CN111957380A - 惯性圆锥破碎机性能优化方法及破碎机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及破碎技术领域，公开了一种惯性圆锥破碎机性能优化方法及破碎机，其中惯性圆锥破碎机包括定锥衬板和动锥衬板，定锥衬板和动锥衬板之间形成有破碎腔，优化方法包括：对定锥衬板和/或动锥衬板的表面从上到下的变化幅度进行调节，使得破碎腔的水平截面从上到下呈一定幅度内的连续性变化，通过提高目标破碎物料下移的连续性，对破碎机的处理量进行优化。本发明提供的一种惯性圆锥破碎机性能优化方法及破碎机，通过控制破碎腔不同位置的水平截面面积，避免下料颗粒流受到下方物料的阻碍作用、优化运动路径形态进而提高了颗粒在破碎腔中的总体平衡与运动连续性，实现快速连续通过破碎腔提高设备处理量。

Description

惯性圆锥破碎机性能优化方法及破碎机

技术领域

本发明涉及破碎技术领域，特别是涉及一种惯性圆锥破碎机性能优化方法及破碎机。

背景技术

惯性圆锥破碎机应用振动理论研制而成，是一种具有独特结构原理的振动破碎设备。惯性圆锥破碎机工作中通过偏心激振装置的高速旋转产生高频惯性离心力，在高频振动作用下散体物料层与刚性机体共同组成的刚散耦合振动系统趋于动态平衡。相比于基于固定冲程与料层厚度压缩比破碎方式的传统偏心圆锥破碎机，惯性圆锥破碎机凭借其柔性传动技术具有破碎比大、开路破碎产品粒度细等突出优势，能够很好的服务于矿山企业粉碎作业中“多碎少磨”的迫切工艺需求。

但是，作为衡量破碎设备综合性能的重要技术参数之一，在单台设备处理量方面，惯性圆锥破碎机相比传统偏心圆锥破碎机还存在着明显的差距。以同等规格电机功率下的惯性圆锥破碎机与传统圆锥破碎机处理量对比为例，惯性圆锥破碎机处理量仅为传统圆锥破碎机的一半。虽然在产品粒度方面具有一定的优势，但产量方面短板的存在不可避免的在一定程度上限制了其应用推广，严重阻碍其产品粒度方面优势的进一步发挥。

传统偏心圆锥破碎机当确定了偏心套尺寸后，动锥的摆动幅度(冲程)相对固定，只能对物料层施加定量压缩比(几何约束控制)。当破碎腔空腔时，动锥衬板与定锥衬板仍保持着一定距离，排料间隙为闭边排料口尺寸(CSS)；一般需要设置较长的平行带，用于检查并控制破碎产品的最终粒度。惯性圆锥破碎机采用了柔性传动技术，动锥的运动方式基于可变冲程，当破碎腔空腔时，动锥衬板底部可以与定锥衬板底部相贴合，时刻保持冲程最大化。同时，在挤满给料方式的操作条件下，料层粉碎模式是惯性圆锥破碎机的主要破碎方式。料层粉碎方式下产品粒度的控制对平行带的依赖程度降低，其破碎带的划分依据与以往不同。此外，惯性圆锥破碎机应用振动理论所研制，其工作频率(激振器转速)远高于传统偏心圆锥破碎机(偏心套转速)。上述特点使惯性圆锥破碎机具有开路破碎产品粒度细的巨大优势。惯性圆锥破碎机工作时的动锥、定锥的不同位置关系如图1所示，与传统偏心圆锥破碎机闭边排料口间隙的概念所不同，惯性圆锥破碎机的排料间隙始终保持为2S。

综上，由于惯性圆锥破碎机独特的结构和工作原理，传统偏心圆锥破碎机破碎腔内的物料运动特性及相应的腔型设计方法并不能很好的适用于惯性圆锥破碎机。目前，惯性圆锥破碎机增大处理量的方法主要是依靠放大排料间隙，促使破碎腔型所有位置的间隙同步放大，从整体上提高单位时间内的物料颗粒的通过量。该方法的不足之处在于间隙的调节范围具有一定的尺寸局限性，当排料间隙超出设定的极限间隙时，产品特性指标下降、产品粒度明显变粗。

发明内容

本发明实施例提供一种惯性圆锥破碎机性能优化方法及破碎机，用于解决或部分解决现有惯性圆锥破碎机处理量较小的问题。

本发明实施例提供一种惯性圆锥破碎机性能优化方法，其中惯性圆锥破碎机包括定锥衬板和动锥衬板，定锥衬板和动锥衬板之间形成有破碎腔，优化方法包括：对定锥衬板和/或动锥衬板的表面从上到下的变化幅度进行调节，使得破碎腔的水平截面从上到下呈一定幅度内的连续性变化，通过提高目标破碎物料下移的连续性，对破碎机的处理量进行优化。

