CN103418456A - 动锥球形支撑装置及倒锥式圆锥破碎机 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种动锥球形支撑装置及倒锥式圆锥破碎机，该倒锥式圆锥破碎机包括有一机体架、一定锥机构、一驱动装置、一动锥组件、一油压调整机构及一动锥球形支撑装置，该动锥球形支撑装置包括有一定位基座、一外球形调整座及一内球形支持座；通过该动锥球形支撑装置的结构上改良形成一复合式的球形径向轴承，使动锥组件的运动轨迹改变，动锥组件可相对定锥机构的破碎腔内壁进行倒锥式偏角的摆动，该运动轨迹具有多形态的复杂摆动功能，且在破碎及排料的过程中可同时进行分段破碎，可减少过度破碎的情形，亦可提升产能。

Description

动锥球形支撑装置及倒锥式圆锥破碎机

技术领域

本发明为一种动锥球形支撑装置及倒锥式圆锥破碎机，尤指一种具有多形态的复杂摆动功能的倒锥式圆锥破碎机。

背景技术

圆锥破碎机经过历年来改良而发展出有旋回圆锥破碎机、高性能圆锥破碎机、惯性圆锥破碎机以及振动圆锥破碎机等，然而其结构原理不外乎是于一机体架中设有一固定不动的定锥(外锥体)及一可相对于定锥偏摆的动锥(内锥体)，动锥依循动锥自转中心轴线和动锥旋进中心轴线进行偏角摆动运动，其运动轨迹如一正立的圆锥状，开采得到的石块、矿石等物料可移动位于定锥及动锥之间形成的破碎腔中，由动锥相对定锥内壁进行偏摆式的转动(亦可称为滚压)，令进入破碎腔的物料被定锥与动锥共同研磨破碎。

虽然上述的动锥偏摆角度都经过厂家的精确计算及市场考验，但现有圆锥破碎机依然存有动锥偏摆对细碎物料容易发生扁平率过高及产品率较差的问题。且动锥的支撑无论其位置在动锥内侧、底侧或动锥主轴的底部都是以刚性球面支撑作为控制动锥摆动的固定点，因此存在有下列数点缺点：

1.动锥的压缩行程与沿破碎腔高度分布的物料尺寸不相符，影响破碎的效率。

2.动锥的压缩行程为一定值(惯性圆锥破碎机除外)且方向向上，如此将阻碍排料，且使破碎机的啮角由小至大变化，上述啮角即该动锥上所设的动锥衬板及定锥上所设的固定衬板的夹角。

3.动锥支撑方式无论其支撑的位置、接触面积的大小，皆为轴向球面支撑，此现象虽为动锥进行偏摆运动的必要条件，但也很容易受扰动力矩的影响产生动锥不稳且无足够的自调适功能，所以其结构稳定性仍存有疑虑。

4.动锥自转中心和动锥旋进中心形成一夹角的传统偏角摆动的运动方式，对破碎过程中的物料流动方向而言，该物料流动方向会受到偏摆运动的动锥衬板阻碍，使已完成破碎的物料必须等到破碎过程结束后，在排料过程时方能顺利排出，有过度破碎和产能效率低下的缺点，亦不符合节约能源的原则。

5.由于破碎物料时产生的破碎力取决于物料的变形量，因此破碎力的大小由被破碎物料的硬度和破碎腔的充填率来决定。在破碎腔的不同深度上，物料的变形量取决于在一个循环中料块的落差，落差大则变形量大，反之亦然。为了防止物料压实破碎腔，传统细碎圆锥破碎机中采取了以进料口的大小来限制破碎机通过能力的措施。在这种条件下料块自由地分布在破碎腔中，彼此不直接接触。因此料块的变形量以及破碎力的大小同样具有偶然性，事先很难预估它们的大小。破碎腔中的料块只承受来自工作表面的破碎力，不存在料块相互间的作用力。由于破碎力的大小是不定的，很难实现选择性破碎以防止晶体破坏。

发明内容

有鉴于传统圆锥破碎机具有破碎效率差、排料不顺、结构稳定性差、产能不足等缺点，本发明提供一种动锥球形支撑装置及安装有动锥球形支撑装置的倒锥式圆锥破碎机，以达到改善上述缺点及提升产能的发明目的。

为达到上述的发明目的，本发明提供有一种动锥球形支撑装置，其包括有一定位基座、一外球形调整座及一内球形支持座；

该定位基座为一圆盘体，盘体中央处形成有一安装孔，该安装孔的孔壁面形成一圆弧形的第一调整面；

该外球形调整座为一圆环状的环体，该外球形调整座的外环壁面形成一圆弧形的第一抵靠面，该外球形调整座的内环壁面形成为一圆弧形的第二调整面，该外球形调整座设置于该定位基座的安装孔中，其第一抵靠面与该定位基座的第一调整面相互抵靠；

该内球形支持座为一圆环形的环体，其外环壁面形成一圆弧形的第二抵靠面，其内环壁面形成为一动锥结合孔，该内球形支持座设置于该外球形调整座中，该内球形支持座的第二抵靠面与外球形调整座的第二调整面相互抵靠。

所述的动锥球形支撑装置，其中该外球形调整座的内环壁面的中心轴线与该外球形调整座的外环壁面的中心轴线相互重合或偏离。

所述的动锥球形支撑装置，其中于该定位基座的安装孔上方设有一锁固环，该第一调整面该安装孔的孔壁面及该锁固环的内环壁面共同形成。

所述的动锥球形支撑装置，其中于该定位基座的顶面设置有一环状的防尘片。

本发明还提出一种倒锥式圆锥破碎机，其包括有一机体架、一定锥机构、一驱动装置、一动锥组件、一油压调整机构及上述的动锥球形支撑装置；

该机体架包括有一外架体、一中架体及一内架体，该内架体位于中架体内侧，该外架体位于中架体外侧；

该定锥机构设置于该外架体顶端，该定锥机构的上半部呈漏斗形且顶部形成有一进料口，该定锥机构的下半部的内壁面上装置有一定锥衬板；

该驱动装置设置于该外架体下方，其具有一驱动轴，该驱动轴一端突伸于机架体中并设有一伞形齿轮；

该动锥组件包括有一动锥本体及一主轴，该动锥本体的外壁面上设置有一动锥衬板，该主轴顶端穿设于该动锥本体的中央处，该主轴上套设有一偏心轴套，该偏心轴套的外表面径向环绕延伸形成有多个齿部，该动锥组件设置于该机体架内部，该偏心轴套可转动地设置于该内架体中，该偏心轴套的齿部与该驱动轴的伞形齿轮相互啮合，该动锥本体的动锥衬板以一间距相对于该定锥机构的定锥衬板；

