CN107457028A - 一种惯性圆锥破碎机及其平衡方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种惯性圆锥破碎机及其相应的平衡方法，该惯性圆锥破碎机包括有外破碎壳体、中心支撑部件和偏心破碎部件三部分，三者之间采用分体式设计并无刚性连接，作为互相独立的三个部分，在该外破碎壳体与偏心破碎部件的破碎锥之间形成有破碎腔；所述外破碎壳体由定锥和外壳组成；所述中心支撑部件由凸面球瓦和中心支架组成；所述偏心破碎部件由破碎锥、破碎轴、套筒、偏心块、绳索套结环、联轴器、连接轴和驱动轴承组成。本发明使破碎机运转更为平稳，提升了破碎机的破碎效率；本发明结构简单方便，且成本低廉，易于更换和维护。

Description

一种惯性圆锥破碎机及其平衡方法

技术领域

本发明属于破碎机械设计制造领域，具体的来说，涉及一种惯性圆锥破碎机，该惯性圆锥破碎机包括分体式的外破碎壳体、中心支撑部件和偏心破碎部件三部分，三者之间无任何刚性联结。破碎锥可绕破碎轴转动，该破碎轴在套筒中旋转，偏心块附接在该套筒上，同时有绳索套结环可绕该套筒转动，绳索套结环与壳体之间有弹性绳索相连，连接轴与联轴器连接至该套筒下方以用于使该套筒旋转，连接轴则有驱动轴承支撑。其中支撑偏心破碎部件破碎锥的球瓦为凸球面，从而使得破碎锥的偏转方向与偏心块的偏转方向不在同一侧。

本发明还涉及一种惯性圆锥破碎机的平衡方法。

背景技术

随着破碎行业的不断发展，惯性圆锥破碎机因其具有高效节能的震动破碎工作方式、破碎力大且可调、破碎比大，产品粒度细而均匀，单位电耗低，能破碎任何硬度的脆性物料等优点，被作为一种理想的节能超细破碎设备在物料破碎加工领域获得了广泛的应用，为各领域和国民经济创造了巨大的社会效益和经济效益。

当前惯性破碎机的一般机构特点为机体通过隔振元件安装在底架上，工作机构则有定锥体和动锥体两大部分组成，附着有耐磨衬板。利用惯性破碎机动锥在运动过程中有激振器旋转时所产生的不平衡力，使动锥和定锥产生亦即亦离的相对运动。当矿石物料进入破碎腔时，内锥沿着外锥料层滚动，此时，物料在冲击、挤压、剪切等多种复合力的作用下而被破碎，因此该设备的破碎力度大，破碎效率高，物料粒形好。

但正因为这种破碎方式，动锥和破碎机中其他各结构并没有任何刚性连接，从而导致了该种破碎机的动力学和运动规律趋于复杂，而且在实际的工作过程中会产生较大的机体周向振动，从而致使惯性破碎机具有较为笨重的结构和体积；并且，工作过程中惯性圆锥破碎机机体的振动在一定程度上也降低了破碎机的破碎效率。鉴于以上两点需要对惯性破碎机的动力学性能和振动性能进行研究以期提高其破碎效率，进一步提升这种破碎机在低能耗高产出比上的优势。

瑞典山特维克公司公开了专利号为CN 103002986 A的一种惯性圆锥破碎机及其平衡的方法，该专利提供了一种惯性破碎机对机壳所产生的不平衡力平衡的一种方法，即在惯性破碎机下方的连接机构上安装两个平衡配重，在运动过程中两个平衡配重对破碎机机壳施加了一对与惯性破碎机激振器所产生的惯性力方向相反的平衡惯性力，从而达到了抑制破碎机在水平平面内的周向振动的目的，但同时也产生了不平衡的倾覆力矩；将两平衡块垂直反向布置又将减少驱动轴承的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种惯性圆锥破碎机，该惯性圆锥破碎机与现有技术相比具有更小的振动，具有更高的耐用性能。