在上述方案的基础上，对定锥衬板和/或动锥衬板的表面从上到下的变化幅度进行调节具体包括：将破碎腔划分为多段破碎带，多段破碎带从上到下依次包括至少一段收缩带和一段平行带；针对多段破碎带，对定锥衬板和/或动锥衬板的表面变化幅度分段进行调节。

在上述方案的基础上，将破碎腔划分为多段破碎带，多段破碎带从上到下依次包括至少一段收缩带和一段平行带具体包括：根据目标破碎物料的可碎性信息以及出料指标要求，调节收缩带和平行带的区间比例。

在上述方案的基础上，根据目标破碎物料的可碎性信息以及出料指标要求，调节收缩带和平行带的区间比例具体包括：目标破碎物料越难破碎，平行带的区间比例越大。

在上述方案的基础上，针对目标破碎物料，选取代表性的实验原料进行JK落重实验，根据实验结果获得目标破碎物料的可碎性信息。

在上述方案的基础上，破碎腔的水平截面从上到下呈一定幅度内的连续性变化具体包括：破碎腔中任一破碎带两端处的水平截面面积之差与其中较大的水平截面面积之间的比值小于第一预设值。

在上述方案的基础上，对破碎机的处理量进行优化还包括：对定锥衬板和/或动锥衬板的表面从上到下的变化幅度进行调节优化，使得相邻两段破碎带的压缩体积空间之差与其中较大的压缩体积空间之间的比值小于第二预设值；其中，任一破碎带的压缩体积空间为该破碎带两端处的垂直截面之间的空间。

在上述方案的基础上，对破碎机的处理量进行优化还包括：在保证出料指标的前提下，降低破碎机的激振器转速。

在上述方案的基础上，优化方法还包括：在动锥衬板对应平行带的部位下端连接一段补偿带；在动锥衬板对应平行带的部位出现磨损时，整体下移定锥衬板。

本发明实施例还提供一种破碎机，包括定锥衬板和动锥衬板，定锥衬板和动锥衬板之间形成有破碎腔，所述破碎腔划分为多段破碎带，多段破碎带从上到下依次包括至少一段收缩带和一段平行带；破碎腔中任一破碎带的两端处的水平截面面积之差与其中较大的水平截面面积之间的比值小于第一预设值；相邻两段破碎带的压缩体积空间之差与其中较大的压缩体积空间之间的比值小于第二预设值；其中，任一破碎带的压缩体积空间为该破碎带两端处的垂直截面之间的空间；动锥衬板对应平行带的部位下端连接有补偿带。

本发明实施例提供的一种惯性圆锥破碎机性能优化方法及破碎机，通过控制破碎腔不同位置的水平截面面积大小，避免下料颗粒流受到下方物料的阻碍作用、优化运动路径形态进而提高了颗粒在破碎腔中的总体平衡与运动连续性，降低了物料颗粒在整体向下流动过程中受到下方物料因水平截面面积突变产生的局部堆积和阻碍作用，从而减少物料通过破碎腔的整体时间进而实现快速连续通过破碎腔提高设备处理量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有惯性圆锥破碎机破碎过程中动锥和定锥的不同位置关系示意图；

图2为本发明实施例中破碎机从料斗开始从上到下物料段的划分示意图；

图3为本发明实施例中启用补偿带时动锥衬板和定锥衬板的第一位置关系示意图；

图4为本发明实施例中启用补偿带时动锥衬板和定锥衬板的第二位置关系示意图；

图5为本发明实施例中颗粒料层在破碎带内的体积连续性示意图；

图6是本发明实施例中破碎腔不同水平截面面积分布示意图；

图7是本发明实施例中提高处理量前后的物料颗粒竖直运动路径示意图；

图8是本发明实施例中单颗粒物料下落时在动锥衬板表面的投影位置示意图。

附图标记说明：

其中，1：激振器；2：料斗；3：物料颗粒；4：盖形螺母；5：开口垫环；6：小衬板；7：动锥主轴；8：破碎带功能区分界线；9：定锥衬板位置；10：挤压行程下动锥衬板位置；11：释放行程下动锥衬板位置；12：物料颗粒运动轨迹；13和14：破碎带；15：动锥；16：动锥衬板；17：定锥衬板；18、19和20：水平截面；21：物料颗粒原始竖直运动路径；22：提高处理量后的物料颗粒竖直运动路径；23：单颗粒物料水平运动路径；S1：衬板一侧间隙；S2：衬板另一侧间隙；2S：衬板底部对角间隙之和。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种惯性圆锥破碎机性能优化方法，其中惯性圆锥破碎机包括定锥衬板和动锥衬板，定锥衬板和动锥衬板之间形成有破碎腔，该优化方法包括：对定锥衬板和/或动锥衬板的表面从上到下的变化幅度进行调节，使得破碎腔的水平截面从上到下呈一定幅度内的连续性变化，通过提高目标破碎物料下移的连续性，对破碎机的处理量进行优化。