该油压调整机构设置于该内架体的下方处，其包括有一顶升部，该顶升部抵靠于该动锥组件的主轴底端；该动锥球形支撑装置的定位基座设置于该中架体上，其内球形支持座的动锥结合孔套设于该动锥组件的主轴的中段处。

本发明又提出一种倒锥式圆锥破碎机，其包括有一机体架、一定锥机构、一驱动装置、一动锥组件及一所述的动锥球形支撑装置；该机体架包括有一外架体、一中架体及一内架体，该外架体、中架体及内架体为呈中空体，该内架体位于中架体内侧，该外架体位于中架体外侧；该定锥机构设置于该外架体顶端，该定锥机构内部为中空体，其上半部呈漏斗形且顶部形成有一进料口，该定锥机构的下半部的内壁面上装置有一定锥衬板；该驱动装置设置于该外架体下方，其具有一驱动轴，该驱动轴一端突伸于机架体中并设有一伞形齿轮；该动锥组件包括有一动锥本体及一主轴，该动锥本体的外壁面上设置有一动锥衬板，该主轴顶端穿设于该动锥本体的中央处，该主轴上套设有一偏心轴套，该偏心轴套的外表面径向环绕延伸形成有多个齿部，该动锥组件设置于该机体架内部，该偏心轴套可转动地设置于该内架体中，该偏心轴套的齿部与该驱动轴的伞形齿轮相互啮合，该动锥本体的动锥衬板以一间距相对于该定锥机构的定锥衬板；该动锥球形支撑装置的定位基座设置于该中架体上，其内球形支持座的动锥结合孔套设于该动锥组件的主轴的中段处。

通过上述技术手段的运用，透过在圆锥破碎机上安装该动锥球形支撑装置，可改变动锥组件运动时，其摆动中心轴线的运动轨迹，并使动锥本体相对定锥结构内壁进行倒锥式偏角的摆动，动锥破碎面的运动轨迹有别于传统圆锥破碎机的摆动形式，具有多形态的复杂摆动功能，能够将原有单一的破碎后排料过程，改变成破碎及排料可同时进行，可减少过度破碎的情形，亦可因破碎及排料过程的合并，使圆锥破碎机在不提高动锥组件的转速的情形下，可提升其破碎效率及产能，可降低单位耗能及节省能源，其运作时亦具有较佳的稳定性，破碎范围也产生了变化，使单一形态的圆锥破碎机能拥有更宽广的适用范围，而非传统式圆锥破碎机利用定锥衬板及动锥衬板形状的改变来区分破碎范围，维修保养上较现有的圆锥破碎机有更佳的便利性。

所述的动锥球形支撑装置，其中于该定位基座的顶面设置有一环状的防尘片，在倒锥式圆锥破碎机运作时，该防尘片可阻挡外界粉尘进入该内球形支持座及外球形调整座形成的复合式球形径向轴承中，面具有更佳的稳定性及使用寿命。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为本发明的动锥球形支撑装置的外观示意图。