借助于该惯性圆锥破碎机实现该目的，该惯性圆锥破碎机包括有外破碎壳体、中心支撑部件和偏心破碎部件三部分，三者之间采用分体式设计并无刚性连接，作为互相独立的三个部分，在该外破碎壳体与偏心破碎部件的破碎锥之间形成有破碎腔，该偏心破碎部件的破碎锥被支撑在中心支架上的凸面球瓦上，破碎锥可以沿着凸面球瓦做圆锥摆动。偏心破碎部件整体被支撑在中心支架上，中心支架则被固定于地基上。

所述外破碎壳体由定锥和外壳组成；所述中心支撑部件由凸面球瓦和中心支架组成；

所述偏心破碎部件由破碎锥、破碎轴、套筒、偏心块、绳索套结环、联轴器、连接轴和驱动轴承组成，破碎锥在沿着凸面球瓦运动的同时也可绕着破碎轴转动，破碎锥与定锥之间形成破碎腔；破碎轴可以在套筒中自由旋转，该套筒固接有偏心块，同时有绳索套结环可以绕着套筒的外表面自由旋转，360°周向有绳索通过中心支架上的数个圆孔与外壳相连，套筒下方固接有联轴器，联轴器与驱动轴承之间有连接轴相连接。驱动轴承在外部传动系统的作用下旋转，通过连接轴和联轴器使套筒旋转，偏心块随着套筒一并旋转，在偏心块旋转的过程中，偏心块产生的离心力使偏心破碎部件偏转，偏心破碎部件整体形成摆动中心在破碎锥和偏心块之间的圆锥摆动，从而在破碎锥和定锥之间产生破碎力，从而实现对物料的粉碎工作。

在偏心破碎部件做圆锥摆动的同时，套在套筒上的绳索套结环上的绳索一侧因为套筒偏转而远离外壳从而使绳索产生拉伸形变，对外壳施加了沿偏心块偏转方向的拉力，而另一侧则因为套筒靠近外壳而放松，绳索下垂不产生任何作用力。

所述惯性圆锥破碎机的破碎破碎锥的偏转方向和偏心块的偏转方向相反，即并不在同一侧；因此破碎锥通过物料对外壳施加的不平衡力方向也就与偏心块的偏转方向相反。于是破碎锥通过物料对外壳施加的不平衡力与绳索拉伸形变对外壳产生的拉力互相组成了一对平衡力。且这一对平衡力随着偏心破碎部件的转动而相应的转动，如此最大程度的减轻了设备外破碎壳体的周向振动，达到了对破碎机机壳减重、降低现有惯性破碎机整体重量的目的，提高了惯性圆锥破碎机的破碎效率，提升了使用寿命。

本发明的进一步的目的是提供一种方法，该方法是使所述惯性圆锥破碎机平衡。

借助于使惯性圆锥破碎机平衡的方法实现该目的，该惯性圆锥破碎机包括有外破碎壳体、中心支撑部件和偏心破碎部件三部分，三者之间采用分体式设计并无刚性连接，作为互相独立的三个部分，在该外破碎壳体与偏心破碎部件的破碎锥之间形成有破碎腔，该偏心破碎部件的破碎锥被支撑在中心支架上的凸面球瓦上，破碎锥可以沿着凸面球瓦做圆锥摆动。偏心破碎部件整体被支撑在中心支架上，中心支架则被固定于地基上。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种惯性圆锥破碎机及其平衡方法，与现有技术相比具有这样的有益效果：

本发明的主要技术特点采用模块化设计理念，将整个设备拆分为外破碎体、中心支撑部件和偏心破碎部件三大部分，三个部分之间相对独立且易于互换，从而便于维护。

本发明采用绳索牵引的方式以绳索形变产生的拉力对惯性圆锥破碎机工作过程中产生的不平衡破碎力进行平衡，与现有技术相比具有更小的振动，具有更高的耐用性能。壳体受到的向右的绳索拉力与向左的破碎力互相平衡，从而达到了降低破碎机机壳振动的目的，使破碎机运转更为平稳，并在一定程度上提升了破碎机的破碎效率。

