破碎機(jī)械的發(fā)展與人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的水平密切相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各學(xué)科問相互滲透，各行業(yè)間信息交流，廣泛使用新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝，尤其注重機(jī)電一體化和自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了圓錐破碎機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。
隨著社會(huì)的前進(jìn)，原材料消耗不斷增加，導(dǎo)致富礦資源日益枯竭，礦石品位日趨貧化。以我國冶金礦山為例，鐵礦石平均品位31%、錳礦石品位22%。絕大多數(shù)的原礦需要破磨和選礦處理后才能成為爐料。破磨作業(yè)是選礦的龍頭，也是能耗、鋼耗的大戶。因此，節(jié)能、降耗是破磨設(shè)備研究的主題，“多碎少磨”是節(jié)能、降耗的重要措施，其關(guān)鍵問題是降低破碎產(chǎn)品的最終粒度。圓錐破碎機(jī)生產(chǎn)效率高，排料粒度小而均勻，可將礦巖從350mm破碎到10mm以下的不同級別顆粒，可以滿足入磨粒度需要，成為金屬礦山選礦廠的主要破碎設(shè)備。目前正向著大型、高效、可靠、節(jié)能、降耗和自動(dòng)化方向發(fā)展。
1、發(fā)展歷程
圓錐破碎機(jī)誕生于20世紀(jì)初葉。彈簧式圓錐破碎機(jī)是由美國密爾沃基城西蒙斯(Symons)兄弟二人研制的，故稱之為西蒙斯圓錐破碎機(jī)。其結(jié)構(gòu)為主軸插入偏心套，用偏心套驅(qū)動(dòng)動(dòng)錐旋擺運(yùn)動(dòng)，動(dòng)錐襯板時(shí)而靠近時(shí)而離開固定錐襯板，從而使礦巖在破碎腔內(nèi)不斷地遭到擠壓和彎曲而破碎。采用大偏心距，低擺頻，驅(qū)動(dòng)功率小，破碎產(chǎn)品粒度不均勻，破碎效果差，振動(dòng)大，彈簧易損壞。用大型螺旋套調(diào)整排礦口大小，調(diào)整困難，過載保護(hù)用彈簧組，可靠性差。多年來，雖經(jīng)不斷改進(jìn)，結(jié)構(gòu)日趨完善，但其工作原理和基本構(gòu)造變化不大。
20世紀(jì)40年代末，美國Allis Chalmers公司首先推出底部單缸液壓圓錐破碎機(jī)，是在旋回式破碎機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的陡錐破碎機(jī)。采用液壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了液壓調(diào)整排礦口和過載保護(hù)，簡化了破碎機(jī)結(jié)構(gòu)，減輕了重量，提高了使用性能。由于它靠排料口尺寸大小控制產(chǎn)品粒度，使產(chǎn)品粒度大，且不均勻。對含水、含泥物料易堵塞。
20世紀(jì)50～60年代，法國Dragon公司的子公司Babbitless公司和日本神戶制鋼有限公司等推出上部單缸、周邊單缸液壓圓錐破碎機(jī)。
20世紀(jì)70～80年代，美國Allis Chalmers公司在底部單缸液壓圓錐破碎機(jī)的基礎(chǔ)上推出高能液壓圓錐破碎機(jī)；Nordberg公司推出旋盤式圓錐破碎機(jī)，適用于中硬物料的第四段破碎，其給料粒度小，偏心距小，破碎力不大。相繼又推出超重型短頭圓錐破碎機(jī)，加大了功率．強(qiáng)化了彈簧、合金鋼機(jī)架，增加了制造成本，為此該公司又推出了0mm型圓錐破碎機(jī)。為適應(yīng)沖水破碎義推出WF型濕式圓錐破碎機(jī)：Bab-bitless公司推出BS，UF型超細(xì)碎圓錐破碎機(jī)，采用滾動(dòng)軸承替代偏心套，由電動(dòng)機(jī)、皮帶傳動(dòng)而帶動(dòng)動(dòng)錐擺轉(zhuǎn)，頂部單液壓缸裝置調(diào)整排礦口和過載保護(hù)，給料粒度-10mm．產(chǎn)品粒度-6.3mm占80%：德國KHD Humboldt Wedag公司推出Calibrator型圓錐破碎機(jī)。
