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1、前言概述：早在1880年旋回破碎机就应用于工业部门。至今仍广泛的应用于大中型选矿厂及其它各工业部门，用于破碎各种不同硬度的矿石和岩石。在矿山工程和建设工程上，破碎机械多用来破碎爆破开采所的的天然石料，使之成为规定尺寸的矿石或碎石。在硅酸盐工业中，固体原料，燃料和半成品需要经过各种破碎加工，使其粒度达到各道工序所需要的尺寸，以便进一步加工操作。通常的破碎过程，有粗碎、中碎、细碎三种。其入料粒度和出料粒度，如表1所示。所采用的破碎机械相应地也有粗碎机、中碎机和细碎机三种。表1 物料粗碎、中碎、细碎的划分 （mm）类 别入料粒度出料粒度粗碎中碎细碎30090010035050100100350201
2、00515破碎机械常用的类型有：颚式破碎机、圆锥破碎机、旋回破碎机、锤式破碎机、辊式破碎机等。旋回式破碎机是利用破碎锥在壳体内锥腔中的旋回运动，对物料产生挤压、劈裂和弯曲作用，粗碎各种硬度的矿石或岩石的大型破碎机械。装有破碎锥的主轴的上端支承在横梁中部的衬套内，其下端则置于轴套的偏心孔中。轴套转动时，破碎锥绕机器中心线作偏心旋回运动它的破碎动作是连续进行的，故工作效率高于颚式破碎机 。到70年代初期，大型旋回破碎机每小时已能处理物料5000吨，最大给料直径可达2000毫米。 旋回破碎机用两种方式实现排料口的调整和过载保险：一是采用机械方式，其主轴上端有调整螺母，旋转调整螺帽，破碎锥即可下降或上
3、升，使排料口随之变大或变小，超载时，靠切断传动皮带轮上的保险销以实现保险； 第二种是采用液压方式的液压旋回破碎机，其主轴坐落在液压缸内的柱塞上，改变柱塞下的液压油体积就可以改变破碎锥的上下位置，从而改变排料口的大小。超载时，主轴向下的压力增大，迫使柱塞下的液压油进入液压传动系统中的蓄能器，使破碎锥随之下降以增大排料口，排出随物料进入破碎腔的非破碎物(铁器、木块等)以实现保险。一、旋回破碎机的工作原理。如图1所示。它的主要工作部件是可动圆锥（简称动锥）和固定圆锥（简称定锥）。它们之间形成的空间叫做破碎腔。1 动锥 2固定锥 3偏心套轴4圆锥齿轮副 5三角皮带轮图1 旋回破碎机简图主轴和动锥联为一
4、体，它的上端置于横梁铜套孔内，它的下端插在偏心轴套中。随偏心轴套的转动，动锥同主轴一起围绕破碎机中心线做旋摆运动。机器工作时，在破碎腔内，位于动锥向定锥靠近部位的矿石，由于受到挤压和弯曲作用而破碎；位于动锥退离定锥的部位，已经破碎了的矿石在自身重力的作用下排出。偏心轴套的转动是通过圆锥齿轮副和三角皮带轮，由电动机带动。旋回破碎机有三种类型：固定轴式、斜面排矿式和中心排矿式。由于前两种有许多缺点，所采用中心排矿式旋回破碎机。由于液压技术的应用，在普通旋回破碎机的基础上又出现了液压旋回破碎机。旋回破碎机的规格用给矿口宽度和排矿口宽度e表示。例如PXZ1400/170液压旋回破碎机表示给矿口宽度是1
5、400，跑矿口宽度是170，P代表破碎机，X代表旋回，Z代表重型。二、 液压旋回破碎机的构造图2是液压旋回破碎机构造图。它是由横梁部、中架体部、动锥部、偏心轴套部、机座部、传动部、液压油缸部和干、稀油润滑系统组成。图2旋回破碎机结构1、传动部破碎机是由电机驱动的，传动部将电机的动力经三角皮带、连轴器、传动轴、小圆锥齿轮传给大圆锥齿轮和偏心轴，从而使偏心轴旋转，带动动锥旋回运动；传动轴横放在机座内，轴架中装有衬套。2、机座部机座是整个破碎机的主体，安装在钢筋混凝土或钢制基础上，机座与中架体之间通过止口定位并用螺钉紧固。机座中心筒由四根筋板与机座联为一体，筋板与中心筒外面设有锰钢护板。以免落下的矿