本实施例提供了一种能够提高惯性圆锥破碎机处理量进而对破碎机的性能实现了优化的方法。对于惯性圆锥破碎机，在动锥可变冲程以及挤满给料方式的作用下，寻找提高惯性圆锥破碎机处理量的有效方法成为设备改进优化的重要内容。该优化破碎机处理量的方法以提高目标破碎物料在破碎腔中的整体运动连续性作为出发点。通过控制破碎腔由上到下不同高度位置的水平截面面积变化幅度，避免水平截面面积变化幅度太大使得下料颗粒流受到下方物料的阻碍作用进而提高破碎腔内物料颗粒的运动连续性，优化运动路径形态、缩短运动轨迹长度，进而实现快速连续通过破碎腔达到增大处理量的目的。

本实施例提供的一种惯性圆锥破碎机性能优化方法，通过控制破碎腔不同位置的水平截面面积大小，避免下料颗粒流受到下方物料的阻碍作用、优化运动路径形态进而提高了颗粒在破碎腔中的总体平衡与运动连续性，降低了物料颗粒在整体向下流动过程中受到下方物料因水平截面面积突变产生的局部堆积和阻碍作用，从而减少物料通过破碎腔的整体时间进而实现快速连续通过破碎腔提高设备处理量。

在上述实施例的基础上，进一步地，对定锥衬板和/或动锥衬板的表面从上到下的变化幅度进行调节具体包括：将破碎腔划分为多段破碎带，多段破碎带从上到下依次包括至少一段收缩带和一段平行带；针对多段破碎带，对定锥衬板和/或动锥衬板的表面变化幅度分段进行调节。

依据破碎功能不同，对破碎腔不同区域进行了主要功能划分，破碎腔主要包括由上到下水平截面面积渐缩的收缩带和由上到下水平截面面积基本保持不变的平行带。因为破碎腔的不同破碎带功能不同，每个破碎带的设计调节既要考虑水平截面面积的连续性，又要考虑能够实现对应的功能，因此，对于多段破碎带分别进行调节，而不是对破碎腔整体性进行调节。

在上述实施例的基础上，进一步地，惯性圆锥破碎机性能优化方法还包括：在动锥衬板对应平行带的部位下端连接一段补偿带；在动锥衬板对应平行带的部位出现磨损时，整体下移定锥衬板。

平行带控制着破碎产品最终粒度，主要以单颗粒破碎形式存在，对衬板造成的磨损呈加剧趋势；因衬板磨损与变形失效主要发生在底部平行带，为缓解衬板磨损造成的产品粒度控制能力下降问题，特设置补偿带以延长衬板使用寿命。

具体的，参考图2，本实施例中将破碎机从料斗2开始由上到下分别为储料带A、过渡带B、收缩带(具体划分为收缩带C1与收缩带C2)、平行带D以及补偿带区域E。不同的区域具有不同的目标功能划分，破碎过程大多发生在收缩带，主要以料层粉碎的形式存在；平行带D控制着破碎产品最终粒度，主要以单颗粒破碎形式存在。破碎带功能区分界线8如图2所示。动锥衬板的表面在底端还可设置为倒角，便于物料排出。动锥衬板16设置在动锥15的表面。

该截面面积最小处为单颗粒破碎与料层粉碎模式的临界点，位于其上部的物料将受到下部物料的阻碍形成料层堆积，位于其下部的物料不再受到阻碍顺利排出破碎腔，该临界点位于图2所示的C2与D之间。腔型不同水平截面面积变化的设计方法遵循均一设计理念，保持面积大小的高度一致性，避免发生突变。

物料段的划分依据是根据料斗2、盖形螺母4、开口垫环5、小衬板6、动锥衬板16和定锥衬板17的表面形状所确定，可依据动锥衬板16表面角度变化对收缩带进一步细分，每个收缩带的衬板夹角为一固定值，即每个收缩带的衬板表面为直线，也可为曲线，以满足水平截面的变化幅度为目的，具体不做限定。

