多缸液壓圓錐破碎機飛濺泄油分析

何志敏，劉躍慶，熊紹俊

（南昌礦山機械有限公司，江西 南昌 330004）

多缸液壓圓錐破碎機是一種以層壓理論為根據，研發出的新型破碎機。該破碎機在運行時，會考慮物料之間的間隙，這使其能夠達到更好的物料破碎粒型，以及更高的物料破碎比、成品率。但此類破碎機也經常會出現飛濺泄油問題，需要工作者對此加以改善，才能充分發揮此類破碎機的優勢。

1 多缸液壓圓錐破碎機的特點

相較于傳統類型的破碎機，此類破碎機的特點主要體現在以下幾點：

第一，結構靈活，在傳統破碎機的結構中，軀體、主軸是一體化的，這使得軀體必須與主軸一起進行旋擺運動，通常需要達到230-390轉/min的轉速，而此類破碎機的主軸固定在機架上，軀體則由偏心套推動，因此，在空載啟動的條件下，軀體可以自由轉動，相較于傳統破碎機更加靈活；第二，運行速度快，由于此類破碎機的結構較為靈活，所以其能夠達到高于傳統破碎機40%的轉速；第三，擺成大，此類破碎機是基于層壓理論設計的，其強調通過提供足夠的壓縮量，使物料破碎，由此，在參數設計時，設計者一般會將擺成參數設置的比較大；第四，生產效率高，相較于傳統破碎機，此類破碎機能夠達到80%的成品率，而傳統破碎機的成品率僅為65%左右。

2 飛濺泄油的現狀

根據上述對于破碎機特點的論述可知，破碎機的軀體轉動速度較快，因此，為了避免機械結構內部摩擦力過大，引發故障風險，操作者需要應用穩定性強、潤滑性能優越的潤滑油，進行破碎機潤滑，并保持足夠的潤滑油供給量。基于此，在實際的破碎機運行中，工作者通常會保持齒輪下的潤滑油容器中潤滑油的充滿狀態，每次轉動過程，齒輪都會從潤滑油容器中蘸取大量的潤滑油，而齒輪的轉動速度又比較快，這使得齒輪上附著的潤滑油會因齒輪的高速轉動，被甩出去，導致飛濺泄油問題。在此背景下，潤滑油的消耗速度會更快，如果不能及時添加，會引發故障風險，同時也在很大程度上增加了潤滑油的使用成本。但就目前來看，潤滑油受慣性的作用較大，因此，壓縮間隙、增設密封圈等常規的方案，均無法有效消除此項問題，影響了破碎機的運行。

3 飛濺泄油的原因

具體來說，飛濺泄油形成的原因可以被闡釋為，齒輪的高速旋轉，讓其表面上附著的潤滑油受慣性作用，由機架與平衡圈之間的間隙，飛濺上升到結構中的迷宮密封U槽中，然后旋轉平衡圈在運行中，就會將U槽中的潤滑油帶到破碎機結構外部，形成飛濺泄油問題。根據上述論述，可以看出，潤滑油的飛濺上升，是造成此現象的主要原因。

4 飛濺泄油的解決方案

4.1 氣流密封方法

從力學的角度上來看，潤滑油上升的原因主要是齒輪給予了其向上的作用力，因此，如果要阻止其上升，就需要向其施加一個向下的作用力，將潤滑油向下推，這樣就可以避免飛濺泄油問題。為此，可以考慮在基于螺栓風機原理上，在平衡圈與機架之間的縫隙處，增設一個密封螺紋。此時，當破碎機開啟，平衡圈旋轉運行時，會插入縫隙段內，向密封螺紋施加一個作用力，并對其產生車制作用，推動螺紋運動，而螺紋的車制運動會產生氣流，此氣流的方向向下，正好能夠向飛濺向上的潤滑油施加一個向下的作用力，制止其向上飛濺，由此即可消除飛濺泄油問題。在實際的氣流密封設置中，還要通過建模、優化算法求解等方式，來分析此方法的可行性，以及應用此方法時，是否需要調整各個結構元件的尺寸、元件的安裝位置，以確保氣流密封方案的實施能夠達到預期。

4.2 氣流密封結構設計方法

數學方法是常見的機械結構設計方法，其能夠幫助人們得到最優的結構設計方案，且得出的設計結果也極具針對性。同時，也具備操作簡單、效率高的優勢，因此，在氣流密封結構的設計中，也可以考慮運用此方法，來確定螺紋的尺寸、安裝位置等結構參數，由此得出一套更詳細的破碎機飛濺泄油問題解決方案。在數學方法的操作中，首先，確定工況、荷載等各項結構運行信息，以及設計目標；其次，進行氣流密封結構的有限元分析，明確結構的相應特性，再基于此，構建出設計變量，與目標函數、約束函數之間的數值關系；再次，根據上述參數，以及數學理論，列出目標函數、約束函數的數學表達式，同時，確立合理的優化評估指標，構建出一個結構設計優化模型；最后，合理選用優化模型求解算法，并用此算法對模型進行求解，即可得出可行、最優的設計方案，確保氣流密封結構設計能夠滿足飛濺泄油問題控制需求，促進此問題的順利解決[1]。

