大型旋回破碎機腔型設計與優化
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摘要：伴隨著經濟社會的進一步發展，采礦行業也快速發展起來。傳統的旋回破碎機腔型難以滿足行業的發展需求，因此，亟待對其進行設計優化，以便于提升大型旋回破碎機的整體運行性能。
現階段，在采礦、冶金、建材以及化工行業中，旋回破碎機均得到了廣泛的應用。隨著采礦行業的進一步發展，其對于采礦效率的要求也隨之提升。旋回破碎機由于破碎產量較高,進料口尺寸相對較大，所以能夠實現連續作業，且運行相對較為穩定，因此對于旋回破碎機的設計和生產得到了國內外企業的重視。隨著礦山企業對于礦物質量的要求日漸提升，旋回破碎機也應該具備相對較高的生產能力和較高的產品質量[1]。如果依然采取傳統的腔型設計，勢必難以滿足日益增長的礦石企業礦石的破碎需求。因此,對大型旋回破碎機腔型進行優化設計極為必要。
1大型旋回破碎機基本結構及工作原理
目前,由于機械式的旋回破碎機的調節排料口很困難,需要具備較大的進料口,因此,旋回破碎機基本上已經停止了生產。旋回破碎機依據排料口的動錐支撐方式和具體調節方式，常分為液壓式和機械式破碎機兩種，且在定錐的時候常設計為倒錐形。現階段，底部單缸液壓旋回破碎機是應用最為普遍的一種形式，液壓式的旋回破碎機又常細分為頂部單缸和底部單缸的液壓旋回破碎機。旋回破碎機主要包含偏心軸套、動錐、液壓缸、定錐和傳動軸等[2]。機體下部的液壓缸提供動錐上下運動的動力，當物料中含有不可破碎的雜物時，動錐下降，液壓缸收縮，雜物排出破碎機，以保證破碎機正常工作。在定錐的內表面以及動錐的外表面，均裝有襯板，以方便襯板更換。動錐軸安裝于偏心軸套內，一方面能實現減少磨損，另一方面能將動錐上端支撐于橫梁中部套筒內，保證動錐的旋擺運動，進而保證破碎機的持續高效運行。當物料中含有不可破碎的雜物時，雜物排出破碎機，動錐下降，液壓缸收縮，一方面能保證破碎機正常運行,另一方面可提供動錐上下運動的推動力,滿足排料尺寸不同的要求。旋回破碎機正常工作時，動錐軸跟隨偏心軸套轉動,動力經由傳動系統帶動偏心軸套轉動。同時，由于動錐不斷靠近和遠離定錐，使得動錐做繞整機中心線的偏心轉動，一旦物料受到動錐與定錐的擠壓，擠壓力大于物料內部的凝聚力，當動錐靠近定錐時，擠壓破碎后物料就會下落，由于自重及物料相互間的擠壓排出破碎腔，會成為旋回破碎機產品[3，4]。
2大型旋回破碎機腔型設計及優化措施
2.1大型旋回破碎機初級腔型參數設計當前，大型旋回破碎機腔型仍存在著一些不足，如生產能力較低，存在破碎層堵塞問題，為確保其整體生產能力，提高其破碎效果，本文以1400mm作為最大給料粒徑，依據排粒粒徑及最大給料粒徑，進行排料口尺寸和破碎機進料口設計，將進料口尺寸B設計為1525mm，將破碎機產品粒徑控制在0mm-350mm范圍內，初選排料口尺寸b設計為175mm，在旋回破碎機初級腔型設計中，采取單顆粒破碎理論進行破碎腔的基本結構參數設計。旋回破碎機的基本結構參數如下[5]：動錐上部直徑DS、破碎腔高度參數H、定錐底部直徑參數D1、懸掛點高參數Ho、嚙角參數α、進料口偏心距eO、定錐底部直徑參數D、偏心距e。通過確保破碎機腔結構參數的合理性，來保證物料加工排除破碎機的正常運行。在本文中，將定錐底部直徑參數設計為2745mm，定錐底部直徑參數設計為3136.9mm，進料口偏心距設計為6mm。為保證工作狀態下嚙角不大于物料及襯板摩擦角的兩倍值，以保證旋回破碎機能夠正常將物料破碎，本設計中卿攻臺嚙角應不大于33.3°，礦石與襯板摩擦系數值設計為0.3-0.5，獲得其參數為2908mm，根據破碎腔幾何關系進行破碎腔高度值計算，動錐懸掛點高度參數設計為4508mm。2.2大型旋回破碎機初級腔形曲線構建在進行初級腔形曲線繪制過程中，通過合理提高堵塞點界面，能提高物料破碎質量，獲得基本腔形，同時進行曲線優化，通過合理提高堵塞點界面，依據大型旋回破碎機初級腔形參數，能提高破碎機運行能力，進而構建破碎機基本腔型曲線。旋回破碎機基本腔形本科動錐曲線段、定錐出料口直線段、定錐進料口直線段、定錐曲線段、動錐進料口直線段與動錐出料口直線段等構成。依據其腔形曲線，采取三維軟件進行模型構建，通過UG軟件中表達式命令進行腔形曲線表達式繪制，并通過規律曲線命令作基本腔形曲線繪制，確保動錐排料口直線下端點與定錐底面保持300mm距離，以保證通過動錐進行排料口尺寸調節，從而獲得不同粒徑產品，通過回轉命令進行實體模型生成，形成模型仿真。
3大型旋回破碎機腔型存在的不足及優化