图2为本发明的动锥球形支撑装置的组件分解图。

图3为本发明的动锥球形支撑装置的剖面示意图。

图4为本发明的基本倒锥式圆锥破碎机(大型机台)的剖面示意图。

图5为本发明的倒锥式圆锥破碎机的受力作用示意图。

图6为本发明的基本倒锥式圆锥破碎机的动锥球形支撑装置的说明示意图(一)。

图7为本发明的基本倒锥式圆锥破碎机的动锥球形支撑装置的说明示意图(二)。

图8为本发明的基本倒锥式圆锥破碎机的动锥运动规律Z、θ平面投射示意图。

图9为本发明的基本倒锥式圆锥破碎机(中小型机台)的剖面示意图。

图10为本发明的平行轴偏心旋回倒锥式圆锥破碎机(大型机台)的剖面示意图。

图11为本发明的平行轴偏心旋回倒锥式圆锥破碎机(中小型机台)的剖面示意图。

图12为本发明的平行轴偏心旋回倒锥式圆锥破碎机的动锥球形支撑装置的说明示意图(一)。

图13为本发明的平行轴偏心旋回倒锥式圆锥破碎机的动锥球形支撑装置的说明示意图(二)。

图14为本发明的平行轴偏心旋回倒锥式圆锥破碎机的动锥运动规律Z、θ平面投射示意图。

图15为本发明的复杂摆动倒锥式圆锥破碎机(大型机台)的剖面示意图。

图16为本发明的复杂摆动倒锥式圆锥破碎机(中小型机台)的剖面示意图。

图17为本发明的复杂摆动倒锥式圆锥破碎机的动锥球形支撑装置的说明示意图(一)。

图18为本发明的复杂摆动倒锥式圆锥破碎机的动锥球形支撑装置的说明示意图(二)。

图19为本发明的复杂摆动倒锥式圆锥破碎机的动锥运动规律Z、θ平面投射示意图。

图20为本发明的动锥组件的转动角速度分析图。

图21为现有技术的圆锥破碎机的动锥组件的转动角速度分析图。

图22为现有技术的圆锥破碎机的动锥运动规律Z、θ平面投射示意图。

主要组件符号说明：

10动锥球形支撑装置

11定位基座        110固定孔

111安装孔         112固定孔

113锁固环         114固定贯孔

115固定件         116第一调整面

117防尘片         12外球形调整座

120上座体         121下座体

123第一抵靠面     124第二调整面

13内球形支持座    130第二抵靠面

131动锥结合孔

20机体架          21外架体

22中架体          23内架体

30定锥机构        31进料口

32储料区          33定锥衬板

40驱动装置        41驱动轴

42伞形齿轮        50动锥组件

51动锥本体        510动锥衬板

52主轴            53偏心轴套

530齿部           60油压调整机构

61顶升部          70动锥组件

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

请参阅图1至图3所示，本发明为一种圆锥破碎机的动锥球形支撑装置10，其包括有一定位基座11、一外球形调整座12、一内球形支持座13；

该定位基座11为一圆盘体，其盘体表面的外周缘处间隔穿设有多个固定孔110，其盘体表面的中央处朝向上方隆起，于盘体中央处形成有一安装孔111，该安装孔111的孔壁面形成为圆弧形，于盘体表面位于安装孔111的外侧处间隔设有多个固定孔112，于该安装孔111上方设有一锁固环113，该锁固环113上间隔穿设有多个固定贯孔114且其内环壁面形成为圆弧形，该等固定贯孔114分别与多个固定孔112相对应，设有多个固定件115贯穿该等固定贯孔114并与相对应的固定孔112结合固定，该锁固环113内环壁面与该安装孔111的孔壁面共同形成一圆弧形的第一调整面116，于该定位基座11的顶面设置有一环状的防尘片117；

该外球形调整座12为一圆环状的环体，其由一上座体120及一下座体121相互抵靠并以多个固定件122结合组成，该外球形调整座12的外环壁面形成一圆弧形的第一抵靠面123，该外球形调整座12的内环壁面的中心轴线L1可设计为偏离该外球形调整座12的外环壁面的中心轴线L2，该外球形调整座12的内环壁面形成为一圆弧形的第二调整面124，该外球形调整座12设置于该定位基座11的安装孔111中，其第一抵靠面123与该定位基座11的第一调整面116相互抵靠，使该外球形调整座12可相对该定位基座11旋转偏移；

该内球形支持座13为一圆环形的环体，其外环壁面形成一圆弧形的第二抵靠面130，其内环壁面形成为一动锥结合孔131，该内球形支持座13设置于该外球形调整座12中，该内球形支持座13的第二抵靠面130与外球形调整座12的第二调整面124相互抵靠，使该内球形支持座13可相对该外球形调整座12旋转偏移，借此，该内球形支持座13及外球形调整座12形成为一组复合式的球形径向轴承。

请参阅图4所示，为一种安装有上述的动锥球形支撑装置10的倒锥式圆锥破碎机，其是一种大型的基本倒锥式圆锥破碎机，该圆锥破碎机包括有一机体架20、一定锥机构30、一驱动装置40、一动锥组件50、一油压调整机构60及该动锥球形支撑装置10；

该机体架20包括有一外架体21、一中架体22及一内架体23，该外架体21及内架体23皆呈中空圆柱形，该外架体21位于该内架体23的外侧，该中架体22形成在该内架体23的外侧壁面上，该外架体21位于中架体22的外侧；

该定锥机构30的底部固定于该外架体21的顶端处，该定锥机构30可分为上半部及下半部，上半部呈上扩下窄状以形成漏斗形，该上半部的顶部形成有一供物料进入的进料口31，该上半部的内部空间形成有一储料区32，该下半部的内壁面上装置有一定锥衬板33；

该驱动装置40设置于该外架体21下方，其包括有一驱动轴41，该驱动轴41可由传动装置40带动旋转，该驱动轴41的一端头设有一伞形齿轮42；

该动锥组件50呈一伞状，其包括有相接的一动锥本体51及一主轴52，该动锥本体51呈圆锥状如同伞面，其表面上设置有一动锥衬板510，该主轴52顶端穿设于该动锥本体51的中央处有如伞柄，该主轴52的底面形成为弧突状的球面，该主轴52上套设有一偏心轴套53，该偏心轴套53用以套设主轴52的内孔的中心轴线与偏心轴套53的外壁面的中心轴线形成有一偏角，该偏心轴套53的外表面径向环绕延伸形成有多个齿部530，该动锥组件50设置于该机体架20内部，其主轴52以偏心轴套53可转动地设置于该内架体23中，该偏心轴套53的齿部530与该驱动轴41的伞形齿轮42相互啮合，该动锥本体51的动锥衬板510相对于该定锥机构30的定锥衬板33，该动锥衬板510及定锥衬板33之间形成有一间距并形成为破碎腔；

该油压调整机构60设置于该内架体23的下方处，其包括有一油压缸系统，该油压缸系统的顶端处具有一呈凹弧状的顶升部61，该顶升部61抵靠于该动锥组件50的主轴52底端，该油压调整机构60可驱动顶升部61上升或下降，并可带动该动锥本体51上升或下降；

请配合参阅图3及图4所示，该动锥球形支撑装置10设置于在中架体22上，设有多个固定件，该固定件穿设于该定位基座11的多个固定孔110内以结合固定至中架体22上，该内球形支持座13以动锥结合孔131可滑移地套设在动锥组件50的主轴52中段外侧处。

上述的圆锥破碎机在使用时，该驱动装置40驱动该驱动轴41旋转，并透过偏心轴套53带动动锥本体51作偏摆式的转动，此时该动锥本体51的最大公称径和摆动瞬时中心形成一个倒锥式的圆锥运动，其圆锥运动的顶点低于动锥本体51的质心，由进料口31进入破碎腔的砂石、矿石等坚硬物料被定锥机构30的定锥衬板33及动锥本体51的动锥衬板510共同研磨破碎。

该动锥球形支撑装置10可主导动锥组件50的运动形式及分担支撑动锥组件50运动时的反作用力，请参阅图4及图5所示，当圆锥破碎机在破碎时，该定锥机构30对动锥组件50的压力总合N的径向分力传递于动锥球形支撑装置10，因动锥球形支撑装置10固定于机体架10上，与动锥本体51和主轴52形成一刚性体(不考虑弹性变形时)，两者接触点自然形成一固定支点S₁，则定锥机构30对动锥组件50的压力总合N和偏心轴套53动力传递产生的作用力总合F_m以固定支点S₁为固定点的杠杆。固定支点S₂仅协助支撑Z轴负荷，增加机器的稳定性。则施力与抗力的平衡条件不计算摩擦效应时

