单缸液压圆锥CC600创新设计和应用

姜俊雄，刘鸿滨，刘玉龙

（南昌矿山机械有限公司，江西 南昌 330004）

随着我国加大对基础建设的投资，水电、核电、公路、高铁、矿山和非金属矿山等项目得到大幅度发展，需要固定破碎系统1000套左右，移动破碎系统500套，预计破碎筛分及系统年需求达500亿。近年来，全球资源的减少及各国对资源和环保的控制，国家逐步减少小型矿山项目开发，更多的在于原生产线的技术改造以及采用大型项目提高资源利用率。我国传统圆锥破碎机大部分为弹簧结构，与单缸和多缸液压圆锥破碎机相比：耗能高、产量低、可靠性差、缺乏先进技术，与国外先进圆锥破碎机竞争力低，因此国内市场大部分被国外占领。为改变国产技术落后的局面，南昌矿机抓住发展机遇，通过长时间的调研与研发，于2012年04月进行CC600单缸液压圆锥试制，并于2013年03月进行工业性实验，各项技术指标均达到国际先进水平。传统的弹簧圆锥破碎机，难以满足市场和客户的需求，而南矿公司所研发及生产的CC600单缸液压圆锥破碎机设备产能高耗能低、自动化程度高、运行经济成本低等特点，已经完全可以替代进口设备。

1 工作原理

图1 破碎机剖面结构图

单缸液压圆锥破在运行过程中，由小齿轮总成通过大、小齿轮传动带动偏心总成旋转，从而带动主轴总成做圆锥旋摆运动。当主轴做旋摆运动时，主轴总成相对于上机架总成做周期性转动。当主轴总成（动锥衬板）接近于上机架总成（定锥衬板）时，处于两者之间的矿石就被挤压而破碎，主轴总成远离离开上机架总成时，破碎后的矿石通过自重向下经排矿口排出。通过向液压缸总成中泵入液压油，调节活塞的位置，从而使得主轴总成上升或者下降，达到合适的排矿口，最终实现控制产品粒度。

2 基本参数

2.1 原始条件

原料各类矿石，二段或三段破碎，入料粒度D进料≤300mm。

2.2 设备主参数确定

最大入料粒度达300mm，最大生产能力达1200t/h，排料口调节范围13mm～70mm；最大装机功率为630kW，主机重量约46995kg，整机重量约67000kg。

2.3 设计方案

我公司深入研究了国内外同类产品，并根据CC100-CC400的设计经验，确定了详细设计方案。

三维主机模型如图1所示。

2.3.1 生产力确定

Q=60Vnμγ=188nμ△b△lDcγ[1]

μ---松散系数，μ=0.55-0.7

γ---物料堆密度，γ=1.6（t/m³）

e---偏心距（m）

△b---物料被压缩时料层厚度，近似等于e---偏心距（m），见图3。

△l---动锥摆动一次物料的位移（m）见图3。

Dc---物料压缩层平均直径，近似等于动锥底部直径D（m），见图3。

n---动锥转速（r/min）

图2 圆锥破碎机处理能力计算

计算产量：

符合最大设计产量1200t/h的要求。由于采用了大偏心距、主轴总成高转速以及重型化设计，为此笔者团队对CC600圆锥破碎机采用具有世界先进水平的破碎新技术来实现设计要求[2]。

2.3.2 功率的确定

功率采用南昌矿机实际经验，P=11D²neK(kw)；

D---动锥底部直径D（m）；

n---动锥转速（r/min）；

e---偏心距（m）；

K=1（和腔型相关）；

P=11x1.6²×270×0.07=532.224kW，考虑到实际应用中矿石对设备冲击较大，因此选用630kW。

3 创新设计

（1）采用超大偏心距设计，且一个偏心铜套有多种偏心距[3]。通过平键安装在偏心铜套不同的键槽中可轻易实现多个偏心距设定，以适应不同矿石和工况的要求，从而实现挤满仓给料。

图3 可调偏心距

（2）轴承由球面调心滚子轴承改进为圆锥滚子轴承，两盘圆锥滚子轴承采用背靠背的安装形式，能承受更大的载荷，为设备大型化设计奠定了基础。

（3）CC600配备电控溢流阀，其安装有压力传感器、位置传感器和电磁阀。当压力传感器监测到过载时，马上控制电磁阀打开溢流阀，通过3根液压胶管溢流，根据位置传感器信号下降至合适的位置；该技术的应用，彻底解决了蓄能器反应慢、压力反弹的缺陷。

图4 圆锥滚子轴承

图5 电控溢流阀

（4）在传统的破碎机设计中，滑动轴承和滚动轴承共用润滑油，但滚动轴承对润滑油的污染程度更加敏感。当防尘效果欠佳或维护不及时，小齿轮总成的滚动轴承寿命严重偏短。南昌矿机结合多年的设计经验，将CC600小齿轮总成采用独立润滑系统，设计单独的油箱对滚动轴承润滑，确保润滑油高度清洁，设备长期稳定的运行。

图6 小齿轮总成独立润滑

最大破碎力根据液压系统压力确定。

D1--液压缸柱塞直径D（m），设计值0.52m。

p--正常碎矿时，液压缸压力（N/m2）,一般p=5x106N/m2。

G--动锥重量（N）,设计值57000N。

ɑ--动锥底锥角（°），r0—进动角（°）。

设计值（ɑ-r0）=65°。

按上述公式计算F=2376424 N，按此力用Solidworks核算机架强度,如图3所示，过铁状态下最大极限应力为1.509x108N/m2，小于机架最小屈服强度σ=2.7x108N/m2，机架设计合理。

引用标准。基本参数、技术要求及实验方法等均按“南昌矿机”参与制定的强力圆锥破碎机标准JB/T11295-2012执行[3]。

4 应用与改进

4.1 应用

南昌矿机开发的第一台CC600于2013年11月在天津梅江会展中心展出，取得超过预期的市场效果。在展会现场，来自内蒙古的客户表露出强烈购买的欲望，并与南昌矿机签订了4台CC600的采购合同。如图7，在4台CC600中，两台是EC腔型作为中碎，另外两台是MF腔型作为细碎，用于破碎低品位的铁矿石。CC600成功替代原计划采购的进口设备，为客户节约了大量资金。

图7 金属矿山项目

4.2 重要改进

先导溢流阀改进为电控溢流阀。在早期设计CC600圆锥破碎机时，采用先导阀溢流的方式，对主机实施过载保护。然而在实际应用过程中，尤其是CC600-EC的来料粒度达250mm以上，对液压系统冲击过大。先导阀的弹簧易受到冲击且未达到设定的过载压力而提前溢流，导致破碎机的排矿口频繁变大，影响产品质量。南昌矿机结合多年设计经验，产品部、液压部和电气部共同攻关研发，成功开发了电控溢流阀，即将先导阀换为电磁阀，并配备压力传感器。通过压力传感器准确监控破碎机是否过载，并由PLC监控并控制电磁阀是否打开溢流。

5 结语

CC600是国内较早开发的具有世界先进水平的大型单缸液压圆锥破碎机，经过多年改进，已具备与世界知名厂商同台竞争的实力，且具有较高的性价比优势，已逐渐替代国外同类破碎机。CC600开发成功，标志着“南昌矿机”在为发展破碎机民族品牌上又书写了一个新篇章。