TWI480101B - Movable cone support device and inverted cone cone crusher - Google Patents

Description

動錐球形支撐裝置及倒錐式圓錐破碎機

本發明為一種倒錐式圓錐破碎機，尤指一種具有多形態之複雜擺動功能的倒錐式圓錐破碎機。

圓錐破碎機經過歷年來改良而發展出有旋回圓錐破碎機、高性能圓錐破碎機、慣性圓錐破碎機以及振動圓錐破碎機等，然而其結構原理不外乎是於一機體架中設有一固定不動的定錐(外錐體)及一可相對於定錐偏擺的動錐(內錐體)，動錐依循動錐自轉中心軸線和動錐旋進中心軸線進行偏角擺動運動，其運動軌跡如一正立之圓錐狀，開採得到的石塊、礦石等物料可移動位於定錐及動錐之間形成的破碎腔中，由動錐相對定錐內壁進行偏擺式的轉動(亦可稱為滾壓)，令進入破碎腔的物料被定錐與動錐共同研磨破碎。

雖然上述的動錐偏擺角度都經過廠家的精確計算及市場考驗，但現有圓錐破碎機依然存有動錐偏擺對細碎物料容易發生扁平率過高及產品率較差的問題。且動錐的支撐無論其位置在動錐內側、底側或動錐主軸的底部都是以剛性球面支撐作為控制動錐擺動的固定點，因此存在有下列數點缺點：

1.動錐之壓縮行程與沿破碎腔高度分佈的物料尺寸不相符，影響破碎之效率。

2.動錐之壓縮行程為一定值(慣性圓錐破碎機除外)且方向向上，如此將阻礙排料，且使破碎機之嚙角由小至大變化，上述嚙角即該動錐上所設之動錐襯板及定錐上所設之固定襯板之夾角。

3.動錐支撐方式無論其支撐的位置、接觸面積的大小，皆為軸向球面支撐：此現象雖為動錐進行偏擺運動的必要條件，但也很容易受擾動力矩的影響產生動錐不穩且無足夠的自調適功能，所以其結構穩定性仍存有疑慮。

4.動錐自轉中心和動錐旋進中心形成一夾角的傳統偏角擺動的運動方式，對破碎過程中之物料流動方向而言，該物料流動方向會受到偏擺運動的動錐襯板阻礙，使已完成破碎的物料必須等到破碎過程結束後，在排料過程時方能順利排出，有過度破碎和產能效率低下的缺點，亦不符合節約能源的原則。

5.由於破碎物料時產生的破碎力取決於物料的變形量，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來決定。在破碎腔的不同深度上，物料的變形量取決於在一個迴圈中料塊的落差，落差大則變形量大，反之亦然。為了防止物料壓實破碎腔，傳統細碎圓錐破碎機中採取了以進料口的大小來限制破碎機通過能力的措施。在這種條件下料塊自由地分佈在破碎腔中，彼此不直接接觸。因此料塊的變形量以及破碎力的大小同樣具有偶然性，事先很難預估它們的大小。破碎腔中的料塊只承受來自工作表面的破碎力，不存在料塊相互問的作用力。由於破碎力的大小是不定的，很難實現選擇性破碎以防止晶體破壞。

有鑒於傳統圓錐破碎機具有破碎效率差、排料不順、結構穩定性差、產能不足等缺點，本發明係提供一種動錐球形支撐裝置及安裝有動錐球形支撐裝置的倒錐式圓錐破碎機，以達到改善上述缺點及提升產能的發明目的。

為達到上述的發明目的，本發明提供有一種動錐球形支撐裝置，其運用的技術手段包括有一定位基座、一外球形調整座及一內球形支持座；該定位基座為一圓盤體，盤體中央處形成有一安裝孔，該安裝孔之孔壁面形成一圓弧形之第一調整面；該外球形調整座為一圓環狀之環體，該外球形調整座之外環壁面形成一圓弧形之第一抵靠面，該外球形調整座之內環壁面形成為一圓弧形之第二調整面，該外球形調整座設置於該定位基座之安裝孔中，其第一抵靠面與該定位基座之第一調整面相互抵靠；該內球形支持座為一圓環形之環體，其外環壁面形成一圓弧形之第二抵靠面，其內環壁面形成為一動錐結合孔，該內球形支持座設置於該外球形調整座中，該內球形支持座之第二抵靠面與外球形調整座之第二調整面相互抵靠。

