沈俊萍，秦在智，劉磊，張愛軍

洛陽(yáng)大華重型機(jī)械有限公司，河南 洛陽(yáng)471023

摘要：本文論述了C1815大型顎式破碎機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，確定了偏心軸轉(zhuǎn)速、處理能力、電動(dòng)機(jī)功率等主要技術(shù)參數(shù)，并利用有限元對(duì)機(jī)架體和動(dòng)顎部進(jìn)行靜力分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例，綜合分析生產(chǎn)使用的效果，為礦山企業(yè)提高生產(chǎn)效率、節(jié)能 降耗、降低生產(chǎn)成本等方面提供了技術(shù)和設(shè)備支撐。

關(guān)鍵詞：C1815大型顎式破碎機(jī)；降低成本；節(jié)能降耗；有限元分析。

作者簡(jiǎn)介：沈俊萍，女，1968年生，本科，工程師，主要從事礦山機(jī)械破碎機(jī)的研究與開發(fā)。

The development of C1815 large jaw crusher

SHEN Junping，QIN Zaizhi，LIU Lei，ZHANG Aijun

Luoyang Dahua Heavy Type Machinery co., LTD.

Abstract:  This article discoursed technical features of C1815 large jaw crusher and determined the main technical parameters such as the eccentric shaft rotating speed、capacity、motor power and so on.  Its static stress analysis was conducted by applying ANSYS on frame and swing jaw. According to the on-site application instance, the effect was comprehensively analyzed in this paper. it offered support of technology and equipment for mining enterprises，which improved the production efficiency, saved energy and reduced consumption ,lowered the production cost, etc.

Keywords:  C1815 large jaw crusher；lowering production cost；saving energy and reducing consumption；FEA.

顎式破碎機(jī)一般用于粗碎各種礦石或巖石，特別是大型的礦山，首先就會(huì)選擇大型顎式破碎機(jī)。由于顎式破碎機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工 作可靠，制造容易，維修方便等優(yōu)點(diǎn)［1］，得到廣泛的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)開發(fā)制造大型顎式破碎機(jī)的廠家也寥寥無幾，在行業(yè)內(nèi)公認(rèn)是比 較難做的，所以很多廠家想做但又不敢涉足。2010年我公司開發(fā)C1815大型顎式破碎機(jī)，也是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大的顎式破碎機(jī)。經(jīng)過研發(fā)制 造、應(yīng)用驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的，顯著降低了用戶使用成本，同時(shí)，也為下一步開發(fā)更大型號(hào)顎式破碎機(jī)奠定了基礎(chǔ)。

1   技術(shù)特點(diǎn)

C1815大型顎式破碎機(jī)，是我公司在引進(jìn)法國(guó)阿特瑞克公司破碎機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)開發(fā)的C1815大型顎式破碎機(jī)（如圖1所示），其主要技術(shù)特點(diǎn)：①運(yùn)動(dòng)特性優(yōu)越、腔型獨(dú)特，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，比同類機(jī)型處理量大15%以上，節(jié)省能耗10%以上；②獨(dú)特的破碎腔型，通用的動(dòng)、定顎板，可互換調(diào)頭四次使用，達(dá)到顎板破碎面均勻磨損，提高材料利用率，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)也減少用戶備件庫(kù)存成本，且使安裝更加方便；③傳動(dòng)角可調(diào)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 可根據(jù)不同物料，調(diào)整傳動(dòng)角，實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)動(dòng)軌跡，使處理能力最大化；④排料口采用雙千斤頂液壓調(diào)整方式, 調(diào)整更快更省力；⑤配備定時(shí)定量加脂的軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)，確保軸承潤(rùn)滑最佳狀態(tài)；⑥配備軸承溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)，若超過設(shè)定最高工作溫度會(huì)報(bào)警，達(dá)到設(shè)定溫度極限會(huì)強(qiáng)制停機(jī)，及時(shí)排查故障，避免設(shè)備損壞；⑦動(dòng)顎部與機(jī)架部為可拆分結(jié)構(gòu)，方便運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)安裝拆卸。

2   技術(shù)參數(shù)的確定

給料口尺寸：寬度1500mm，長(zhǎng)度1800 mm。

閉邊排料口寬度：125～300mm。

2.1  偏心軸轉(zhuǎn)速的確定

計(jì)算公式：    ［2-4］

式中：n ——偏心軸轉(zhuǎn)速，r/min。 

α1——前墻傾角，取6°。

α2 ——動(dòng)顎傾角，取平均17.5°。

Sx——動(dòng)顎下端水平位移，取4.5～6 cm（對(duì)應(yīng)閉邊排料口寬度）。

計(jì)算得：n = 203～176（r/min）。

目前國(guó)內(nèi)外同型號(hào)顎式破碎機(jī)（用在第一段粗碎），一般轉(zhuǎn)速在150～230 r/min之間，且排料口偏大（第二段破碎進(jìn)料粒度一般＜ 450mm），所以本設(shè)計(jì)選取轉(zhuǎn)速為180r/min。

