大破碎比宽系列外动颚式破碎机研究.pdf

2 0 1 2 年第5 期有色金属 选矿部分5 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ，j ．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 2 ．0 5 ．0 1 4 大破碎比宽系列外动颚式破碎机研究 秦峰1 ，郎平振2 ，严凡涛z 1 ．北京矿冶研究总院丹东冶金机械厂，辽宁丹东1 1 8 0 0 9 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要外动颚式破碎机是北京矿冶研究总院拥有自主知识产权的新型破碎设备，其大破碎比特性满足了“多碎少 磨一早抛多抛”新破碎工艺的要求。随着低品位矿石的开发利用和选矿厂处理能力的提高，按国标颚式破碎系列型谱研 究开发的大破碎比颚式破碎机的处理能力就不相匹配，为此我们研究开发了宽腔型外动颚式破碎机，目前已经在十多个 矿山企业得到成功应用。 关键词外动颚式破碎机；大破碎比；宽腔型；优化 中图分类号T D 9 2 1 ．2文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 2 0 5 _ 0 0 5 7 一0 5 S t u d yo nW i d eC r u s h i n gC h 锄b e rJ a wC m s h e r 舛ⅣR 叼1 ，L 以2 、『GA 叼痂e n 雷，H 埘凡，l t 口0 8 I ．D n 以。叼尬e t n Z Z u W Z c n Z 讹c Z n e 聊讹，l t ，B 伽己删M ，D 册d o 叼日∞，l Z 叼J 船D D 9 ，C h Z M ； 2 ．B e 沉叼G e n 咖lR e S 鲫r c h 讹t f t 己￡t e0 厂尬n i 叼Q n d 心t n f Z u 恻，B 形叼j D o j ∞，傩z 训 A b s t r a c t 0 u t e r m o V i n gj a wc m s h e r i san e wk i n do f p r o d u c td e V e l o p e db y B G R I M Mw i t h i n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t s ．T h ec m s h e rp o s s e s s e sg r e a t r a t i oo fr e d u c t i o n ，w h i t c hc a ns a t i ．yt l l e r e q u i r e m e n t s o fm u c hc n l s h i n gw i t h1 e s sg r i n d i n ga n de a d i e rd i s c a r d i n gt a i l i n g sa ss o o na sp o s s i b l e ．I no r d e r t om e e tt h er e q u i r e m e n t so fm i n i n ge n t e r p r i s e sw i t hh i g hp r o d u c t i o nc a p a c i t y ，w ed e V e l o p e dw i d ec m s h i n g c h a m b e rj a wc m s h e r ．T h ep r o d u c t sh a v eb e e ns u c c e s s f h l l ya p p l i e di nm o r et h a nt e nm i n i n ge n t e 叩r i s e s ． K e yw o r d s o u t e r m o v i n gj a wc n l s h e r ；h i g hr e d u c t i o nr a t i o ； w i d ec I u s h i n gc h a m b e r ； o p t i m i z a t i o n 经过数年攻关和自主创新，拥有自主知识产权 的外动颚式破碎机逐步实现了系列化。实现了破碎 机的低矮和大破碎比，降低了产品粒度，有利于矿 石抛废和中细碎设备的小型化，能显著降低生产投 资，同时节能降耗[ 1 引。