破碎机内部物料段可以不仅仅局限于保持A、B、C、D、E的5种结构，可以适当增加或减少区域划分，侧重不同破碎作业区的功能搭配，以适应矿山、冶金、建材行业等用户对不同物料、处理量、产量粒度的针对性需求。不同破碎带的划分依据仅参考了动锥衬板表面角度变化；优选的，可以进一步在定锥表面设计不同数量的表面角度变化，与动锥衬板共同决定破碎带划分目标。

为合理分配破碎作业负荷，水平截面最小处一般设置在C2与D之间的截面；优选的，在其他情况下、针对特殊性质物料以及产品特性需求，截面最小处可以改变位置与所在层数。

图2为初始未使用补偿带时动锥衬板和定锥衬板的位置关系示意图，初始时，定锥衬板的底端与动锥衬板对应平行带D的部位底端相对应。图3为动锥衬板受到磨损后启用补偿带时动锥衬板和定锥衬板的位置关系示意图；其中L1为动锥衬板对应平行带的部位初始未磨损时的位置，L2为动锥衬板对应平行带的部位受到磨损后的位置，L3为动锥衬板底部补偿带的位置。

参考图2和图3，在动锥衬板受到磨损后，可通过下移定锥衬板使得补偿带L3与定锥衬板的底部对应，从而补偿带L3可代替动锥衬板原有的平行带部位，可提高动锥衬板使用寿命。

图3中所示的补偿带L3相比动锥衬板原有的平行带部位L1角度存在一些变化偏差。进一步地，参考图4，还可设置补偿带L3与动锥衬板原有的平行带部位L1的角度相同，即补偿带L3可沿着动锥衬板原有的平行带部位L1的延伸方向设置，可保证出料间隙。补偿带L3的具体设置角度可根据实际需要灵活设置，以能保证出料指标为目的，具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，将破碎腔划分为多段破碎带，多段破碎带从上到下依次包括至少一段收缩带和一段平行带具体包括：根据目标破碎物料的可碎性信息以及出料指标要求，调节收缩带和平行带的区间比例。

在上述实施例的基础上，进一步地，根据目标破碎物料的可碎性信息以及出料指标要求，调节收缩带和平行带的区间比例具体包括：目标破碎物料越难破碎，平行带的区间比例越大。

破碎腔不同区域的设置与比例界限划分均基于物料可碎性与产品粒度要求设定，可使得破碎腔更加适用于目标破碎物料，有利于提高破碎性能。例如处理难破碎物料时可以适当增加平行带，处理易破碎物料时可以适当增加收缩带，以保证增大处理量的同时不会牺牲产品粒度指标，同时避免了腔型不合理造成的局部过粉碎以及颗粒流动受阻、下料不畅等问题。

具体的，可先根据目标破碎物料的可碎性信息以及出料指标要求，确定平行带在破碎腔中的大概占比，然后将平行带上方的破碎腔空间根据动锥衬板和/或定锥衬板的表面角度变化对收缩带进行划分，可整体作为一个收缩带，也可分为多个收缩带。

在上述实施例的基础上，进一步地，针对目标破碎物料，选取代表性的实验原料进行JK落重实验，根据实验结果获得目标破碎物料的可碎性信息。

在上述实施例的基础上，进一步地，破碎腔的水平截面从上到下呈一定幅度内的连续性变化具体包括：破碎腔中任一破碎带两端处的水平截面面积之差与其中较大的水平截面面积之间的比值小于第一预设值。本实施例中是以每个破碎带两端处的水平截面进行比较，通过控制每个破碎带两端处的水平截面之间的变化幅度来控制破碎腔整体水平截面的变化幅度。

在上述实施例的基础上，进一步地，对破碎机的处理量进行优化还包括：对定锥衬板和/或动锥衬板的表面从上到下的变化幅度进行调节优化，使得相邻两段破碎带的压缩体积空间之差与其中较大的压缩体积空间之间的比值小于第二预设值；其中，任一破碎带的压缩体积空间为该破碎带两端处的垂直截面之间的空间。通过控制相邻两段破碎带的压缩体积空间变化幅度，可在水平截面变化幅度控制的基础上，进一步保证物料下移的连续性，防止物料堵塞。垂直截面即破碎腔在垂直于破碎腔长度方向上的截面。

进一步地，对破碎腔水平截面的变化幅度进行控制以及对相邻破碎带压缩体积空间的变化幅度进行控制分别是基于动锥初始没有摆动时进行的。

本实施例的核心技术方案在于，依据物料性质(硬度、脆性、不均质性)及产品特性(粒度、粒型)要求，在满足产品特性要求的前提下，保持不同破碎带之间的体积连续性进而保持物料颗粒运动的总体质量连续，避免物料颗粒产生局部堆积。