2.2  處理能力的確定

計(jì)算公式：    ［3］

式中： Q—處理能力，t/h。

n —偏心軸轉(zhuǎn)速，取180r/min。

L — 給料口長(zhǎng)度，取 1.8 m。

Sx——動(dòng)顎下端水平位移，取0.045～0.06 m。

b —閉邊排料口寬度，取 0.125～0.3 m。

μ —被破碎物料的松散系數(shù)，取0.75 (一般0.65～0.75，小型取小值，大型取大值)。

ρ—破碎物料的密度，取2.715t/m3（石灰石）。

計(jì)算得：Q=625～1864（ t/h），本設(shè)計(jì)選取處理能力為550～1200（ t/h）

2.3  電動(dòng)機(jī)功率的確定

計(jì)算公式：P=BL/120～BL/75  ［4］

式中：P—計(jì)算功率，kW。

B—給料口寬度，取150cm。

L—給料口長(zhǎng)度，取180cm。

計(jì)算得：P= 225～360（kW）。

因?yàn)榇笮皖�式破碎機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，考慮到啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，所以本設(shè)計(jì)選取功率為315kW。

3   機(jī)架和動(dòng)顎的有限元分析

3.1 最大破碎力

計(jì)算公式：Fmax=  σbHLK/20   ［4］

式中：Fmax——最大破碎力，N。

σb——物料抗壓強(qiáng)度，取250MPa。

H——破碎腔有效高度，取2545mm。

L——給料口長(zhǎng)度，取1800mm。

K——物料填充系數(shù)，K=0.24～0.3，取0.3。

計(jì)算得：Fmax=1.72×107（N）

3.2  C1815顎式破碎機(jī)的力學(xué)模型

顎式破碎機(jī)工作時(shí)破碎腔充滿礦石，動(dòng)顎受力較復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，把動(dòng)顎上所受的破碎力用集中力代替，其最大破碎力作用在破碎腔下部1/3高度處［5］。且最大破碎力的數(shù)值隨排料口尺寸減小而增大［6］。如圖2所示，作用在動(dòng)顎上有三個(gè)力：最大破碎力 Fmax=1.72×107（N），肘板給動(dòng)顎的推力F肘板=1.83×107（N），偏心軸給動(dòng)顎的反作用力F軸=1.26×107（N）

3.3 機(jī)架靜力學(xué)分析

機(jī)架的材料選用Q235A，其彈性模量為2.06×1011 Pa，泊松比0.3，密度為7.85×103  kg/m3。

機(jī)架底板固定約束，軸承箱連接處無摩擦約束。機(jī)架前墻板承受物料最大破碎力1.72×107 N；后墻板承受肋板反作用壓強(qiáng)42.24 MPa，軸承箱處承受作用力1.26×107 N。

對(duì)機(jī)架的模型進(jìn)行靜力學(xué)求解，機(jī)架結(jié)構(gòu)約束、加載應(yīng)力變形和安全系數(shù)圖如圖3所示：

（1）機(jī)架最大變形0.860mm，在機(jī)架肘板連接處邊線上。與實(shí)際情況吻合。

（2）最大應(yīng)力值為149.59 MPa，最小安全系數(shù)1.69。最大應(yīng)力在肘板座與側(cè)墻板的接觸面上，小于材質(zhì)的屈服點(diǎn)［σ1］=195 MPa，且有較大的靜強(qiáng)度余量。故機(jī)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足使用要求。

3.4 動(dòng)顎靜力學(xué)分析

動(dòng)顎材料選用Q235A，其彈性模量為2.06×1011 Pa，泊松比0.3，密度為7.85×103 kg/m3。

動(dòng)顎軸承箱連接處固定約束，肘板連接處施加無摩擦約束。動(dòng)顎承受載荷主要包括最大破碎力1.72×107 N；肘板連接處受的肋板反作用壓強(qiáng)80.89 MPa，軸承箱作用力1.26×107 N。

前處理結(jié)束后，對(duì)動(dòng)顎的模型進(jìn)行靜力學(xué)求解，動(dòng)顎結(jié)構(gòu)約束與加載應(yīng)力變形和安全系數(shù)圖如圖4所示：

（1）最大變形值為0.774 mm，在動(dòng)顎最下端邊線上。與實(shí)際情況吻合。

（2）最大應(yīng)力值為171.9 MPa，最小安全系數(shù)1.45。最大應(yīng)力在肘板座下端筋板位置處，小于材質(zhì)的屈服點(diǎn)［σ1］=195 MPa，且有較大的靜強(qiáng)度余量。故動(dòng)顎結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足使用要求。

