CCS200圆锥破碎机设计及主轴结构优化含5张CAD图
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CCS200圆锥破碎机设计及主轴结构优化文献综述圆锥破碎机是一种物料破碎设备，适用于冶金、建筑、筑路、化学及硅酸盐 行业中原料的破碎， 可以破碎中等和中等硬度以上的各种矿石和岩石。 圆锥破碎 机破碎比大、效率高、能耗低，产品粒度均匀，适合中碎和细碎各种矿石、 岩石。 随着矿山技术的不断发展， 圆锥破碎机也分为好几种， 按照种类包括弹簧圆锥破 碎机、西蒙斯圆锥破碎机、液压圆锥破碎机、高效液压圆锥破碎机、单缸圆锥破 碎机和多缸圆锥破碎机等；按照型号分为 SDY圆锥破碎机、SMH多缸液压圆锥破 碎机、 SMG单缸液压圆锥破碎机，PY 圆锥破碎机、 CS 西蒙斯圆锥破碎机、 HPC 液压圆锥破碎机、 HCS高效液压圆锥破碎机。1.1 物料破碎的研究概况 物料破碎是一个历史悠久的话题。 早在 20 世纪 50 年代艾利斯查尔默斯公 司就开始大规模研究破碎工作。 随着研究的深入，人们熟知了高功率的破碎作业， 可以用来改善能源效率和降低生产成本BHBergstrom 1 在研究单颗粒破碎 时发现，在空气中一次破碎的碎片撞击金属板时明显地产生二次破碎， 一次破碎 的碎片具有的动能占全部破碎能量的 45。如能充分利用二次破碎能量，则可 提高破碎效率。 也有人指出， 较小的持续负荷比短时间的强大冲击更有希望破碎 物料。我国胡景昆和徐小荷 2 研究颗粒的粉碎时得出结论， 静压粉碎效率为 100%，单次冲击效率在 35%40左右。为了节约能量，提高粉碎效率，应多用静压粉 碎, 少用冲击粉碎。K.Schonert 3 研究表明，如果使大批脆性物料颗粒受到 50MPa 以上的压力，就能够由“料层粉碎”节约出可观的能量。 目前“料层粉碎的理论” 4 已为粉碎界公认，根据料层粉碎理论研制的新设备有美国诺德伯格公司的旋盘 圆锥破碎机、俄罗斯的惯性圆锥破碎机等。多碎少磨 5 的原则指导研制以料层粉碎原理的新型破碎机是当前主要方向。 1952年 FC邦德和中国旅美学者王仁东 6 根据大量的实验结果， 提出裂缝学说。 该学说认为物料先在压力作用下变形， 积累一定变形功后， 物料中某些脆弱面的 内应力达到极限，因而产生裂缝，此时变形功就集中于裂缝附近并使裂缝加大， 变为产生断裂面的功。 1996年第四届全国粉体工程学术会议上邓跃红、 张智铁 7 发表了物料粉碎分形行为的研究 一文，作者认为破碎理论的研究应归结为三 个大的方面：强度理论的研究、破碎效果的评价、破碎功耗的研究。文书明、郭杰、王继先 8 在研究超细磨碎机时指出降低入磨粒度， 是矿石粉体工程节能降耗的有效手段， 也是提高磨机处理能力的有效方法， 矿石的超细破碎是降低入磨粒 度最直接、 最彻底的方法。 长期以来， 粉碎理论的研究主要停留在经验应用和统 计推测上， 人们了解粉碎的规律尚不明确、 不系统。人们期待新理论的出现会给破碎领域带来一次变革。1.2 破碎机的研究概况 郎宝贤、郎世平 9 在破碎机 中指出凡用外力将大颗粒物料变成小颗粒物 料的过程叫破碎， 其使用的机械称为破碎机。 王玺、王治军、付卫东、王巧云 10 在圆锥式破碎机的设计研究中表明破碎机是一种作业效率较高的破碎设备， 目前在矿山企业应用非常普遍，其效率对企业成本至关重要。 近代的破碎机械是在蒸 汽机和电动机等动力机械逐渐完善和推广之后相继创造出来的。 1806 年出现了 用蒸汽机驱动的辊式破碎机； 1858 年，美国的布莱克发明了破碎岩石的颚式破碎机； 1878 年美国发展了具有连续破碎动作的旋回破碎机，其生产效率高于作 间歇破碎动作的颚式破碎机； 1895 年，美国的威廉发明能耗较低的冲击式破碎 机。1905年出现了筒型磨矿机， 1920 年出现了圆锥破碎机。 1924年出现了反击式破碎机。1943年出现了螺旋分级机。 根据破碎机11 文献中指出破碎机按照工作原理和结构特征可分为鄂式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机和冲击破碎机。