大型圓錐破碎機常見故障診斷及維修關鍵技術研究

張偉旗

(江西銅業集團銅材有限公司， 江西 貴溪 335424)

目前，國內外大型礦山破碎工藝流程皆以采用三段一閉路為主。閉路破碎機是實現粗、中、細三段“多破少磨”的關鍵設備，而圓錐破碎機俗稱圓磨，屬于大功率高效破碎設備，一直是中細碎堅硬、中硬礦巖設備選擇的主流，成為高端市場的熱銷設備，廣泛應用于金屬礦山、冶金、化工、建筑、水泥等工業，可將350 mm各種礦巖或鵝卵石等中細碎成10 mm以下不同級別、均勻且小的顆粒，其處理工效高，可縮小入磨粒度。

國內某銅礦屬于特大型斑巖銅礦，其斑巖與千枚巖礦石礦量之比為3∶7，以硫化礦石為主，屬易選中硬礦石。該礦現有進口HP800圓錐破3臺(中碎1臺、細碎2臺)、進口MP800圓錐破9臺(中細碎各4臺，頑石破1臺)，其工況條件惡劣，作業任務繁重，常因喂料不均、破碎腔過鐵或混入不可破碎硬物，突發超載險情，尖峰作業負荷常超過平均負荷的3倍，主要表現為運行電流波動大，破碎效率低，偏心部、支承部故障率偏高，排除故障耗時較長。為改善最終碎礦產品粒度，實現“多碎少磨”和節能降耗，應摸索出大型圓錐破常見故障診斷與維修關鍵技術，以提高設備碎礦處理能力和使用效率。

1 大型圓錐破碎機設計原理及其分析

1.1 主要設計原理

大型圓錐破作業時，電動機帶動傳動軸、圓錐齒輪，由主軸驅動動錐襯板作偏心旋轉，動錐時而靠近、時而遠離固定外錐，使礦物持續受到擠壓和沖擊，進而完成破碎和排料[1]。其結構設計復雜，如破碎腔形狀的主要設計要求是提高機器產能、破碎效率；防止機器超載、堵塞；碎礦排出順暢；物料在破碎腔內分布均勻；襯板磨損均勻；保證碎礦粒度細小而均勻。其主要結構性能包括平行區長度；給、排料口尺寸；懸架高度等。其主要技術性能參數包括偏心度y、轉速n、排料口擺動行程St、偏心距e等。

大型彈簧圓錐破的主要設計要求是靠調節彈簧來調節排料口尺寸，以懸掛點與動錐的底點為不動點，松開彈簧可增大排料口尺寸；擰緊彈簧則減小排料口尺寸。大型液壓圓錐破的主要設計要求是靠驅動液壓缸活塞來調節排料口尺寸；以定錐的底點為不動點，僅需控制液壓缸回油量來縮小排料口尺寸，控制液壓缸進油量來增大排料口尺寸。單缸液壓破的主要設計要求是靠動錐單向擠壓和彎曲破碎物料；調整排礦口大小控制產品粒度，物料相互作用較弱，破碎過程無選擇性，發展受限；需縮小排料口獲得小粒度產品，但物料易堵塞，使產量銳減，可增大排料口、加大擺程及提高動錐轉速等；為改善該機性能，AC公司推出高能液壓圓錐破，電動機功率更大，可提高產量，降低產品粒度；改進破碎機腔型、提高動錐擺動次數，能大幅提高山特維克單缸液壓破的性能，其獨特優點是結構簡單、性能穩定、制造成本低、維修便利。多缸液壓破的主要設計要求是高擺頻、大擺程、大底錐角且三者必須達到最優匹配；優化型破碎腔采用層壓破碎原理，實現選擇性破碎，再輸入高能量，以滿足“多碎少磨”工藝要求，在單缸液壓圓錐破的基礎上又節能降耗，性能更優越。