所述之動錐球形支撐裝置，其中該外球形調整座之內環壁面的中心軸線與該外球形調整座的中心軸線相互重合或偏離。

所述之動錐球形支撐裝置，其中於該定位基座之安裝孔上方設有一鎖固環，該第一調整面係該安裝孔之孔壁面及該鎖固環之內環壁面共同形成。

所述之動錐球形支撐裝置，其中於該定位基座之頂面設置有一環狀的防塵片。

一種倒錐式圓錐破碎機，其包括有一機體架、一定錐機構、一驅動裝置、一動錐組件、一油壓調整機構及上述之動錐球形支撐裝置；該機體架包括有一外架體、一中架體及一內架體，該內架體位於中架體內側，該外架體位於中架體外側；該定錐機構設置於該外架體頂端，該定錐機構之上半部呈漏斗形且頂部形成有一進料口，該定錐機構之下半部的內壁面上裝置有一定錐襯板；該驅動裝置設置於該外架體下方，其具有一驅動軸，該驅動軸一端突伸於機架體中並設有一傘形齒輪；該動錐組件包括有一動錐本體及一主軸，該動錐本體之外壁面上設置有一動錐襯板，該主軸頂端穿設於該動錐本體的中央處，該主軸上套設有一偏心軸套，該偏心軸套之外表面徑向環繞延伸形成有複數齒部，該動錐組件設置於該機體架內部，該偏心軸套可轉動地設置於該內架體中，該偏心軸套之齒部與該驅動軸之傘形齒輪相互嚙合，該動錐本體之動錐襯板以一間距相對於該定錐機構之定錐襯板；該油壓調整機構設置於該內架體之下方處，其包括有一頂升部，該頂升部抵靠於該動錐組件之主軸底端；該動錐球形支撐裝置之定位基座設置於該中架體上，其內球形支持座的動錐結合孔套設於該動錐組件之主軸的中段處。

一種倒錐式圓錐破碎機，其包括有一機體架、一定錐機構、一驅動裝置、一動錐組件及一所述之動錐球形支撐裝置；該機體架包括有一外架體、一中架體及一內架體，該外架體、中架體及內架體為呈中空體，該內架體位於中架體內側，該外架體位於中架體外側；該定錐機構設置於該外架體頂端，該定錐機構內部為中空體，其上半部呈漏斗形且頂部形成有一進料口，該定錐機構之下半部的內壁面上裝置有一定錐襯板；該驅動裝置設置於該外架體下方，其具有一驅動軸，該驅動軸一端突伸於機架體中並設有一傘形齒輪；該動錐組件包括有一動錐本體及一主軸，該動錐本體之外壁面上設置有一動錐襯板，該主軸頂端穿設於該動錐本體的中央處，該主軸上套設有一偏心軸套，該偏心軸套之外表面徑向環繞延伸形成有複數齒部，該動錐組件設置於該機體架內部，該偏心軸套可轉動地設置於該內架體中，該偏心軸套之齒部與該驅動軸之傘形齒輪相互嚙合，該動錐本體之動錐襯板以一間距相對於該定錐機構之定錐襯板；該動錐球形支撐裝置之定位基座設置於該中架體上，其內球形支持座的動錐結合孔套設於該動錐組件之主軸的中段處。