美国人Bake E W 发明了鄂式破碎机， 程居山 12 在矿山机械 中提到鄂式破碎机具有结构简单、 容易制造、工作可靠、使用维修方便等优点， 在矿山、冶金、建材、筑路、水利、化工、煤炭等多种行业中得到广泛的应用。 为了改善鄂式破碎机性能和提高工作效率，颚式破碎机得到了技术改进， 国内外研制出了各种性能更优越的鄂式破碎机。旋回式破碎机是大型矿石破碎和坚硬物料破碎的典型设备，广泛应用于黑色、有色金属、建材、化工和水泥等行业。郎宝贤 13 在破碎机中提到旋回破碎机主要具有大破碎比、高产量、产品粒度细、节能和高效等优点。据破碎机14 中记载辊式破碎机是利用两个转动的圆柱形棍子，矿石受到挤压和磨剪的作用破碎，当矿石达到粒度要求则从两辊之间排出。辊式破碎机具有结构简单、 紧凑、轻便、工作可靠、调整破碎比较方便、 可对含水物料进行破碎等优点。 高强、张建华 15 在破碎理论及破碎机的研究与展望中表明冲击式破碎机分为锤式和反击式两种，锤式破碎机利用高速旋转的锤子冲击和物料自身撞击到衬板而破碎，当物料达到粒度要求后， 从下部的筛条缝隙中排出，锤式破碎机适用于中细碎等 中等硬度及脆性物料，具有生产效率高、破碎比大、结构简单、尺寸紧凑、功耗较少、维护简单等优点。反击式破碎机由转子高速旋转、物料进入后，与转子上的板锤击破碎，然后又被反击到衬板上再次破碎， 从料口排出。具有破碎效率高，出料细而均匀， 易损件少， 维护保养方便， 能耗低等特点。 黄冬明、武殿梁 16 在圆锥破碎机的多目标规划设计中指出圆锥破碎机可用于破碎细碎和中等不同硬度物料，是一种连续作业， 效率较高的破碎设备。 文章后面将重点围绕圆锥破碎机给出详细介绍。1.3 圆锥破碎机的研究概况 1.3.1 国外圆锥破碎机的发展状况 圆锥破碎机诞生于 20 世纪初叶， 世界上第一台圆锥破碎机专利公布于 1878年，到 1898年才制成产品。 美国在 19 世纪末才开始应用了圆锥破碎机。 弹簧式圆锥破碎机是由美国人密尔沃基西蒙（Symons）兄弟二人设计的， 故得名西蒙斯圆锥破碎机。该机至今约有百年的历史，虽然逐渐改进、结构日趋完善，但基本结构没有重大变化。郎宝贤、郎世平在17 圆锥破碎机中指出该机型其结构为主轴插入偏心套， 用偏心套驱动动锥旋摆运动， 动锥衬板时而靠近时而离开定锥衬板，从而使矿岩在破碎腔内不断地遭到挤压和弯曲破碎。20 世纪 40 年代，美国 AllisChalmers 公司首先推出底部单缸液压圆锥破碎机，该破碎机是在旋回式破碎机基础上发展起来的陡锥破碎机。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。据圆锥破碎机18 中阐述，这种机器由于它靠排料口尺寸的大小控制产品粒度，使产品粒度大，且不均匀。对含水、含泥物料易堵塞。20 世纪 50-60 年代。法国 Dragon 公司的子公司和日本神户制钢有限公司等推出了上部单缸、周边单缸液压圆锥破碎机。20 世纪 70-80 年代美国 Allis Chamers 公司在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，郎宝贤、郎世平19 在其专著圆锥破碎机中提到该机型适用于硬物料的第四段破碎，其给料粒度小，偏心距小，破碎力不大。此后相继又推出超重型短头圆锥破碎机。黄继荣、倪德忠 20 在双圆锥破碎的探讨中指出了短头圆锥破碎机的排料粒度排矿口的平均破碎率为11.2%，筛孔尺寸为 -13 时，筛下为 23%-25%。加大了功率，强化了弹簧、合金钢机架，增加了制造成本，为此该公司又推出了Omni型圆锥破碎机。为了适应冲水破碎又推出了 WF型湿式圆锥破碎机。 钟升 21 在圆锥破碎机的机械传动过载保护研究中提到圆锥破碎机介于其使用环境的恶劣，常常由于物料偏折不均匀或破碎腔过铁而产生瞬时间的超载负荷。 Babbitless 公司推出的 BSUF型超细碎圆锥破碎机采用滚动轴承代替偏心套， 由电动机、 皮带传动而带动动锥摆转， 顶部单液压缸装置调整排矿口和过载保护， 给料粒度 -10 ，产品粒度 -6.3 占 80%。