惯性圆锥破碎机大型化研究.pdf

2 0 1 7 年增刊有色金属 选矿部分 1 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 7 ．z 1 ．0 0 1 惯性圆锥破碎机大型化研究 罗秀建，刘方明，陈帮，王晓波，梁国栋 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要惯性圆锥破碎机是一种具有独特破碎原理和结构的高效细碎设备，具有选择性料层破碎、破碎比大、实现开路破 碎、过铁能力强等鲜明特点，在工业实际应用中得到了很好的验证。最新研制的G Y P - 1 5 0 0 惯性圆锥破碎机是目前国内该类 设备最大型号，处理量达近3 0 0t ／h ，P 8 0 粒度可达1 2m m ，能较好地满足中大型矿山企业细碎需求。G Y P - 1 5 0 0 惯性圆锥破碎机 在新疆某高硬度金矿的试验成功，表明该型号设备设计可靠、性能指标稳定，在中大型矿山具有良好的应用前景。 关键词惯性圆锥破碎机；大型化；G Y P ．1 5 0 0 ；破碎工艺 中图分类号T D 4 5 1 ．4文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 7 S 0 - 0 0 0 1 - 0 4 S t u d yo nI n e r t i a lC o n eC r u s h e r ’SL a r g e ．s c a l i z a t i o n L U O X i u j i a n ，L I UF a n g m i n g ，C H E NB a n g ，W A N GX i a o b o ，L I A N GG u o d o n g B e r i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g M e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t I n e r t i ac o n ec r u s h e ri s a ne f f i c i e n tf i n e c r u s h i n ge q u i p m e n tw i t h t h e u n i q u ep r i n c i p l e s a n d s t r u c t u r e s ．I th a sm a n yp a r t i c u l a rc h a r a c t e r sp r o v e db yi n d u s t r i a l a p p l i c a t i o ns u c h a ss e l e c t i v e l yl a y e rc r u s h i n g ’S e f f e c t ，b i gr e d u c t i o nr a t i o ，o p e nc i r c u i tc r u s h i n g ，g o o dp a s s i n gt r a m pi r o np e r f o r m a n c e ．G Y P - 1 5 0 0i s t h eb i g g e s t i n e r t i ac o n ec r u s h e ri nC h i n a ，w h o s et h r o u g h p u tc a nr e a c h3 0 0t ／ha n dp a r t i c l es i z eo fp r o d u c t sc a nr e a c h1 2m m ． S oi t i ss u i t a b l ef o rm i d d l e - l a r g em i n ee n t e r p r i s e s ’f i n ec r u s h i n g ．I nt h i sp a p e rG Y P 一1 5 0 0i n e r t i ac o n ec r u s h e r e x p e r i m e n to nh i g hh a r d n e s sg o l do r ei nX i n j i a n gi ss u m m a r i z e d ．