藉由上述技術手段的運用，透過在圓錐破碎機上安裝該動錐球形支撐裝置，可改變動錐組件運動時，其擺動中心軸線的運動軌跡，並使動錐本體相對定錐結構內壁進行倒錐式偏角的擺動，動錐破碎面之運動軌跡有別於傳統圓錐破碎機之擺動形式，具有多形態的複雜擺動功能，能夠將原有單一的破碎後排料過程，改變成破碎及排料可同時進行，可減少過度破碎的情形，亦可因破碎及排料過程的合併，使圓錐破碎機在不提高動錐組件之轉速的情形下，可提升其破碎效率及產能，可降低單位耗能及節省能源，其運作時亦具有較佳的穩定性，破碎範圍也產生了變化，使單一形態的圓錐破碎機能擁有更寬廣的適用範圍，而非傳統式圓錐破碎機利用定錐襯板及動錐襯板形狀的改變來區分破碎範圍，維修保養上較現有之圓錐破碎機有更佳之便利性。

所述之動錐球形支撐裝置，其中於該定位基座之頂面設置有一環狀的防塵片，在倒錐式圓錐破碎機運作時，該防塵片可阻擋外界粉塵進入該內球形支持座及外球形調整座形成之複合式球形徑向軸承中，而具有更佳的穩定性及使用壽命。

請參閱圖1至圖3所示，本發明為一種圓錐破碎機之動錐球形支撐裝置10，其包括有一定位基座11、一外球形調整座12、一內球形支持座13；該定位基座11為一圓盤體，其盤體表面之外周緣處間隔穿設有複數固定孔110，其盤體表面之中央處朝向上方隆起，於盤體中央處形成有一安裝孔111，該安裝孔111之孔壁面形成為圓弧形，於盤體表面位於安裝孔111之外側處間隔設有複數固定孔112，於該安裝孔111上方設有一鎖固環113，該鎖固環113上間隔穿設有複數固定貫孔114且其內環壁面形成為圓弧形，該等固定貫孔114分別與複數固定孔112相對應，設有複數固定件115貫穿該等固定貫孔114並與相對應的固定孔112結合固定，該鎖固環113內環壁面與該安裝孔111的孔壁面共同形成一圓弧形之第一調整面116，於該定位基座11之頂面設置有一環狀的防塵片117；該外球形調整座12為一圓環狀之環體，其係由一上座體120及一下座體121相互抵靠並以複數固定件122結合組成，該外球形調整座12之外環壁面形成一圓弧形之第一抵靠面123，該外球形調整座12之內環壁面的中心軸線L1可設計為偏離該外球形調整座12之外環壁面的中心軸線L2，該外球形調整座12之內環壁面形成為一圓弧形之第二調整面124，該外球形調整座12設置於該定位基座11之安裝孔111中，其第一抵靠面123與該定位基座11之第一調整面116相互抵靠，使該外球形調整座12可相對該定位基座11旋轉偏移；該內球形支持座13為一圓環形之環體，其外環壁面形成一圓弧形之第二抵靠面130，其內環壁面形成為一動錐結合孔131，該內球形支持座13設置於該外球形調整座12中，該內球形支持座13之第二抵靠面130與外球形調整座12之第二調整面124相互抵靠，使該內球形支持座13可相對該外球形調整座12旋轉偏移，藉此，該內球形支持座13及外球形調整座12形成為一組複合式的球形徑向軸承。