20世紀(jì)90年代以來，美國Cedarapids公司推出了EIJOYⅡ型，MVP型圓錐破碎機(jī)；美國Nordberg公司推出新一代HP系列圓錐破碎機(jī)：瑞典Svedala公司推出新的H系列圓錐破碎機(jī)：日本神戶制鋼有限公司推出AF型圓錐破碎機(jī)和2 300ASC型圓錐破碎機(jī)：俄羅斯烏拉爾機(jī)械研究院和米哈諾貝爾研究設(shè)計(jì)院開發(fā)出新型短頭圓錐破碎機(jī)，破碎機(jī)分上、下兩部分，上腔按料層原理破碎物料，下腔為平行區(qū)。應(yīng)用表明：細(xì)級別含量較一般圓錐破碎機(jī)提高5%~10%，襯板金屬消耗降低20%。
最后，值得一提的是俄羅斯于20世紀(jì)80年代研制成功的慣性圓錐破碎機(jī)，使圓錐破碎機(jī)在結(jié)構(gòu)和破碎原理上取得了重大進(jìn)展。
20世紀(jì)50年代初期，國內(nèi)圓錐破碎機(jī)在仿原蘇聯(lián)的2 100和1 650彈簧圓錐破碎機(jī)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了1 200和2 200型彈簧圓錐破碎機(jī)。在20世紀(jì)70年代開發(fā)了1200、1750、2200多缸液壓圓錐破碎機(jī)和1200、1650、2200底部單缸液壓圓錐破碎機(jī)。20世紀(jì)80年代，沈陽重型機(jī)器廠從美國Nordberg公司引進(jìn)西蒙斯和旋盤式圓錐破碎機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)，并合作生產(chǎn)該系列圓錐破碎機(jī)。沈陽有色冶金機(jī)械廠從美國Allis-chalmers公司引進(jìn)H系列圓錐破碎機(jī)部分相關(guān)技術(shù)對德興銅礦引進(jìn)的H系列84”圓錐破碎機(jī)進(jìn)行消化吸收并加以生產(chǎn)。該廠與北京礦冶研究總院和江西銅業(yè)公司合作對從日本神戶制鋼有限公司引進(jìn)的760型液壓圓錐破碎機(jī)進(jìn)行消化并加以生產(chǎn)。20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)一些礦山、石料加工廠和建設(shè)工程先后又引進(jìn)了HP系列圓錐破碎機(jī)、G型圓錐破碎機(jī)和0mm冶研究院于1993年與俄羅斯圣彼得堡工程科學(xué)院合作成立中外合資北京凱特破碎機(jī)有限公司。桂林冶金機(jī)械廠與圣彼得堡工程科學(xué)院共同創(chuàng)辦了中俄合資桂林湟新技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)慣性圓錐破碎機(jī)。洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院開發(fā)簡化結(jié)構(gòu)的慣性圓錐破碎機(jī)，東北大學(xué)也正在研究振動(dòng)破碎機(jī)。
隨著我國石料加工廠的發(fā)展，中小型圓錐破碎機(jī)也取得了進(jìn)展。上海建設(shè)·路橋機(jī)械設(shè)備有限公司與日本神戶制鋼有限公司合作生產(chǎn)AF型圓錐破碎機(jī)：沈陽華楊機(jī)械廠推出西蒙斯、旋盤式和HP系列圓錐破碎機(jī)：上海龍陽機(jī)械廠、上海多靈一沃森機(jī)械設(shè)備有限公，司和鞍山礦山機(jī)械總廠也都生產(chǎn)中小型圓錐破碎機(jī)。
目前，我國圓錐破碎機(jī)已形成大、中、小型系列，品種規(guī)格齊全，基本滿足國內(nèi)需求。但產(chǎn)品的制造質(zhì)量，材料特別是耐磨材料，以及使用可靠性等方面與國外同類產(chǎn)品尚有差距，有待進(jìn)一步研究、改進(jìn)。
2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