T h ee x p e r i m e n td a t ei n d i c a t e st h a tt h ec r u s h e ri s r e l i a b l ea n ds t a b l ew h i c hh a sg o o da p p l i c a t i o np r o s p e c t so nm i d d l e l a r g em i n ee n t e r p r i s e s ． K e yw o r d s i n e r t i a lc o n ec r u s h e r ；l a r g e s c a l i z a t i o n ；G Y P ．15 0 0 ；c r u s h i n gf l o w s h e e t 惯性圆锥破碎机具有先进的破碎理念、独特的 设计思路、合理的机械结构和优良的性能⋯，在破碎 比大、产生毫米级产品、两段开路破碎、过铁能力强 等方面有其鲜明的特点，很好地满足“多碎少磨”工 艺的要求，得到了广大用户的认可。但随着矿产资 源开发需求的增大，原有惯性圆锥破碎机型号最大 为G Y P - 1 2 0 0 ，产量仅为1 0 0t ／h ，不能适应中大型矿 山对大产量的要求，设备大型化迫在眉睫。 1 惯性圆锥破碎机大型化 1 ．1 惯性圆锥破碎机结构原理及特点 惯性圆锥破碎机如图1 所示，主要由主电机、传 动部件、激振器部件、工作机构、机壳等组成。锥体 上分别附有耐磨衬板，衬板之问的空间形成破碎腔。 主电机带动激振器旋转产生惯性力，动锥靠近定锥 时，物料受到冲击和挤压被破碎，动锥离开定锥时， 破碎产品因自重由排料口排出。而且动锥与传动机 构之间无刚性联接，发生过铁等情况时设备不会被 损坏。 图l惯性圆锥破碎机结构示意图 F i g ．1 T h es t r u c t u r ed i a g r a mo fi n e r t i a lc o n ec r u s h e r 1 一定锥；2 一动锥；3 一激振器；4 一机壳；5 一减振器；6 一机架 基金项目国家国际科技合作专项项目 2 0 1 5 D F R 7 0 6 6 0 收稿日期2 0 1 7 - 0 7 1 5 作者简介罗秀建 1 9 6 0 一 ，男，河北石家庄人，教授级高级工程师，主要从事矿山机械的研究。 万方数据 2 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 惯性圆锥破碎机的优点。2 | 1 破碎比大，产品粒 度细且均匀；2 具有良好的“料层选择性破碎”作用， 解离效果好；3 良好的过铁性能，由于动锥与传动机 构之间无刚性联接，过铁时不会损坏机器；4 简化碎 磨流程，减少辅助设备台数；由于产品粒度细，无需 闭路，大大节省投资；5 安装时不需庞大基础和地脚 螺栓；6 可破碎几乎所有脆性物料。 1 ．2 G Y P - 1 5 0 0 惯性圆锥破碎机研制 惯性圆锥破碎机技术性能优越，破碎产品粒度 细可大大降低入磨粒度提高选矿厂效益，解离效果 佳可提高低贫铁矿预选抛尾效率，过铁能力强可实 现高硬度矿石及冶金渣的细碎，开路破碎可节约投 资，这些优点在大型化惯性圆锥破碎机都得以保留。 惯性圆锥破碎机大型化采用相似放大原理，实 现机械结构相似，对主要结构参数、工作参数进行了 设计。 1 ．2 ．1 整体设计准则 动锥工作面在排料口处各点的法向加速度满足 关系‘3 S ∞2 1 0 9 1 式中5 为极限排料间隙，m ；g 为重力加速度，g 9 ．8m ／s 2 。 由．s 与D 的内在关系，可计算得出激振器旋转 频率∞_ ／5 - ． ∞ 2 0 √芳 2 式中g 为重力加速度；D 为动锥直径，m 。 偏心静力距Mr L3 。计算公式见式 3 M 。一p D 3 ．s P “ 3 式中P 为钢的密度，P 7 ．8 1 0 3k g ／m 3 ；D 为 动锥直径，m ；e 为自然对数的底；k 为取决于动锥直 径的幂指数；S 为极限排料间隙。 电机功率Ⅳ3 计算公式见式 4 N 2 0 k x v c M J d 鲁 吾 4 7 7 ∥ 式中∽、为满载荷系数；叼为传动效率；u 。为破 碎力折减系数；M ，为偏心静力距，N m ；Z 为离心力 作用平面到到旋转中心的距离，m ；d 为破碎腔下部 边缘到旋转中心的距离，m ；g 为重力加速度；D 为动 锥直径，m 。 按上面各计算准则，对主要结构参数、工作参数 进行了计算，并按设计经验对部分参数进行了调整 优化。 1 ．2 ．2 虚拟样机仿真分析 按实际设计尺寸进行了三维模型建立，如图2 所示，进行运动约束定义及载荷施加、虚拟样机仿真 分析。