具体如图5所示，在动锥挤压物料时，物料在动锥15的推动下沿垂直于破碎腔长度方向的垂直方向移动被挤压在定锥衬板位置9处，动锥衬板位于挤压行程下动锥衬板位置10(即图5中虚线所示位置)处；在动锥15远离物料时，物料沿竖直方向下落，动锥衬板位于释放行程下动锥衬板位置11(即图5中实线所示位置)处；呈现出物料颗粒运动轨迹12为向下作阶梯轨迹运动，进入下方相邻的两个破碎带13和14，依据衬板腔型角度变化，两个破碎带13和14内的料层厚度d1和d2分别受到来自动锥表面不同的压缩冲程s1和s2，分别在各自的破碎带内发生破碎。保证物料运动连续性的前提条件为该相邻的两个破碎带的体积相似，而相邻破碎带的水平截面面积大小的一致性决定了体积连续性，故腔型不同水平截面面积变化的均一设计理念能够防止物料在破碎腔中堵塞，从而可提高处理量。图6所示为选取的代表性不同高度处的水平截面18、19、20，分别对应C1/C2、C2/D、D/E的过渡面。图7中提高处理量后的物料颗粒竖直运动路径22，相比于物料颗粒原始竖直运动路径21贴合衬板表面的圆周方向，物料下落快慢主要受竖直方向运动影响。

在上述实施例的基础上，进一步地，对破碎机的处理量进行优化还包括：在不影响出料指标的前提下，降低破碎机的激振器1转速。为合理优化物料颗粒的运动路径，采取适当降低转速，同时衬板外形采用陡锥结构形式，有助于减少图7中的阶梯数量，促使颗粒快速通过破碎腔。

破碎机的激振器1转速应能实现物料做阶梯轨迹运动，即物料不产生沿动锥表面的滑动运动；且应能保证出料特性要求，在此基础上可尽量减小。激振器1转速的具体取值可通过实验获取，也可参考现有经验值并通过实验验证，具体不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种破碎机，该破碎机可基于上述实施例提供的惯性圆锥破碎机性能优化方法形成，该破碎机包括定锥衬板和动锥衬板，定锥衬板和动锥衬板之间形成有破碎腔，所述破碎腔划分为多段破碎带，多段破碎带从上到下依次包括至少一段收缩带和一段平行带；破碎腔中任一破碎带的两端处的水平截面面积之差与其中较大的水平截面面积之间的比值小于第一预设值；相邻两段破碎带的压缩体积空间之差与其中较大的压缩体积空间之间的比值小于第二预设值；其中，任一破碎带的压缩体积空间为该破碎带两端处的垂直截面之间的空间；动锥衬板对应平行带的部位下端连接有补偿带。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种提高惯性圆锥破碎机处理量的腔型设计方法，包含以下步骤：

针对目标破碎物料，根据颗粒外形尺寸与形状选取代表性的实验原料，对其进行JK落重实验，测试其抵抗冲击破碎的能力，获得冲击比能耗与产品粒度分布特性关系，获得物料可碎性信息；

针对物料可碎性与具体破磨工艺流程所要求的产品粒度信息，设计动锥衬板与定锥衬板的收缩带、平行带和补偿带的区间比例划分，侧重于不同的破碎负荷和产品阶段目标，保持最终破碎产品粒度相对稳定；

初步设计定锥衬板结构角度，其角度大小决定了间隙调节引起的工作间隙变化速率；定锥衬板的具体角度可参考现有破碎机的参数确定；定锥衬板的表面可设为直线。然后，以定锥衬板的所在位置为依据，基于腔型不同水平截面面积变化的均一设计理念设计动锥衬板表面不同破碎带的角度变化。

首先，可先预设动锥衬板表面不同破碎带的角度以及与定锥衬板之间的垂直距离，计算腔型空间内动锥衬板表面不同位置处(可选取破碎带的端部)的垂直方向距离；然后，计算竖直方向的下落距离并由此确定单个压缩带的体积空间；最后，按照该方法计算动锥衬板所有位置处的体积空间；

计算不同破碎带体积空间的差异变化，以相邻破碎带的压缩体积空间误差小于12％、水平截面差异变化幅度小于5％为控制目标进行多目标规划求解，还应使得最终出料满足出料指标要求，迭代计算动锥衬板、定锥衬板不同破碎带的角度以及径向距离尺寸，保持破碎带之间可变冲程与料层厚度压缩空间的体积连续性，最终确定衬板腔型。相邻破碎带的压缩体积空间误差参数以及水平截面差异变化幅度参数可根据具体物料情况进行设定，具体不做限定。

