圆锥破碎机生产能力优化研究

王建辉，王 蒙，柴雪平

（包钢（集团）公司白云鄂博铁矿，内蒙古 包头 014080）

引言

随着我国工业化、城市化步伐的加快，大型机械设备得到了广泛应用，不仅有助于提高生产质量和效率，而且增加了经济效益。目前圆锥破碎机多被应用于冶金工业的生产过程中，其主要作用在于粉碎散体物料，对于冶金工业的发展具有重要作用。我国使用的圆锥破碎机设备多为从国外进口或者仿制设备，因此其体型较大，实际生产过程中耗能严重，同时产出的粉粒物料缺乏规范性，因此对其工作机理及生产能力进行优化分析。

1 圆锥破碎机的工作原理

圆锥破碎机的类型繁多，根据其设计制造形式可将其划分为悬挂式圆锥破碎机、托轴式圆锥破碎机以及振动式圆锥破碎机。根据破碎机加工物料的情况又可划分为粗碎及中细碎两大类型。部分圆锥破碎机用于粗料的加工处理，因为加工物料块较大，所以设备的进料口要求较为宽大，被称作旋回破碎机。其动锥和定锥分别为正置和倒置。被用于细料加工处理的圆锥破碎机也就是常规破碎机。其加工物料通过粗布粉碎处理，对进料口尺寸无较大的要求，但是对卸料口具有一定的要求，需要在原有基础上合理处理卸料口，这样才能提高生产水平。其定锥及动锥均为正置。

常规圆周破碎机的主要组成部分包括机架、动锥、轴承、偏心轴等相关构件，其主要工作原理为：通过定锥和动锥所产生的圆锥破在破碎机运行的过程中，电动机发电驱动水平轴呈旋转趋势，并促进偏心轴持续运动，进而使动锥作圆锥形旋转运动[1]。在具体运动时，动锥可能会持续的接近定锥或者远离定锥，进而使圆锥破内腔中物料受到冲击和挤压因素的影响，发生破碎。之后经由传动设备将完成破碎后的物料传送到破碎腔中，向下将其排出。在这一过程中，圆锥破偏心轴能够促进动锥下方的下腔套持续运动，但是固定于主轴上的上腔则会随下腔的运动而不断运动，进而促进主轴的运动，主轴发生转动也会促进偏心套进行转动。在这一过程中动锥不仅能够进行自传运动，同时也会围绕破碎机的中线作旋转运动。运动产生的球面中心便是圆锥破碎机中线同破碎锥轴线的相交点，并且圆锥破碎机中线同破碎锥轴线形成夹角便是进动角，表明动锥运动能够作为定点进行旋转运动，也就是破碎腔中的物料被轧臼壁持续挤压发生破碎[2]。

2 圆周破碎机生产能力的主要影响因素

通过研究以及实践经验归纳可知，对圆周破碎机生产能力造成影响的因素较多，常见的因素主要为进动角、动锥转速、形状、物料的强度、物理特性、出料的情况等。同时不同型号以及不同生产厂家所生产的圆锥破碎机在结构、性能方面也存在明显的不同。同时不同设备的参数也存在明显的不同。因此这也是不同型号、参数范围圆锥破碎机生产能力及影响不同的主要原因。如国产型号为PYB900的圆锥破碎机，其进动角的角度范围在1°～2°之间，但是在实际工作过程中，如果角度设置较大或者角度设置较小均会对整体设备的生产质量及效率产生严重影响[3]。

3 圆锥破碎机生产能力优化设计

3.1 建立实体仿真模型

圆周破碎机的实体仿真模型主要为物料模型、动、定锥模型。结合设备动锥、定锥和物料运动的受力情况和工作原理，本文使用Ansys Workbench软件对上述几种模型进行构建，需要使用该软件汇总的相关模块，如显式动力模块及优化模块等。通过对上述几个仿真模型的建立和优化，能够实现对圆锥破碎机整体几何模型结构的简化，同时有助于大幅提升模型的性能以及仿真模型运输效果，避免仿真模型在实际运算时发生错误问题。

本文选择国产PYB900型号圆锥破碎机为研究对象，其破碎锥底角和圆锥破进动角分别为40°和2°。第一步需要建立物料的仿真模型，对圆锥破碎机来说，物料十分重要，为了后续研究和计算的便利，本次研究使用形状规则的物料，通过软件建立三维立体模型。其次需要进行动锥仿真模型的建立，对圆锥破碎机来说，动锥是十分重要的构件，也是其运行的重要基础，因此也需要使用Ansys Workbench进行仿真模型的建立，同时也可以使用一些其他软件完成这一步骤，例如Matlab软件等。最后，可以使用三维建模法进行定锥仿真模型的建立。完成上述操作之后，将模型导入到Ansys Workbench平台中，通过不同的函数模块对其进行分别分析，保证模型建立的稳定性和有效性[4]。

3.2 优化模型参数仿真设计

通过数十年的不断发展，现如今我国圆锥破碎机各个构件参数和运行参数的体系已经趋于规范和完善，该体系涵盖了设备的进动角、动锥底角以及偏心距等全部参数，为未来圆锥破碎机的优化、完善、发展及设计提供了重要的参考依据，具有非常高的使用价值。结合圆周破碎机生产能力的主要影响因素分析可知，如果想要对其模型参数和运行参数的设计进行优化，则需要全面分析影响因素，对相关结构参数进行合理设置，例如破碎锥底角、进动角以及破碎锥偏心套转速等，并将相关参数的边界值作为主要的限制条件，例如破碎机破碎锥的底角范围需要保持在40°～50°，同时需要对偏心套旋转和摆动的速度范围进行合理控制，把持在200～700 r/min之间。除此之外，需要以定量间距变化原理为基础，对破碎锥底角、进动角以及其他相关参数分别取其他值，之后在不同设备结构参数的影响下，对各个参数变化的程度、范围进行分析，研究其对圆锥破碎机生产性能造成的主要影响[5]。工作人员需要合理使用Ansys Workbench软件，实现对国产圆锥破碎机参数进行优化，通过优化处理后，各项参数值都呈增大的趋势。同时也需要将这些参数作为主要的输入参数，将其输入到优化函数中，将生产率作为主要的目标函数输入参数，同时也可以作为优化函数的输出值，根据上述特点，本次研究通过二次规划算法计算完成优化后圆锥破碎机的实际生产率。根据研究结果可知，相较于优化前，圆锥破碎机的生产率得到了显著的提升，表明对其采取有效的优化措施有助于提高其生产水平。

4 结语

通过实践研究和分析可知，对圆锥破碎机生产能力造成影响的因素繁多，因此需要技术人员全面了解其工作原理，并掌握建模方法，对其仿真模型进行优化设计，以有效改善其生产能力。圆锥破碎机是工业化生产中不可或缺的机械设备，对其生产能力进行优化设计有助于推动经济的发展。