本发明结构简单方便，且成本低廉，易于更换和维护。

从权利要求书和以下的详细描述，本发明的进一步目的和特性将变得更明显。

附图说明

图1为该惯性圆锥破碎机的侧面剖切示意图；

图2为沿图1的箭头方向II-II观察的绳索布置示意图。

附图标号1-破碎头；2-定锥；3-破碎锥；4-凸面球瓦；5-中心支架；6-外壳；7-偏心块；8-套筒；9-绳索；10-联轴器；11-连接轴；12-绳索套结环；13-破碎轴；14-绳索；15-驱动支承。

具体实施方式

图1图示了根据本发明的一个实施例的惯性圆锥破碎机工作时的情况。该惯性圆锥破碎机包括由外壳6和固定连接在其上部的定锥2组成的外破碎壳体17，破碎轴13穿过破碎锥3的中心孔并插入套筒8的内筒中，偏心块7固定连接在套筒8的外圆上，联轴器10固联在套筒8的下方，连接轴11的上端通过滚珠与联轴器内孔上滑槽的约束相连，这就使得连接轴11可以带动联轴器10旋转并沿着联轴器的中心线上下移动，并允许两者之间的轴线发生偏转，同样连接轴11的下端在驱动轴承15内以滚珠与驱动轴承15内孔上滑槽的约束相互作用，从而使得驱动轴承15可以带动连接轴11旋转，但不妨碍连接轴11与驱动轴承15两者之间的轴线发生相对偏转；绳索套结环12可绕着套筒8自由转动，破碎锥3、偏心块7、套筒8、联轴器10、连接轴11、绳索套结环12、破碎轴13与驱动轴承15按上述联接关系共同组成偏心破碎部件19，中心支架5支撑凸面球瓦4一并组成的中心支撑部件16三部分组成。三个部分之间无刚性固定连接，为相对独立的三个模块。

中心支架5支撑偏心破碎部件19的驱动轴承15与偏心块7和套筒8，驱动轴承15支承连接轴11，破碎锥3则由凸面球瓦4支承并可沿着凸面球瓦4的凸面运动，同时破碎锥3可绕着破碎轴13旋转，破碎锥3与定锥2之间形成破碎腔18；附着在破碎锥3上破碎腔18内的破碎体由附接在破碎轴13上的破碎头1所固定；破碎轴13插入套筒8的内筒内并可在套筒8内绕套筒8的轴线自由转动，偏心块7固接于套筒8上，在外部动力源通过驱动轴承15、连接轴11和联轴器10的作用下使套筒8转动，偏心块7产生的惯性离心力使套筒如图1所示向右偏转，而由于凸面球瓦4的存在，使得偏心破碎部件圆锥摆动偏转的中心点在破碎锥3和偏心块7之间，从而使得破碎锥3向左偏转。

套在套筒8上的绳索套结环12与外壳6之间分别由通过中心支架5上八个孔的八根绳索牵连，图2展示了这八根绳索的布置情况，这八根绳索可以被拉伸产生拉伸形变从而产生弹性力对外壳6产生拉力，但不可被缩短。优选地，当套筒8带着绳索套结环12向右侧摆动时，左侧的绳索14、21、22、23、24发生拉伸形变被拉紧，对外壳6产生向右的拉力，而与此同时右侧的绳索20、9、25则被放松，绳索对外壳6不产生力。

如前所述，破碎锥3沿着凸面球瓦4的外凸面运动，因此偏心破碎部件19做圆锥摆的回转中心在破碎锥3和偏心块7之间，使得在偏心块7向右偏时，破碎锥3向左偏，从而对机壳6施加了向左的破碎力。

取出相对独立的外破碎壳体17进行分析，如图1所示，此时的外破碎壳体17受到破碎锥3通过物料施加的向左的破碎力，使外破碎壳体17有向左移动的趋势，而绳索套结环12上左侧的绳索14、21、22、23、24均产生拉伸形变被拉紧，对外破碎壳体17产生了合力向右的拉力，而右侧的绳索9、20、25则被放松不对设备中任何部分产生作用力。由此左侧绳索对外壳6产生的向右拉力和破碎锥3通过物料层对外破碎壳体17产生的向左破碎力一并组成了一对平衡力系，从而减轻了外破碎壳体17的周向振动，延长了破碎设备的使用寿命，提高了破碎设备的使用性能，在一定程度上可减轻破碎设备的整体重量。