現以HP800圓錐破為例。它屬于MetsMineralsHP系列，主要用作中細碎破碎。它是在Symons圓錐破、Gyradisc Crushers 旋盤破和Omnicone液壓圓錐破的基礎上，成功研制的高能層壓多缸液壓圓錐破，主要包括動錐、定錐、主軸、水平軸、傳動裝置、主機架、鎖緊缸、釋放缸、調整環、鎖緊環、液壓鎖緊和馬達調整系統、液壓和潤滑系統及智能化控制系統等部分。它由液壓馬達驅動，靠升降調整環上的定錐來調整排礦口大小；過載時，巨大的破碎力可使調整環抬起，提供過鐵保護。它采用“層壓破碎”原理和擠滿給礦方式，定量向物料層施壓，全方位擠壓、磨剝、剪切物料，破碎效果好，對基礎的沖擊振動小，可使物料破碎更充分，成品粒度更均勻，粒形更優異，經濟使用價值更高。

1.2 主要分類及選用原則

隨著我國經濟發展的突飛猛進和碎礦技術進步，大型圓錐破結構性能顯著提高，多系列、多型號產品層出不窮，其中最具代表性的主要有RY、CS系列彈簧圓錐破，可分為特粗、粗、中、細碎型，突遇異物不可破碎或其它特殊狀況，彈簧保險系統啟動，能避免破碎物過硬損傷機體且予以保護；SMG系列液壓圓錐破既有原破碎機優點，又可根據物料形狀、物理特性等滿足不同加工需求，有多種破碎腔可選；HCS系列高效液壓圓錐破以破碎中硬及以上的礦巖為主；HPC系列高能液壓圓錐破是破碎速度、偏心距(沖程)及高性能破碎腔型設計的完美結合，形成了高轉速、高破碎容量、獨特的專利設計，其產能、破碎效率、穩定性高且易維護，適用于中細碎、超細碎作業。

選用大型圓錐破時，應綜合考量破碎比、處理量、最終產品粒級等破碎目的之不同，破碎物料的硬度、含礦量、含水量、含泥量、給料粒度分布和沖擊功指數等技術參數的差異，破碎機工況條件、性能區別等。Symons圓錐破選用原則是由入料粒度、排料粒大小決定，入料粒度小，產品粒度細，應選用細、中型圓錐破，反之選用粗、特粗型圓錐破；標準型、短頭型圓錐破分別以應用開路、閉路循環居多；其入料粒度尺寸=0.85×開邊最大進料口尺寸，產品平均尺寸=最大入料÷破碎比。液壓圓錐破選用原則是多缸液壓圓錐破適用于破碎硬度大、難破碎的物料；底部單缸液壓破適用于破碎中軟物料；中速圓錐破適用于破碎含水量多、腐蝕性高的物料；高速圓錐破適用于處理最終產品，破碎極細物料。

襯板的選用原則是根據最大給料尺寸、粒度變化、給料粒度分布、物料硬度和耐磨性來決定，應優先考慮產量、功耗和耐磨性。長襯板功耗更高，對硬、軟物料應分別選用短、長襯板；在物料分布上，粗、細物料應分別選用長、短襯板；在進料粒度分布上，小于閉口邊排料口的物料不得大于10%，否則功耗上升，產品粒度會變成片狀；在物料水分上，通常不超過5%，因為粘性物料含水份量的上升皆能影響物料的通過量；在功率使用上，標準型、短頭型圓錐破應分別達到75%～80%、80%～85%。

1.3 運動學與動力學分析

大型圓錐破碎礦作業時，作空間擺動的動錐軸線與機器中心線形成夾角β且相交于O點，動錐則以O點為定點作圓錐面運動。由動錐繞機器中心線作旋轉運動(進給或牽引運動)、繞自身軸線作旋轉運動(自轉或相對運動)組成復雜的規則運動，可歸結為動錐繞瞬時軸線旋轉的角速度向量是按平行四邊形法則而相加，即進給和自轉角速度向量的幾何和；角速度向量的所在線與動錐的轉動軸相重合，其方向決定于右螺旋規則。根據運動學分析，大型圓錐破主要研究動錐自轉原理、偏心部件(動錐與偏心套)角速度之間的關系。設計破碎機時，必須掌握動錐的運動規律，以確定最佳運動狀態；使用檢修破碎機時，需制定合理工作制度，以正確診斷設備故障，確保偏心部件檢修質量等。

