CN101730589A - 破碎机、用于破碎材料的方法和用于控制破碎机的方法 - Google Patents

Abstract

一种破碎机，至少包括被设置成可旋转的第一破碎刀片(1)和第二破碎刀片(2)，破碎刀片中的一个还被设置成能够沿着一条实质上谐波式线性路径往复运动，并且第一破碎刀片(1)和第二破碎刀片(2)的旋转轴线(X)与第二破碎刀片(2)的线性运动方向相平行。第二破碎刀片(2)被调整成沿着一条线性路径进行实质上谐波式往复运动。

Description

破碎机、用于破碎材料的方法和用于控制破碎机的方法

技术领域

本发明涉及一种破碎机。本发明也涉及一种用于破碎材料的方法，以及一种破碎机的控制方法。

背景技术

破碎机被用于将坚硬的块状物破碎成较小的尺寸。通常，待破碎的块状物被引入到相对移动的两个破碎刀片之间，刀片的移动使块状物破碎。专利文件US 3,627,214披露了一种破碎机，在其中使用依靠液压进行线性往复运动的下部刀片进行破碎。此外，破碎机的上部破碎刀片和下部破碎刀片能够在水平面内转动。在本发明的方案中，待破碎的材料从顶部被引入破碎机中，材料从此处被破碎刀片旋转产生的离心力带送至破碎刀片之间。离心力的应用使得破碎机的能力的提高成为可能。

发明内容

现在，一种用于显著地提高上述现有技术中的破碎机的性能的解决方案被发明了出来。

为了实现这个目标，本发明中的破碎机的主要特征如同将要在独立权利要求1中表述的。本发明所涉及的方法的主要特征继而如同将要在独立权利要求9中表述的。而本发明所涉及的一种用于控制破碎机的方法也如同将要在独立权利要求14中表述的。而其它的从属权利要求将描述本发明中一些优选的实施例。

校正后的方案

根据本发明的基本构思的破碎机包括适于相对于旋转轴线旋转的第一和第二破碎刀片。进一步地，第二破碎刀片适于沿着与旋转轴线相平行的线性路径往复运动。第二破碎刀片的线性运动实质上是一种谐波运动；也就是说，当运动方向改变时，运动速度在控制下被加速到最大速度，在此之后，所述速度在控制下在运动方向改变之前被减速。

与运动方向改变之前不减速的上述往复运动相比，这种谐波运动施加在结构上的负载大大减小。这对于破碎机的耐久性和/或尺寸很有利。

在一个有利的实施例中，第二破碎刀片的线性、实质上谐波运动由偏心轮实现。在一个实施例中，偏心轴的运动通过滑块被传送给第二破碎刀片。在另一个实施例中，偏心轴的运动通过连杆被传送给第二破碎刀片。

在一个有利的实施例中，破碎刀片以第一破碎刀片在上且第二破碎刀片在下的方式设置。因此，破碎机的线性运动改变了第一破碎刀片下表面与第二破碎刀片上表面之间的间隙。该间隙的大小基本上以谐波方式变化。

上述布置的不同实施例通过单独地应用或者通过多种不同的组合提供了多种优势。与传统的破碎机相比，本发明中的一个实施例的优势在于通过提高间隙中待破碎材料的加速度，从而使得破碎能力(crushing function)达到传统破碎机的4-5倍。

传统破碎机的腔室性能受到支配破碎空间中材料的移动的地球重力的限制，从而破碎速度被限制在250-400破碎能力每分钟(crushing function perminute)。而使用本发明的破碎机，根据应用的尺寸，能够达到1000-1500破碎能力每分钟。

本发明中的解决方案为与重量相关的具有高性能的破碎机准备了一条途径。本发明中的一种破碎机，其工作效率与5,400千克的传统的锥形破碎机相比略高，其重量大约为3,100千克。此外，由于它较小的外部尺寸，使其更易于被设置在活动的破碎设备中。破碎机的与其性能相关的小重量和小尺寸也提供了明显的成本效率方面的优势。

