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1、1 绪论1.1引言随着社会的进步，原材料消耗不断增加，导致富矿资源日益枯竭，矿石品位日趋贫化。以我国冶金矿山为例，铁矿石平均品位31%、锰矿石品位22%。绝大多数的原矿需要破碎和选矿处理后才能成为炉料。破磨作业是选矿的龙头，也是能耗、钢耗的大户。因此，节能、降耗是破磨设备研究的主题，“多碎少磨”是节能、降耗的重要措施，其关键问题是降低破碎产品的最终粒度。圆锥破碎机的生产效率高，排料粒度小而均匀，可将矿岩从350mm破碎到10mm以下的不同级别颗粒，可以满足入磨粒度的需要，成为金属矿山选矿厂的主要破碎设备。破碎机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。随着科学技术的发展，各学科间相互渗透
2、，各行业间相互交流，广泛使用新结构、新材料、新工艺，目前破碎机正向着大型、高效、可靠、节能、降耗和自动化方向发展。1.2历史发展 圆锥破碎机诞生于20世纪初叶。弹簧式圆锥破碎机是由美国密尔沃基城西蒙斯（Symons）兄弟二人研制的，故称之为西蒙斯圆锥破碎机。其结构为主轴插入偏心套，用偏心套驱动动锥衬板，从而使矿岩在破碎腔内不断地遭到挤压和弯曲而破碎。破碎效果差，振动大，弹簧易损坏。用大型螺旋套调整排矿口大小，调整困难，过载保护用弹簧组，可靠性差。多年来，虽然不断改进，结果日趋完善，但其工作原理和基本构造变化不大。 20世纪40年代末，美国Allis Chalmers公司首先推出底部单缸液压圆锥
3、破碎机，是在旋回式破碎机基础上发展起来的陡锥破碎机。该机采用液压技术，实现了液压调整排矿口和过载保护，简化了破碎机结构，减轻了重量，提高了使用性能。 20世纪50-60年代，法国Dragon公司的子公司Babbitless公司和日本神户制钢有限公司等推出上部单缸、周边单缸液压圆锥破碎机。 20世纪70-80年代，美国Allis Chalmers公司在底部单缸液压圆锥破碎机的基础上推出高能液压圆锥破碎机；Nordberg公司推出旋盘式圆锥破碎机，适用于中硬物料的破碎，其给料粒度小，偏心距小，破碎力不大。之后，相继又推出超重型短头圆锥破碎机推荐精选。该机加大了功率，强化了弹簧并采用合金钢机架，但增
4、加了制造成本。为此，该公司又推出了Omni型圆锥破碎机。Babbitless公司推出BS704UF型超细圆锥破碎机，它采用滚动轴承替代偏心套，由电动机、皮带传动带动动锥摆动，顶部采用单缸液压缸装置来调整排矿口和实现过载保护，给料粒度-10mm,产品粒度-6.3mm占80%。 20世纪90年代以来，美国Nordberg公司推出新一代HP系列圆锥破碎机；瑞典Svedala公司推出新的H系列圆锥破碎机；俄罗斯乌拉尔机械研究院和米哈诺贝尔研究设计院开发出新型短头圆锥破碎机，破碎机分上、下两部分，上腔按料层原理破碎物料，下腔为平行区。应用表明：细级别含量较一般圆锥破碎机提高5%-10%，衬板金属消耗降低
5、20%。 20世纪50年代初期，国内圆锥破碎机在仿原苏联的2 100和1 650弹簧圆锥破碎机的基础上，开发的1 200和2 200型弹簧圆锥破碎机。在20世纪70年代开发了1 200、1 750、2 200多缸液压圆锥破碎机和1 200、1 650、2 200底部单缸液压圆锥破碎机。20世纪80年代，沈阳重型机器厂从美国Nordberg公司引进西蒙斯和旋盘式圆锥破碎机设计制造技术，并合作生产该系列圆锥破碎机。20世纪90年代以来，国内一些矿山、石料加工厂和建设工程先后又引进了HP系列圆锥破碎机、G型圆锥破碎机和Omni型圆锥破碎机，均取得了良好应用效果。北京矿冶研究院于1993年与俄罗斯圣彼