6、石砸坏筋板和中心筒，中心筒内压配有大轴套，偏心轴就在此轴套中旋转。3、偏心轴套部偏心轴套装在中心套筒内的大铜套内，内表面铸满而外表面只浇筑3/4巴氏合金。为使巴氏合金铸牢，在偏心轴套内表面加工有密布的燕尾槽。在中心套筒与大圆锥齿轮之间放有止推圆盘。圆盘材料是35SiMn，用螺钉固定在大圆锥齿轮上，并与其一起转动。偏心轴套部结构如图3所示。图3偏心轴套部结构4、中架体部中架体由上下两部分环体组成，上下环体之间经止口相配，用螺栓固联，承载能力较好。架体内有四圈锰钢衬板，衬板和梁体之间浇筑一层锌合金，以增强衬板的强度和配合。中架体下部和机座相联，上部与横梁相接。5、横梁部横梁部主要是为主轴上端提供一
7、个支承点，主轴上端插入横梁的中心孔里。由于液压旋回破碎机的动锥采用底部液压油缸支承，其顶部支撑结构比普通悬挂式旋回破碎机要简单的多。横梁中心孔里装有锥形衬套，主轴上端插入锥形衬套锥形孔内。衬套的锥形孔正好能满足主轴作锥面旋回运动的要求。工作时，主轴轴头就在锥形衬套锥形孔中作旋摆滑滚运动。当调整旋回破碎机排矿口时，主轴轴头可以在锥形衬套里上下移动，为防止横梁被矿石打伤，横梁上设有护板。6、动锥部动锥是破碎机的主要部件，为防止磨损，在其外表面衬有可以更换的环形锰钢衬板，衬板与锥体之间浇注了一层锌合金，以增强衬板的强度和配合。锥体和主轴采用静配合，其间浇注锌合金。主轴的底端固联着上摩擦盘，上摩擦盘的
8、底面为凸球面，它和中摩擦盘的球面相配合。7、液压油缸部液压油缸安装在机座的底部，用螺栓联接。油缸体内的活塞上方安有中、下部两块摩擦盘，中摩擦盘用青铜制成，上面为凹球面，下面为平面，上面和联结于主轴底端的上摩擦盘相配，下摩擦盘固联于活塞上不转。中摩擦盘已小于上摩擦盘的转速转动。摩擦盘上具有相对运动的表面都开设一些油沟，以便对其进行润滑。油缸下部靠“YX”型密封圈和“Q”型密封圈密封；改变油缸的油量，能实现调整破碎机的排矿口。8、润滑系统旋回破碎机的主轴轴头与横梁中心孔衬套之间采用黄干油润滑，由专门的干油站或人工定时加入润滑脂。其它各摩擦表面采用稀油循环润滑。图4为液压旋回破碎机稀油润滑原理图。1
9、、2油箱 3、4、5、9、10、11截止阀6油泵 7电机 8冷却器 12过滤器图4 润滑系统原理图当润滑油从油箱经油泵6、截止阀5和4流出后，经过滤器12、截止阀9、冷却器8、截止阀10进入旋回机体；也可经过滤器12、截止阀11进入机体。进入机体油分成两路，如图4所示，一路进水平轴，润滑水平轴和青铜轴套，流回油箱；另一路从液压缸中部进入，先润滑三个摩擦盘，再沿主轴和偏心轴套之间间隙以及偏心套和固定衬套之间的间隙上升，同时润滑这两个表面；从偏心轴套内表面上升的油与挡油环相遇而溢至圆锥齿轮，经回油管流回油箱。从偏心轴套外表面上升的油至偏心轴的止推圆盘，润滑圆盘和大小齿轮后也经回油管流回油箱。9、液
10、压系统液压系统由单级叶片泵、单向阀、溢流阀、单向节流阀、截止阀、蓄能器和油箱组成，如图5所示。蓄能器起保险作用，内部充气压力为1.5MPa；单向节流阀起过铁动作块复位动作慢的作用，以减轻复位时对破碎机的强烈冲击。图5液压系统示意图在破碎机开动之前，首先泵向油缸内充油。其次序是：首先打开截止阀6，关闭截止阀11，启动油泵，当油压达到0.8MPa时，动锥开始上升；当动锥升至工作位置之后即可关闭截止阀6，同时停止油泵，液压系统的压力仍保持近0.8MPa左右。破碎机开动之后，由于批碎矿石，这是系统油压可达1.11.5MPa。当非破碎物落入破碎腔时造成破碎力增强，系统油压也随之增加，油缸内油被挤入蓄能器