而且，破碎机的可调整性通过新的控制参数(即腔的旋转速度)得到了显著改进。改变破碎腔的旋转速度是对破碎的重要变量(例如，冲程、压缩比、腔密度和破碎区域数量)产生影响的决定性的且容易实施的途径，由此在必要时可根据不同的用途容易对破碎机的操作进行优化。例如在采矿破碎机中，其目的可以是明显比目前大得多的破碎比。

此外，在本发明中的解决方案中，破碎机的框架结构实际上受到线性运动方向的力的影响。因此，为破碎机的设置提供调整/安全防护装置无疑要比传统的具有回转破碎力的锥形破碎机容易得多。

为设备提供机械动力传输将产生比提供液压装置时显著更高的良好效率。因此，使用这种设备更加经济，而且破碎机对动力输入的需求也比液压设备的需求小。

附图说明

接下来，将结合原理性的附图对本发明进行更细节化的说明，其中

附图1示出了根据本发明的破碎机的原理的简化截面视图，

附图2示出了沿附图1中的A-A线截取的剖面图，

附图3示出了破碎机的实施例，

附图4示出了偏心轴和滑块的实施例，

附图5示出了根据附图4的滑块沿横向方向的视图，

附图6示出了偏心轴和连杆的实施例，

附图7示出了根据附图6的连杆沿横向方向的视图，

附图8示出了破碎机的另一个实施例，

附图9是显示出控制缸的破碎机实施例的透视图。

为了清楚起见，附图只是示出了理解本发明所必需的细节。为了着重突出本发明的特征，故省略了对于理解本发明非必需的但对于本领域的技术人员而言是显而易见的结构和细节。

具体实施方式

本发明中的破碎机可以通过多种方法来实施。以一个具有多种不同实施方法的有利的实施例为例。根据该例子的破碎机基本上是竖直的，使得待破碎的物料从上方通过漏斗形结构被供应，然后物料流继续向下流动。破碎机也可以处于其它位置，但是根据该例子的位置通常有利于对物料流的控制。

附图1通过非常简化的侧视图的形式示出了本发明中的破碎机的结构，其至少包括被设置成可旋转的第一破碎刀片1和第二破碎刀片2，破碎刀片中的一个还被设置成沿着实质上谐波线性路径往复运动。第一破碎刀片1和第二破碎刀片2的旋转轴线X与第二破碎刀片2的线性运动方向相平行。附图2示出了从上方(即，从供应物料的方向)看到的破碎刀片1，2的旋转。

如附图1所示的破碎单元包括竖直主轴3。被称作下部破碎刀片2并且被用作磨损部件的构件与主轴3相连接。下部破碎刀片2被破碎机的框架所围绕。所述框架包括两个部分：可彼此相对运动的上部框架和下部框架。下部破碎刀片2与下部框架相连接。被称作上部破碎刀片1并且被用作磨损部件的另一个构件继而与上部框架相连接。在这个例子中，上部破碎刀片1或者外部破碎刀片与第一破碎刀片1相对应。在这个例子中，下部破碎刀片2或者内部破碎刀片与第二破碎刀片2相对应。

下部破碎刀片2和上部破碎刀片1共同构成了破碎腔，例如岩石或施工废弃物的进给物料在该破碎腔中被破碎。在本发明的破碎机中，沿待破碎的物料流行进的方向看，破碎腔中的破碎刀片1，2的相对表面间的间距最初较大，然后变小。破碎刀片1，2间的角度最好约为10°到30°。此外，从破碎腔的表面到中心轴线的垂直距离沿着物料流前进的方向增大。随着该距离的增大，刀片的表面积也随之增大。因此，在不同的破碎区域中能够保持相同的容积或者具有受控制的容积变化。在一个有利的实施例中，不同破碎区域的容积基本上是一致的；也就是说，当破碎刀片1，2间的间隙减小时，破碎区域的表面积相对于间隙的减小而增大。这个特点对于破碎具有有利的效果。

