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西蒙斯圆锥破碎机故障分析

季利平^①

(内蒙古科技大学煤炭学院 内蒙古 包头市 014010)

摘 要：西蒙斯圆锥破碎机在实际生产中，因为制造、安装及检修等原因，经常发生一些故障。通过对破碎机工作原理、运动规律及受力情况的分析，解决囤料、主轴断裂等故障，为安全生产提供有力保障。

关 键 词：圆锥破碎机；故障；预防措施

1 前言

西蒙斯圆锥破碎机因其处理能力大、破碎粒度细，在破碎工艺中已被广泛使用。但在实际生产中，因为制造、安装及检修等原因，经常发生一些故障。例如新更换的破碎机在负荷试车时，会出现处理能力比更换前小，经常“囤料”，造成处理量降低，再有主轴易产生裂纹甚至断裂，要想解决问题，可以通过对破碎机的工作原理、运动规律及受力情况的分析，找到改进措施，预防此类故障发生。

2 西蒙斯圆锥破碎机结构及工作原理

西蒙斯圆锥破碎机结构简图如图1所示，工作机构由可动锥和固定锥组成。可动锥的锥体压装在主轴上，主轴的一端插入偏心套的锥形孔内。

当偏心套转动时，就带动可动锥做旋摆运动。为了保证可动锥做旋摆运动的要求，可动锥的下部表面做成球面，并支承在球面轴承上。可动锥和主轴的全部重力都有球面轴承和机架承受。^[3]

3 破碎机处理量降低

3．1 原因分析

要了解破碎机囤料的原因，首先必须清楚破碎机稳定运行的条件。所谓破碎机动锥的稳定运行就是指动锥在球面轴承上是否能翻倒，如果翻倒了，就是破碎机运行状态不稳定。破碎机运转时，破碎锥轴线对机体中心线作圆锥面运动，其锥顶为球面轴承中心O点。O点在破碎锥的运动过程中始终保持静止，因此破碎锥的运动可视为刚体绕定点的转动。另外破碎机运行时必须保证破碎锥主轴线与破碎机的中心线在球面中心相交。

否则，将破坏破碎机的正常工作。由此可知，圆锥运转过程中，动锥轴线与机架中心线的交点O₁必须与球型瓦的球面中心O重合，这是动锥正常运转的先决条件(图2)。另外为了保证破碎机动锥不致于翻倒，在检修时，必须使整个球面轴承接触面积的2/3在外圈，1/3的里圈面积可不接触，运转一段时间后，便可达到全面积均匀的接触。^[1]

闭路破碎的生产能力可由以下的经验公式计算：

Q_闭=KQ_开=KK₁K₂q₀bδ/1．6(t/h)(1)

式中Q_闭—闭路破碎时破碎机的生产能力，t/h；

Q_开—开路破碎时破碎机的生产能力，t/h；

K—闭路时平均给矿粒度变细的系数；

K₁—矿石可碎性系数；

K₂—矿石粒度校正系数；

q₀—破碎机排矿口单位宽度的生产能力，t/(mm·h)；

δ—破碎矿石的堆密度，t/m³；

b—破碎机生产时的排矿口宽度，mm。

实际生产中可以假设一定时间内矿石性质是不变的，破碎机选型已定，这样可以看成K、K₁、K₂、q₀、δ都为固定值，这时破碎机处理量仅和排矿口宽度有关。但如果是新更新的破碎机，破碎机腔型(主要是破碎机平行带长度)是否正确也将成为影响破碎机生产能力的因素。因此查找破碎机处理量不稳定的原因可以从破碎机腔型及排矿口宽度是否满足生产要求着手，而排矿口宽度和偏心轴套轴孔轴线位置及偏心角有关。如果偏心轴套锥孔轴线位置不正确、发生偏移或偏心角度不正确，都将造成O点与O₁点不能重合，引起动锥不稳定，运转过程中发生翻倒。生产过程中调整排矿口，没调到规定尺寸时，动锥就会与固定衬板发生碰撞，破碎腔开口间隙和排矿口间隙不是逐渐地由大变小或由小变大，而是无规则地突然变大变小，无法有效地破碎矿石，也就无法达到破碎机应有的处理能力。腔型不对，破碎机平行带长度也就存在差异，也将影响破碎机处理量。