請參閱圖4所示，為一種安裝有上述之動錐球形支撐裝置10的倒錐式圓錐破碎機，其係一種大型之基本倒錐式圓錐破碎機，該圓錐破碎機包括有一機體架20、一定錐機構30、一驅動裝置40、一動錐組件50、一油壓調整機構60及該動錐球形支撐裝置10；該機體架20包括有一外架體21、一中架體22及一內架體23，該外架體21及內架體23皆呈中空圓柱形，該外架體21位於該內架體23之外側，該中架體22形成在該內架體23的外側壁面上，該外架體21位於中架體22之外側；該定錐機構30之底部固定於該外架體21之頂端處，該定錐機構30可分為上半部及下半部，上半部呈上擴下窄狀以形成漏斗形，該上半部之頂部形成有一供物料進入的進料口31，該上半部之內部空間形成有一儲料區32，該下半部之內壁面上裝置有一定錐襯板33；該驅動裝置40設置於該外架體21下方，其包括有一驅動軸41，該驅動軸41可由傳動裝置40帶動旋轉，該驅動軸41之一端頭設有一傘形齒輪42；該動錐組件50呈一傘狀，其包括有相接之一動錐本體51及一主軸52，該動錐本體51呈圓錐狀如同傘面，其表面上設置有一動錐襯板510，該主軸52頂端穿設於該動錐本體51的中央處有如傘柄，該主軸52的底面形成為弧突狀的球面，該主軸52上套設有一偏心軸套53，該偏心軸套53用以套設主軸52之內孔的中心軸線與偏心軸套53之外壁面的中心軸線形成有一偏角，該偏心軸套53之外表面徑向環繞延伸形成有複數齒部530，該動錐組件50設置於該機體架20內部，其主軸52以偏心軸套53可轉動地設置於該內架體23中，該偏心軸套53之齒部530與該驅動軸41之傘形齒輪42相互嚙合，該動錐本體51之動錐襯板510相對於該定錐機構30之定錐襯板33，該動錐襯板510及定錐襯板33之間形成有一間距並形成為破碎腔；該油壓調整機構60係設置於該內架體23之下方處，其包括有一油壓缸系統，該油壓缸系統之頂端處具有一呈凹弧狀之頂升部61，該頂升部61抵靠於該動錐組件50之主軸52底端，該油壓調整機構60可驅動頂升部61上升或下降，並可帶動該動錐本體51上升或下降；請配合參閱圖3及圖4所示，該動錐球形支撐裝置10設置於在中架體22上，設有數個固定件，該固定件穿設於該定位基座11之複數固定孔110內以結合固定至中架體22上，該內球形支持座13以動錐結合孔131可滑移地套設在動錐組件50之主軸52中段外側處。

上述之圓錐破碎機在使用時，該驅動裝置40驅動該驅動軸41旋轉，並透過偏心軸套53帶動動錐本體51作偏擺式的轉動，此時該動錐本體51之最大公稱徑和擺動瞬時中心形成一個倒錐式的圓錐運動，其圓錐運動的頂點低於動錐本體51之質心，由進料口31進入破碎腔的砂石、礦石等堅硬物料被定錐機構30之定錐襯板33及動錐本體51之動錐襯板510共同研磨破碎。

該動錐球形支撐裝置10可主導動錐組件50之運動形式及分擔支撐動錐組件50運動時的反作用力，請參閱圖4及圖5所示，當圓錐破碎機在破碎時，該定錐機構30對動錐組件50的壓力總合N 的徑向分力傳遞於動錐球形支撐裝置10，因動錐球形支撐裝置10固定於機體架20上，與動錐本體51和主軸52形成一剛性體(不考慮彈性變形時)，兩者接觸點自然形成一固定支點S ₁ ，則定錐機構30對動錐組件50的壓力總合N 和偏心軸套53動力傳遞產生的作用力總合F _m 以固定支點S ₁ 為固定點的槓桿。固定支點S ₂ 僅協助支撐Z軸負荷，增加機器的穩定性。則施力與抗力的平衡條件不計算摩擦效應時 F _m ×H2=N cosθ ₁ ×H3，其中H2恆大於H3 F _m <N ，可知該動錐球形支撐裝置10對節省能耗而言 具有正面意義。

請配合參閱圖3及圖4所示，基本圓錐破碎機之動錐組件50之中心軸線L1及動錐組件50之運轉中心軸線L2的交點位於主軸52的底部，動錐組件50之自轉中心軸線和動錐組件50之旋進中心軸線形成一夾角作偏角擺動運動，請配合參閱圖6及圖7所示，為動錐球形支撐裝置10之說明示意圖，α 為動錐組件50之圓錐角，β 為倒錐之圓錐角，O _A 為動錐組件50之轉動中心軸、O _B 為該動錐組件50之中心軸，其中α 之角度大於β 之角度，O _A 軸及O _B 軸形成有一θ 角，利用該外球形調整座12及內球形支持座13之偏心設置，將該動錐組件50之主軸52之中心軸線和內球形支持座13之中心軸線相重疊，兩軸(O _A 軸及O _B 軸)中心線在動錐主軸中心軸線底部O點相交行成一夾角θ ，此交點O點即為動錐運動的瞬時中心點，H ₁ 為球形徑向軸承作用點到O點的距離，θ 角為動錐的擺動角，內部球形中心軸線和外部球形中心軸線其偏心距為e，三者的關係，不考慮製造誤差和磨耗時e和H ₁ 為固定值，則θ 角亦為固定值。此點可確保動錐的定點運動為依規則進動旋進(precession)。