在一个实施例中，第一破碎刀片1的内表面和第二破碎刀片2的外表面有利地呈实质上锥形，例如外表面上具有例如沟槽、齿状物或其它突出和/或凹槽等合适的破碎压纹的圆锥形或截锥形等。在附图1所示的例子中，第二破碎刀片2沿着物料流前进的方向变宽；也就是说，在例子中，第二破碎刀片的下部直径大于上部直径。破碎刀片1，2也可以是其它形状，并且它们可以包括例如突起、凹陷和/或直的部分。破碎刀片1，2的形状受到诸如运行速度、物料流，以及待破碎物的性质等多种因素的影响。破碎刀片1，2的形状也会对破碎腔的操作产生影响。

主轴3被设置成能够沿着线性路径往复运动。在例子中，该运动为上下运动。因此，第二或下部破碎刀片2和第一或上部破碎刀片1之间的间隙在一个循环过程中发生改变。往复运动连续进行，在一个实施例中，一秒内进行多次往复运动。例如，在一个实施例中，往复运动在一秒内进行了15到25次。

在此，破碎刀片2的谐波运动意味着在这个运动过程中破碎刀片在两个极限位置间运动，破碎刀片与时间相关的运动可以通过实质上正弦曲线图来表示。当破碎刀片2的运动方向改变时，其运动速度在控制下加速到最大速度，在此之后，所述速度在控制下在运动方向改变之前减速。与运动方向发生改变时速度在控制下不发生变化的往复运动相比，谐波运动使得施加在破碎机结构上的负载大大减小。

线性破碎运动能以多种方式实现。在例子中所示的有利的实施例中，线性或竖直破碎运动通过水平偏心轴4实现。例如电动马达或液压马达等适合的驱动器5为运动提供动力。在必要时，可通过动力传输结构使偏心轴4能够在适合的驱动器5的驱动下旋转。例如，偏心轴4可以通过皮带传动装置被马达5驱动。也可以使用诸如轴杆、液压管线和/或齿轮作为动力传输结构。在附图3和附图8所示的例子中，偏心轴4通过安装在轴承上的滑块6a与活塞状的主轴3相联接，从而进行竖直的谐波运动。当偏心轴4被驱动旋转时，主轴3和从而第二破碎刀片2进行竖直线性谐波运动，在此过程中第一破碎刀片1和第二破碎刀片2之间的间隙在循环过程中改变。线性运动的长度通常约为10-30毫米，但是该运动的长度也会根据应用而有所不同。

附图4和附图5具体示出了偏心轴4和滑块6a。滑块6a与主轴3相连接，使得滑块不能沿着主轴的轴线方向相对于主轴运动。因此，当滑块6a运动时其运动包含有平行于主轴3的轴线的分量，主轴也沿着其轴线方向运动。有利的是，滑块6a相对于主轴3可以在垂直于主轴轴线的方向运动。

在根据例子的结构中，滑块6a将向上运动和向下运动均传送给主轴3。在例子中，滑块6a能够相对于主轴3在水平方向运动。但是，滑块6a不能够相对于主轴3沿主轴的轴线方向运动。因此，当偏心轴4使滑块6a向上运动时，主轴3也向上运动。相应地，当偏心轴4使滑块6a向下运动时，主轴3也向下运动。滑块6a不能促使主轴3沿着与主轴轴线平行的方向运动，即这个例子中的水平运动。

在附图6所示的实施例中，通过连杆6b将偏心轴4的运动传送给第二破碎刀片2。在根据该例子的结构中，连杆6b将向上运动和向下运动均传送给主轴3。连杆6b不能促使主轴3沿着与主轴轴线垂直的方向运动，即这个例子中的水平运动。附图7示出了从偏心轴4的轴线方向观察时连杆6b的实施例。

所提出的偏心轴4和滑块6a或连杆6b的使用，迫使和滑块或者连杆相连接的破碎刀片2根据偏心轴的运动从一个极限位置线性运动到另一个极限位置。偏心轴4促使破碎刀片2在循环周期内执行受约束的往复线性运动。这样的结构不需要用于使破碎刀片2从另一个极限位置返回的单独复位结构。复位结构可以是例如能促使破碎刀片2复位的弹簧。这种弹簧的张力将需要额外的功，从而降低了效率，所以当要求实现高效率的目标时，不使用单独复位结构是有利的。

