大型旋回破碎机腔型设计与优化
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摘要：伴随着经济社会的进一步发展，采矿行业也快速发展起来。传统的旋回破碎机腔型难以满足行业的发展需求，因此，亟待对其进行设计优化，以便于提升大型旋回破碎机的整体运行性能。
现阶段，在采矿、冶金、建材以及化工行业中，旋回破碎机均得到了广泛的应用。随着采矿行业的进一步发展，其对于采矿效率的要求也随之提升。旋回破碎机由于破碎产量较高,进料口尺寸相对较大，所以能够实现连续作业，且运行相对较为稳定，因此对于旋回破碎机的设计和生产得到了国内外企业的重视。随着矿山企业对于矿物质量的要求日渐提升，旋回破碎机也应该具备相对较高的生产能力和较高的产品质量[1]。如果依然采取传统的腔型设计，势必难以满足日益增长的矿石企业矿石的破碎需求。因此,对大型旋回破碎机腔型进行优化设计极为必要。
1大型旋回破碎机基本结构及工作原理
目前,由于机械式的旋回破碎机的调节排料口很困难,需要具备较大的进料口,因此,旋回破碎机基本上已经停止了生产。旋回破碎机依据排料口的动锥支撑方式和具体调节方式，常分为液压式和机械式破碎机两种，且在定锥的时候常设计为倒锥形。现阶段，底部单缸液压旋回破碎机是应用最为普遍的一种形式，液压式的旋回破碎机又常细分为顶部单缸和底部单缸的液压旋回破碎机。旋回破碎机主要包含偏心轴套、动锥、液压缸、定锥和传动轴等[2]。机体下部的液压缸提供动锥上下运动的动力，当物料中含有不可破碎的杂物时，动锥下降，液压缸收缩，杂物排出破碎机，以保证破碎机正常工作。在定锥的内表面以及动锥的外表面，均装有衬板，以方便衬板更换。动锥轴安装于偏心轴套内，一方面能实现减少磨损，另一方面能将动锥上端支撑于横梁中部套筒内，保证动锥的旋摆运动，进而保证破碎机的持续高效运行。当物料中含有不可破碎的杂物时，杂物排出破碎机，动锥下降，液压缸收缩，一方面能保证破碎机正常运行,另一方面可提供动锥上下运动的推动力,满足排料尺寸不同的要求。旋回破碎机正常工作时，动锥轴跟随偏心轴套转动,动力经由传动系统带动偏心轴套转动。同时，由于动锥不断靠近和远离定锥，使得动锥做绕整机中心线的偏心转动，一旦物料受到动锥与定锥的挤压，挤压力大于物料内部的凝聚力，当动锥靠近定锥时，挤压破碎后物料就会下落，由于自重及物料相互间的挤压排出破碎腔，会成为旋回破碎机产品[3，4]。
2大型旋回破碎机腔型设计及优化措施
2.1大型旋回破碎机初级腔型参数设计当前，大型旋回破碎机腔型仍存在着一些不足，如生产能力较低，存在破碎层堵塞问题，为确保其整体生产能力，提高其破碎效果，本文以1400mm作为最大给料粒径，依据排粒粒径及最大给料粒径，进行排料口尺寸和破碎机进料口设计，将进料口尺寸B设计为1525mm，将破碎机产品粒径控制在0mm-350mm范围内，初选排料口尺寸b设计为175mm，在旋回破碎机初级腔型设计中，采取单颗粒破碎理论进行破碎腔的基本结构参数设计。旋回破碎机的基本结构参数如下[5]：动锥上部直径DS、破碎腔高度参数H、定锥底部直径参数D1、悬挂点高参数Ho、啮角参数α、进料口偏心距eO、定锥底部直径参数D、偏心距e。通过确保破碎机腔结构参数的合理性，来保证物料加工排除破碎机的正常运行。在本文中，将定锥底部直径参数设计为2745mm，定锥底部直径参数设计为3136.9mm，进料口偏心距设计为6mm。为保证工作状态下啮角不大于物料及衬板摩擦角的两倍值，以保证旋回破碎机能够正常将物料破碎，本设计中卿攻台啮角应不大于33.3°，矿石与衬板摩擦系数值设计为0.3-0.5，获得其参数为2908mm，根据破碎腔几何关系进行破碎腔高度值计算，动锥悬挂点高度参数设计为4508mm。2.2大型旋回破碎机初级腔形曲线构建在进行初级腔形曲线绘制过程中，通过合理提高堵塞点界面，能提高物料破碎质量，获得基本腔形，同时进行曲线优化，通过合理提高堵塞点界面，依据大型旋回破碎机初级腔形参数，能提高破碎机运行能力，进而构建破碎机基本腔型曲线。旋回破碎机基本腔形本科动锥曲线段、定锥出料口直线段、定锥进料口直线段、定锥曲线段、动锥进料口直线段与动锥出料口直线段等构成。依据其腔形曲线，采取三维软件进行模型构建，通过UG软件中表达式命令进行腔形曲线表达式绘制，并通过规律曲线命令作基本腔形曲线绘制，确保动锥排料口直线下端点与定锥底面保持300mm距离，以保证通过动锥进行排料口尺寸调节，从而获得不同粒径产品，通过回转命令进行实体模型生成，形成模型仿真。
3大型旋回破碎机腔型存在的不足及优化