11、中（此时油缸的油压和蓄能器的气压均在1.52.1MPa之间波动），排矿口增大，非破碎物排出；非破碎物排出之后，由于蓄能器单向节流阀的作用，动锥比较缓慢的复位。如果非破碎物尺寸过大而不能通过派矿口排出时，油压可达2.12.2MPa，此时通过电接点压力表的作用便自动停机。三、 偏心轴套的设计与材料改进 1、偏心轴套上端的轴向定位开始设计是采用图6所示的结构，因为是圆锥齿轮传动，在圆锥齿轮转动时会产生一个轴向力，如果用图6所示的结构就不能解决轴向定位，齿轮会带动偏心轴套及轴一起向上移动。因此，采用图7所示的结构，用一个端面轴承来支撑到偏心周套的上端，从而使圆锥齿轮转动是产生的力通过端面轴承传给机架，
12、就解决轴向定位，齿轮就不会带动偏心轴套及轴一起向上移动。图6 偏心轴套上端的轴向定位图（1）图7 偏心轴套上端的轴向定位图（2）2、偏心套材料的改造液压旋回破碎机是铁矿矿石站系统中粗破碎设备,它的运转好坏直接影响到矿石的发出。然而该设备的心脏部件的偏心套在破碎岩石时，承受着极大的冲击载荷，在长期承受过重的冲击载荷后，原设计偏心套的巴氏合金脱落现象严重，磨屑堵塞油路，回油管路中存在着大量巴氏合金碎屑，润滑油温急剧升高，加速了偏心套的损坏，偏心套的使用周期很短，尤其在经过过铁之后更容易损坏，直接影响了生产计划的完成。针对上述现象的发生，我们努力寻找新的材料解决这一问题。通过市场调研，我们找到了一种
13、新的耐磨耐压材料，改性尼龙材料与钢体复合制作的偏心套替代巴氏合金浇灌的偏心套，很好地解决了旋回破碎机上的难题。偏心套的使用寿命得到了提高，创造了很好的经济效益和社会效益。图8 偏心套2.1 存在的问题 液压旋回破碎机中使用的偏心套(见图8)原采用由钢质基体内外浇灌巴氏合金做的。当轴套经受到冲击负荷的作用时，易形成裂缝(龟裂而受力时裂纹延伸)和剥落，当轴承经受静负荷的作用时，工作情况较好。它的这种性能是由材料本身化学成份(见表2)所决定的。 合金牌号合金代号主要化学成份%锑铜铅锡铅锑轴承合金ZChPbSb16-16-215.017.01.52.0其余15.017.0由表2中所列的化学成份可以看出
14、，巴氏合金的主要成份是铅。也就是说它的基体是金属铅，纯铅的硬度和强度都很低，虽然在合金中加入了其它元素锑和锡，少量的锡和铅的固溶体及锡和锑的化合物，它们虽然提高整体合金的性能，但是还不能很好地解决该牌号合金在受到冲击负载时，铅很容易自耐磨层中被挤压出来，特别是虽然它的化学成份设计得非常理想化，但在铸造这种偏心壁厚不均匀的大型铸件，实际的效果很难达到理想水平，因此使用时受到过大的冲击载荷（过铁），它的缺点就更为突出。 旋回破碎机的碎石过程是由电动机经皮带轮和圆锥齿轮带动偏心套转动。当偏心套转动时就带动破碎圆锥绕破碎机中心作旋摆运动，从而使破碎圆锥表面时而靠近时而离开固定锥表面。使给入破碎腔内的物
15、料不断受到挤压和弯曲作用而被破碎。从运转过程分析看偏心套内壁径向受力非常不均(见图3)，只有1/3部位以上受力、冲击、挤压力非常大。设计者原采用硬的钢轴与软的巴氏合金配合做摩擦体的设计观点是对的，但是，在挤压、冲击力过大的情况下，巴氏合金抗压强度较低，容易发生压皱甚至合金从轴承中被挤压出来，当受到冲击载荷时，它的冲击韧性低，易形成裂缝和剥落。 为了解决上述问题，我们尽力在市场上寻找一种可适合的材料来解决这一问题。通过市场调研，我们决定采用国内新兴的高抗冲击耐磨高分子材料改性铸型尼龙替代巴氏合金做偏心套耐磨合金。在选择这种新材料时，我们首先对材料的性能进行论证和可行性分析。2.2、计算平均压强Pm，滑动速度V，PmV值通常在设计滑动轴承时，要计算平均压强Pm、PmV值、滑动速度V是否低于许用值。表3 Pm、PmV值、v值和摩擦系数的比较材料许用平均压强Pm许用滑动速度V(m/s)许用PmV值(MPa m/s)摩擦系数无润滑润滑巴氏合金2050100.2800.005改性尼龙1057120.0800.015从表3，我们可看出改性尼龙的PmV(标准值)略大于轴承合金的PmV值，也就是说单位面积的负载Pm和表面速度V两者的乘积PmV