3．2 采取措施

1)只有保证动锥的稳定运行，才能保证破碎机的处理量。如果制造偏心轴套时，偏心轴线位置不正确、偏移，可以通过增加或减少碗形瓦和碗形瓦支座之间垫片的方法来调节碗形瓦与偏心轴套的相对位置来实现O₁与O点的重合。但如果偏心轴线相差较大，则O₁与O点相差太多，另外碗形瓦的上下调节会引起主轴与锥孔间的间隙变化，因此碗形瓦支座不允许有很大的调节量，或者因为偏心角度不正确造成的O₁与O点不重合，则只能通过更换偏心角度及轴线位置正确的偏心轴套来解决了。

2)如果破碎机腔型存在问题，先查找是定锥还是动锥的原因，通过更换部件来解决。

4 主轴产生裂纹或断裂

4．1 原因分析

要了解主轴产生裂纹或断裂的原因，先对主轴进行受力分析，将主轴及锥体看做一个整体来进行受力分析(图3)。在带负荷运行时，破碎机主轴始终靠在偏心套厚边上，最大破碎力P_max垂直作用于动锥表面下边缘，偏心套对主轴的反作用力P₁作用于主轴下端并沿水平方向，并与最大破碎力相交于O₂点，根据三力平衡并相交于一点的道理，球型瓦对锥体的反作用力P₂必定通过O₂点及球面的中心O点。而最大破碎力P_max为：

式中G—定锥自重；n—弹簧数；K—弹簧刚度；P—每根弹簧的初压力；f₀—物料对衬板的摩擦系数；np—弹簧预紧力；L_p—破碎力对弹簧与机架接触点的力臂；L_f—摩擦力对弹簧与机架接触点的力臂；R—np对弹簧与机架接触点的力臂；h₀—弹簧的附加压缩量。

主轴的危险断面为a－a面，弯曲应力为

σ=P_max×LW

式中σ—危险断面a－a的弯曲应力；P_max—最大破碎力；L—最大破碎力臂；W—抗弯截面模量。

从以上公式可以看出，在破碎机选定后，最大破碎力仅和弹簧的预紧力有关。圆锥破碎机工作时，可以把主轴看作一端受有集中载荷的悬臂梁，这样就不难看出：当弹簧的预紧力较小时，圆锥破碎机破碎力也就较小，即主轴的受力也会较小，但对较硬的矿石不能破碎，生产能力较低；当弹簧的预紧力较大时，圆锥破碎机的破碎力也就较大，同时主轴受力也会很大。因此在发生非破碎物进入破碎机时，弹簧被压缩，主轴受力增大，弯曲应力变大，如果主轴强度不足，就会引起主轴断裂。

另外，因为主轴与锥体之间的配合为过盈配合，如果过盈量太大，将会产生应力集中，导致主轴疲劳破坏。主轴本身的制造质量差、材质不当都会造成主轴强度降低、断裂。

4．2 采取措施

1)检修时按照制造厂规定的范围对弹簧进行调节，并且每组弹簧应调节到一致的程度。如果弹簧被紧到了一定的程度，支撑环还是经常跳动，必须查找原因，不能随便采取再度紧弹簧的办法来解决，避免造成弹簧被过度压缩，预紧力加大，在进入非破碎物时，破碎力加大，易造成主轴断裂的事故发生。

2)在制造主轴时，应减少应力集中的缺陷。

3)在装配主轴和躯体时，不能为了增加主轴和躯体间的牢固性加大过盈量，避免过盈量过大应力集中严重，造成主轴断裂。

5 结语

实践证明，经过这一系列措施的实施，西蒙斯圆锥破碎机的“囤料”问题得到了解决，主轴断裂故障明显降低。

参 考 文 献：

[1]   郎宝贤，郎世平．圆锥破碎机[M]．北京：机械工业出版社，1998：101，124～126．

[2]   郎宝贤，郎世平．破碎机[M]．北京：冶金工业出版社，2008：118～120，156．

[3]   段希祥．碎矿与磨矿[M]．北京：冶金工业出版社，2008：70，88～90．