6、得堡工程科学院合作成立中外合资北京凯特破碎机有限公司。桂林冶金机械厂与圣彼得堡工程科学院共同创办了中俄合资桂林湟新技术开发有限公司生产惯性圆锥破碎机。洛阳矿山机械工程设计研究院开发简化结构的惯性圆锥破碎机，东北大学也在研究振动破碎机。随着我国石料加工厂的发展，中小型圆锥破碎机也取得了进展。上海建设路桥机械设备有限公司与日本神户制钢有限公司合作生产AF型圆锥破碎机；沈阳华杨机械厂推出需蒙斯、旋盘式和HP系列圆锥破碎机；上海龙阳机械厂、上海多灵-沃森机械设备有限公司和鞍山矿山机械总厂也都生产中小型圆锥破碎机。 目前，我国圆锥破碎机已形成大、中、小型系列，品种规格齐全，基本满足国内需求。但产品的制造
7、质量，特别是耐磨材料，以及使用可靠性等方面与国外同类产品尚有差距，有待进一步研究、改进。推荐精选1.3应用效果 近来国内外开发的新型高效圆锥破碎机破碎物料应用的范围不断扩大，破碎产品粒度小，破碎效果显著。美国Nordberg公司的MP-1 000型破碎机在Butte选矿厂替代Symons圆锥破碎机，产品粒度-12mm占80%，使磨机生产能力提高37%。波兰柳宾()在锤式破碎机后使用MP型破碎机进行补充破碎使产品粒度降至-14mm占80%，从而提高了磨机生产能力，降低磨矿能耗。鞍钢调军台选矿厂采用HP700型圆锥破碎机。从1997年9月投入运行，中碎机排料粒度-75mm，处理能力790t/h；细
8、碎机排料粒度-12mm占92%，处理能力350t/h ,提高了磨机生产能力，降低了磨机能耗。北京矿冶研究总院和安徽铜陵某有色公司联合攻关用PD90 120型颚式破碎机和GYP1 200型惯性圆锥破碎机，实现两段开路破碎工艺流程，生产能力70-80t/h，从给料-750mm破碎到-8mm，使系统能耗降低20%，磨机处理能力提高25%。推荐精选2 总体方案设计2.1圆锥破碎机的类型根据破碎腔型不同，圆锥破碎机可分为：标准型（中碎用）、中间型（中、细碎用）、和短头型（细碎用）三种型式，其中以标准型和短头型应用最广。我国制造的中细碎圆锥破碎机用汉语拼音字母和动锥的底部直径表示型号，如PYB2200、P
9、YZ2200和PYD2200，其中P破碎机、Y圆锥、B标准型、Z中间型、D短头型、2200动锥底部直径（毫米）。根据调整排矿口和过负载时的保险方式，圆锥破碎机分为弹簧保险和液压保险两种类型。本设计方案采用的是2100标准弹簧圆锥破碎机，即PYB2100。2.2圆锥破碎机的工作原理 图2.1 圆锥破碎机1 马达； 2传动轴； 3伞齿轮； 4偏心轴套 5主轴； 6动锥； 7定锥； 8球面轴承 D动锥底部直径如图2.1所示，破碎机马达1的动力由传动轴2、伞齿轮（圆锥齿轮）3带动偏心轴套4而旋转。主轴5插在偏心轴套的锥形孔里，动锥6固装在主轴上并支持在球面轴承8上。随着偏心轴套的旋转，动锥6的中心线O
10、O1以O为顶点绕破碎机中心线OO2作锥面运动。这样，当动锥中心线OO1转到图示位置时，动锥靠近定锥7，则矿石处于被挤压和破碎状态，而动锥另一面离开定锥，此时被挤碎了的矿石靠自重从两锥体底部排出。圆锥破碎机是随动锥转动连续的进行破碎矿石，所以它比其他破碎机生产率高而工作又比较平稳。推荐精选 图2.2 2100标准型圆锥破碎机1机架下盖；2止推盘了；3偏心轴套；4直衬套；5机架中心套筒；6大伞齿轮； 7平衡重；8方销；9进水管口；10机架；11球面轴承座；12球面轴承； 13挡油环14衬板；15弹簧；16毛毡密封；17固定环（支承环）；18弧形齿板；19锁紧螺帽；20制动齿板；21分矿盘；22漏斗
