实现选择性破碎配合先进的 自动控制系统保证设备维持最佳功率持续运行 借优良的性能在市场上占有较大份额


研究现状

2.1    运动学分析

运动学分析主要研究机构之间的相对运动括位移速度和加速度随时间变化的关系圆锥破碎机的运动学分析包含动锥自转运动的产生机理以

及动锥与偏心机构的作用机制郎宝贤根据圆锥破碎机使用现场的工程数据为依据从分析动锥的自转运动着手研究了圆锥破碎机的运动学唐威等通过对惯性圆锥破碎机的破碎机理研究做运动学和动力学分析推导出惯性圆锥破碎机的运动学和动力学公式回丽等在引进某型圆锥破碎机的结构原理基础上建立了运动学模型结合实验数据分别对动锥在空载和带料条件下的运动情况进行分析数据与实验结果相符董钢等基于层压破碎理论研究了破碎力在破碎层内的分布情况及相应计算方法结合圆锥破碎机的工作机理与结构特点计算各关键摩擦副摩擦的载荷信息对圆锥破碎机在工作时的运动学特性进行深入研究获得工作状态下关键摩擦副摩擦因数的合理设计范围为国产圆锥破碎机的研发提供依据

2.2    动力学分析

动力学分析研究物体的运动状态与其受力变化之间的关系揭示运动部件动态力的产生机制与变化规律对设备研制改进优化有重要意义圆锥破碎机带料工况下工作机构受力状态复杂散体物料对系统动力学状态具有显著影响刘树英等以新型外振动圆锥破碎机为对象针对其工作原理和结构特点建立了考虑物料作用力的振动系统力学模型以及有间隙的对称滞回力模型为带料条件下外振动圆锥破碎机的研制提供理论依据赵月静等8-9对振动圆锥破碎机进行研究建立了忽略物料影响的力学模型以及振动微分方程给出合理选取设计参数的途径任廷志等10对液压圆锥破碎机进行模态分析获得低阶固有频率及振型为圆锥破碎机结构设计和优化提供了参考夏晓鸥等11基于虚拟样机技术建立了空载条件下惯性圆锥破碎机虚拟模型并进行动态仿真分析了动锥受力和系统破碎力研究了减振器对系统工作状况的影响

2.3    腔型设计

圆锥破碎机的动锥衬板与定锥衬板之间的相对区域构成了破碎腔物料的破碎过程发生在破碎腔内破碎腔的腔型设计对破碎机的运行技术指标和产品特性具有关键作用合理的腔型设计可以极大提高破碎机生产效率改善破碎产品粒型和控制产品粒度分布降低能耗与易损件消耗因此对于圆锥破碎机而言腔型研究意义重大

郎宝贤等介绍了几种代表性的圆锥破碎机破碎腔型与磨损情况概述了传统破碎机腔型设计 理念利用衬板磨损曲线对破碎腔进行了合理设计 破碎机技术指标和衬板使用寿命得以改善为设计



圆锥破碎机新型层压破碎曲线腔形黄冬明等于分层破碎理念提出固定质量原则并引入工态啮成功运用于圆锥破碎机的腔型开发考虑到物料内部普遍存在着大量裂纹在裂纹缺陷处应力相对薄弱龚姚腾等14基于损伤断裂理论开展了圆锥破碎机的破碎腔型设计研究

2.4    离散元仿真

为揭示圆锥破碎机粉碎过程细节预测工作过程和产品特性国内外学者基于多种建模方法开展数值模拟仿真研究20 世纪7080 年代学者提出总体平衡建模方法用于物料碎磨的研究90 离散元方法逐渐被引入到矿物加工装备的建模仿真中通过精确的颗粒与机体之间的受力计算得破碎机磨机内部的物料变化情况15

