單缸液壓圓錐CC600創新設計和應用

姜俊雄，劉鴻濱，劉玉龍

（南昌礦山機械有限公司，江西 南昌 330004）

隨著我國加大對基礎建設的投資，水電、核電、公路、高鐵、礦山和非金屬礦山等項目得到大幅度發展，需要固定破碎系統1000套左右，移動破碎系統500套，預計破碎篩分及系統年需求達500億。近年來，全球資源的減少及各國對資源和環保的控制，國家逐步減少小型礦山項目開發，更多的在于原生產線的技術改造以及采用大型項目提高資源利用率。我國傳統圓錐破碎機大部分為彈簧結構，與單缸和多缸液壓圓錐破碎機相比：耗能高、產量低、可靠性差、缺乏先進技術，與國外先進圓錐破碎機競爭力低，因此國內市場大部分被國外占領。為改變國產技術落后的局面，南昌礦機抓住發展機遇，通過長時間的調研與研發，于2012年04月進行CC600單缸液壓圓錐試制，并于2013年03月進行工業性實驗，各項技術指標均達到國際先進水平。傳統的彈簧圓錐破碎機，難以滿足市場和客戶的需求，而南礦公司所研發及生產的CC600單缸液壓圓錐破碎機設備產能高耗能低、自動化程度高、運行經濟成本低等特點，已經完全可以替代進口設備。

1 工作原理

圖1 破碎機剖面結構圖

單缸液壓圓錐破在運行過程中，由小齒輪總成通過大、小齒輪傳動帶動偏心總成旋轉，從而帶動主軸總成做圓錐旋擺運動。當主軸做旋擺運動時，主軸總成相對于上機架總成做周期性轉動。當主軸總成（動錐襯板）接近于上機架總成（定錐襯板）時，處于兩者之間的礦石就被擠壓而破碎，主軸總成遠離離開上機架總成時，破碎后的礦石通過自重向下經排礦口排出。通過向液壓缸總成中泵入液壓油，調節活塞的位置，從而使得主軸總成上升或者下降，達到合適的排礦口，最終實現控制產品粒度。

2 基本參數

2.1 原始條件

原料各類礦石，二段或三段破碎，入料粒度D進料≤300mm。

2.2 設備主參數確定

最大入料粒度達300mm，最大生產能力達1200t/h，排料口調節范圍13mm～70mm；最大裝機功率為630kW，主機重量約46995kg，整機重量約67000kg。

2.3 設計方案

我公司深入研究了國內外同類產品，并根據CC100-CC400的設計經驗，確定了詳細設計方案。

三維主機模型如圖1所示。

2.3.1 生產力確定

Q=60Vnμγ=188nμ△b△lDcγ[1]

μ---松散系數，μ=0.55-0.7

γ---物料堆密度，γ=1.6（t/m3）

e---偏心距（m）

△b---物料被壓縮時料層厚度，近似等于e---偏心距（m），見圖3。

△l---動錐擺動一次物料的位移（m）見圖3。

Dc---物料壓縮層平均直徑，近似等于動錐底部直徑D（m），見圖3。

n---動錐轉速（r/min）

圖2 圓錐破碎機處理能力計算

計算產量：

符合最大設計產量1200t/h的要求。由于采用了大偏心距、主軸總成高轉速以及重型化設計，為此筆者團隊對CC600圓錐破碎機采用具有世界先進水平的破碎新技術來實現設計要求[2]。

2.3.2 功率的確定

功率采用南昌礦機實際經驗，P=11D2neK(kw)；

D---動錐底部直徑D（m）；

n---動錐轉速（r/min）；

e---偏心距（m）；

K=1（和腔型相關）；

P=11x1.62×270×0.07=532.224kW，考慮到實際應用中礦石對設備沖擊較大，因此選用630kW。

3 創新設計

（1）采用超大偏心距設計，且一個偏心銅套有多種偏心距[3]。通過平鍵安裝在偏心銅套不同的鍵槽中可輕易實現多個偏心距設定，以適應不同礦石和工況的要求，從而實現擠滿倉給料。

圖3 可調偏心距

（2）軸承由球面調心滾子軸承改進為圓錐滾子軸承，兩盤圓錐滾子軸承采用背靠背的安裝形式，能承受更大的載荷，為設備大型化設計奠定了基礎。

（3）CC600配備電控溢流閥，其安裝有壓力傳感器、位置傳感器和電磁閥。當壓力傳感器監測到過載時，馬上控制電磁閥打開溢流閥，通過3根液壓膠管溢流，根據位置傳感器信號下降至合適的位置；該技術的應用，徹底解決了蓄能器反應慢、壓力反彈的缺陷。

圖4 圓錐滾子軸承

圖5 電控溢流閥

（4）在傳統的破碎機設計中，滑動軸承和滾動軸承共用潤滑油，但滾動軸承對潤滑油的污染程度更加敏感。當防塵效果欠佳或維護不及時，小齒輪總成的滾動軸承壽命嚴重偏短。南昌礦機結合多年的設計經驗，將CC600小齒輪總成采用獨立潤滑系統，設計單獨的油箱對滾動軸承潤滑，確保潤滑油高度清潔，設備長期穩定的運行。

圖6 小齒輪總成獨立潤滑

最大破碎力根據液壓系統壓力確定。

D1--液壓缸柱塞直徑D（m），設計值0.52m。

p--正常碎礦時，液壓缸壓力（N/m2）,一般p=5x106N/m2。

G--動錐重量（N）,設計值57000N。

ɑ--動錐底錐角（°），r0—進動角（°）。

設計值（ɑ-r0）=65°。

按上述公式計算F=2376424 N，按此力用Solidworks核算機架強度,如圖3所示，過鐵狀態下最大極限應力為1.509x108N/m2，小于機架最小屈服強度σ=2.7x108N/m2，機架設計合理。

引用標準。基本參數、技術要求及實驗方法等均按“南昌礦機”參與制定的強力圓錐破碎機標準JB/T11295-2012執行[3]。

4 應用與改進

4.1 應用

南昌礦機開發的第一臺CC600于2013年11月在天津梅江會展中心展出，取得超過預期的市場效果。在展會現場，來自內蒙古的客戶表露出強烈購買的欲望，并與南昌礦機簽訂了4臺CC600的采購合同。如圖7，在4臺CC600中，兩臺是EC腔型作為中碎，另外兩臺是MF腔型作為細碎，用于破碎低品位的鐵礦石。CC600成功替代原計劃采購的進口設備，為客戶節約了大量資金。

圖7 金屬礦山項目

4.2 重要改進

先導溢流閥改進為電控溢流閥。在早期設計CC600圓錐破碎機時，采用先導閥溢流的方式，對主機實施過載保護。然而在實際應用過程中，尤其是CC600-EC的來料粒度達250mm以上，對液壓系統沖擊過大。先導閥的彈簧易受到沖擊且未達到設定的過載壓力而提前溢流，導致破碎機的排礦口頻繁變大，影響產品質量。南昌礦機結合多年設計經驗，產品部、液壓部和電氣部共同攻關研發，成功開發了電控溢流閥，即將先導閥換為電磁閥，并配備壓力傳感器。通過壓力傳感器準確監控破碎機是否過載，并由PLC監控并控制電磁閥是否打開溢流。

5 結語

CC600是國內較早開發的具有世界先進水平的大型單缸液壓圓錐破碎機，經過多年改進，已具備與世界知名廠商同臺競爭的實力，且具有較高的性價比優勢，已逐漸替代國外同類破碎機。CC600開發成功，標志著“南昌礦機”在為發展破碎機民族品牌上又書寫了一個新篇章。