其中H2恒大于

可知该动锥球形支撑装置10对节省能耗而言具有正面意义。

请配合参阅图3及图4所示，基本圆锥破碎机的动锥组件50的中心轴线L1及动锥组件50的运转中心轴线L2的交点位于主轴52的底部，动锥组件50的自转中心轴线和动锥组件50的旋进中心轴线形成一夹角作偏角摆动运动，请配合参阅图6及图7所示，为动锥球形支撑装置10的说明示意图，α为动锥组件50的圆锥角，β为倒锥的圆锥角，O_A为动锥组件50的转动中心轴、O_B为该动锥组件50的中心轴，其中α的角度大于β的角度，O_A轴及O_B轴形成有一θ角，利用该外球形调整座12及内球形支持座13的偏心设置，将该动锥组件50的主轴52的中心轴线和内球形支持座13的中心轴线相重叠，两轴(O_A轴及O_B轴)中心线在动锥主轴中心轴线底部O点相交行成一夹角θ，此交点O点即为动锥运动的瞬时中心点，H₁为球形径向轴承作用点到O点的距离，θ角为动锥的摆动角，内部球形中心轴线和外部球形中心轴线其偏心距为e，三者的关系

不考虑制造误差和磨耗时e和H₁为固定值，则θ角亦为固定值。此点可确保动锥的定点运动为依规则进动旋进(precession)。

请参阅图8所示，为该动锥组件50的运动规律Z、θ平面投射示意图，可得知D点位移≤A点位移，且移动过程中对瞬时中心的切线角随关系位置而改变，由此可知倒锥式圆锥破碎机在产生破碎时物料流动方向，并没有使动锥衬板510阻碍使已完成破碎的物料顺势排出，不需要等到破碎过程结束后在排料过程时方能顺利排出，在破碎过程中成品可自然流出。因此没有过渡破碎和产能效率低下的困扰，简单说此种运动方式更能满足选择性破碎的理论且对节约能源要求更有正面的帮助，且可将原有单一的破碎后排料过程，改变成破碎、排料过程中可同时进行分段破碎，可减少过渡破碎，也可因破碎、排料过程的合并，而在不需提高转数的情形下增加产能，解决传统圆锥破碎机的过度破碎和产能效率低下的缺点。

请配合参阅图9所示，为一种安装有上述的动锥球形支撑装置10的倒锥式圆锥破碎机，其是一种中小型的基本倒锥式圆锥破碎机，该圆锥破碎机亦包括有一机体架20、一定锥机构30、一驱动装置40、一动锥组件50及该动锥球形支撑装置10，且整体结构与上述的大型的基本倒锥式圆锥破碎机近似，其主要差异在于未设有油压调整机构60，故动锥组件50的主轴52底部无支撑，请配合参阅图5所示，在中小型的倒锥式圆锥破碎机其固定支点S₁以能够承受所有负荷时，则固定支点S₂可将其从结构体中移除，此时其动锥本体51的最大公称径和摆动瞬时中心仍会形成一个倒锥式的圆锥运动，其圆锥运动的顶点仍低于动锥本体51的质心，因此其动作原理及动作结果与上述的大型基本倒锥式圆锥破碎机相同。

请参阅图10所示，为一种安装有上述的动锥球形支撑装置10的倒锥式圆锥破碎机，是一种大型的平行轴偏心旋回倒锥式圆锥破碎机，其包括有一机体架20、一定锥机构30、一驱动装置40、一动锥组件50、一油压调整机构60及该动锥球形支撑装置10，其结构与上述的大型基本倒锥式圆锥破碎机近似，但差异在于其动锥组件50的自转中心轴线和动锥组件50的旋进中心轴线在动锥组件50的主轴52的底部平面上，并形成两并行线的偏心旋回式转动运动；

请配合参阅图11所示，为一种安装有上述的动锥球形支撑装置10的倒锥式圆锥破碎机，是一种中小型的平行轴偏心旋回倒锥式圆锥破碎机，其亦包括有一机体架20、一定锥机构30、一驱动装置40、一动锥组件50及该动锥球形支撑装置10，且整体结构与上述的大型平行轴偏心旋回倒锥式圆锥破碎机近似，其主要差异在于未设有油压调整机构60，故动锥组件50的主轴52底部无支撑，请配合参阅图5所示，在中小型的倒锥式圆锥破碎机其固定支点S₁以能够承受所有负荷时，则固定支点S₂可将其从结构体中移除，此时其动锥本体51的最大公称径和摆动瞬时中心仍会形成一个倒锥式的圆锥运动，其圆锥运动的顶点仍低于动锥本体51的质心，因此其动作原理及动作结果与上述的大型平行轴偏心旋回倒锥式圆锥破碎机相同。

请配合参阅图3、图12及图13所示，由于该外球形调整座12及内球形支持座13为偏心设置，故内球形支持座13的中心轴线和外球形调整座12的中心轴线亦为偏心设置，该动锥组件50的主轴52穿设于内球形支持座13的动锥结合孔131，因此该内球形支持座13的中心轴线和主轴52的中心轴线相重叠，两轴(O_A轴及O_B轴)中心线在主轴52中心轴线底部O点平面上相互平行，则夹角θ将不存在，主轴52中心轴线底部在交点O点平面上绕外球形调整座12的中心轴线转动，利用动锥球形支撑装置10中的内球形支持座13中心轴线和外球形调整座12中心轴线偏心，使动锥组件50自转中心和动锥组件50旋进中心由一夹角的传统偏角摆动的运动方式，调整为动锥组件50自转中心轴线和动锥组件50旋进中心轴线相互平行的偏心旋回式转动。