大型圓錐破腔體最小的位置為阻塞點，而該點則為單顆粒破碎和層壓破碎的分界點[2]。根據動力學分析，動錐、偏心軸套的質心皆不在其回轉中心線上，由動錐產生的慣性力、慣性力矩是呈周期性、對回轉中心的，因而對偏心軸套的慣性力設計就顯得極為重要。碎礦作業時，動錐、偏心軸套的慣性力遠小于破碎力，根本體現不出其危害性，特別是破碎機空轉或物料由少到多直至滿負荷運轉時，慣性力、慣性力矩會逐步使偏心角α增大，但偏心角α受到機架軸套的限制不能增大；慣性力、慣性力矩作用于機架上時，則成為呈周期性變化的動載荷，對球面軸套、機架襯套產生的作用力會隨偏心軸套回轉，產生有害的沖擊振動，必須平衡慣性力、慣性力矩的大小和方向，保障機器的正常運行。

2 大型圓錐破碎機常見故障診斷及維修關鍵技術研究

2.1 油壓、油溫異常

大型圓錐破內的油路或稀油潤滑系統油管堵塞時，易引起油壓、油溫同時升高(回油管堵塞時，水封防塵裝置處漏油，使水封排水中帶油，但油壓未升高)，需停機排除故障；偏心軸套部分故障，油溫>55 ℃、油壓未升高時，應停機排除直襯套、錐襯套故障；過濾器堵塞時，其前后油管油壓不同，若油壓差>0.04 MPa，可先不經過濾器供油，再拆洗過濾器，但直接向破碎機供油應小于2～3 h；油溫低，油開關未開好，油泵運轉不良時，會引起油量指示器內無油流，油泵雖運轉，但油壓<0.05 MPa，需加熱油、開好油開關，檢修或更換油泵；冬季油溫太低，安全閥失靈或泵油能力太大，給油壓力過大時，會使破碎圓錐被抬起，應加熱油、調整安全閥或更換油泵；軸承、襯套、軸套、錐齒輪等部位故障，環境溫度過高，無冷卻水、冷卻水水壓低或冷卻器堵塞，引起油溫>60 ℃時，應停機排除故障，并供給冷卻水、增大冷卻水水壓或清洗冷卻器。

2.2 電流過高

大型圓錐破給礦過多、不均、含粉礦過多或潮濕，應調整設備均勻連續給礦，給礦前清除含粉礦過多的礦石；潤滑不良時，需拆檢、潤滑運動部件；軸承或球面軸承損壞時，需更換備件；軸承接觸面接觸不良時，應重新刮研或更換；大圓錐齒輪上部與球面軸承座下部產生摩擦，應在球面軸承座下部加墊；主軸折斷時，則換主軸。

2.3 圓錐襯板磨損失效

大型圓錐破轉速高、破碎力大，壓縮、剪切壓力巨大，圓錐襯板易發生切削、塑變和疲勞等磨損失效形式，產生復塑性變形、疲勞裂紋剝落等，損耗量最大。面對“貧、細、雜、難磨、難選”等礦性多變難題，該礦持續對襯板結構參數進行優化改進和試驗研究，襯板制作由原“標配”改為隨時定制，使用壽命波動較大；而進口襯板制作、運輸、報關等程序復雜，供貨渠道少、手續繁瑣、交貨期長、費用昂貴等是美卓公司的“短板”，嚴重影響時效，易錯過最佳礦性匹配時間。

為降低HP800圓錐破襯板損耗，該礦發明了“調整環讀齒法”，檢測襯板磨損度相對準確，又分別給圓錐動錐、機架增設了“防護裙”“馬甲”，并改變下礦點，使襯板使用壽命大增。為降低MP800圓錐破襯板損耗，通過優化襯板相關性能參數及試驗性研究，國產襯板優化快、供貨及時，細中碎襯板質量已趕超進口水平，年可節約采購成本超過20%。該選廠采用“進口+國產”完美組合是進口襯板難以匹敵的，2017年底JY800國產化圓錐破又整體落戶該礦，比進口圓錐破性價比更高，更能適應實際生產需求。