破碎机的第一破碎刀片1和第二破碎刀片2是旋转的，它们的旋转轴线X与第二破碎刀片2线性运动的方向相平行。在例子中，第一破碎刀片1在水平方向上围绕竖直中心轴线X旋转。在附图3所示的例子中，破碎机的第一或上部破碎刀片1借助于滑脂润滑过的轴向滚柱和滚珠轴承安装于可竖直运动的破碎机上部框架的轴承上。旋转运动从驱动器7(例如液压马达)依靠动力传送装置8(例如齿形轮辋或皮带传动装置)而被传送到第一破碎刀片1。驱动器7也可以是另外的设备，比如电动马达。从破碎机的操作来看，第一破碎刀片1的旋转速度容易调节是有利的。在一个实施例中，第一破碎刀片1的旋转速度大约为每分钟100-200转。

第二破碎刀片2的旋转动力可由专用的驱动器和/或动力传输结构生成，或者所述旋转动力也可由其他驱动器生成。例如破碎刀片1，2的旋转动力都可由单独的驱动器7生成，从所述驱动器通过适合的结构将旋转动力传送给两个破碎刀片。在一个有利的实施例中，第一破碎刀片1的旋转动力由驱动器7生成，在实施破碎的压缩运动中，旋转第二破碎刀片2所需的旋转动力从第一破碎刀片1传送给第二破碎刀片2。在压缩运动期间，第一破碎刀片1和第二破碎刀片2通过它们之间的待破碎物彼此相互连接。因此，待破碎物和第二破碎刀片2实质上接收第一破碎刀片1实现的旋转运动的速度和加速度。

在用作示例的应用中，第二破碎刀片2安装于滑动轴承上从而能够相对于滑块6a或连杆6b以及主轴3自由旋转，其中第二破碎刀片能够与第一破碎刀片1共同旋转。在这个例子中，第二破碎刀片2的轴承经由延伸通过偏心轴4的润滑通道被润滑，并且油经由偏心轴下面的油道依靠重力作用排出到油箱。优选的是，第二破碎刀片2适于旋转以使得它的旋转轴线X与线性运动方向相平行。可以从附图2中看出的是，在这个例子中，第二破碎刀片2在水平面中绕着竖直中心轴线X旋转。第一破碎刀片1和第二破碎刀片2优选具有相同的旋转轴线；也就是说，两个破碎刀片同心旋转。旋转轴线优选为处于破碎刀片1，2的中心轴线X处，其中，第一破碎刀片1绕着第一破碎刀片的中心轴线X旋转，第二破碎刀片2绕着第二破碎刀片的中心轴线X旋转。

破碎刀片1，2的旋转运动对待破碎物产生离心力。因此，物料除了受到地球重力的作用外，还受到离心力的影响。离心力对于破碎效率具有有利的作用，因为它加速了物料远离旋转轴线/中心轴线X。物料流从中心轴线X在破碎机的破碎刀片1，2之间向外通过。与传统的破碎机相比，在破碎腔中的待破碎物经受5-13倍的更快的加速度。

处于破碎刀片1，2之间的待破碎物料流也受到破碎刀片角度的影响。第一破碎刀片1的表面优选地相对于旋转轴线X和线性的破碎运动呈直角关系。第一破碎刀片1的表面也可以相对于旋转轴线X和线性的破碎运动呈其它角度。例如，与旋转轴线X和线性的破碎运动之间呈大约75°-90°的角度，使得从待破碎物的供应方向观察，从破碎刀片的表面到旋转轴线之间的垂直距离增大。

第二破碎刀片2的表面可以相对于旋转轴线X和线性的破碎运动呈直角关系，或者该表面也可以相对于旋转轴线X和线性的破碎运动呈其它不同的角度。第二破碎刀片2表面的适宜角度尤其受到第一破碎刀片1表面的角度、破碎刀片1，2的旋转速度、以及待破碎物的期望路径和传送速度的影响。根据待破碎物和破碎速度来选择破碎刀片1，2的角度是可取的。第一破碎刀片1和第二破碎刀片2的相对表面之间的角度优选为大约10°-30°。