当前，为了提高破碎机的破碎效果,提高其生产能力，避免其运行过程中出现破碎层堵塞以及其他方面的不足，需要对其基本腔型进行优化，根据破碎机设计与应用的要求，对破碎机腔优化设计时，将其产品粒度以及生产能力作为目标函数，目标函数如下：其中，P（150）代表的是粒径低于150mm产品在总产品质量中所占有的分数。在优化过程中,通过多次迭代计算,进行破碎机腔形曲线优化，再利用软件优化工具,对目标函数进行最优选择,以获得优化结果。依据目标函数进行变量设计，通过改变破碎机腔型结构的具体参数值可以获得不同性能旋回破碎机，为实现破碎机生产能力高的同时提高产品质量，需要进行设计优化，以最合理的结构参数进行产品设计，合理设计变量，明确约束条件。依据旋回破碎机腔形所具备的几何特征，综合考虑破碎腔内部层压破碎特性及运动特性，合理设计破碎腔型优化设计的约束条件。
4结论
总之，伴随着采矿行业的进一步发展，其对于矿石产品的质量要求也随之提高，于是对于相关设备的运行效率和质量水平也提出了更高的要求。大型旋回破碎机是采矿行业中常用且必备设备之一，其主要功能在于对矿石进行初级的破碎。因此通过不断优化大型旋回破碎机的腔型，努力提升破碎机的产品质量水平和运行性能，这对于提升企业运作效率和综合效益，提高采矿企业矿石产品质量具有意义深远。[1]向青春,张伟,邱克强,孙治国,孙爱新,杨桂星.基于DOE的大型下架体铸钢件铸造工艺优化研究[J].机械工程学报2016,8（3）:1-6.[2]毕秋实.大型旋回破碎机腔形优化设计及离散元仿真验证[D].吉林大学,2014.[3]冯启飞.基于离散元理论的旋回破碎机破碎性能分析及腔型优化[D].湖南大学,2014.[4]蔡改贫,余万民,潘德生,梁端平,李进和.KKД-500旋回破碎机腔型优化设计及其试验分析[J].金属矿山,2008,6(3):118-120.[5]兰宪斌.PXZ—1400/170型旋回破碎机顶部轴承系统的改进[J].矿业装备,2016(6):56-57.（上接179页）矿体近地表以氧化型矿石为主，浅深部（斜深200m）既有氧化型矿石也有混合型矿石。伴生元素主要有银和镓，银品位0.61×10-6~37.6×10-6，平均品位7.93×10-6，镓品位19.0×10-6～20.5×10-6。2.2Ⅱ号铜矿体铜矿体产于上二叠统峨眉山玄武岩中，矿体顶板岩性为块状玄武岩，底板为斑状玄武岩，矿体受岩性控制。铜矿体呈透镜状产于玄武岩的层间破碎带中，主要受构造控制。3铜矿成因类型区内Ⅰ号铜矿体产于下三叠统飞仙关组、铜街子组，在区域上为一套滨海至浅海的过渡相沉积，其下为峨眉山玄武岩，上为一套碳酸盐岩沉积。早期的峨眉山玄武岩的大规模喷发，是铜矿物富集的前提和保障，提供了成矿物质来源。之后受地壳运动影响，峨眉山玄武岩隆起，在其边缘的滨海、浅海槽环境干热与潮湿气侯交替出现，古隆起中的峨眉山玄武岩长期风化剥蚀，其中的铜随之迁移到古陆边缘的滨海、浅海沉积盆地中，在后期的地质构造作用下，铜元素进一步富集成矿，在灰绿色砂岩中形成铜矿化。因此，Ⅰ号铜矿体成因类型属于在滨海至浅海的过渡相环境下形成的沉积型铜矿。Ⅱ号铜矿体产于峨眉山玄武岩层间破碎带中，其矿体规模较小，主要受构造作用的影响。铜矿化物源可能来自于玄武岩，经后期热液溶离、迁移、沉淀在层间破碎带或断裂构造中形成矿体。Ⅱ号铜矿体成因类型属于热液型铜矿。4铜矿远景评价沉积型铜矿的远景评价：工作区区域上位于滨太平洋成矿域（Ⅰ-4）扬子成矿省（Ⅱ-15）昭觉-峨边-长宁铜硫铝土矿成矿区（Ⅳ-43）。已知分布有铁、铜、铅、锌等多种矿产，成矿地质条件十分有利。区内含矿地层为下三叠统飞仙关组、铜街子组，含矿岩性为灰绿色砂岩，出露长度约4.5km，产状为200°～240°∠17°～35°。含矿地层出露稳定、连续。预查区Ⅰ号铜矿体顺层产出，矿体沿走向延伸约4km，沿倾向延深300m，矿体厚0.1m~0.75m，平均厚度0.5m，铜品位0.21%~4.27%，平均品位1.27%，伴生元素主要有银和镓，银品位0.61×10-6~37.6×10-6，平均品位7.93×10-6，镓品位19.0×10-6～20.5×10-6。矿体沿走向、倾向延伸连续，矿体有一定的规模。5结语综上所述，Ⅰ号矿于昭觉-峨边-长宁铜硫铝土矿成矿区内，成矿地质条件好，含矿层位稳定、连续，铜矿体具有一定的规模，铜品位较高，伴生元素有银和镓。Ⅱ号铜矿体产于峨眉山玄武岩中，矿体虽有较高的品位，但为透镜状，规模较小且不稳定。预查区内沉积型铜矿具有良好的成矿地质条件和较好的找矿前景。
参考文献：
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作者：王嘉1，胡似洋2 单位：1北方重工集团有限公司工程服务分公司；2北方重工集团有限公司矿业装备分公司