图3 、4 为正常工作阶段激振器及机体x 位移 波形． 图2 整机三维模型 F i g ．2 T i l et h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l o fi n e r t i a lc o n ec r u s h e r 8 5 0 6 痣丽滴j 蕾面1 面面2 而j3 丽五5 函 时间／s 图3 激振器X 位移波形 正常工作阶段 F i g ．3 T h eXd i s p l a c e m e n tw a v e f o r n l f 、i hr - a t i o ne x j t e r 时问／s 图4 机体x 位移波形 正常工作阶段 F i g ．4 T h eXd i s p l a c e m e n tw a v e f o r mo fs h e l l 5 O 5 O 5 0 5 O 5昕∞吆∞卯蝤蛇∞盯 盯卯卯昕昕卯昕卯卯卯卯昕卯卯盯 万方数据 2 0 1 7 年增刊罗秀建等惯性圆锥破碎机大型化研究 3 1 ．2 ．3 有限元分析 同时，对部分重要零部件进行了有限元分析及 优化。采用扫掠的方法对主轴、动锥和动锥衬板的 三维实体模型生成网格。动锥装配体有限元模型如 图5 所示。 人N 图5动锥装配体有限元模型 F i g ．5 T h ef i n i t ee l e m e n tm o d e lo t ’ a s s e m b l e dm o v i n g o n e 动锥的有限元计算结果如图6 、7 所示。 ∞mS O U ∞ S t 茁i S B a r、 ％】 D ‘Ⅸ 4 0 t J ￡0 8 Ⅻ 0 X 图6 动锥应力分布图 F i g ．6 T h es t r e s sd i s t r i b u t i o nd i a g r a mo fm o v i n gc o n e 由图6 可知，动锥的最大应力发生在动锥与主 轴下部接触的内表面上，而其它部位的应力均较小。 由图7 可知，动锥的最大位移也发生在动锥与主轴 下部接触的内表面上。 1 ．2 ．4 模态分析 通过建模，采用F r e e 划分法进行网格划分，根据 实际情况，不同部位施加不同约束。根据B l o c k L a n e z o s 法的应用场合与特点，采用软件提取零部件 的频率与振型 图8 。根据惯性圆锥破碎机的实际 工作频率范围，对主轴、动锥、动锥衬板及装配体的 固有频率及振型进行分析计算。 模态分析结果表明，由于动锥装配体的最小固 有频率也远大于惯性圆锥破碎机的工作频率，因此 在工作中不会引起动锥装配体的结构共振。 N O D A LSOLUTXON～ v S j l T r 赶之0 0 CSL疆AV5 瞄Y S 0 D 岫C 9 j 7 E 0 2 S 娃9 5 7 E - 0 2 图7 动锥位移分布图 F i g ．7 T h ed i s p l a c e m e n td i s t i ’i b u t t i a g x ‘a n lo fm o v in gC O I l “ 八阶振蛋 图8装配体模态分析的前六阶振型 F i g ．8 T h ef o r m e rs i xv i b r a t i o nm o d e l so f a s s e m b l e dm o v i n gc o n e 通过理论计算设计及计算机仿真优化，得到了 G Y P ．1 5 0 0 惯性圆锥破碎机整机设计资料，试制样机 器。嚣斌誉 万方数据 4 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 并进行了工业试验。 1 ．3 主要技术特点、配置情况及技术参数 1 ．3 ．1 主要技术特点 1 惯性振动破碎技术设计具有自适应性能的 惯性振动破碎方式，高频振动使物料沿裂纹缺陷迅 速放大直至破碎，同时伴随已碎物料振动筛分实现 高效破碎。 2 柔性传动技术破碎动力、破碎机构与传动机 构采用柔性传动，进一步释放了设备在破碎工作中 的自由度和自我保护功能，可有效实现“过铁” 保护。 3 正压密封技术设计采用了压力空气密封系 统，利用正压效应，形成隔离层，屏蔽破碎过程中产 生的粉尘对润滑油的污染。 4 工作参数自动控制技术实现润滑参数、料 位参数等的状态连锁控制，实现更高的设备运转率 和稳定性。 1 ．3 ．2 主要配置情况 设备主要由主机、控制系统、润滑系统、间隙调 整系统四部分组成。