董纲、范秀敏、黄冬明 22 通过对圆锥破碎机破碎产品粒型研究中阐述了采取提高主轴转速， 改进破碎机结构参数和增加破碎腔中破碎事件发生几率等措施，是改善破碎产品粒型的有效途径。 20 世纪 80 年代俄罗斯成功的惯性破碎机，使圆锥破碎机在结构和破碎原理上取得重大进步。20 世纪 90年代以来，美国 Cedarapids 公司推出了 EIJOY II型，MVP型圆锥破碎机；美国 Nordberg 公司推出了新一代 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；日本神户制钢有限公司研制了AF型圆锥破碎机和 2300ASC型圆锥破碎机；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圆头破碎机，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。赵昱东23 在探讨圆锥破碎机的新进展时指出这种短圆头破碎机细级别含量较一般圆锥破碎提高5%-10%,衬板金属消耗降低 20%。1.3.2 国内圆锥破碎发展状况 国内圆锥式破碎机是在 1954 年仿前苏联的 2100 和 1650 弹簧式圆锥破碎机的基础上，自行设计生产了 1200弹簧圆锥破碎机； 1958 年又设计制造了大型的2200 的弹簧圆锥破碎机；上世纪七十年代又研发了底部单缸与多缸液压圆锥破碎机，也曾经研制过中心液压缸圆锥破碎机。 之后经过多年的反复研制与实践相继克服了旧系列弹簧圆锥破碎机弹簧压力的不足、 零部件强度低以及结构上的某些缺陷，已经批量上产的新系列弹簧圆锥破碎机有直径 600、900、1200、1750、2200五个规格、14种腔形；底部单缸液压圆锥破碎机有直径900、1200、1650、2200四个规格， 12 种腔形；多缸液压圆锥破碎机有直径1200、2200 两个规格，4 种腔形。当时国产圆锥破碎机已经达到了系列化、 规格化和标准化的程度，可以说产品齐全、使用可靠，受到国内外的认可。尽管如此，国产圆锥式破碎机与国外先进的圆锥破碎机相比还有一定差距。为了赶上世界先进水平， 沈阳重型机器厂又引进了美国诺德伯格（ Nordberg）公司的西蒙斯（ Symons）与旋盘式圆锥破碎机（ Gyradisc crushers ）技术。近年来国内外各厂矿又相继引进了 HP系列、omni 和 G型圆锥破碎机。如三峡工程中，古树岭石料场采用两台HP300和两台 omnil560 圆锥破碎机，下岸溪石料场采用 4 台 HP500圆锥破碎机，鞍钢调军台选厂采用6 台 HP700，香港新机场工程采用 6 台 HP系列和 2 台 omni 圆锥破碎机，广州黄坡石矿厂采用了3 台omni 圆锥破碎机。此外，北京三联砂石场和北京西郊砂石场各采用一台G158型圆锥破碎机，而河北张家口市砂石场采用了一台G108型圆锥破碎机。全滚动轴承破碎机被浙江湖州石料厂、哈尔滨漠河某金矿等都有引进。高澜庆、王文霞、马飞24 在破碎机的发展现状与趋势的研究中提到了引进国外先进破碎理念和技术， 提高加工工艺设计和加工设备档次，对我国破碎机的质量和技术提高是必须的。引进的关键在于消化和吸收以及将其国产化， 在技术上 实现突破和创新。在引进的破碎机中，有的厂矿用的很成功，但也有失败的，两方面都应认真总结，为今后引进破碎机和发展国内破碎机行业提供宝贵的经验。 1.3.3 圆锥破碎机的发展方向 物料的粉碎是冶金、矿山、建材、化工、电力等工业部门应用广泛的一种工艺过程，每年有大量的原料和再利用的废料都需要进行粉碎。在选矿作业中， 物料破碎占有重要地位。刘淑英25 在对新型振动圆锥破碎机的研究中指出世界上约有 15%的电能消耗在粉碎作业上，而且逐年增加，其中85%以上用于磨碎。随着贫矿增多、 建筑材料需求量不断增加、 工业利用积聚起来的再生材料占有比例愈来愈大，加之能源短缺，急需不断改善磨碎作业。郎宝贤、郎世平 26 在破碎机中提到研制高效粉碎设备和改进现有磨碎机械，对于达到优质、高产、低成本、低能耗具有非常重要的意义。