在附图8所示的例子中，破碎刀片1，2的锥形表面处于相对于旋转轴线X向不同方向倾斜的角度。第一破碎刀片1的表面与旋转轴线X和线性的破碎运动之间呈大约75°的角度，而第二破碎刀片2的表面与旋转轴线X和线性的破碎运动之间也呈大约75°的角度。在这个例子中，破碎腔的中心线基本上与旋转轴线X相垂直，而第一破碎刀片1和第二破碎刀片2之间的角度大约是30°。附图8中所示的破碎刀片1，2的倾斜度适合于例如在碎石机的应用中，其中破碎刀片的旋转速度很高，例如达到了每分钟100-200转。

在附图3所示的例子中，破碎刀片1，2的锥形表面处于相对于旋转轴线X朝相同方向倾斜的角度。第一破碎刀片1的表面与旋转轴线X和线性的破碎运动之间呈大约45°的角度，而第二破碎刀片2的表面与旋转轴线X和线性的破碎运动之间呈大约70°的角度。在这个例子中，破碎腔的中心线呈大约50°的角度，而第一破碎刀片1和第二破碎刀片2之间的角度大约是20°。优选地，第一破碎刀片1与旋转轴线X之间呈大约45°-70°的角度，而第二破碎刀片2与旋转轴线之间呈大约55°-80°的角度。在较小的角度和较慢的旋转速度时，能够增加重力对物料流通过的作用，而相应地，在较大的角度和较快的旋转速度时，离心力对物料流通过的作用增加。附图3中所示的破碎刀片1，2的倾斜度适合于例如在碎石机的应用中，其中破碎刀片的旋转速度较低，例如为每分钟60-100转。

在一个实施例中，第一破碎刀片1的表面相对于旋转轴线X呈直角关系。而第二破碎刀片2的表面相对于旋转轴线X呈斜角关系。第二破碎刀片2的表面相对于旋转轴线X和线性破碎运动呈大约70°的角度。沿旋转轴线X的方向从第二破碎刀片2的表面到第一破碎刀片1之间的距离在物料输入端附近比在远离物料输入端的地方大。换句话说，从待破碎物的供给方向看，沿旋转轴线X的方向从第二破碎刀片2的表面到第一破碎刀片1之间的距离减小。第一破碎刀片1与第二破碎刀片2之间的角度大约为20°。

破碎机的上部框架能够相对于下部框架运动是有利的。在附图3和附图8所示的例子中，承受破碎力的上部框架通过四个液压缸9(所有的液压缸都未在附图中示出)安装在下部框架上。附图9是示出在破碎机中控制缸9的布置的透视图。在这个例子中，四个控制缸9与破碎机的上部框架和下部框架相连接。控制缸9的数目可以比这个例子中的多或者少。缸的数目还尤其受到应用尺寸和所使用的控制缸9的性质的影响。借助缸9可以在破碎时无极地调整破碎机的设置，并且缸9可以装配过载保护装置和用于移除无法被破碎的例如铁块之类的坚固物的装置。在根据这个例子的破碎机中，破碎力具有竖直分量和水平分量。作用在框架结构上的破碎力的水平分量基本相互抵消。框架结构因此基本上承受线性运动方向上的力，也就是，这个例子中的竖直力。因为该力基本上平行于缸运动的方向，因此典型的控制缸9能够承受所述力，其中不需要单独的锁定结构。因此，为破碎机提供调整设置的装置和/或安全防护装置无疑要比具有回转破碎力的传统破碎机容易得多。此外，在操作期间能够通过控制缸9对破碎机进行调整，这是因为在操作期间破碎机的设置不需要通过单独的锁定结构进行锁定。控制缸9也可以具有安全防护特性，其中当破碎刀片1，2之间具有无法被破碎刀片破碎的物质时，所述缸允许破碎刀片1，2彼此远离。