物料颗粒的破碎过程建立在基于受控能量作用的非定量压缩加载方式下，破碎腔水平截面面积最小处设置在收缩带与平行带的交界面，空腔时动锥衬板与定锥衬板将优先在平行带底部接触贴合，当衬板磨损变形后，接触贴合部位转移过渡到补偿带。

物料颗粒下落方式仅遵循自由落体运动，不包含滑动运动。

参考图8，物料颗粒下落的竖直运动轨迹遵循阶梯折线形态，单颗粒物料水平运动路径23在动锥衬板表面的周向覆盖角度介于120-270度之间，水平运动轨迹的延伸方向与激振器1旋转方向相一致、与动锥自转方向相反。

工作中物料颗粒作自由落体运动的产生条件为激振器1转速保持在1000-3000rpm范围内；旋转方向从上向下看可为逆时针方向，可防止盖形螺母松动。

动锥摆动角度、动锥冲程与料层厚度灵活可变、摆脱了传动机构的刚性连接限制。动锥旋摆运动以及破碎力来源于激振器1旋转产生的惯性离心力，激振器1与动锥主轴7采用流体润滑连接。动锥衬板和定锥衬板底部180度对角方向间隙之和为一固定值，即惯性圆锥破碎机独特的排料间隙概念。料斗内的物料颗粒始终保持挤满给料状态，料斗依靠料位监测装置保证工作中时刻有1.5-2m高度的物料堆积。

该提高惯性圆锥破碎机处理量的腔型设计方法，用于合理分配物料颗粒在破碎腔内的填充体积分布，优化物料颗粒的运动路径，使其在得到有效破碎作用的前提下快速通过破碎腔，缓解衬板磨损并提高设备处理量。定锥衬板表面通常设计为平面，减少角度变化，便于通过升降定锥衬板位置完成间隙调节后仍然维持相同的截面形状变化趋势。

因惯性圆锥破碎机产品粒度细，随着物料颗粒外形尺寸减小，颗粒内部原始裂纹、晶格缺陷等不均质特征逐渐减少，导致强度与可碎性能不断提高，因此在细碎破碎区(平行带)衬板表面磨损与变形速度加剧，容易导致衬板因不均匀磨损(实际生产中底部出现了环状沟槽)而提前失效。为解决此问题，特设置了一段延长的补偿带，主要用于弥补平行带磨损导致的产品粒度变粗。新衬板的磨损主要发生在平行带，当磨损变形后，通过调节定锥衬板竖直位置减小工作间隙时，补偿带开始才投入工作。

惯性圆锥破碎机工作频率以2-3倍高于传统偏心圆锥破碎机，在振动破碎方式下，散体物料层与刚体机械系统组成刚散耦合复杂振动破碎系统。基于动锥可变冲程与料层厚度的非定量压缩加载条件下(受控能量作用方式控制)，振动系统的动力学特性在破碎力与物料可碎性能之间趋于动态平衡，物料性质(粒度、强度、刚度、韧性、嵌布方式)、设备参数(腔型、偏心质量、偏心距)、操作条件(转速、间隙、给料条件)共同决定了动锥的摆动幅度，这一过程中排料间隙与动锥摆动角度变化的位置关系如图1所示。图1中衬板一侧间隙S1与衬板另一侧间隙S2之和为固定值2S。

破碎腔内由上到下的水平截面保持面积相似性，面积差异变化幅度小于最大截面面积的5％，在包含面积差异的多个水平截面的面积最小处设置在收缩带与平行带的交界面；破碎带之间保持可变冲程与料层厚度体积压缩空间的连续性，相邻破碎带的压缩体积空间误差控制在12％以内。本方案在保持产品粒度相对稳定的同时有效提高处理量，同时有助于优化破碎力在衬板表面的载荷分布从而延长衬板使用寿命。

刚散耦合振动作用下基于非定量压缩破碎过程的主要特点包括：物料层作为刚散耦合振动系统的重要组成与机体共同参振，其料层性质变化导致的滞回特性与整体阻尼参数变化将直接导致动锥冲程变化。