美國Allis-chalmers公司在底部單缸液壓圓錐破碎機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展的高能圓錐破碎機(jī)，其理論基點(diǎn)是當(dāng)給料粒度一定，產(chǎn)品粒度愈小，所消耗能量愈大，也就是說產(chǎn)品細(xì)粒級含量與破碎機(jī)輸入功率成正比：當(dāng)物料性質(zhì)和給料粒度一定時(shí)，輸入功率增加，使破碎力加大，產(chǎn)量大，產(chǎn)品粒度小。該機(jī)采用高擺頻、小偏心距，裝有大功率電機(jī)。底部單缸液壓調(diào)整排料口尺寸和液壓過載保護(hù)，并用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制給料和排礦口的調(diào)節(jié)。由于靠動(dòng)錐擠壓和彎曲破碎物料，用排料口尺寸控制產(chǎn)品粒度，物料間相互作用力小，破碎過程無選擇性，限制了向超細(xì)碎方向發(fā)展。
美國Nordberg公司的旋盤式圓錐破碎機(jī)采用料層破碎原理，要保證破碎腔內(nèi)有足夠的物料，有高的壓縮比，給礦口尺寸大于給料粒度，增加上破碎腔容積，且上腔動(dòng)錐角小，以限制物料沿錐面下滑。為了使下腔平行區(qū)內(nèi)保持一定厚度物料以實(shí)現(xiàn)料層破碎。采用大偏心距、高擺頻，底錐角小，限制物料下滑。其超重短頭型破碎機(jī)機(jī)體強(qiáng)度高。該公司開發(fā)的HP系列圓錐破碎機(jī)是在西蒙斯圓錐破碎機(jī)基礎(chǔ)上，吸收了德國KHD Humboldt Wedag公司的圓錐破碎機(jī)偏心部件的特點(diǎn)開發(fā)的多缸液壓圓錐破碎機(jī)。采用料層破碎原理破碎物料，實(shí)現(xiàn)了選擇性破碎，使物料沿著晶體表面缺陷處薄弱環(huán)節(jié)破碎。不僅節(jié)能耗，而且產(chǎn)品粒度細(xì)，減少過粉碎現(xiàn)象。采用緩錐，周邊多缸液壓鎖緊，球面瓦支撐結(jié)構(gòu)。大偏心距、高擺頻、大功率電機(jī)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化破碎，降低產(chǎn)品粒度，提高生產(chǎn)能力。裝有旋轉(zhuǎn)式布料器，自動(dòng)控制給料量，使物料沿破碎腔周邊分布均勻。液壓調(diào)整排料口尺寸和液壓保險(xiǎn)裝置，保證破碎機(jī)安全作業(yè)。
根據(jù)該公司試驗(yàn)研究，當(dāng)圓錐破碎機(jī)給料中含有粗細(xì)混合粒級時(shí)，在物料粒子遭受擠壓力破碎時(shí)細(xì)粒會(huì)產(chǎn)生料墊作用，不僅消耗能量，而且影響大顆粒的破碎效果。基于這種因素而開發(fā)了新型WaterFlsh型圓錐破碎機(jī)(WF破碎機(jī))，用于濕式破碎。物料給入圓錐破碎機(jī)的同時(shí)加水沖洗，水沖走了大量細(xì)小顆粒，減小破碎形成的細(xì)顆粒在破碎腔中構(gòu)成料墊。并且加大了物料從破碎腔中排出速度，防止粉塵產(chǎn)生，改善了作業(yè)環(huán)境。濕式破碎與磨礦直接用泵連接，減少膠帶運(yùn)輸和細(xì)碎礦倉設(shè)施。實(shí)際應(yīng)用表明：產(chǎn)品粒度細(xì)且扁平顆粒多，易于磨礦，能耗降低25%，破碎機(jī)產(chǎn)量較同規(guī)格圓錐破碎機(jī)提高50%，破碎產(chǎn)品粒度可達(dá)6～8mm。WF-800型破碎機(jī)產(chǎn)品粒度-6mm占80%。
瑞典Svedala(集團(tuán)1公司的H系列液壓圓錐破碎機(jī)采用陡錐、高擺頻、小偏心距，底部單缸液壓支撐和頂部行星架結(jié)構(gòu)。用ASRplus自動(dòng)控制裝置對排料口進(jìn)行在線控制，控制精度高。一臺破碎機(jī)可安裝由粗到細(xì)多種腔型。
美國Cedarapids公司的MVP型液壓圓錐破碎機(jī)，采用滾動(dòng)軸承，主軸為固定式，偏心機(jī)件上移，直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)錐體，消除偏心套和直套間隙，破碎得到強(qiáng)化。其交差軸傳動(dòng)、大偏心距、高擺頻、大容量電機(jī)，破碎力大，破碎效果好。迷宮式密封，液壓調(diào)整排礦口和過載保護(hù)，可靠性高。