此种动锥组件50的运动方式由一般运动(平移、旋转和偏摆的三度空间运动)，转换成平面运动〔自转(spin)、旋进(precession)的平面运动〕，但仍能维持圆锥破碎机特有的圆锥运动特性。此种偏心量是经由相对固定主轴52中心轴线进行平行偏移产生，而非因动锥组件50安装偏角所产生的相对偏量，换言之该偏心量可随实际需要轻松调整。其中倒锥的圆锥角β角小于动锥的圆锥角α角，即α角＞β角。

请参阅图14所示，为该动锥组件50的运动规律Z、θ平面投射示意图，其中D点位移＝C点位移＝B点位移＝A点位移，可知在产生破碎时物料流动方向，并没有使动锥衬板510阻碍使已完成破碎的物料顺势排出，当破碎腔内没有物料时，离心力迫使动锥本体51外表面沿该定锥机构30的内表面保有一定间隙地旋转。在工作状态时，动锥本体51会因物料层摩擦力的影响而随之滚动，因为这种破碎机的动锥组件50与驱动装置40之间没有刚性的联系，当物料的硬度和破碎腔的充填率变化时，破碎力并无明显变化。动锥本体51表面各点的偏移量始终不变，而改变偏移量的大小可使料层获得适当的压实程度。由于动锥本体51沿不均匀料层滚压，因此可以针对不同的物料进行调整，以产生所需要的破碎力。这种自转运动，可促使产品粒度更加均匀，并使动锥衬板510表面的磨损均匀，因此没有过渡破碎和产能效率低下的问题，此种运动方式更能满足选择性破碎的理论且对节约能源要求更有正面的帮助，可使破碎物料的强度大于300Mpa。

请参阅图15所示，为一种安装有上述的动锥球形支撑装置10的倒锥式圆锥破碎机，其是一种大型的复杂摆动倒锥式圆锥破碎机，其中该动锥球形支撑装置10的外球形调整座12的内壁面的中心轴线设计为与该外球形调整座12的外壁面的中心轴线相互重合，即该外球形调整座12的中心轴线及内球形支持座13的中心轴线相互重合，该复杂摆动倒锥式圆锥破碎机包括有一机体架20、一定锥机构30、一驱动装置40、一动锥组件50、一油压调整机构60及该动锥球形支撑装置10，其结构与上述的大型的基本倒锥式圆锥破碎机近似，其差异在于其动锥组件50的自转中心轴线和动锥组件50的旋进中心轴线的交点位于动锥组件50的主轴52的中央处，形成正圆锥与倒圆锥共同作用的偏角复杂摆动的运动方式；

请配合参阅图16所示，为一种安装有上述的动锥球形支撑装置10的倒锥式圆锥破碎机，其是一种中小型的复杂摆动倒锥式圆锥破碎机，该圆锥破碎机亦包括有一机体架20、一定锥机构30、一驱动装置40、一动锥组件50及该动锥球形支撑装置10，且整体结构与上述的复杂摆动倒锥式圆锥破碎机(大型机台)近似，其主要差异在于未设有油压调整机构60，故动锥组件50的主轴52底部无支撑，请配合参阅图5所示，在中小型的倒锥式圆锥破碎机其固定支点S₁以能够承受所有负荷时，则固定支点S₂可将其从结构体中移除，此时其动锥本体51的最大公称径和摆动瞬时中心仍会形成一个倒锥式的圆锥运动，其圆锥运动的顶点仍低于动锥本体51的质心，因此其动作原理及动作结果与上述的大型的复杂摆动倒锥式圆锥破碎机相同。

请配合参阅图3、图17及图18所示，该外球形调整座12的中心轴线与该内球形支持座13的中心轴线相互重叠，此时两轴(OA轴及OB轴)线的交点为球心，由于该动锥组件50的主轴52穿设于该内球形支持座13的动锥结合孔131中，使内球形支持座13的中心轴线和主轴52的中心轴线相重叠，该主轴52的中心轴线通过球心并随偏心轴套53的角度在主轴52中心轴线底部O点平面上产生O1点为动锥支撑点，此时球心为动锥组件50运动的瞬时中心点，O1点和球心的联机与转动中心成一夹角相等于偏心套筒53的偏角θ，θ角为动锥组件50的摆动角，该内球形支持座13的中心轴线与该外球形调整座12的中心轴线的偏心距为0，H₁为动锥球形支撑装置10上形成的球形径向轴承作用点到O1点的距离，不考虑制造误差和磨耗时，e＝0，H₁为固定值，θ角亦为固定值，其中倒锥的圆锥角β角大于动锥的圆锥角α角，即α角＜β角。

请参阅图19所示，为该动锥组件50的运动规律Z、θ平面投射示意图，由图中所标示的A点、B点、C点和D点的位移方式，可知其运动规律是将破碎腔区分为一主破碎区(C-D范围)和一次破碎区(A-B范围)，可具有两阶段的破碎行程：

1.当破碎腔的主破碎区在进行滚压(破碎)的同时，破碎腔的次破碎区为进料行程，当破碎腔的主破碎区在进行排料的同时，破碎腔的次破碎区为滚压(破碎)行程；

2.在次破碎区体积增加(进料过程)的同时，主破碎区体积缩减(滚压、破碎过程)和次破碎区体积缩减(预破过程)，主破碎区体积增加，相互间变化所产生的复合作用，令进入破碎腔的砂石、矿石等坚硬物料被定锥衬版33与动锥衬板510共同研磨破碎，而完成物料破碎的要求，可使破碎物料的进料粒度小于16mm的单一进料粒径。

以下为本发明的动作原理说明：

请参阅图21所示，为传统圆锥破碎机的动锥组件70转动角速度分析图，其特征为作正锥圆锥运动的运动方式；

请参阅图20所示，为倒锥式圆锥破碎机的动锥组件50的转动角速度分析图，其中位于右侧的假想圆锥图中的倒立圆锥部分为此类圆锥破碎机运动方式的特征——倒锥圆锥运动，有别于一般传统式圆锥破碎机；