王宏勋 27 在对破碎机械设备探讨中指出了圆锥破碎机应向大型化、高效化可靠化和节能化发展， 广泛采用新结构、 新材料、新技术和新加工工艺方面的成果。发展中充分注意到专业和通用之间的协调关系。特别是近现代以来人们更加注意到了高效和节能， 更加注意到机电一体化和电子控制技术的同步发展。 郎宝贤 28 在圆锥破碎机现状和发展方向中指出凡是性能优越的圆锥破碎机都是采用层压破碎原理粉碎物料， 实现选择性破碎机都是属于高能圆锥破碎机，从简化圆锥破碎机结构和减轻质量以及实现自动控制观点看，液压圆锥破碎机， 特别是单 缸液压圆锥破碎机更优越。 今后也许液压圆锥破碎机有可能逐步代替弹簧式圆锥破碎机。同时郎世平、郎宝贤29 在对圆锥破碎机的创新研究中表明新型圆锥破 碎机的研制首先是使它能够借用层压破碎原理达到选择性破碎的目的。为此圆锥破碎机的创新的基本点是，采用优化腔型、大底锥角、大摆程、高摆频，对破碎内部结构进行优化组合再输入高能量。高澜庆、王文霞、马飞30 在破碎机的发展现状与趋势中指出在当前我国的矿山行业发展呈现状态良好的形势下， 应引进国外的先进技术使破碎设备向着大型化自动化和采用现代技术提高产品性能和可靠性等方面发展。其关键在于对设计思想的消化、 吸收。根据我国的具体情况，提高国产化配套理念， 要缩小差距并迎头赶上和超过国外先进技术，就必须增加技术投入。引进国外先进的破碎技术和装备， 无疑对我国破碎机的质量和技术都有着重大的意义以使我国的产品在国际市场上占有一席之地。总结粉碎工程分为磨粉工程和破碎工程，在当今世界的大经济和工业生产中越来越占有重要的地位，无论从矿山到冶金，还是交通到建材，均需要用到粉碎，且其粉碎理论的研究也在不断深入发展， 如突变理论、 分形理论、 离散数学等方法 已经被引入粉碎理论的研究中， 其研究的数据引用， 可以优化各种粉碎设备， 由于在矿山选厂实现多碎少磨的关键是降低最终产品的粒度，且在交通运输、铁路、公路上，对其物料的粒形又提出了很高的要求。 破碎机械的发展与人类的进步和科学技术的水平密切相关， 而圆锥破碎机作为破碎设备中的一个类型，十分适用中碎和细碎， 近一百年来得到了很大的发展， 目前对其研究已进入了计算机优化设计、有限元分析等现代设计方法， 采用现代液压技术和计算机自动控制等先进技术和新材料， 尤其对其破碎腔形的设计贯彻恒定破碎思想，对细破碎锥采用料层粉碎原理，使得新型圆锥破碎机得到迅猛发展。参考文献1 刘志超 . 物料粉碎设备设计及应用 M. 徐州：中国矿业大学， 2006 2 胡景坤 , 徐小荷 . 静压和冲击粉碎岩石的能耗比较J. 金属矿山 ,1987(3):9-16. 3 K. Schonert . Critical Operation of High-Pressure Roller MillsJ Particulate Science and Technology 1997,15(7) 4 王介强，宋守志 . 关于料层粉碎的理论研究J. 中国矿业，1998,7 （5）：48-50 5 李宏，马宝平，袁静，谢蓬根 . 实行多碎少磨提高经济效益 J. 有色矿山， 1999（4） 6 郎宝贤、郎世平 . 破碎机 M. 北京：冶金工业出版社， 2008 7 邓跃红 , 张智铁 . 物料粉碎分形行为的研究J. 矿冶程 ,1998 （3） 8 文书明，郭杰，王继先 . 国内外超细破碎机的研究状况 J. 云南冶金，2002，31（3）:52-53 9 郎宝贤，郎世平 . 破碎机 M. 北京：冶金工业出版社2008,1-2 10 王玺，王治军，付卫东，王巧云 . 圆锥式破碎机的设计 J. 煤矿机械， 2006,27 （9）：26-28 11 郎宝贤，郎世平 . 破碎机 M. 北京：冶金工业出版社， 2008, ，8-10 12 程居山 . 矿山机械 M. 徐州：中国矿业大学出版社， 1997,5 13 郎宝贤，郎世平 . 破碎机 M. 北京：冶金工业出版社， 2008,9-11 14 郎宝贤，郎世平 . 破碎机 M. 北京：冶金工业出版
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