2.4 動錐銅套燒損

該故障主要表現為破碎機電流過高，停機后不啟動；有細粉黏料在破碎腔內、動錐表面偏上部位形成結餅。該故障主因是新換10 mm篩網篩除細粉黏料不徹底，破碎腔易形成結餅，而給礦機采用自動功率模式運行，停止喂料不及時，引起破碎機高電流持續運行約3 min，溫度陡升，動錐銅套燒損；原電腦軟件保護裝置極限電流保護值即系統默認值設置過高，電流分別為90 A或75 A時，停機給料延時分別設定為5 s或30 s。

為避免偏析給料，保證沿破碎腔四周給料均勻，大型圓錐破應實行擠滿給料運行方式，將起料位、目標料位分別設定于破碎腔內、高于分料盤頂部300 mm處，使礦料充滿至覆蓋分料盤；電腦顯示屏主界面可增設破碎機電流調節系統、電流表且設定好上限值，采用自動功率模式運行，操作工能實時掌控破碎機工作電流的變化，并根據來料性質的變化來調節，改變以往破碎機的料位、工作電流僅靠調小排料口來控制的做法，避免破碎機在黏料且排料口過小時運行；應重新設定極限電流保護值，當電流分別達到62 A、62 A以上或70 A以上時，應立即停止給料、延時3s停主機或立即停主機；應增設高電流自動報警響鈴裝置，破碎機的工作電流>60 A時，會持續鈴聲報警。

2.5 主軸襯套燒損

大型圓錐破油泵泵油能力不足或油管堵塞，引起主軸襯套缺油時，油膜瞬間破裂，易燒損銅套，要定期排查油泵、管路，確保供油充足；更換襯套后，跑合期加載過快，易燒損銅套，應逐漸加載，確保主軸與新襯套接觸良好；主軸與主軸襯套配合不良、間隙不當，主軸彎曲變形，與主軸襯套配合不良，破碎機運轉發熱，或破碎腔過鐵，瞬間載荷極大，油膜遭破壞時，皆易燒損銅套，必須保證主軸與主軸襯套配合良好、間隙適宜，定期排查主軸狀態，或在給礦膠帶上增設狀態靈敏可靠的金屬探測儀，杜絕過鐵現象。

2.6 破碎機“飛車”

該故障主要表現為大型圓錐破動錐自轉速度異常。飛車時，碎礦來不及排出形成堵礦，破碎機超負荷運轉，瞬間振動劇烈，工作電流陡增，回油溫度驟升，慣性沖擊力過大，嚴重擠壓錐形銅套，易發生主電機燒毀、錐齒輪打齒、主軸斷裂、機架開裂等突發事故。其故障主因是軸襯內壁刮研不良、裝配不當或磨損過甚；破碎機運行磨合不充分，主軸與軸襯之間潤滑油膜強度不足；軸襯與主軸配合良好，但動錐球面與碗形軸承磨損；過鐵瞬時負荷過大，機體動平衡遭破壞；偏心軸套底部止推軸承磨損；冷卻器故障或冷卻能力低于系統產生熱量；油壓過高，主軸易失去動平衡；潤滑油油質不良或遭污染，粘度變低。

應保證動錐主軸與軸襯的間隙適當，改變碗形軸承架與機體接觸面的墊鐵厚度；刮研或更換軸襯時，要保證其內錐孔上部1/3長度內的刮研質量，軸襯磨損面在偏心軸套的輕面，而重面難磨損，可轉動軸襯180°簡單處理后使用；若軸襯開裂且磨損較輕時，可在開裂處鉆Φ8～10 mm的止裂孔，刮研后再用；正確刮研碗形軸承，可保證其與動錐球面接觸良好；可在輕度磨損的偏心軸套上圓盤另一側鉆孔，調面再用，對重度磨損的則采用堆焊再車削修復；裝配修復圓盤時，需在下圓盤下面墊鐵，保證齒輪嚙合間隙；應定期清洗、更換過濾器和熱交換器，確保潤滑冷卻效果良好，保證潤滑系統供油壓力、溫度、粘度、油質等正常，形成油膜強度高；將銅豎套改為尼龍豎套，使用效果極佳，尼龍套的塑性變形可彌補偏心軸套內錐孔向內凸起的輕微變形，它與主軸膠合后的粘結強度遠低于銅套或合金套，發生飛車的動力極小，但采用尼龍軸襯油溫較高，對冷卻系統要求較高。

