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破碎机设备矿山机械国内外历史发展进程

 

 近几年,伴随着人们对机械设备的旺盛需求,我国矿山机械市场取得了巨大的发展。截止到2011年底,在我国主要机械设备产品中,有102种产品的产量实现大幅增长,其中矿山机械产品增长速度最快。虽然我国已经成为矿山机械生产、消费与出口大国,却面临着“大而不强”的问题。

        据了解,国内矿山机械制造业突出的薄弱环节在于技术创新能力的不足和自主品牌的缺失。随着市场竞争日趋激烈,产品质量和开发能力等方面的问题严重阻碍了矿山机械企业的发展,产品技术进步缓慢,表现为研发投入不足、从事研究开发工作的技术人员力量不足、企业开发能力薄弱及科研开发费用占销售额比重低。同时,企业研发机构不健全,虽然部分制造企业中拥有一些技术研发机构,但具备高水平的研发机构不多,与国外相比差距很大。

        矿山破碎筛分设备作为工业原料和能源生产的重要装备,对矿山矿物的破碎分选起着至关重要的作用,但也同样面临着上述问题。虽然我国破碎筛分市场很大,但产品性能却相差很远,产业布局分散。近千家企业中拥有自主研发产品能力的很少,能够生产符合产业发展的高品质设备企业不多。在技术发展水平上,国内的破碎筛分设备制造业虽然已经从仿制阶段到引进提高阶段,但还处于消化吸收的层次,企业的产品还缺少自己的特色创新,产品无论是质量和性能上都同国际先进水平有较大差距。

         然而国内矿山破碎筛分设备行业取得的技术进步也是有目共睹,中国巨大市场规模的和多样化的需求,为国内行业的技术进步提供了足够的发展空间。在能源紧缺、节能降耗、倡导低碳经济越来越受到社会关注的今天,如何进一步加快技术装备在精度、效率、自动化、智能化、网络化的发展速度,逐步向高端装备制造过渡,成为行业所以面临的一道关卡。

        以高效配置来促进矿山破碎筛分设备的发展将成未来发展的主流,通过对破碎筛分设备的合理选用与高效配置,真正做到物尽其用,不仅是节约能源,促进生产的最有效措施,同时还可以加速企业对现有技术的消化和理解。在使用中弥补不足,在实用中取得进步,也许让企业收获丰厚回报更能拉动行业的技术进步。

 

ГРЩ旋回破碎机

前苏联生产的ГРЩ型破碎机产量较多、品种齐全,并且形成了设计制造体系,有专门的设计研究部门和制造厂家。如Механобр(选矿设计院)和УЗтм(乌拉尔重型机器制造厂)等。图4所示为他们生产的底部单缸液压旋回破碎机,从图中看出:圆锥齿轮布置在偏心轴套上方,便于拆卸、安装与调整,以前S系列旋回破碎机也有将锥齿轮布置偏心轴套上方,现在都是布置在下方,两种方式各有优缺点;中部机架为两段锥体用法兰螺栓联接;底部液压缸活塞顶面与主轴下端之间去掉了球面轴承,代以立轴式旋摆副,其结构简单,减少了球面轴承磨损,液压缸活塞不承受侧向力;主轴与动锥体之间采用阶梯轴圆柱面相配合,在截面变化处易产生应力集中。

前苏联生产的ГРЩ型液压旋回破碎机用于第一段粗碎有900/140、1200/180和1500/300等3个规格;用于第二段粗碎有500/60、700/75和980/100等3个规格。早年日本、德国、加拿大和瑞典等国都引进过AC公司生产的Superior型旋回破碎机专利。当今日本、德国等国家生产的旋回破碎机其产品质量都居世界先进水平。

 

旋回破碎机现状及发展趋势

□ 郎世平  杭州山虎机械有限公司  兰宪斌 本溪钢铁公司南芬选矿厂

郎宝贤 武汉科技大学

国内旋回破碎机的发展始于20世纪70年代,通过引进国外先进的液压旋回破碎机和技术,此项技术在国内的很多大型矿山得以应用,对发展国内破碎机行业和选矿事业具有重大意义。但该项技术受国内制造能力的制约,发展一直比较缓慢。而近几年随着国内整体制造能力的提高和对关键技术的消化和吸收,结合实际使用经验,国内已研制出具有自主知识产权先进的旋回破碎机,使这一技术在行业内开始得到越来越多的使用。

旋回破碎机技术发展现状

旋回破碎机的出现已有较长时间的历史,由于其生产能力要高于颚式破碎机,因此成为大型矿山和其他工业部门粗碎坚硬矿物的代表设备。旋回破碎机的破碎过程是沿着圆环型破碎腔连续运动,具有生产能力大、单位能耗低、工作平稳、适合破碎片状物料及破碎的物料粒度均匀等特点。旋回破碎机的动锥运动属于理论力学中刚体绕空间定点转动,这种运动使动锥产生旋回力矩,旋回破碎机因此得名。在旋回破碎机发展过程中,有几家企业一直起着重要的作用,本文就几家企业产品的技术特点进行介绍。