这四部分相互配合协调，使设 备运行过程中始终处于一个最优的工作状态。 1 主机是设备的主体工作部件，含电机、机壳、 传动部件、破碎部件等。考虑到设备大型化后，在机 体的强度、自锁、润滑配置等方面进行了强化设计， 使得主机稳定性和运动平稳性更高。 2 控制系统由于设备动力增大，摩擦面积和产 生热量及处理能力均有较大增加，对相关运行参数 提出了较高要求。为此，本设备对控制系统的设计 和参数进行了较大改进和完善，实现与其它部分的 连锁控制，使设备整体处于良好的工作状态。 3 润滑系统为主机运转过程中关键部件进行 稀油润滑、散热。重点是供油量大大增加，各润滑点 的油量分配和油压选取进行了重新优化，保证了设 备的可靠运行。 4 工作间隙调整系统利用液压装置自动调整 工作间隙，减轻了设备使用中的劳动强度，便于主机 工作间隙的调整 1 ．3 ．3 主要技术参数 G Y P 1 5 0 0 惯性圆锥破碎机技术参数如表1 。 2 G Y P ．1 5 0 0 惯性圆锥破碎机试验 G Y P ．1 5 0 0 惯性圆锥破碎机工业试验在新疆某 金矿进行。该金矿是我国新疆地区规模较大的金 矿，由于矿石含硅质较高且质地致密、坚硬，矿石硬 度大、难破碎，属中等偏硬、难磨矿石。在前期生产 过程中该矿购买的国外某圆锥破碎机使用中出现不 同程度的损坏，足见其矿石硬度高，难破碎。该矿还 试验了多种破碎设备，均未取得好的试验效果。 G Y P ．1 5 0 0 惯性圆锥破碎机在该矿开展了相关试验 研究，取得了较好的试验效果。 表1G Y P ．1 5 0 0 惯性圆锥破碎机技术参数 T a b l e1T h et e c h n i c a lp a r a m e t e r so fG Y P 一1 5 0 0i n e r t i a l P o n ec T l l s h e r 名称 数值 设备型号 产量／ t h “ 给料尺寸／r n m P 8 0 产品粒度1 ’／m m 装机功率／k W 主机重量／t 长／m m 外形尺寸宽／m m 高／m m 1 舍水量不大于3 ％的中螋矿石如白灰白的严量及粒厦 2 ．1 试验金矿的性质 矿石密度 2 ．5 ～2 ．7 1 0 3k g ／m 3 ，矿石含水 量 4 ％，矿石松散系数1 ．5 5 ，矿石破碎功指数平均 值9 ．4 ～2 0k W h ／t ，抗压强度平均值6 5 ～11 5 M P a 。该矿石含硅质较高且质地致密、坚硬，矿石硬 度大、难破碎，属中等偏硬、难磨矿石。 试验金矿为贫硫、半氧化、微细粒、低品位、较难 处理的金矿石。该矿石矿物组成较简单，金属矿物 以黄铁矿、毒砂、白铁矿、雄黄、雌黄、辉锑矿为主，少 量闪锌矿、方铅矿及黄铜矿。非金属矿物以石英为 主，次为重晶石、萤石、迪开石、高岭石、绢云母等。 表生矿物主要为褐铁矿、黄钾铁钒和孑L 雀石。金矿 物主要以裂隙金、包裹金、粒间金和连生金4 种形式 嵌布于各种载体矿物中H j 。该矿石中的金粒主要是 微细粒金，粒度集中在0 ．0 0 1 ～0 ．0 1m m 。 2 ．2 试验效果 试验期间G Y P ．1 5 0 0 惯性圆锥破碎机整体运行 情况良好，产品粒度细。在同等给料粒度的前提下， G Y P ．1 5 0 0 惯性圆锥破碎一8m m 产品粒度产率较原 细碎破碎机相对提高1 6 ．1 2 ％。 在生产应用中多次取样测试，破碎机主机电流 4 2 0 ～5 0 0A ，产量为1 8 0 ～2 3 8t ／h 。试验期间设备运 行稳定，各项指标良好，达到设计要求。 下转第4 0 页 一 一 啪 b 巧 瑚咖咖 一 一 一 坦 m 竹 一一一 万方数据 4 0 有色金属 选矿部分 2 0 1 7 年增刊 3结论 本文基于离散单元法对立磨机进行数值模拟研 究，分别选取不同的转速和螺旋升角，探讨其对立磨 机磨矿性能的影响规律，通过在计算机上进行数值 模拟实验得出以下结论 1 随着转速的增加，磨矿介质群碰撞力增大， 碰撞次数减少，立磨机能耗增加，同时能量利用率呈 现减小趋势，因此，在物料达到粉碎要求的前提下， 立磨机应选择低转速。 2 随着搅拌器螺旋升角的增加，磨矿介质群碰 撞力先增大后减小，碰撞次数增多，碰撞力在螺旋升 角为1 6 。时相对较大，立磨机能耗在螺旋升角为1 6 。 时相对较低，能量利用率在螺旋升角为1 6 。时相对较 高。因此，搅拌器螺旋升角为1 6 。时，立磨机磨矿性 能相对较强。 参考文献 [ 1 ] 张国旺．超细粉碎设备及其应用[ M ] ．