11、；23支承罩；24“U”型螺栓；25定锥衬板；26耳环；27注黄油孔；28调整环；29螺栓；30动锥；31领缘；32环形油槽；33排水管口；34传动轴套筒；35小伞齿轮；36排油口；37锥衬套；38主轴；39进油口2.3简述各部分结构及功用图2.2的圆锥破碎机由下列主要部分组成：机架部分；传动轴部分；偏心轴套部分；球面轴承部分；动锥部分；调整环部分。图中的机架部分是整个破碎机的主体，所有部分都装在机架上，它被四个地脚螺栓固定在基础上。推荐精选传动轴套筒34插入机架中心套筒5中，用螺钉固定。中心套筒里压入直衬套4（也叫直铜套）。直衬套原来用青铜材料制作，由于尼龙轴承有许多优点，所以，目前很多厂矿
12、已改用尼龙直衬套代替直铜套，使用效果很好。但今后使用尼龙轴承是发展方向。为了防止直衬套上串，在直衬套的上口开两个缺口，装一压板将其压住。传动部分装在机架传动轴套内，它的前端小伞齿轮和偏心轴套上的大伞齿轮相啮合。其另一端借联轴器与电动机相连接。圆锥破碎机传动轴的轴承，有滚动轴承也有滑动轴承。采用滚动轴承的破碎机，有时由于滚动轴承承受很大的冲击力而遭损坏，所以必须采用较好的轴承。偏心轴套部分是由偏心轴套3、大伞齿轮6和锥衬套37组成。锥衬套原来用青铜或用巴比合金制作，现在用尼龙锥衬套的。锥衬套压装在偏心轴套的锥形孔里并在其上部缺口处铸锌加固。大伞齿轮与偏心轴套之间是用键连接。为了平衡动锥30的惯性
13、力和使偏心轴套与直衬套沿全长接触，大伞齿轮齿轮顶部装有平衡重7。偏心轴套被支承在四片止推盘2和机架下盖1上，最下面一片铜盘沿圆周方向有三个爪卡在端盖1的槽中，所以它是不转动的；最上面一片钢的止推盘用销子与偏心轴套相联，能随偏心轴套转动，而中间两片止推盘自由的放在上下两盘中间。这两片中，上面一片是铜的，呈平盘状，下面一片是钢的，表面有径向润滑油沟。原来上面一片铜板由于没有径向限位，在运转中，沿外圈碰损很严重，寿命很短。球面轴承部分有球面轴承座11和球面轴承（球面瓦）12组成。球面瓦用销子固定在球面轴承座上，其上有回油孔而球面轴承座外圈有档油环13，防止从轴面瓦外缘挤出的油进入防尘水中。球面轴承座
14、上有一圈环形沟槽32是为装防尘水用的。球面轴承座的下部止口与机器上的环形加工面相配合。球面轴承原来也是用青铜材料制作的。现在也有采用尼龙球面轴承的。随着对尼龙轴承的不断地试验改进，此种轴承将会越来越多地被采用。动锥部分由动锥体和主轴38组成，用热压配合装配在一起。动锥的外表面装有锰钢衬板14。为了使它们之间紧密贴合，中间铸以锌。上部用锁紧螺帽19锁紧。在锁紧螺帽的顶部装有分矿盘21。为了防止破碎机工作时锁紧螺帽退扣，装有制动齿板20。制动齿板的外齿卡在锁紧螺帽的内齿中，而制动齿板下面的方形键卡在主轴头部的缺口内，以防止主轴与锁紧螺帽的相对运动。推荐精选矿石从给矿漏斗22落到分矿盘上，随分矿盘不
15、断的幌动，矿石便被均匀地分配到破碎腔里。破碎后的矿石，从两锥体下部落地运输带上。调整环部分也是一个动锥体，其外圆锥表面有锯齿形螺纹，而内部锥体上有七个缺口，定锥衬板25上面相应地有八个耳环26。用“U”形螺栓24穿过缺口钩在耳环上，将定锥衬板固定在调整环28上。调整环与固定环17靠锯齿形螺纹联接；借旋转调整环使定锥上升或下降，从而改变破碎机排矿口大小。因调整环是右螺纹，所以向右旋转调整环排矿口便减小；向左旋转调整环，则排矿口增大。为了防止调整环自动退扣，用弧形齿板18锁紧。为了保护螺纹和使调整环容易转动以及不让灰尘浸入，在固定环17的径向方向上有加注黄油的孔27和在其下端装设有毛毡密封16。固定环（也叫支撑环）的锥面与机架上部的锥面相配合，固定环沿圆周方向有16组弹簧15，每组有10支，每组用5根螺栓将弹簧压在两托盘之间，靠弹簧的张力把固定环压在机架上。这样，当不能破碎的物料落入破碎腔时能起保险作用。破碎机的传动轴承、止推盘、锥衬套和主轴、直衬套与偏心轴套以及球面轴承的表面是相对运动的摩擦表面。为了保证破碎机正常运转，各摩擦表面必须要很好的进行润滑与防尘。防尘装置：中细碎圆锥破碎机比粗碎圆锥破碎机产生灰尘更加严重，因此要