随着矿山企业生产能力的 大幅度提升，按国标型谱研究的大破碎比颚式破碎 机的处理能力就不相匹配。为满足“多碎少磨一早 表1 T a b l e1 抛多抛”新破碎工艺的要求，开发宽腔型破碎机， 大幅度提高破碎机处理能力是十分必要的。 1 技术性能及机构设计 1 ．1 大破碎比宽系列外动颚式破碎机技术参数 大破碎比宽系列外动颚式破碎机技术参数见表1 。 1 ．2 大破碎比宽系列外动颚式破碎机机构设计 大破碎比宽系列外动颚式破碎机技术参数 T e c h n i c a lp a r a m e t e r so fw i d ec r u s h i n gc h a m b e rj a wc m s h e r 基金项目科技部科技型中小型企业技术创新基金资助项目 0 6 c 2 6 1 1 1 0 0 6 1 5 收稿日期2 0 1 2 0 7 0 5 作者简介秦峰 1 9 6 6 一 ，男，辽宁丹东人，工程师。 万方数据 5 8 有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第5 期 随着外动颚式破碎机理论研究的深入，开发了 “P D 系列机构设计”专用软件，为大破碎比宽系列 外动颚式破碎机的研发提供了现代设计手段[ 蚓。 从改变机构设计人手，分别通过改变偏心距E 、肘 板长L 、肘板座与偏心轴悬挂点的水平距离B 、动 颚在连接垂线上部的距离6 、肘板与水平方向夹角 9 、动颚衬板与水平方向左侧夹角9 等参数，获得 了上百组数据，最终确定的机构参数获得了最理想 的动颚运动轨迹。 2 运动学、动力学分析及优化 2 ．1 大破碎比宽系列外动颚式破碎机运动学仿真 使用A N S Y S 中的连接单元C O M B I N 7 创建了 曲柄摇杆机构模型图，如图1 所示。其中，单元 A B 放大图如图2 代表曲柄即偏心轴，D C 代表摇 杆即肘板，B c 代表连杆即动颚体，点G 代表动颚 体的重心。 然后观察指定点的水平方向运动轨迹和竖直方 向运动轨迹。 Y B ≮x 图1曲柄摇杆结构模型图 F i g ．1 C r a n kr o c k e rs t l l l c t u r em o d e l 图2 局部放大图 F i g ．2 P a r t i a le n l a r g e m e n t 量 一 2 稔 遥 帽 蜊 时间／s 图3P D 7 5 1 5 0 动颚体重心的运动轨迹图 F i g ．3G r a V i t yt r a j e c t o r yd i a g r a mo fP D 7 515 0 m o V a b l ej a wg r a v i t a t i o nc e n t e r 2 ．2 大破碎比宽系列外动颚式破碎机动力学分析 颚式破碎机的动颚体，在破碎机运转中产生很 大的惯性力。它在破碎机各运动副中引起动压力， 因而增加运动副的磨损、影响零部件的强度和降低 机器的效率。再者，由于惯性力的大小和方向的周 期性变化，会使机器及基础产生振动以及偏心轴回 转不均匀。为了消除这些有害的影响，必须求出连杆 动颚部 构件的重心速度和加速度 见图3 ～5 ，进 而可以知道惯性力的变化规律。 2 ．3 大破碎比宽系列外动颚式破碎机结构强度优化 外动颚式破碎机在腔型加宽后，破碎力加大， 受力情况复杂，有必要在设计阶段就对其动颚体、 静颚体、机架、偏心轴和挂轴等主要部件进行强度 分析和结构优化[ 瑚] 。本文以P D 7 5 1 5 0 机架为例进 行介绍。 机架在工作中承受很大的冲击载荷，它的机重 占整机很大比例 约占整机重量的3 0 ％ ，并且几 乎所有的大型零部件都与之有装配关系，加工制造 工作量也较大。机架的强度和刚度，对整机性能和 主要零件寿命均有很大影响。在实际生产中，存在 一 万方数据 2 0 1 2 年第5 期秦峰等大破碎比宽系列外动颚式破碎机研究 5 9 矿 ， 巨 ∑ 髓 淄 曩 时间，8 图4P D 7 51 5 0 动颚体重心的加速度图 F i g ．4 A c c e l e m t i o nd i a g I 锄o fP D 7 515 0 啪v 枷e j a wg m V i t a t i o nc e n t e r 矿 ， 占 趟 制 景 援 时I 司，s 图5P D 7 5 1 5 0 动颚体重心的角加速度图 F i g ．