假设动锥组件50的定点运动在假想圆锥面内滚动无滑动，则假想圆锥面(图20右侧倒立圆锥)与动锥组件50的瞬时接触线

则A点的速度等于V_A，

式中假想圆锥绕Z轴的转动角速度dρ，λ为假想圆锥的圆锥斜角。式中假想圆锥绕圆锥中心轴3轴的转动角速度dξ，λ为假想圆锥的圆锥斜角。

A点的速度V_A尽管对不同转轴的计算方法有些不同，但A点的速度V_A应相同，整理后可得：

$V_A=\stackrel{\‾}{\mathrm{OA}}\·\mathrm{d\ξ}\sin (\mathrm{\λ}+\mathrm{\θ})=\stackrel{\‾}{\mathrm{OA}}\·\mathrm{d\ξ}\sin \mathrm{\λ}\⇒\mathrm{d\ξ}=\mathrm{d\ρ}\frac{\sin (\mathrm{\λ}+\mathrm{\θ})}{\sin \mathrm{\λ}}$

由上式可知，假想圆锥的圆锥斜角与动锥组件50自转和动锥组件50绕Z轴旋进的对应关系，即假想圆锥上定点A的运动是规则的旋进，假想圆锥的自转和动锥自转相等。

有关动锥的运动特性亦可用欧拉角(Euler’s angles)方法来表示，请配合参阅图20所示，图中标示有三度空间中的X、Y、Z轴，取动锥组件50的瞬时中心O为支点，取此之点为惯性坐标系X、Y、Z的原点，经三次转动后可与动锥组件50的1、2、3轴完全重合。绕定点O旋转的锥体，其三个欧拉角分别为：公转角(precession angle)：φ、章动角(nutationangle)：θ、自转角(spin angle)：ψ，此过程的转角与转动次序如下：

1.先绕Z轴旋转φ角，直到X轴转至

方向，此时Y轴会旋转至方向。

2.以旋转后的Y轴为转轴，旋转θ角，使Z轴转至3轴位置。同时使的

向量转至位置。

3.再绕3轴旋转ψ角，使向量转至1轴位置。

在坐标系中沿

φ、Z坐标轴的单位向量可满足下列关系：

则沿1、2、3坐标轴的单位向量可写成

θ、φ、3三个正交轴的单位向量可写成：

$\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}=\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}\×\stackrel{\→}{3}$

同理

$\stackrel{\→}{Z}=\stackrel{\→}{3}\cos \mathrm{\θ}-\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}\sin \mathrm{\θ}$

若在单位时间Δt内绕Z、φ、3轴的角度分别为Δφ、Δθ、Δψ，则动锥的瞬间角速度为：

$\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}=\underset{\mathrm{\Δt}\→o}{\lim }\frac{1}{\mathrm{\Δt}}(\stackrel{\→}{Z}\mathrm{\Δ\φ}+\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}\mathrm{\Δ\θ}+\stackrel{\→}{3}\mathrm{\Δ\ψ})=\stackrel{\→}{Z}\mathrm{d\φ}+\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}\mathrm{d\θ}+\stackrel{\→}{3}\mathrm{d\ψ}$

则角速度沿1、2、3轴的速度分量：

${\mathrm{\ω}}_1=\stackrel{\→}{1}\·\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}=-\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\ψd\φ}+\sin \mathrm{\ψd\θ}$

${\mathrm{\ω}}_2=\stackrel{\→}{2}\·\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}=\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\ψd\φ}+\cos \mathrm{\ψd\θ}$

${\mathrm{\ω}}_3=\stackrel{\→}{3}\·\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}=\cos \mathrm{\θd\φ}+\mathrm{d\ψ}$

同理绕θ、φ、3轴的动锥瞬间角速度为

$\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}=\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}\mathrm{d\θ}+\stackrel{\→}{3}(\cos \mathrm{\θd\φ}+\mathrm{d\ψ})-\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}\sin \mathrm{\θd\φ}$

故得角速度沿θ、φ、3三个正交轴的速度分量为：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\θ}}=\stackrel{\→}{\mathrm{\θ}}\·\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}=-\sin \mathrm{\θd\φ}$

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{\φ}}=\stackrel{\→}{\mathrm{\φ}}\·\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}=\mathrm{d\θ}$

${\mathrm{\ω}}_3=\stackrel{\→}{3}\·\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}=\cos \mathrm{\θd\φ}+\mathrm{d\ψ}$

上述各点结合在一起，就构成了求解刚体绕固定点转动的封闭的运动微分方程组。它是由六个一阶非线性微分方程所组成。从中消去ω_X、ω_Y、ω_Z，可以直接得到对欧拉角θ、φ、ψ的三个二阶非线性微分方程。由此可发现当θ为固定值时，动锥组件50的转动中心3轴的极角θ的变化dθ＝0，则对应于动锥组件50的章动是不存在的，此点和传统圆锥机的动锥70作动原理相同。同时也说明动锥组件50的瞬时中心在低于动锥组件50质心时，动锥组件50的动态特性并不会因此而改变。而改变的是动锥破碎面上的任意点的运动规律。动锥破碎面的运动规律可通过空间位置的六个特性参数X、Y、Z、θ、φ、ψ来确定。

因其运动轨迹为自转和旋进所共同产生，为方便于比较且容易表示相互间差异故将坐标细选择Z、θ平面作为基准平面，以偏心轴套53转动每一周期会形成动锥组件50来回摆动完成偏角的极限为准则，则其结果如下：

动锥组件50的破碎面的运动规律投射的比较，请分别参阅图8及图22所示，图22为传统圆锥破碎机的动锥运动规律Z、θ平面投射示意图；

请参阅图22所示，D点的位移量＞A点的位移量，且移动过程中对瞬时中心的切线角维持不变。可知这种动锥组件70的自转中心轴线和动锥组件70的旋进中心轴线形成一夹角的传统偏角摆动的运动方式，对物料破碎过程中的流动方向而言，产生破碎时物料流动方向受到偏摆运动的动锥衬板71阻碍，使已完成破碎的物料必须等到破碎过程结束后在排料过程时方能顺利排出，有过度破碎和产能效率低下的困扰。