现有对惯性圆锥破碎机处理量影响参数的认识仅停留在衬板底部对角间隙的大小(2S)，缺乏从物料颗粒在不同破碎带之间整体运动连续性方面的思考。本实施例针对此瓶颈问题，提出了一种提高惯性圆锥破碎机处理量的方法，优化物料运动过程进而提高设备处理量。本腔型设计方法中，通过控制图6中破碎腔水平截面面积变化率与最小截面位置，实现不同破碎带体积的连续性，有助于降低物料层不均匀分布产生的滞回特性及阻尼差异，提高振动系统稳定性，相邻破碎带的体积变化如图5所示。结合衬板表面角度变化，考虑到水平的截面方向与衬板表面挤压物料的垂直作用方向间存在的角度差异(小于45度)，当面积差异变化幅度小于最大截面面积的5％时对应的相邻破碎带的压缩体积空间误差控制在12％以内。

动锥在高频振动作用下(1000-3000rpm)，动锥衬板表面任一点运动的竖直方向加速度数值大于重力加速度(9.8m/s)，当动锥做旋摆运动时，动锥衬板与定锥衬板相互远离时，物料仅发生自由落体运动，而不包含传统圆锥破碎机内物料贴合动锥衬板表面的滑动运动，因此物料颗粒作自由落体运动的速度成为影响设备处理量的首要因素。处理量与物料颗粒速度以及其它设备参数和物料参数之间遵循如下关系式：

0≤Ri(m，r，ω，material)≤2S

式中：Output为设备处理量；R_max为排料间隙2S；Ri(m，r，ω，material)为某一时刻动锥衬板表面的径向距离，非定量压缩方式下与离心力的作用参数和物料性质相关，当动锥衬板与定锥衬板底部贴合的极限情况下等于0；ρ为物料颗粒堆密度；υ为物料颗粒在竖直方向的下落速度；m为激振器1偏心质量；r为激振器1回转半径；ω为激振器1旋转角速度；material为物料性质所包含的粒度、粒型、硬度、强度、韧性等可碎性能指标；α为破碎腔工作间隙的径向角度变化；l为衬板间隙之间某一处的轴向距离，介于0和2S之间。

阶梯运动路径的拐点数量受激振器1转速影响，降低转速将减少颗粒被挤压次数，如图7所示，降速有助于提高设备处理量。单颗粒物料下落时在动锥衬板表面的投影位置如图8所示，颗粒路径变化方向与激振器1转向相同，与动锥自转方向相反。

与传统偏心圆锥破碎机物料受到的静态挤压加载方式所不同，物料颗粒在惯性圆锥破碎机破碎腔内受到的破碎力以冲击作用方式为主，颗粒间相互研磨为辅。因此，在物料性质破碎实验中，采用JK落重实验而不是单轴压缩实验以确定物料的可碎性能。该惯性圆锥破碎机开路破碎得到90％的产品粒度(P₉₀)小于10mm。

在惯性圆锥破碎机挤满给料方式下，料层粉碎是其主要破碎方式；在非定量压缩方式下，不同破碎带的载荷分布共同决定了动锥冲程变化，物料输送与混合的体积连续对于合理分配载荷分布、提高流动连续性有重要作用，成为本方案的核心所在。

该破碎机性能优化方法突破了以往对惯性圆锥破碎机的处理量主要受排料间隙2S控制观念的限制，与调节排料间隙的整体同步放大的操作方法所不同，通过控制衬板腔型不同位置的水平截面面积变化速率避免下料颗粒流产生局部堆积，截面面积变化的设计方法遵循均一设计理念，有助于保持产品粒度相对稳定。

相邻破碎带保持体积相似，相邻破碎带的水平截面面积大小的一致性与衬板表面角度变化共同决定了体积连续性。破碎腔不同区域的比例设置与界限划分基于物料可碎性与产品粒度要求设定，增大处理量的同时产品粒度无明显变化。

物料颗粒的阶梯运动路径与轨迹、拐点数量以及物料下落速度均受到激振器1转速影响，激振器1转速需高于某一临界转速使物料保持自由落体运动，通过比较动锥表面竖直方向加速度与重力加速度的大小来确定该临界转速值，在该转速范围内降低激振器1转速有助于提高处理量。采用陡锥形状有助于提高处理量。

本实施例提供的一种破碎机性能优化方法以及一种破碎机，降低了物料颗粒在整体向下流动过程中受到下方物料因压缩体积突变产生的局部堆积和阻碍作用，提高了颗粒在不同破碎带之间的输送混合的总体平衡与运动连续性，减少物料通过破碎腔的整体时间进而提高设备处理量。延缓了因衬板平行带的局部过度磨损导致的磨损不均所造成的衬板提前失效。在提高处理量的过程中，产品粒度保持了相对稳定。