利用离散元方法模拟破碎机粉碎过程需要结合设备独特的运动方式掌握物料的具体碎裂过程以及破碎后产品从排料口的排出方式实现破碎过程的动态平衡QUIST 16-17采用离散元方法基于颗粒黏结模型模拟了矿石与圆锥破碎机的相互作用研究设备参数不均匀给料对处理量矿石运动状态和破碎比的影响进一步开发了圆锥破碎机虚拟仿真环境有助于深入理解破碎过程和操作条件的影响方式利用数据采集系统对 H6000 圆锥破碎机的压力功耗等信息进行采集实验数据与模拟数据具有较好的对应关系CLEARY 18研究了岩石特性和圆锥破碎机操作参数对产品粒度和产量的影响发现随着岩石在破碎腔内位置变化破碎过程 呈现较大差异包括颗粒下落速度作用力加载方式和破碎能力为了提高建模仿真的可靠性和真实COETZEE 19JOHANSSON 20分别对破碎模型进行了实验验证国内学者利用传统的有限元方法进行破碎机受力仿真计算比较普遍 利用离散元方法进行破碎机相关模拟研究也逐渐深入叶涛等21利用离散元和有限元耦合方法分析了 PYB900 型圆锥破碎机层压破碎过程陈瑶22研究了基于离散元的颚式破碎机物料破碎行为毕秋实等23利用离散元和有限元耦合方法分析了双齿辊破碎机辊齿强度借助离散元技术 破碎机内以往无法观察并且不可测的物料破碎过程逐渐被揭示

2.5    优化设计

优化设计理论和方法随着计算机技术的发展而逐渐成熟成为现代机械设计理论的重要组成部分优化设计过程中首先根据设备结构参数以及功能需求结合工程经验和实验数据找到关键影响因素

作为设计变量其次根据设备性能需求确立若干目 标函数然后列出约束条件包括边界约束和性能约 束等最终建立优化模型并选用合适的优化手段进行数值求解获得最优组合24圆锥破碎机的关键参数分为结构参数和性能参数其中结构参数包括 给料口尺寸排料口尺寸腔型尺寸等性能参数主 要包括动锥转速偏心距以及排料口变化范围等对于圆锥破碎机性能的改进优化主要围绕提高设 备处理量降低破碎产品粒度获得更好的产品粒型以及降低电耗和易损件消耗等HUANG 25立了圆锥破碎机腔型处理量和破碎产品粒度分布 的计算模型研究腔型处理量和破碎产品粒度之间 的耦合关系并进行多目标优化为研制高效节能的 圆锥破碎机提供指导优化设计对提高产品性能降低成本缩短研发周期具有关键作用已深入到产 品研发设计与制造的全周期带来巨大的经济效 发展前景广阔

  

为应对矿产资源先天禀赋差储量日益降低以及贫细杂特性的加剧当前选矿厂的整体规模和生产能力不断增大对选矿设备的综合性能提出了更高要求经过广大学者和生产企业的不懈努力物加工设备整体水平有了较大提升以圆锥破碎机为代表的破碎设备正向着大型化高能化和智能化发展为揭示破碎腔内不可见无法观测的物料具体破碎过程提供准确可靠的产品预测方法破碎机的建模仿真逐渐成为研究热点和发展方向主要包括传统意义的数学模型以及利用计算机和仿真软件用于数值分析的现代研究方法以离散元为代表的数值仿真方法为模拟物料破碎过程预测产品特性发挥了重要作用缩短了研发周期并节约制造成本时计算结果更精确有利于矿物加工数字化精细化的实施和流程优化降低碎磨作业的整体能耗进一步实现多学科交叉融合提高优化设计水平深入运用料层粉碎原理和基于断裂力学的选择性破碎理念研发新型高效节能的破碎设备并提高设备可靠性为圆锥破碎机设计制造的未来发展趋势


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冲击式制砂机
冲击式制砂机
12个月前 (10-01)

文章作者:王 旭,夏晓鸥,罗秀建,刘方明,张 峰

冲击式制砂机 回复:
文章收录于《中国矿业》杂志2019年10月第28卷增刊2
12个月前 (10-01)

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