2.7 錐齒磨損過甚、打齒

大型液壓圓錐破過鐵狀況雖少，但易磨損、打齒或傘形齒被根切，需頻繁檢修，且每次檢修近24 h或更長，若外購傘形齒，檢修時間難估。圓錐破設備狀態和檢修的不可控，會直接影響到渣鐵篩分生產計劃安排和經濟指標的完成，形成生產技術“瓶頸”。其故障主因是保護裝置不完善；喂入渣鐵物料規格雖符合或超過大型圓錐破的設計要求，但進渣量過大或≥130 mm；喂入渣鐵物料超過設備過鐵最大尺寸而被卡死；圓錐破被堵停機，帶重負載強行啟動；配置傳動電機不匹配，嚴重影響效率和設備正常運行。

應改進設備材質、堆焊硬質合金或綜合處理；設計兩道除鐵，除原有喂入渣料皮帶頭輪除鐵外，在喂入渣料的皮帶上增設永磁吊掛除鐵裝置，可有效避免渣鐵混入破碎腔；在帶重載情況下，調整設備保護裝置的電流，使其無法強行啟動或瞬間保護跳閘；月檢發現液壓油箱內部的金屬含量超標時，需及時處理；完善操作制度，加強對破碎機過鐵的監管和連帶責任考核，可提高機器作業效率和使用壽命，大幅降低運行成本。

2.8 調整環跳動頻繁

試運行時，大型圓錐破沿破碎腔四周給料不均或偏析，難以實現擠滿給礦，運行電流波動大，常使調整環產生跳動。而改進給礦料斗和動錐分料盤，可實現均勻擠滿布礦[3]。要嚴格控制入料粒度，防止非破碎物混入破碎腔內；要鎖緊調整帽；啟動圓錐破前，需全方位排查，保證調整環、鎖緊環螺紋的間隙合理，增大鎖緊行程，減少調整環、鎖緊環螺紋和鎖緊螺栓的磨損；給礦漏斗設計極為重要，應保證落料中心盡量靠近破碎機中心；過載、過鐵、篩分效率低下或超出設計限制條件時，鎖緊螺栓易過載斷裂，需更換新備件，調整好調整環、鎖緊環間隙，且根據礦石性質將排礦口尺寸調整至適宜尺寸。

2.9 過鐵及瞬時悶車

大型圓錐破過鐵特別是高錳鋼物件會使瞬間載荷陡增，迫使油膜破裂，易燒損銅套，且頻繁過鐵易引起斷軸事故，危害極大，故過鐵釋放問題至關重要。一旦過鐵及瞬時悶車，其液壓自動過鐵能液壓起頂、自動排料，使鐵塊通過破碎腔；為保險起見，應增設金屬探測儀，并使之保持靈敏可靠的狀態，可實時監測過鐵狀況，避免因過鐵卡死而停機，大幅降低了需停機進行人工排料的煩擾，保證在極端工況下實現效益最大化。