北京冶金工业出 版社，2 0 0 5 1 0 3 1 2 4 ． [ 2 ] 张国旺．现代选矿技术手册第一册 破碎筛分与磨矿分 级 [ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 1 6 3 5 7 - 3 7 0 ． [ 3 ] P A U LW ．C L E A R Y ，P H I L I PO W E N ．U s i n gD E Mt o u n d e r s t a n ds c a l e u pf o raH I C O Mm i l l [ J ] ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，2 0 1 6 ，9 2 8 6 1 0 9 [ 4 ] M A T rS I N N O T r ，P A U LW ．C L E A R Y ，R o b M o r r i o n ． A n a l y s i so fs t i r r e dm i l lp e r f o r m a n c eu s i n gD E Ms i m u l a t i o n P a r t l M e d i a m o t i o n ，e n e r g yc o n s u m p t i o na n de o H i s i o n a l e n v i r o n m e n t [ J ] ．M i n e r a lE n g i n e e r i n g ，2 0 0 6 ，1 9 1 5 3 7 1 5 5 0 [ 5 ] M A T I “ S I N N O T I “ ，P A U LW ．C L E A R Y ，R O BM O R R I O N ． A n a l y s i so fs t i r r e d m i l lp e r f o r m a n c eu s i n gD E Ms i m u l a t i o n P a r t 2 一C o h e r e n tf l o ws t r u c t u r e s ，l i n e rs t r e s sa n dw e a r ，m i x i n g a n dt r a n s p o r t [ J ] ．M i n e r a lE n g i n e e r i n g ，2 0 0 6 ，1 9 1 5 5 1 - 1 5 7 2 [ 6 ] 肖正明，王鑫，伍星．塔磨机运行参数优化匹配的仿 真分析与试验研究[ J ] ．中国机械工程，2 0 1 6 ，2 7 6 4 8 3 - 4 8 7 ． [ 7 ] 任廷志，李卓，刘长远，等．基于离散元法的塔磨机数 值模拟分析[ J ] ．中国粉体技术，2 0 1 6 ，2 2 4 8 8 - 9 1 ． [ 8 ] 杨杰．基于离散单元法的立式搅拌球磨机建模仿真研 究[ D ] ．昆明昆明理工大学，2 0 1 5 ． 上接第4 页 3结论 惯性圆锥破碎机具有良好的“料层选择性破碎” 作用、破碎比大、产品粒度细、能破碎高硬度的脆性 物料等优点，在处理金矿、铁矿等对产品粒度要求较 高的金属矿中具有其它破碎机无法比拟的优势。试 验表明G Y P ．1 5 0 0 惯性圆锥破碎机具有以下特点 1 破碎产品粒度细最小可达P 舳 1 2m m ，产量 可达2 8 0t ／h 。可实现开路破碎，流程简单，极大减少 基建投资及流程布置对场地空间的要求，能很好的 满足中大型矿山企业细碎的需求。 2 惯性圆锥破碎机利用振动作用产生的振动能 量，实现了物料的“料层选择性破碎”，很好的满足堆 浸工艺对物料渗透性的要求，提高浸出率和浸出 速度。 3 G Y P ．1 5 0 0 惯性圆锥破碎机在新疆某高硬度 金矿的成功试验，表明该设备设计可靠、性能指标稳 定，在中大型矿山具有良好的应用前景。 参考文献 [ 1 ] 陈帮，夏晓鸥，刘方明．高硬度铜渣综合利用研究[ J ] ． 铜业工程，2 0 0 9 1 4 _ 6 ． [ 2 ] 唐威．惯性圆锥破碎机结构原理与应用研究[ J ] ．矿山 机械，2 0 0 1 ，2 9 1 3 1 3 3 ． [ 3 ] 夏晓鸥，罗秀建．惯性圆锥破碎机[ M ] ．北京冶金工业 出版社，2 0 1 5 5 6 - 5 9 ． [ 4 ] 朱炳玉，刘家军，朱亿广，等．新疆伊宁金山金矿床金的 赋存状态[ J ] ．地质通报，2 0 1 0 7 1 0 4 9 1 0 5 5 ． 万方数据