5A n g u l a ra c c e l e r a t i o no fP D 7 5 15 0m o V a b l e j a wg 瑚l v i t a t i o nc e n t e r 机架体在挂轴座处撕裂现象。 1 机架受力分析 机架所受力主要包括挂轴对挂轴座的作用力 死。、7 力、可调颚肘板对调整座的作用力 彩、偏 心轴对主轴承座的作用力 兀。、乃2 和动颚肘板对 前肘板座的作用力 兀 。P D 7 51 5 0 颚式破碎机机架 受力如图6 所示。 通过破碎力、可调颚和动颚受力分析，可以求 得上述力的数值。兀 3 6 1 5 ．6 8k N ；7 ≥4 7 0 9 ．6 3k N ； 兀l - 2 7 4 9 ．9 6k N ，乃2 6 0 2 3 ．9 2k N ；孔I 1 8 4 0 ．2 0k N ， 如 4 3 5 8 ．7 6k N 。为了尽可能与实际受力情况相一 致，各受力面均采用均布载荷进行加载，此时各受 力点处的应力分别如下 前肘板座处盯l 乃您 2 7 4 9 9 6 0 旧．4 6 6 5 7 ．7 5M P a 调整座处昨7 粥 4 7 0 9 ．6 3 ／o ．2 6 0 1 18 ．1l M P a 。L 臣’ p 『7 X ． ’ ● ’ ／■ ⋯ ． ，／． ，j ． 一 ． { z _ i 图6 机架受力图 F i g ．6F b r c e 粕a l y s i so fs t 锄d 主轴座处昨r 邵- 、仃鬲弦厅r 以 1 1 ．o l M P a 挂轴座处D ．4 轱、／琵刁夏，7 r 以 2 0 ．7 0M P a 2 机架有限元分析 在建立有限元模型时，考虑到机架上一些细小 尺寸对整体受力分析影响很小，将其略去，以简 化模型。机架的结构和受力状况对称，取其一半进 行建模。机架有限元模型和等效应力云图分别见图 7 和图8 。 从图8 了解到，机架上最大应力为4 8 7 ．8 9 M P a ，主要集中在肘板和内侧板、底板的连接处， 该处的尺寸很小，在划分网格上很困难，计算难免 图7 机架有限元模型 坚．7F i l l i t t e l e m e l l t1 1 1 0 d e l‘’fs ’ I ●2 1 ．髓‘⋯⋯’I ‘，I ．O ，⋯⋯’“ l O ，‘⋯⋯’，”O ，‘⋯一●●●“ 图8 机架等效应力云图 F i g ．8E q u i v a l e n ts t r e s sc l o u dc h a r t o fs t a n d m o 6 4 2 O之4巧{m 8 O 2 4 6 0 O 8 6 4 2 4 4 3 2 ●以 加。之o 万方数据 6 0 有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第5 期 会出现较大误差，往往出现应力奇异。从设备实际 使用情况来看，这个地方从未发生开裂现象，可以 认为该处发生应力奇异。机架最大应变发生在肘板 座中间位置，数值为2 ．0 1 唧。 从图8 中可以看出，排除发生应力奇异的地方 外，其余地方的应力都很小，应力最大的地方发生 在挂轴座和外侧板的焊接处，应力为2 1 1M P a ，仍 低于机架的屈服极限，但其它位置的强度和刚度均 远远过剩。因此，有必要对机架的结构进行适当的 调整，使其既能正常工作，所用的材料又更少。 对于机架的修改方案，一般采取类比法，即在 保持原有结构模型的基础上，通过修改局部地方的 尺寸来改善模型受力情况。对于机架，其大部分重 量主要集中在内外侧板，因此，拟通过不断地修改 内外侧板的厚度来改善结构的应力分布，找出应力 集中处，并在该地方布置筋板进一步改善该处的应 力，以达到使机架既能正常工作又能使其结构强度 改善和轻量化的目的。 机架的内外侧板原始厚度均为2 5 舢，设置 其变化范围为2 5 2 0m m ，变化幅度为lm m ，忽 略应力奇异处的应力，获得的机架内外侧板不同厚 度下的应力、应变如表3 所示。 表3 ’I 址l e 机架内外侧板不同厚度下的应力、应变 3r 1 1 l es №8 s 粕ds m I i I Io fs t 跚dw i t l ld i 如r e n t t I l i c k n e s ss i d ep l 砒e s 从表3 可以看出，随着侧板厚度的减小，机架 的最大应力、应变有一定增加。最大应力均出现在 挂轴座和机架的焊接处，如图9 所示。 对于挂轴座部位，拟在应力集中的区域添加一 块筋板，设计的筋板形状见图1 0 ，厚度也为2 0 m m 。