S型和CG型旋回破碎机

美国阿利斯·卡尔默斯(Allis-Chalmers简称AC)公司制造的旋回破碎机已有100余年的历史。自1878年制造世界第一台旋回破碎机以后,又于1943年开始制造液压旋回破碎机,即制造出Superior型(简称S型)液压旋回破碎机,如图1所示。                   

早期有S-200、S-300、S-400、S-500和S-600等5种规格产品,后来又推出S-2000、S-3000、S-4000、S-5000和S-6000系列产品。到如今由瑞典山特维克(Sandvik)公司又升级为S-2800、S-3800、S-4800、S-6800以及CG650、CG820、CG840、CG850和CG830等大中型旋回破碎机。图2所示为山特维克公司生产的CG系列液压旋回破碎机。表1中给出了该系列旋回破碎机主要参数。

Superior MK-II型旋回破碎机

美卓诺德伯格(Nordberg)公

司也生产旋回破碎机有重型和特重型其给料口有30"、42"、48"、54"和60"等5种,早期有顶部液压缸支撑和调整装置,后来该公司也生产底部单缸液压旋回破碎机、顶部单缸和双缸已不生产。近年,美卓诺德伯格新型Superior MK-II“超级横梁”旋回破碎机,如图3所示。

从图3可以看出,主轴为整体式主轴,避免了动锥松动。动锥螺母螺纹位于可更换的主轴合金钢制成的护套上,这样主轴无螺纹,消除了由于主轴上有螺纹产生应力集中。主轴上部轴颈与锥体过渡部位采用较大的半径圆弧并抛光、增大了主轴的强度,延长了其使用寿命。

主轴位置控制系统,采用垂直调节方式来补偿磨损和控制产品精度。该系统由一个按钮控制的泵以及一个用于支撑和调节主轴总成的重型液压缸组成。主轴位置控制系统还可以用来清理破碎腔。如果破碎机在破碎状态下动力突然中断,则使动锥下降,以清除破碎腔内物料。

Superior MK-II型粗碎旋回破碎机装有一个平衡缸,当主轴出现任何上移跳动时,该平衡缸能够使止推轴承和活塞与主轴总成保持接触,从而起到保护作用。同时还装有主轴位置传感器探头,该探头可直观显示主轴位置,便于操作者保持破碎机排料口稳定,同时使产量保持恒定,并检测衬板磨损情况。

重型横梁是Superior MK-II型旋回破碎机一个显著特点。横梁(臂架)很大,其中轴承也很大,与其相配合的轴颈也相应增大。这是为满足轴承特大的载荷而设计的。该机横梁与横梁圈铸成一体,重型横梁圈与上架体采用锥面止口配合、以防止横梁松动、减少维护保养的要求。此外,横梁设计还增加了上机架的稳定性和刚性。横梁圈与上架体锥面止口用螺栓联接牢固可靠。中部机架由上下两段组成并借用螺栓相联接。表2给出诺德伯格MK-II型旋回破碎机技术参数。

国产旋回破碎机

国内企业曾研制过机械式旋回破碎机和顶部单缸以及顶部双缸旋回破碎机,现都已经被淘汰。从1974年开始,沈阳重型机器厂重新编制了新的底部单缸液压旋回破碎机系列型谱。除原有规格,又增加了1 400 mm、1 600 mm和1 850 mm等3种大规格(见表3)。在结构上总结了国内多年设计、制造和使用经验及教训,采用底部单缸支撑作为系列基型结构。该系列破碎机已生产1400轻型和重型。前者用于白马寺石灰石矿,后者在1985年10月用于本溪钢铁公司南芬矿,2009年建成投产的中国黄金集团乌努格吐山铜矿也采用了该型设备,已使用多年效果良好。

图5所示为国产1400/170型液压旋回破碎机。该机与前述国外旋回破碎机各组成部分基本相似,大齿轮装在偏心轴套上方,水平轴采用滑动轴承。北方重工集团在20世纪80年代引进了美国富勒(FULLER)公司TRAYLOR型液压旋回破碎机技术。20世纪90年代初江西德兴铜矿大山选矿厂使用了2台54-74型液压旋回破碎设备,给料口尺寸为1 372 mm,排料口尺寸为150 mm。

近两年杭州山虎机械有限公司又生产了PXZ-1600重型液压旋回破碎机,为目前国内最大型旋回破碎机。该机显著特点是采用双电动机驱动,其他结构与前述破碎机基本相似。

旋回破碎机特点

前面介绍了国内外具有代表性的旋回破碎机,在实际使用中,设计人员还是企业还应深入地了解这些旋回破碎机的特点进行选择。

定锥与动锥布置方式

旋回破碎机主要用于粗、中碎,它的定锥与动锥布置方式不同。如图6(a)所示,定锥的顶点位于下方而动锥的顶点位于上方,这是为了增大给料口尺寸,满足大块物料进入破碎腔的要求。粗碎时动锥底锥角特别大、破碎腔很深,使之有很高的生产率;中碎旋回破碎机定锥分上下两段,上半段定锥的锥顶点还是在下方,而下半段的动锥顶点位于上方。这是为了既满足增大给料口尺寸,又使定锥底部直径大,能够配以底直径较大的动锥如图6(b)。借以提高生产率。旋回破碎机底锥角大约在70°〜80°之间。所以旋回破碎机破碎腔很深,特别是粗碎机(见图3)。