基于上述論述，可以將氣流密封結構的設計流程歸納為圖1。由于不同的運算軟件，其操作要求也存在差異。因此，在結構設計中，需結合具體的軟件類型，采取相應的操作方法，并遵循配套的操作注意事項，以保證氣流密封結構設計方案結果的可靠性，深入優化飛濺泄油問題的解決效果[2]。

圖1 氣流密封結構設計流程圖

4.3 氣流密封結構優化建模

在氣流密封結構建模過程中，可以結合有限元理論，將數學模型設置為，其中,s.t表示被約束于、g（x）為約束函數、x為設計變量、n為變量數量、f（x）為目標函數、ne與nn分別為等式與不等式約束數量、分別為變量下限與上限、min為最小化。該模型具有良好的通用性，其中的設計變量可以是物理參數，也可以是幾何參數，因此，能夠有效支持各項設計求解，順利解決氣流密封方案設計中的參數取值問題。在目標函數、約束函數的表達式設計中，需根據飛濺泄油問題解決對氣流密封結構的要求，選擇合適的評估指標，然后再將指標的數值關系，整理成為函數表達式，由此即可完善上述數學模型，為后續的最優方案求解奠定基礎。但在氣流密封結構設計中，可以取氣流作用力達到潤滑油飛濺上升作用力為最優設計目標，約束函數則可選用物理公式、穩定性、協調方程等。

4.4 氣流密封結構優化算法設計

待模型建設完畢后，為了更快地得到可靠的結構設計方案，設計者還需要確立優化算法，以對模型進行求解，最終得出合理、可行的氣流密封結構設計方案，有效解決破碎機潤滑油飛濺泄油的問題，提升破碎機的使用性能水平。就目前來看，對此類數學模型求解常用的優化算法主要有三種，即數學規劃法、智能優化法、最優準則法。

其中，數學規劃法主要是指一種用具體數學方法，來求解抽象問題的模型求解方法。這種方法的運算機理可以被闡釋為，通過不斷地進行迭代下降處理確定極小值點，來得到最優解。在此過程中，需先設一個初始設計X（0），之后，將迭代次數設為K，在迭代運算中，X（k+1）會不斷代替Xk，且X（k+1）更接近最優解，由此保持f(X（k+1）)＜f（Xk），直至求得最優解。目前，此項求解方法的具體操作策略有三種，即單純形法、序列二次規劃法、可行方向法，設計者可以根據實際情況，對上述操作策略予以選用，保證模型求解效果。

智能優化法屬于一種現代化的優化求解算法，其強調遵循“遺傳進化”原理，采用啟發模式進行過不斷優化運算，其相較于其他的算法，在實際使用中的適用性更強、運算效率也更高，因此，在條件允許下，此種方法是模型求解的首選。就目前來看，常用的智能優化算法為遺傳算法、粒子群優化算法。其中，遺傳算法可以被表述為，，其中，C為編碼方法、E為適應度評估函數、P0為初始種群、N為種群規模，φ、Γ、Ψ分別為選擇、交叉、變異算子，T為運算終止條件。由此可見，該算法的操作流程為編碼、初始種群建設、適應度評估、選擇、交叉、變異。而離子優化算法的運算機理則為，根據目標函數確立的適應值，運算得出最佳解粒子。設計者需按照實際需求，對上述智能優化算法進行應用，以增強運算效果。

最優準則法屬于一種早期的優化算法，其運算思路為，基于結構力學，先限定部分優化條件，再參照該限定，構建出能夠達到優化目標的迭代公式，最后再通過運算該公式，得出全局最優解。這種算法的實際操作方法包括，能量準則法、應力準則法等多種方法，其在實際應用中所存在的明顯優勢包括，高速收斂、計算便捷等，但由于該算法對布局的要求較高，因此，存在較大的使用局限性。不過，由于氣流密封結構設計模型的布局比較有序，所以符合此優化算法的應用條件，同時，結合具體的優化需求，可以考慮運用應力準則法對模型進行求解，以得到抗潤滑油飛濺上升作用力效果最優的結構設計方案，深入優化潤滑油飛濺上升問題的解決效果。

5 結論

增強飛濺泄油的改善工作效果，能夠推動破碎機制造領域的發展。在破碎機設計制造中，借助合理、可行的飛濺泄油問題解決方案，可以降低潤滑油的消耗、控制破碎機的運行故障風險、增加破碎機制造生產的經濟效益，從而為此類破碎機的批量生產和銷售提供良好條件。