添加筋板后机架的应力云图如图1 0 所示。从 图中可以看出，添加筋板后机架的最大应力由最初 的2 3 lM P a 降到现在的1 7 6M P a ，最大应变由 2 ．0 5 3 咖降到2 ．0 5 1 衄，此时半个机架的质量由 最初的51 4 7 ．0 9 3k g 降到48 7 1 ．1 7 5k g ，减少钢材 用料2 7 5 ．9 1 8k g ，对整个机架而言，质量减少了 5 5 1 ．8 3 6k g 。质量有所减轻，同时所受的最大应力 2‘0I00’7‘0l001 2 ‘l ●0 9I ，S l 0 9z 2 S t _ 图9 侧板厚度为2 0m m 的机架等效应力云图 - 1 i g ．9E q u i v a l e n ts t r e s sc l o u dc h a r to fs t a n dw i l 2 0 m ms i d eD l a t e s 羽 图1 0 添加筋板后机架的等效应力云图 F i g ．1 0E q u i v a l e n ts 讹s sc l o u dc h a no fs t a I l d a d d i n gs t i f r e n e dp l a t e 有所减少，结构强度明显改善，可见该方案的结构 修改是成功的。 3生产实践 第一台大破碎比宽系统外动颚式破碎机 P D 7 5 1 5 0 外动颚破碎机于2 0 0 5 年9 月运抵江西贵溪 冶炼厂三期工程项目现场，2 0 0 5 年底投入使用。 该设备用于破碎电炉铜渣和转炉铜渣，物料为中等 偏硬，．厂- 1 0 ～1 4 。几年来经严格的生产考验，系统 运转正常，设备性能优良，取得了明显的经济效益 和社会效益。生产能力比传统颚式破碎机P E 7 5 1 0 6 提高4 0 ％以上。破碎比大，简化了工艺流程。 目前，大破碎比宽系列外动颚式破碎机在内蒙 古兴业集团有限公司、赤峰巴林铅锌矿、山东阳谷 铜业有限责任公司、济南钢铁等十余个矿山得到了 良好应用。 4 结论 大破碎比宽系列外动颚式破碎机适应了现代矿 万方数据 2 0 1 2 年第5 期秦峰等大破碎比宽系列外动颚式破碎机研究 6 1 山企业对大处理能力的要求，可以大幅度简化破碎 流程、节省投资和降低能耗。在开发专用设计软件 的基础上，应用现代设计手段，缩短了产品的开发 周期，提高了产品可靠性。 参考文献 [ 1 ] 傅彩明．新型颚式破碎机动态设计研究[ D ] ．北京北京 科技大学，2 0 0 4 ． [ 2 ] 饶绮麟，陈伟，张振权．P E w A 9 0 1 2 0 外动颚低矮颚 式破碎机的研制[ J ] - 采矿技术，2 0 0 2 ，2 4 2 2 2 4 ． [ 3 ] 张振权，饶绮麟，陈伟．P E W A 9 0 1 2 0 外动颚低矮破 碎机及其在井下破碎系统中的应用[ J ] ．国外金属矿选 矿，2 0 0 5 ，4 2 8 1 5 1 7 ． [ 4 ] 饶绮麟，张峰．新型外动颚破碎机的理论研究 上 一 新型外动颚虚拟样机的技术研究[ J ] ．有色金属 选矿部 分 ，2 0 0 7 4 2 2 2 5 ． [ 5 ] 饶绮麟，张峰，傅彩明，等．新型外动颚破碎机的理论 研究 下 新型外动颚破碎机的动态设计及机构动力平 衡研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 0 7 5 3 2 3 7 ． [ 6 ] 张峰．新型外动颚式破碎机理论分析与试验研究 [ D ] ．北京北京科技大学，2 0 0 6 ． [ 7 ] 严凡涛，饶绮麟．动颚体结构强度均匀化优化设计[ n 有色金属，2 0 1 0 ，6 2 1 8 8 9 1 ． [ 8 ] 严凡涛，饶绮麟，杨树亮．基于均匀化的动颚体结构强 度优化设计[ J ] ．矿冶，2 0 0 9 ，1 8 3 8 4 8 7 ． 、 岔 岔 岔 岔 岔 岔 岔 命 令 岔 命 岔 岔 命 岔 岔 岔 命 命 岔 命 岔 岔 仓 岔 岔 夼 命 岔 岔 夼 命 岔 骨 山东省安丘市选矿药剂厂 热忱向您提供高效选矿药剂 高效起泡剂B K 一2 0 1 和A 一2 0 0 起泡剂 发泡速度快，脆散性好，用量省，有利于提高精矿品位和回收率。 选择性捕收剂钼友一号、X F 一3 、P J - 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