请参阅图8所示，D点位移≤A点位移，且移动过程中对瞬时中心的切线角随关系位置而改变。可知倒锥式圆锥破碎机在产生破碎时物料流动方向，并没有使动锥衬板510阻碍使已完成破碎的物料顺势排出，不需要等到破碎过程结束后在排料过程时方能顺利排出，在破碎过程中成品可自然流出。因此没有有过度破碎和产能效率低下的困扰，简单说此种运动方式更能满足选择性破碎的机理且对节约能源要求更有正面的帮助。

有关倒锥式圆锥机的受力作用详细若不考虑摩擦力的影响时可参考图5所示，各作用力以O点为中心时必须满足力矩原则，则力的平衡方程式如下：

F_m1H+F_m2l₂cos(θ+δ)+F_m(H₁-H₂)+S₁H₁+G₁l₁sinθ+G₂l₂sin(θ+δ)＝Nl₃

$N=\frac{F_{m1}H+F_{m2}{l}_2\cos (\mathrm{\θ}+\mathrm{\δ})+F_m(H_1-H_2)+S_1{H}_1+G_1{l}_1\sin \mathrm{\θ}+G_2{l}_2\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\δ})}{l_3}$

若将S₁＝Ncosθ₁，N作用力与Y轴的夹角，带入上述的平衡方程式，则平衡方程式可改写成：

F_m1H+F_m2l₂cos(θ+δ)+F_m(H₁-H₂)+NH₁cosθ₁+G₁l₁sinθ+G₂l₂sin(θ+δ)＝Nl₃

整理后：

F_m1H+F_m2l₂cos(θ+δ)+F_m(H₁-H₂)+G₁l₁sinθ+G₂l₂sin(θ+δ)＝Nl₃-NH₁cosθ₁

仅简单考虑施力与抗力的平衡条件，不计算摩擦效应和其它惯性力时

$F_m(H_1-H_2)=N(l_3-H_1\cos {\mathrm{\θ}}_1)\⇒\frac{F_m}{N}=\frac{(l_3-H_1\cos {\mathrm{\θ}}_1)}{(H_1-H_2)}$

从式中不难看出，两力形成一支点在其间的杠杆。若能适度调整(l₃-H₁cosθ₁)和(H₁-H₂)关系，使其发挥杠杆效应，从能耗观点而言是有帮助的。

上式中：N是圆锥破碎机在破碎时定锥对动锥的压力总合，l₃为N作用点到O点的距离。

F_m是圆锥破碎机动力传递的等效力，H₂为F_m作用点到O点的距离。

F_m1是动锥的惯性力，m₁动锥的质量，G₁动锥的重力，l₁为动锥的质心点到O点的距离。

F_m2是平衡块的惯性力，m₂平衡块的质量，G₂平衡块的重力，l₂为平衡块的质心点到O点的距离，δ是平衡块的质心点到O点联机和Z轴的夹角。

S₁是圆锥机在破碎时对动锥的径向支撑力总合，H₁为S₁作用点到O点的距离。

S₂是圆锥机在破碎时对动锥组件50的轴向支撑力总合，作用点于O点。

因为动锥组件50的运动是由动锥的自转(spin)和进动(precession)所组成，因此运动是绕瞬时轴线而非绕定轴旋转运动，所以动锥组件50的惯性力作用线并不通过质心。依力矩原则作用于动锥组件50的惯性力矩为H(动锥惯性力的作用线到O点的距离)＝M₂(动锥的惯性力矩)÷F_m1(动锥的惯性力)，则H＝M₂/F_m1，式中M₂＝[(I₃-I₁)ω₃cosθ]ω_φsinθ：

在上式中，I₃为动锥对3轴的转动惯量，I₁为动锥对1轴的转动惯量。

选择性破碎的理论：物料粉碎工程一直在不断发展。但是其基本的工作原理仍然停留在压碎、劈开、冲击、研磨及切割等较为原始的工艺方法上。这些传统的粉碎方法存在着很大的缺点，即其有关于破碎及粉碎过程等规律性的理论是建立在均质实体古典力学基础上的，并没有考虑物料实际上是由不同相位所组成的。就现代固体力学研究证明，因为固体中存在的微裂纹导致内部应力集中。例如0.1μm的裂纹可使物体强度降为理论值的百分之一，而1μm深的裂纹甚至可使物体强度降为百分之一。除微裂纹外，矿物内部还存在着位错，位错具有与外加载荷方向不同的各种滑动向量。由这一点可知不同方向的破碎力有利于物料的破碎，而旧式的碎磨设备中的破碎力大多为单一方向的。固体破碎过程是多阶段的，初始的微裂纹的发展，直到形成破断的主线大裂纹，固体破裂成几部分。合理破碎过程应设法依上述顺序进行，破碎过程中破碎多相物料时，大多数物料的相没有完全被解离或物料过粉碎，使许多有用成份无可挽回地损失掉。

此外，矿物晶格的缺陷是由岩石成因决定的。岩浆不均的固化导致大量不同类型矿衔晶体结构缺陷的产生。在以后的岩石变质作用过程中缺陷不断增长，在粒子间的表面上可以观察到高度集中的微裂纹、杂质及其它类型的缺陷，它们彼此间又相互作用实验证明裂纹集中在晶体之间。因此，地下采出的矿物已具有沿晶体破碎的条件。对固体强度问题的新理论是要考虑固体内部的结构缺陷和不均匀性。这是选择性破碎晶体物料的实质研究选择性破碎的方法，对研制出处理不同物料(包括那些用传统粉碎方法不能奏效或效率不高的物料)的新粉碎工艺和新设备，是当今粉碎工程的任务。归结起来现代破碎的原则如下：

1.块状物料应在厚层中承受不同方向局部载荷所形成的体积压力。

2.在加载循环的间隙时间里，物料块可以相对移动，相互重新排列，使符合产品要求的颗粒及时地从料层中分出去，同时还可以控制料层的密度。

3.载荷应是具有最大峰值的脉冲。

4.为每个阶段创造最佳条件。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (13)