基于物料性质变化和产品目标需求，通过对破碎腔进行目的性的功能区域划分，进一步控制水平截面面积的变化趋势使其保持均一性，辅以截面面积最小处的高度位置调节，最终有效提高惯性圆锥破碎机处理量。按照该设计方法改进优化惯性圆锥破碎机腔型，既降低了衬板平行带的局部过度磨损，避免了衬板表面因磨损不均造成的提前失效；又在产品粒度保持相对稳定的前提下提高了颗粒在不同破碎带之间的总体平衡与运动连续性，降低了物料颗粒在整体向下流动过程中受到下方物料因压缩体积突变产生的局部堆积和阻碍作用，从而减少物料通过破碎腔的整体时间进而提高设备处理量。

本实施例所要解决的技术问题是克服惯性圆锥破碎机处理量偏低的不足，提供一种提高惯性圆锥破碎机处理量的方法，针对不同物料性质以及用户对破碎产品特性多方面需求的前提下，能够在基本保证产品粒度保持微小变化的同时有效提高设备处理量，进而提高设备综合性能，使其更好的服务于大中型矿山主流破碎流程，满足万吨级日处理量的矿物破碎需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种惯性圆锥破碎机性能优化方法，其中惯性圆锥破碎机包括定锥衬板和动锥衬板，定锥衬板和动锥衬板之间形成有破碎腔，其特征在于，优化方法包括：

对定锥衬板和/或动锥衬板的表面从上到下的变化幅度进行调节，使得破碎腔的水平截面从上到下呈一定幅度内的连续性变化，通过提高目标破碎物料下移的连续性，对破碎机的处理量进行优化。

2.根据权利要求1所述的惯性圆锥破碎机性能优化方法，其特征在于，对定锥衬板和/或动锥衬板的表面从上到下的变化幅度进行调节具体包括：

将破碎腔划分为多段破碎带，多段破碎带从上到下依次包括至少一段收缩带和一段平行带；

针对多段破碎带，对定锥衬板和/或动锥衬板的表面变化幅度分段进行调节。

3.根据权利要求2所述的惯性圆锥破碎机性能优化方法，其特征在于，将破碎腔划分为多段破碎带，多段破碎带从上到下依次包括至少一段收缩带和一段平行带具体包括：

根据目标破碎物料的可碎性信息以及出料指标要求，调节收缩带和平行带的区间比例。

4.根据权利要求3所述的惯性圆锥破碎机性能优化方法，其特征在于，根据目标破碎物料的可碎性信息以及出料指标要求，调节收缩带和平行带的区间比例具体包括：

目标破碎物料越难破碎，平行带的区间比例越大。

5.根据权利要求3所述的惯性圆锥破碎机性能优化方法，其特征在于，针对目标破碎物料，选取代表性的实验原料进行JK落重实验，根据实验结果获得目标破碎物料的可碎性信息。

6.根据权利要求2所述的惯性圆锥破碎机性能优化方法，其特征在于，破碎腔的水平截面从上到下呈一定幅度内的连续性变化具体包括：

破碎腔中任一破碎带两端处的水平截面面积之差与其中较大的水平截面面积之间的比值小于第一预设值。

7.根据权利要求2所述的惯性圆锥破碎机性能优化方法，其特征在于，对破碎机的处理量进行优化还包括：

对定锥衬板和/或动锥衬板的表面从上到下的变化幅度进行调节优化，使得相邻两段破碎带的压缩体积空间之差与其中较大的压缩体积空间之间的比值小于第二预设值；

其中，任一破碎带的压缩体积空间为该破碎带两端处的垂直截面之间的空间。

8.根据权利要求1所述的惯性圆锥破碎机性能优化方法，其特征在于，对破碎机的处理量进行优化还包括：

在保证出料指标的前提下，降低破碎机的激振器转速。

9.根据权利要求2所述的惯性圆锥破碎机性能优化方法，其特征在于，优化方法还包括：

在动锥衬板对应平行带的部位下端连接一段补偿带；

在动锥衬板对应平行带的部位出现磨损时，整体下移定锥衬板。

10.一种破碎机，包括定锥衬板和动锥衬板，定锥衬板和动锥衬板之间形成有破碎腔，其特征在于，所述破碎腔划分为多段破碎带，多段破碎带从上到下依次包括至少一段收缩带和一段平行带；

破碎腔中任一破碎带的两端处的水平截面面积之差与其中较大的水平截面面积之间的比值小于第一预设值；

相邻两段破碎带的压缩体积空间之差与其中较大的压缩体积空间之间的比值小于第二预设值；其中，任一破碎带的压缩体积空间为该破碎带两端处的垂直截面之间的空间；

动锥衬板对应平行带的部位下端连接有补偿带。

Images