操作期间，平衡破碎机的绳索拉力和破碎力均可以通过偏心块到偏心破碎部件圆锥摆动中心点的距离来进行评估。在该情形中，该中心点为机体中心线和偏转中心线两者的交点上：

偏心块造成的离心惯性力为：

F₁＝m×ω²×l₁×sinβ 等式[1.1]

其中：

m＝偏心块质量 [单位：kg]

ω＝破碎机破碎转速 [单位：rad/s]

l₁＝偏心块质心到摆动中心点在偏转轴线上的投影距离 [单位：mm]

β＝偏转轴线与机体竖直轴线之间所夹的角度 [单位：rad]

在工作过程中可以通过它来计算破碎机工作时所产生的惯性离心力。

破碎锥对外破碎部件造成的破碎力为：

F＝(F₁×l₁-F₂×l₃)/l₂ 等式[1.2]

其中：

F₁＝偏心块产生的惯性离心力 [单位：N]

F₂＝绳索被拉伸产生的拉力合力 [单位：N]

l₁＝偏心块质心到摆动中心点在偏转轴线上的投影距离 [单位：mm]

l₂＝破碎力作用点到摆动中心点在偏转轴线上的投影距离 [单位：mm]

l₃＝绳索拉力作用点到摆动中心点在偏转轴线上的投影距离 [单位：mm]

绳索拉伸对外破碎壳体产生的拉力合力为：

F₂＝C×E×A×l₃×sinβ/l 等式[1.3]

其中：

C＝根据绳索布置情况所考虑的无量纲常数 [单位：-]

E＝绳索的拉伸弹性模量 [单位：Mpa]

A＝绳索的横截面面积 [单位：mm^2]

l₃＝绳索拉力作用点到摆动中心点在偏转轴线上的投影距离 [单位：mm]

l＝绳索原长 [单位：mm]

β＝偏转轴线与机体竖直轴线之间所夹的角度 [单位：rad]

优选地当绳索拉力合力与偏心块产生的离心力满足如下关系：

F₁＝F₂×(l₂+l₃)/l₁ [等式1.4]

此时绳索合力与破碎锥对外破碎壳体造成的破碎力大小相等方向相反，外破碎壳体受力平衡，设备轴向振动减小。因此产生的倾覆力矩可有设置在外壳下方的隔振弹簧所平衡。从而达到对设备减振的目的。

优选地，参照第一个实施例也可以使绳索拉力合力与偏心块的离心力满足如下关系：

F₁＝F₂×(l₂×l₄+l₃×l₅)/l₁ [等式1.5]

其中：

l₄＝绳索拉力作用点到外破碎壳体基座底部的竖直投影距离 [单位：mm]

l₃＝破碎力作用点到外破碎壳体基座底部的竖直投影距离 [单位：mm]

此时使外破碎壳体上的受力达到力矩平衡，进一步降低了外破碎壳体的振动。

此外应明确偏心块产生的偏心力与绳索提供的平衡拉力可以在上述两个等式描述的范畴上有一定的波动，优选地其波动范围在+/-30％以内。

以上，已经描述了作用外破碎壳体上的破碎力采用绳索牵引进行平衡的平衡方法。应理解，还可以存在另外的，通常是换取其他的布置方式，或者是把绳索套结环并不套在套筒上而是放置于设备中其它物体上的方式，甚至是不采用绳索套结环而采用其它的栓接绳索的方法；或是并不采用绳索拉力的方式而是采用其他形式的力如电磁力等。在计算绳索平衡拉力与外破碎壳体受到的不平衡破碎力时还要考虑到其他因素的造成的振动与不平衡效应的影响，使得绳索平衡拉力与偏心块偏转产生的惯性离心力的关系式并不局限于以上两关系式。还可以用相似的方式，甚至其他的方式是绳索布置的高度不在偏心块下方，在中心支架上、甚至在连接轴上。