1.一种动锥球形支撑装置，其特征在于，该动锥球形支撑装置包括有一定位基座、一外球形调整座及一内球形支持座；

该定位基座为一圆盘体，盘体中央处形成有一安装孔，该安装孔的孔壁面形成一圆弧形的第一调整面；

该外球形调整座为一圆环状的环体，该外球形调整座的外环壁面形成一圆弧形的第一抵靠面，该外球形调整座的内环壁面形成为一圆弧形的第二调整面，该外球形调整座设置于该定位基座的安装孔中，其第一抵靠面与该定位基座的第一调整面相互抵靠；

该内球形支持座为一圆环形的环体，其外环壁面形成一圆弧形的第二抵靠面，其内环壁面形成为一动锥结合孔，该内球形支持座设置于该外球形调整座中，该内球形支持座的第二抵靠面与外球形调整座的第二调整面相互抵靠。

2.根据权利要求1所述的动锥球形支撑装置，其特征在于，该外球形调整座的内环壁面的中心轴线偏离该外球形调整座的外环壁面的中心轴线。

3.根据权利要求1所述的动锥球形支撑装置，其特征在于，该外球形调整座的内环壁面的中心轴线与该外球形调整座的外环壁面的中心轴线相互重合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的动锥球形支撑装置，其特征在于，于该定位基座的安装孔上方设有一锁固环，该第一调整面由该安装孔的孔壁面及该锁固环的内环壁面共同形成。

5.根据权利要求4所述的动锥球形支撑装置，其特征在于，于该定位基座的顶面设置有一环状的防尘片。

6.一种倒锥式圆锥破碎机，其特征在于，该倒锥式圆锥破碎机包括有一机体架、一定锥机构、一驱动装置、一动锥组件、一油压调整机构及如权利要求1至5中任一项所述的动锥球形支撑装置；

该机体架包括有一外架体、一中架体及一内架体，该外架体、中架体及内架体为呈中空体，该内架体位于该中架体内侧，该外架体位于该中架体外侧；

该定锥机构设置于该外架体顶端，该定锥机构内部为中空体，其上半部呈漏斗形且顶部形成有一进料口，该定锥机构的下半部的内壁面上装置有一定锥衬板；

该驱动装置设置于该外架体下方，其具有一驱动轴，该驱动轴一端突伸于该机架体中并设有一伞形齿轮；

该动锥组件包括有一动锥本体及一主轴，该动锥本体的外壁面上设置有一动锥衬板，该主轴顶端穿设于该动锥本体的中央处，该主轴上套设有一偏心轴套，该偏心轴套的外表面径向环绕延伸形成有多个齿部，该动锥组件设置于该机体架内部，该偏心轴套能转动地设置于该内架体中，该偏心轴套的齿部与该驱动轴的伞形齿轮相互啮合，该动锥本体的动锥衬板以一间距相对于该定锥机构的定锥衬板；

该油压调整机构设置于该内架体的下方处，其包括有一顶升部，该顶升部抵靠于该动锥组件的主轴底端；

该动锥球形支撑装置的定位基座设置于该中架体上，其内球形支持座的动锥结合孔套设于该动锥组件的主轴的中段处。

7.根据权利要求6所述的倒锥式圆锥破碎机，其特征在于，该动锥组件的中心轴线及动锥组件的运转中心轴线的交点位于该主轴的底部，该动锥组件的自转中心轴线和动锥组件的旋进中心轴线形成有一夹角。

8.根据权利要求6所述的倒锥式圆锥破碎机，其特征在于，该动锥组件的自转中心轴线和该动锥组件的旋进中心轴线相互平行。

9.根据权利要求6所述的倒锥式圆锥破碎机，其特征在于，该动锥组件的自转中心轴线和该动锥组件的旋进中心具有一交点，该交点位于主轴的中央处。

10.一种倒锥式圆锥破碎机，其特征在于，该倒锥式圆锥破碎机包括有一机体架、一定锥机构、一驱动装置、一动锥组件及根据权利要求1至5中任一项所述的动锥球形支撑装置；

该机体架包括有一外架体、一中架体及一内架体，该外架体、中架体及内架体为呈中空体，该内架体位于中架体内侧，该外架体位于中架体外侧；

该定锥机构设置于该外架体顶端，该定锥机构内部为中空体，其上半部呈漏斗形且顶部形成有一进料口，该定锥机构的下半部的内壁面上装置有一定锥衬板；

该驱动装置设置于该外架体下方，其具有一驱动轴，该驱动轴一端突伸于机架体中并设有一伞形齿轮；

该动锥组件包括有一动锥本体及一主轴，该动锥本体的外壁面上设置有一动锥衬板，该主轴顶端穿设于该动锥本体的中央处，该主轴上套设有一偏心轴套，该偏心轴套的外表面径向环绕延伸形成有多个齿部，该动锥组件设置于该机体架内部，该偏心轴套可转动地设置于该内架体中，该偏心轴套的齿部与该驱动轴的伞形齿轮相互啮合，该动锥本体的动锥衬板以一间距相对于该定锥机构的定锥衬板；

该动锥球形支撑装置的定位基座设置于该中架体上，其内球形支持座的动锥结合孔套设于该动锥组件的主轴的中段处。

11.根据权利要求10所述的倒锥式圆锥破碎机，其特征在于，该动锥组件的中心轴线及运转中心轴线的交点位于该主轴的底部，该动锥组件的自转中心轴线和该动锥组件的旋进中心轴线形成有一夹角。

12.根据权利要求10所述的倒锥式圆锥破碎机，其特征在于，该动锥组件的自转中心轴线和该动锥组件的旋进中心轴线相互平行。

13.根据权利要求10所述的倒锥式圆锥破碎机，其特征在于，该动锥组件的自转中心轴线和该动锥组件的旋进中心具有一交点，该交点位于该主轴的中央处。

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