2.10 主軸變形、裂紋或斷軸

采運礦石過程中，易摻雜來源不明的鉸接銷軸、鏟齒、軸承、螺栓等易損件，若給礦膠帶電磁鐵吸附能力低、金屬探測儀失靈，無法排出易損件，易引起大型圓錐破過鐵頻繁；給料過多，超負荷運行，頻繁過載，主軸長期承受巨大的沖擊、振動，易產生疲勞裂紋、變形或折斷。縮小排礦口常可保證產品粒度合格，卻會增加破碎腔過鐵時卡鐵、主軸危險斷面彎曲應力達到最大值的次數，縮短主軸壽命；一旦偏心套、傳動齒輪、傳動軸等零件碎裂片混入嚙合錐齒輪中，傳動齒輪易崩損，使主軸壓力陡增而斷裂；主軸襯套燒損引起高溫，易使主軸產生表面龜裂、變形或斷軸；主軸結構設計、潤滑系統油溫保護設定值不合理，主軸材質、制造質量不良時，也會斷軸。應定期潤滑點檢設備，保障各鉸接銷軸、鏟斗、齒輪及運輸帶等的完好性，更換吸附能力強的電磁鐵，保持給礦膠帶金屬探測儀靈敏可靠，及時監測過鐵狀況，確保無金屬雜質摻雜[4]，適時維修或更換嚴重磨損件等。

2.11 球面瓦磨損、裂紋、燒損

大型圓錐破破碎作業時，錐球面相配合，球面瓦即球面軸承常易磨損或損壞，需及時更換備件，而動錐球面基本無磨損。球面軸承接觸點數及接觸面潤滑不良，潤滑油量、油壓不足，油質不干凈或粘度不合適，造成摩擦力增大，易使球面瓦磨損加劇，油溝深度變低、油量不足，導致油膜破裂；球面瓦磨損是由外圈向內圈漸進的過程，使用至后期內圈偶爾接觸相當于球面軸承縮小，超出球面軸承以外的支反力會使動錐失穩，導致錐襯套下口卡住主軸而產生裂紋、損壞或“飛車”現象。油溝深度低于極限值時，需更換球面瓦。多次拆檢易損傷球面瓦表面，導致其與瓦架過盈配合失效而松動，需更換；油路堵塞時，會使動錐主軸中心油孔缺油，也會釀成球面瓦燒毀的事故，要保證油路通暢。

2.12 潤滑油失效

大型圓錐破運轉過程中，防塵橡膠圈磨損嚴重引起密封不良時，機體內潤滑油中易侵入大量粉塵，使油質迅速劣化，導致潤滑不良，使用壽命驟降，易發生圓錐齒輪磨損過甚、輪齒折斷、動錐高速旋轉、抱軸或刮瓦等事故。正壓風量不足會使潤滑腔內的正壓降低，易吸入粉塵，使油質快速劣化，需常檢查破碎機正壓吹風系統的正壓風量；TU型迷宮密封失效，破碎腔內、潤滑系統易侵入大量灰塵，使潤滑油失效，應定期檢查迷宮密封；超過使用周期20 000 h后，潤滑油粘度等指標會驟降，必須定期更換。

2.13 破碎機振動過大

大型圓錐破喂料過多或不均，排料口過小，給料中有一定的細料和粘性物料，彈簧力不足時，常引起破碎機振動過大。應正確給料，將排料口調整在允許范圍內，減少進料中的細料和粘性物料，按規定扭緊彈簧上壓緊螺母或更換彈簧；錐形襯套間隙不足，主軸與襯套之間缺油或油中侵入灰塵，由于碗形軸承瓦磨損或制造原因，使接觸面深達內圓，圓錐軀體下沉時，引起破碎機強烈振動，破碎圓錐部自轉很高，應拆檢或更換襯套、主軸等，排查缺油原因并消除；合理調整襯套間隙；重新刮研且達到要求。

3 結語

破磨作業是選礦的龍頭，而大型圓錐破是“巨無霸”和鋼耗能耗大戶，其最終研究目的是降本增效，實現“多碎少磨”是其關鍵技術問題，降低破碎產品最終粒度是其重要監控指標。對此，要不斷摸索出大型圓錐破零部件疲勞、磨損、變形、腐蝕等誘因及損壞規律，使用維修不當等導致事故性損壞的原因，掌握其常見故障診斷及維修關鍵技術，降低設備故障率，避免“過鐵”、“卡殼”現象[5]，延長機器使用壽命，從而大幅提高礦山碎礦效率和產能。