當前，為了提高破碎機的破碎效果,提高其生產能力，避免其運行過程中出現破碎層堵塞以及其他方面的不足，需要對其基本腔型進行優化，根據破碎機設計與應用的要求，對破碎機腔優化設計時，將其產品粒度以及生產能力作為目標函數，目標函數如下：其中，P（150）代表的是粒徑低于150mm產品在總產品質量中所占有的分數。在優化過程中,通過多次迭代計算,進行破碎機腔形曲線優化，再利用軟件優化工具,對目標函數進行最優選擇,以獲得優化結果。依據目標函數進行變量設計，通過改變破碎機腔型結構的具體參數值可以獲得不同性能旋回破碎機，為實現破碎機生產能力高的同時提高產品質量，需要進行設計優化，以最合理的結構參數進行產品設計，合理設計變量，明確約束條件。依據旋回破碎機腔形所具備的幾何特征，綜合考慮破碎腔內部層壓破碎特性及運動特性，合理設計破碎腔型優化設計的約束條件。
4結論
總之，伴隨著采礦行業的進一步發展，其對于礦石產品的質量要求也隨之提高，于是對于相關設備的運行效率和質量水平也提出了更高的要求。大型旋回破碎機是采礦行業中常用且必備設備之一，其主要功能在于對礦石進行初級的破碎。因此通過不斷優化大型旋回破碎機的腔型，努力提升破碎機的產品質量水平和運行性能，這對于提升企業運作效率和綜合效益，提高采礦企業礦石產品質量具有意義深遠。[1]向青春,張偉,邱克強,孫治國,孫愛新,楊桂星.基于DOE的大型下架體鑄鋼件鑄造工藝優化研究[J].機械工程學報2016,8（3）:1-6.[2]畢秋實.大型旋回破碎機腔形優化設計及離散元仿真驗證[D].吉林大學,2014.[3]馮啟飛.基于離散元理論的旋回破碎機破碎性能分析及腔型優化[D].湖南大學,2014.[4]蔡改貧,余萬民,潘德生,梁端平,李進和.KKД-500旋回破碎機腔型優化設計及其試驗分析[J].金屬礦山,2008,6(3):118-120.[5]蘭憲斌.PXZ—1400/170型旋回破碎機頂部軸承潤滑系統的改進[J].礦業裝備,2016(6):56-57.（上接179頁）礦體近地表以氧化型礦石為主，淺深部（斜深200m）既有氧化型礦石也有混合型礦石。伴生元素主要有銀和鎵，銀品位0.61×10-6~37.6×10-6，平均品位7.93×10-6，鎵品位19.0×10-6～20.5×10-6。2.2Ⅱ號銅礦體銅礦體產于上二疊統峨眉山玄武巖中，礦體頂板巖性為塊狀玄武巖，底板為斑狀玄武巖，礦體受巖性控制。銅礦體呈透鏡狀產于玄武巖的層間破碎帶中，主要受構造控制。3銅礦成因類型區內Ⅰ號銅礦體產于下三疊統飛仙關組、銅街子組，在區域上為一套濱海至淺海的過渡相沉積，其下為峨眉山玄武巖，上為一套碳酸鹽巖沉積。早期的峨眉山玄武巖的大規模噴發，是銅礦物富集的前提和保障，提供了成礦物質來源。之后受地殼運動影響，峨眉山玄武巖隆起，在其邊緣的濱海、淺海槽環境干熱與潮濕氣侯交替出現，古隆起中的峨眉山玄武巖長期風化剝蝕，其中的銅隨之遷移到古陸邊緣的濱海、淺海沉積盆地中，在后期的地質構造作用下，銅元素進一步富集成礦，在灰綠色砂巖中形成銅礦化。因此，Ⅰ號銅礦體成因類型屬于在濱海至淺海的過渡相環境下形成的沉積型銅礦。Ⅱ號銅礦體產于峨眉山玄武巖層間破碎帶中，其礦體規模較小，主要受構造作用的影響。銅礦化物源可能來自于玄武巖，經后期熱液溶離、遷移、沉淀在層間破碎帶或斷裂構造中形成礦體。Ⅱ號銅礦體成因類型屬于熱液型銅礦。4銅礦遠景評價沉積型銅礦的遠景評價：工作區區域上位于濱太平洋成礦域（Ⅰ-4）揚子成礦省（Ⅱ-15）昭覺-峨邊-長寧銅硫鋁土礦成礦區（Ⅳ-43）。已知分布有鐵、銅、鉛、鋅等多種礦產，成礦地質條件十分有利。區內含礦地層為下三疊統飛仙關組、銅街子組，含礦巖性為灰綠色砂巖，出露長度約4.5km，產狀為200°～240°∠17°～35°。含礦地層出露穩定、連續。預查區Ⅰ號銅礦體順層產出，礦體沿走向延伸約4km，沿傾向延深300m，礦體厚0.1m~0.75m，平均厚度0.5m，銅品位0.21%~4.27%，平均品位1.27%，伴生元素主要有銀和鎵，銀品位0.61×10-6~37.6×10-6，平均品位7.93×10-6，鎵品位19.0×10-6～20.5×10-6。礦體沿走向、傾向延伸連續，礦體有一定的規模。5結語綜上所述，Ⅰ號礦體位于昭覺-峨邊-長寧銅硫鋁土礦成礦區內，成礦地質條件好，含礦層位穩定、連續，銅礦體具有一定的規模，銅品位較高，伴生元素有銀和鎵。Ⅱ號銅礦體產于峨眉山玄武巖中，礦體雖有較高的品位，但為透鏡狀，規模較小且不穩定。預查區內沉積型銅礦具有良好的成礦地質條件和較好的找礦前景。
參考文獻：
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作者：王嘉1，胡似洋2 單位：1北方重工集團有限公司工程服務分公司；2北方重工集團有限公司礦業裝備分公司