日本神戶制鋼有限公司的AF型圓錐破碎機(jī)是在Allis-Chalmers公司的底部單缸液壓圓錐破碎機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新機(jī)型，采用均勻的供料裝置、適當(dāng)?shù)钠木嗪团c之適應(yīng)的擺頻，滿足料層破碎原理的破碎腔以及依據(jù)負(fù)荷改變自動(dòng)調(diào)節(jié)排礦口尺寸的控制技術(shù)，使該機(jī)破碎頻率高，生產(chǎn)能力大，產(chǎn)品粒度細(xì)，單位產(chǎn)品能耗低。
俄羅斯圣彼得堡工程科學(xué)院開發(fā)的慣性圓錐破碎機(jī)借助于不平衡偏心激振器高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心慣性力使動(dòng)錐旋擺來破碎物料。由于它是擠滿給料，通過向物料層施加定量的壓力，使物料承受全方位的擠壓，物料顆粒間的相互作用，從而實(shí)現(xiàn)料層破碎。同時(shí)在由慣性力引起的強(qiáng)烈脈動(dòng)沖擊作用下，物料在破碎腔中承受交變的擠壓、剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。物料顆粒間不斷改變方位，由于顆粒越小，晶格缺陷越小，強(qiáng)度越大，就可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度大的小顆粒破碎相鄰的強(qiáng)度小的大顆粒：在等強(qiáng)度顆粒中，那些晶格缺陷與剪切力方向重合顆粒被破碎：造成顆粒間的強(qiáng)制自粉碎，這樣物料主要沿晶格間薄弱環(huán)節(jié)破碎，產(chǎn)品過粉碎現(xiàn)象少，而實(shí)現(xiàn)選擇性破碎。由于擺頻高使物料在破碎腔中被破碎次數(shù)多，并且動(dòng)錐和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間非剛性連接，在慣性力作用下，動(dòng)錐將盡可能靠近定錐從而使產(chǎn)品粒度細(xì)，破碎比大。料層阻止破碎腔．襯板直接接觸，延長了襯板使用壽命。帶負(fù)荷啟動(dòng)和停車無需配備給料裝置，不可破碎的物料（鐵件）進(jìn)入破碎腔也不會(huì)造成設(shè)備損壞。整機(jī)采用二次隔振，基礎(chǔ)振動(dòng)小，不需大型基礎(chǔ)。簡化破磨流程，減少輔助設(shè)備臺數(shù)，節(jié)省設(shè)備和基建投資。應(yīng)用范圍廣，可破碎抗壓強(qiáng)度高達(dá)360MPa的脆性物料。
3、應(yīng)用效果
近來國內(nèi)外開發(fā)的新型高效圓錐破碎機(jī)破碎物料應(yīng)用的范圍不斷擴(kuò)大，破碎產(chǎn)品粒度小，破碎效果顯著。
美國Nordberg公司的MP-1000型破碎機(jī)在Butte選礦廠替代Symons圓錐破碎機(jī)，產(chǎn)品粒度-12mm占80%，使磨機(jī)生產(chǎn)能力提高37%。在波蘭柳賓選礦廠，在錘式破碎機(jī)后使用MP型破碎機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充破碎使產(chǎn)品粒度降至-14mm占80%，從而提高了磨機(jī)生產(chǎn)能力，降低磨礦能耗。
瑞典Svedala公司于1998年將H-8000型液壓圓錐破碎機(jī)推向市場。南美洲智利埃爾特尼恩特銅礦選礦廠，使系統(tǒng)生產(chǎn)能力從700～800t/h提高到1200～1 400t/h。
鞍鋼調(diào)軍臺選礦廠采用HP700型圓錐破碎機(jī)，從1997年9月投入運(yùn)行，中碎機(jī)排料粒度75～Omm,處理能力790t/h：細(xì)碎機(jī)排料粒度-12mm占92%．處理能力350t/h．提高了磨機(jī)生產(chǎn)能力，降低了磨礦能耗。
馬鋼凹山選礦廠，用2臺HP500型圓錐破碎機(jī)代替3臺φ2 200短頭型圓錐破碎機(jī)，在能耗不增加的情況下，使碎礦最終產(chǎn)品的粒度由原來的-28mm降至-16mm，提高球磨機(jī)生產(chǎn)能力為8%。2001年獲經(jīng)濟(jì)效益225萬元。