主轴与主轴承

大型旋回破碎机主轴与动锥是制成一体的,即整体主轴(见图1、2、3),避免主轴与动锥松动,并用合金钢材料满足受力的要求。粗碎机主轴与偏心轴套内孔相配的轴承相对比较矮(高度方向),顶部臂架(横梁)轴承相对比较粗大。如图3所示的美卓诺德伯格新型Superior MK-II型旋回破碎机“超级横梁”。山特维克公司旋回破碎机(图2)又采用了球面轴承,即球外表面与壁架、轴座、轴瓦形成球面摩擦副;而球内孔为圆柱孔与主轴顶部轴颈相配合形成圆柱面摩擦副。其优点可以满足任何进动角的要求而且性能优越,但制造成本高、安装拆卸较麻烦。

旋回破碎机底部液压缸顶面与主轴下端之间,去掉了常用的球面轴承(上、中、下3块摩擦盘)代以立轴式旋摆副,其结构简单,减少球面轴承磨损并使液压油缸活塞不承受侧向力(图4)。

中部机架

旋回破碎机中部机架有3种形式:第一是整体中部机架(图1);第二是分为上下两段的中部机架,分别用法兰螺栓加楔、销相联接(图2、图3);第三是采用3段中部机架,同时又加上一段下架,共计4段,用一组长杆螺栓将四段机架联在一体,如诺德伯格Symons旋回破碎机。

前苏联1 500/180大型旋回破碎机中部机架不仅分为两段,而且上段中部机架又分两半,用螺栓联接。以上将中部机架划分几段,其目的都是为了加工、制造、安装、运输方便而已。

传动部

前苏联乌拉尔重型机器厂于1953年生产的1500/180和1500/300机械式旋回破碎机曾采用双电动机驱动。山特维克公司于1986年从美国富勒(FULLER)公司引进制造技术,其中PXF60110旋回破碎机采用两台350 kW电动机驱动。各公司制造的大型旋回破碎机都是采用单机传动。最大功率为1 100 kW,用于山特维克CG830、规格为65-119、给料口为1 650 mm的大型破碎机。

旋回破碎机的发展趋势

目前国内外生产的旋回破碎机都是基于原AC公司Superior型液压旋回破碎机的基础上发展起来的。前面介绍的CG系列和MK-II两种具有代表性的先进破碎机也不例外。这两种破碎机与原AC公司S型旋回破碎机比较也没有显著地变化。例如原AC公司60×109旋回破碎机给料尺寸为1520 mm、排料口调节范围为210~300 mm、其生产率为4 300~6 600 t/h、功率为1 000 kW。将这些数据跟表1、表2中相近规格的破碎机数据相比,新机型在性能方面没有显著的优越性,只是在局部结构、材料、破碎机可靠性、自动控制和操作性有了新的发展和提高。因此说旋回破碎机发展速度较慢。

我国生产的旋回破碎机在大型化方面并不落后。国外常见的最大规格旋回破碎机也只是给料口为1 830 mm,前苏联有2 000 mm大型旋回破碎机。近年国内杭州山虎机械有限公司已制造了给料口1 600 mm重型液压旋回破碎机。但是,国内生产的旋回破碎机性能、技术水平与国外先进破碎机比较还有不小的差距。

现将两组国外先进的旋回破碎机与国产的旋回破碎机,具有给料口尺寸与排料口尺寸相近的两组破碎机性能参数比较,其结果列于表4、5中。

根据表4与表5中数据比较,国产破碎机整机质量大而且生产效率不高,功率虽然相差不大,但能耗消耗相差悬殊。虽然上述比较很粗糙,但也足以说明国产旋回破碎机在技术性能方面还远不如国外旋回破碎机,而且差距还不小。

相对国外装备技术水平,国内旋回破碎机发展相对滞后,主要原因一方面是由于旋回破碎机比中、细碎圆锥破碎机使用数量少,旋回破碎机技术发展的积累不足;另外,破碎机制造厂家还没有条件制造旋回破碎机,多数破碎机制造厂家缺少对产品连续跟踪、考查、不断研究和不断改进升级的工作,特别是对旋回破碎机研究创新工作更少。

近年,随着矿山规模的不断扩大,大型化设备成为矿山设备未来发展趋势,旋回破碎机也随着需求的变化也向这一方向发展,但国产旋回破碎机目前主要面对的问题还是如何在原有基础上,深入消化和吸收国外旋回破碎机的先进技术并逐步使其国产化并创新出具有自主知识产权的新型旋回破机。目前,山特维克、美卓等已开始发展中碎用旋回破碎机,这也为国内技术发展指明了方向。

 

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