上述配置也使得利用一种新的方法来控制破碎机成为可能。由于新的控制参数(即腔的旋转速度)，使得破碎机的可调整性得到了实质上的提高。在循环过程中出现的最小间隙被称作破碎机的设置。间隙最大值与最小值之间的差被称为破碎机的冲程。通常，通过改变设置和冲程来对破碎机进行调整。通过改变破碎腔的旋转速度，容易对破碎的重要因素产生影响。例如受到旋转速度的影响的变量可能是冲程、压缩比、腔密度和/或破碎区域数。在必要的情况下，可以通过调整这些变量，使得对不同用途的破碎机的操作能够被优化。借助破碎机的设置和破碎机的冲程，除了其它因素，破碎机的运行速度和破碎腔的旋转速度能对被破碎的材料的粒度分布和破碎机的生产能力产生影响。对破碎机进行的调整可以仅仅只是基于破碎腔的旋转速度的调整或者与其它的调整方式相结合。

在上述各实施例中，适于执行谐波往复线性运动的破碎刀片是在物料流的方向上设置在下部的破碎刀片。也能够实施这种破碎机使得在物料流方向上的第一、上部破碎刀片被设置成执行线性运动。

通过以各种不同的方式组合与上文所述的本发明中的各种不同实施例相关的模式和结构，可以产生出与本发明的发明精神相一致的不同实施例。因此，上述各个例子不能认为是对本发明的限制，但是本发明的各实施例可以在所附权利要求中阐述的本发明特征的范围内自由变化。

Claims (15)

1.一种破碎机，至少包括被设置成能够旋转的第一破碎刀片(1)和第二破碎刀片(2)，破碎刀片中的一个还被设置成沿着线性路径往复运动，并且第一破碎刀片(1)和第二破碎刀片(2)的旋转轴线(X)与第二破碎刀片(2)的线性运动方向平行，其特征在于：第二破碎刀片(2)适于沿着线性路径进行实质上谐波式往复运动。

2.如权利要求1所述的破碎机，其特征在于所述破碎机还包括用于产生所述第二破碎刀片(2)的线性运动的偏心轴(4)。

3.如权利要求1或2所述的破碎机，其特征在于所述破碎机还包括适于将偏心轴(4)的运动传送给第二破碎刀片(2)的滑块(6a)。

4.如权利要求3所述的破碎机，其特征在于所述滑块(6a)适于在线性运动的方向上相对于偏心轴(4)保持固定。

5.如前述的权利要求3或4所述的破碎机，其特征在于所述滑块(6a)适于允许偏心轴(4)沿着垂直于线性运动方向的方向运动。

6.如前述的权利要求中任一项所述的破碎机，其特征在于第二破碎刀片(2)的下部的直径比上部的直径大。

7.如前述的权利要求1-5中任一项所述的破碎机，其特征在于第二破碎刀片(2)的下部的直径比上部的直径小。

8.如前述的权利要求中任一项所述的破碎机，其特征在于所述破碎机还包括用于在所述破碎机运行时对其进行调整的控制缸(9)。

9.一种用于破碎材料的方法，在该方法中所述材料被引入旋转的第一破碎刀片(1)和旋转的第二破碎刀片(2)之间，并且第二破碎刀片(2)相对于第一旋转破碎刀片(1)进行线性往复运动，破碎刀片的旋转轴线(X)与线性运动的方向平行，其特征在于所述往复运动实质上是谐波运动。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于通过偏心轴(4)来生成谐波线性运动。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于通过在线性运动的方向上相对于偏心轴(4)保持固定的滑块(6a)将偏心轴(4)的运动传送给第二破碎刀片(2)，并且所述滑块允许所述偏心轴(4)相对于滑块(6a)沿着垂直于线性运动方向的方向运动。

12.如前述的权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于在运转期间，通过控制缸(9)对第一破碎刀片(1)和第二破碎刀片(2)之间的相互设置进行调整。

13.如前述的权利要求9-11中任一项所述的方法，其特征在于至少第一破碎刀片(1)的旋转速度被调整。

14.一种用于控制破碎机的方法，所述破碎机至少包括被设置成能够旋转的第一破碎刀片(1)和第二破碎刀片(2)，破碎刀片中的一个还被设置成沿着线性路径往复运动，并且第一破碎刀片(1)和第二破碎刀片(2)的旋转轴线(X)与第二破碎刀片(2)的线性运动方向平行，其特征在于在该方法中，至少第一破碎刀片(1)的旋转速度被调整。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于破碎机的设置也通过控制缸(9)进行调整。

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