遼寧省阜新市排山樓金礦采用HP300型圓錐破碎機(jī)排料粒度-5mm占70%,使球磨機(jī)處理能力提高30%．從而降低了能耗和鋼耗，每年增加產(chǎn)值幾百萬元。
哈薩克斯坦某銅礦選礦廠用d)2 200慣性圓錐破碎機(jī)代替φ2200型短頭圓錐破碎機(jī)破碎硫化銅礦石，在給料粒度-120mm時(shí)產(chǎn)品粒度-14mm占95%．其中-6mm占60%，處理能力240～280t/h，由于降低入磨粒度使磨機(jī)處理能力提高50%。
北京礦冶研究總院和安徽銅陵某有色公司聯(lián)合攻關(guān)用PD90120型顎式破碎機(jī)和GYP1200型慣性圓錐破碎機(jī)，實(shí)現(xiàn)兩段開路破碎工藝流程，生產(chǎn)能力70～80t/h，從給料-7 50mm破碎到-8mm,使系統(tǒng)能耗降低20%，磨機(jī)處理能力提高25%。
4、自動(dòng)控制和自動(dòng)化
隨著21世紀(jì)信息技術(shù)時(shí)代的來臨，計(jì)算機(jī)、傳感器和檢測儀表等技術(shù)的進(jìn)步，加速了圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制和自動(dòng)化的發(fā)展。
Nordberg公司的Lokosets自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過連續(xù)監(jiān)測破碎機(jī)排礦口、驅(qū)動(dòng)功率和破碎力以及在過載或堵料時(shí)自動(dòng)調(diào)整破碎間隙等功能以提高破碎效率和增加生產(chǎn)能力。
Svedala公司開發(fā)的Asrplus自動(dòng)控制系統(tǒng)，可根據(jù)物料的水分含量、可碎性和磨蝕性的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)破碎機(jī)運(yùn)行參數(shù)，并可查明襯板的磨損情況，能根據(jù)反饋系統(tǒng)信息自動(dòng)調(diào)整破碎機(jī)排礦口。
Allis Chalmers公司采用美國Allen bradley公司的PLC -2/30型可編程序控制器和各種檢測儀表組成的圓錐破碎機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)以調(diào)節(jié)排礦口為主、調(diào)節(jié)給礦量為輔的控制方式，保持破碎機(jī)在95%額定功率運(yùn)行，以提高處理能力，降低排料粒度。將各檢測儀表的模擬量和開關(guān)量信號輸入PLC，通過計(jì)算輸出指令對破碎機(jī)進(jìn)行有效控制。設(shè)有模擬控制盤，對系統(tǒng)開機(jī)、停機(jī)，自動(dòng)／手動(dòng)切換，報(bào)警和量值顯示，系統(tǒng)運(yùn)行直觀，便于監(jiān)視破碎機(jī)運(yùn)行狀況。
在破碎機(jī)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)破碎生產(chǎn)現(xiàn)場自動(dòng)化作業(yè)。從原料準(zhǔn)備開始到破碎、計(jì)量、產(chǎn)品發(fā)送的過程中只用一人在控制室中進(jìn)行操作，對每臺設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況和各種參數(shù)如襯板磨損、排料口大小、處理量和產(chǎn)品粒度等都通過檢測儀表和傳感器用數(shù)字、圖表顯示出來。操作人員通過監(jiān)視器查看每臺設(shè)備工作狀況，并在控制室進(jìn)行調(diào)節(jié)。從而實(shí)現(xiàn)破碎現(xiàn)場無人化作業(yè)。破碎機(jī)械的自動(dòng)化，不僅提高了生產(chǎn)能力，減少能耗，降低了產(chǎn)品粒度，滿足了“多碎少磨”的要求，而且減少了操作工人，改善了工人的作業(yè)環(huán)境。
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