应理解，上述实施例的许多变形能够在所附的权利要求书的范围以内。

以上已经描述了，采用8根绳索360°周向均布的方式从而使8根绳索周期性的被拉进或放松易产生平衡拉力的做法。应理解，还包括有其他的绳索布置方式和采用绳索数量。

Claims (6)

1.一种惯性圆锥破碎机，其特征在于：所述惯性圆锥破碎机包括有外破碎壳体、中心支撑部件和偏心破碎部件三部分，三者之间无刚性连接互相独立；

所述外破碎壳体由定锥和外壳组成；所述中心支撑部件由凸面球瓦和中心支架组成；

所述偏心破碎部件由破碎锥、破碎轴、套筒、偏心块、绳索套结环、联轴器、连接轴和驱动轴承组成，破碎锥在沿着凸面球瓦运动的同时也可绕着破碎轴转动，破碎锥与定锥之间形成破碎腔；破碎轴可以在套筒中自由旋转，该套筒固接有偏心块，同时有绳索套结环可以绕着套筒的外表面自由旋转，360°周向有绳索通过中心支架上的数个圆孔与外壳相连，套筒下方固接有联轴器，联轴器与驱动轴承之间有连接轴相连接。

2.根据权利要求1所述的一种惯性圆锥破碎机，其特征在于：所述惯性圆锥破碎机的破碎破碎锥的偏转方向和套筒偏心块的偏转方向相反，即并不在同一侧。

3.一种惯性圆锥破碎机平衡的方法，其特征在于：所述惯性圆锥破碎机包括有外破碎壳体、中心支撑部件和偏心破碎部件三部分，三者之间无刚性连接互相独立；

所述外破碎壳体由定锥和外壳组成；所述中心支撑部件由凸面球瓦和中心支架组成；

所述偏心破碎部件由破碎锥、破碎轴、套筒、偏心块、绳索套结环、联轴器、连接轴和驱动轴承组成，破碎锥在沿着凸面球瓦运动的同时也可绕着破碎轴转动，破碎锥与定锥之间形成破碎腔；破碎轴可以在套筒中自由旋转，该套筒固接有偏心块，同时有绳索套结环可以绕着套筒的外表面自由旋转，360°周向有绳索通过中心支架上的数个圆孔与外壳相连，套筒下方固接有联轴器，联轴器与驱动轴承之间有连接轴相连接。

4.根据权利要求3所述的一种惯性圆锥破碎机平衡的方法，其特征在于：绳索产生的平衡拉力合力与惯性圆锥破碎机偏心块产生的惯性离心力满足F₁＝F₂×(l₂+l₃)/l₁的比例关系；

其中：F₁＝偏心块产生的惯性离心力，单位：N；

F₂＝绳索被拉伸产生的拉力合力，单位：N；

l₁＝偏心块质心到摆动中心点在偏转轴线上的投影距离，单位：mm；

l₂＝破碎力作用点到摆动中心点在偏转轴线上的投影距离，单位：mm；

l₃＝绳索拉力作用点到摆动中心点在偏转轴线上的投影距离，单位：mm。

5.根据权利要求3所述的一种惯性圆锥破碎机平衡的方法，其特征在于：绳索产生的平衡拉力合力与惯性圆锥破碎机偏心块产生的惯性离心力满足F₁＝F₂×(l₂×l₄+l₃×l₅)/l₁的比例关系；

其中：F₁＝偏心块产生的惯性离心力，单位：N；

F₂＝绳索被拉伸产生的拉力合力，单位：N；

l₁＝偏心块质心到摆动中心点在偏转轴线上的投影距离，单位：mm；

l₂＝破碎力作用点到摆动中心点在偏转轴线上的投影距离，单位：mm；

l₃＝绳索拉力作用点到摆动中心点在偏转轴线上的投影距离，单位：mm。

l₄＝绳索拉力作用点到外破碎壳体基座底部的竖直投影距离，单位：mm；

l₃＝破碎力作用点到外破碎壳体基座底部的竖直投影距离，单位：mm。

6.根据权利要求4或5所述的一种惯性圆锥破碎机平衡的方法，其特征在于：绳索产生的平衡拉力合力与惯性圆锥破碎机偏心块产生的惯性离心力，其波动范围在+/-30％以内。