4   應(yīng)用

實(shí)例1:河南某鐵礦廠，日處理原礦約8000t，主要加工硬質(zhì)花崗巖石質(zhì)的磁鐵礦，露天開采，在開采過程中，由于該物料硬度較高，以及其他諸多因素的影響，產(chǎn)出大量約1500mm超大塊的原礦粒度，需要通過二次破碎后，才能滿足后續(xù)破碎設(shè)備的加工要求。

用戶原來采用1臺(tái)液壓破碎錘和二次爆破的形式將物料破碎至600mm以下。這種破碎方式，不僅耗油量大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率 低、生產(chǎn)成本高（每班8小時(shí)生產(chǎn)480噸，生產(chǎn)成本6.64元/噸），而且也存在著較大的安全隱患。

為了更經(jīng)濟(jì)合理的處理超大塊物料，以滿足后續(xù)破碎系統(tǒng)的要求，經(jīng)多方論證和考察后，2011年用戶從我公司訂購(gòu)了一套1000t/h的粗碎加工系統(tǒng)，主設(shè)備為ZSW2160振動(dòng)給料機(jī)和C1815顎式破碎機(jī)，其工藝布置如圖5所示：原料由自卸車直接卸入受料倉(cāng)，受料倉(cāng)下方設(shè)置有一臺(tái)ZSW2160振動(dòng)給料機(jī)，原料進(jìn)入C1815顎式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，排料口寬度260mm，出料粒度小于400mm，產(chǎn)量達(dá)1000 t/h，不但輕松滿足后續(xù)流程要求，減少了操作人數(shù)，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了能耗，還大幅度提高了生產(chǎn)效率，降低了粗碎礦石運(yùn)行成本（每班產(chǎn)量達(dá)7000多噸，比原來提高了13.6倍；生產(chǎn)成本僅1.79元/噸，降低了73%），用戶非常滿意。

實(shí)例2 :遼寧某礦業(yè)公司，原料為硬質(zhì)花崗巖金礦，有大量的約1300mm超大塊粒度，由于最大粗碎設(shè)備PE900×1200顎式破碎機(jī)的進(jìn)料粒度小于750mm，所以使用液壓破碎錘和二次爆破來解決超大塊粒度問題，效率很低，耗用成本很大。用戶通過考察C1815顎式破碎機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)使用情況，于2013年8月份選用了1臺(tái)C1815顎式破碎機(jī)，10月份開始生產(chǎn)運(yùn)行，平均產(chǎn)量達(dá)800t/h（給料不連續(xù)，正常達(dá)1100t/h），出料粒度小于400mm，不但解決了原來料塊大、開采跟不上的局面，也大幅度提高了生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)成本。

5   結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，C1815大型顎式破碎機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)計(jì)算選取合理，關(guān)鍵件強(qiáng)度校核可靠，滿足進(jìn)料粒度1500mm、生產(chǎn)能力1000t/h的實(shí)際工況。C1815大型顎式破碎機(jī)相對(duì)液壓破碎錘和二次爆破的破碎形式，生產(chǎn)效率提高了13.6倍，生產(chǎn)成本降低了73%，改進(jìn)了以往的作業(yè)方式和生產(chǎn)流程，給用戶創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。隨著產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整，中國(guó)礦業(yè)已步入綠色礦山新常態(tài)，礦山機(jī)械在未來將朝著大型化、高效環(huán)保、低能耗的方向發(fā)展，大型礦山設(shè)備取代傳統(tǒng)中小型設(shè)備將成為主流。

參考文獻(xiàn)

[1]段希祥.顎式破碎機(jī).碎礦與磨礦[M]：北京 冶金工業(yè)出版社，2006:59

[2]戴少生.復(fù)擺細(xì)碎顎式破碎機(jī)偏心軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算[C].破碎機(jī)械研究設(shè)計(jì)與維修，礦山機(jī)械雜志社編輯出版，2009:367。

[3]褚瑞卿. 顎式破碎機(jī).建材通用機(jī)械與設(shè)備[M]：武漢理工大學(xué)出版社.  2004：17.

[4]郎寶賢，郎世平.參數(shù)計(jì)算、破碎腔與機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).破碎機(jī)[M]：北京 冶金工業(yè)出版社，2008：27-37

[5]郭年琴，郭晟.破碎機(jī)動(dòng)顎有限元分析與測(cè)試.顎式破碎機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法[M]：北京 冶金工業(yè)出版社，2012:128

[6]廖漢元，孔建益，鈕國(guó)徽. 腭式破碎機(jī)的主參數(shù).腭式破碎機(jī)[M]：機(jī)械工業(yè)出版社，1998:59