請參閱圖8所示，為該動錐組件50之運動規律Z、θ 平面投射示意圖，可得知D點位移≦A點位移，且移動過程中對瞬時中心的切線角隨關係位置而改變，由此可知倒錐式圓錐破碎機在產生破碎時物料流動方向，並沒有使動錐襯板510阻礙使已完成破碎的物料順勢排出，不需要等到破碎過程結束後在排料過程時方能順利排出，在破碎過程中成品可 自然流出。因此沒有有過渡破碎和產能效率低下的困擾，簡單說此種運動方式更能滿足選擇性破碎的理論且對節約能源要求更有正面的幫助，且可將原有單一的破碎後排料過程，改變成破碎、排料過程中可同時進行分段破碎，可減少過渡破碎，也可因破碎、排料過程的合併，而在不需提高轉數的情形下增加產能，解決傳統圓錐破碎機的過度破碎和產能效率低下的缺點。

請配合參閱圖9所示，為一種安裝有上述之動錐球形支撐裝置10的倒錐式圓錐破碎機，其係一種中小型之基本倒錐式圓錐破碎機，該圓錐破碎機亦包括有一機體架20、一定錐機構30、一驅動裝置40、一動錐組件50及該動錐球形支撐裝置10，且整體結構與上述之大型之基本倒錐式圓錐破碎機近似，其主要差異在於未設有油壓調整機構60，故動錐組件50之主軸52底部無支撐，請配合參閱圖5所示，在中小型之倒錐式圓錐破碎機其固定支點S ₁ 以能夠承受所有負荷時，則固定支點S ₂ 可將其從結構體中移除，此時其動錐本體51之最大公稱徑和擺動瞬時中心仍會形成一個倒錐式的圓錐運動，其圓錐運動的頂點仍低於動錐本體51之質心，因此其動作原理及動作結果與上述之大型基本倒錐式圓錐破碎機相同。

請參閱圖10所示，為一種安裝有上述之動錐球形支撐裝置10的倒錐式圓錐破碎機，係一種大型之平行軸偏心旋回倒錐式圓錐破碎機，其包括有一機體架20、一定錐機構30、一驅動裝置40、一動錐組件50、一油壓調整機構60及該動錐球形支撐裝置10，其結構與上述之大型基本倒錐 式圓錐破碎機近似，但差異在於其動錐組件50之自轉中心軸線和動錐組件50之旋進中心軸線在動錐組件50之主軸52的底部平面上，並形成兩平行線的偏心旋回式轉動運動；請配合參閱圖11所示，為一種安裝有上述之動錐球形支撐裝置10的倒錐式圓錐破碎機，係一種中小型之平行軸偏心旋回倒錐式圓錐破碎機，其亦包括有一機體架20、一定錐機構30、一驅動裝置40、一動錐組件50及該動錐球形支撐裝置10，且整體結構與上述之大型平行軸偏心旋回倒錐式圓錐破碎機近似，其主要差異在於未設有油壓調整機構60，故動錐組件50之主軸52底部無支撐，請配合參閱圖5所示，在中小型之倒錐式圓錐破碎機其固定支點S ₁ 以能夠承受所有負荷時，則固定支點S ₂ 可將其從結構體中移除，此時其動錐本體51之最大公稱徑和擺動瞬時中心仍會形成一個倒錐式的圓錐運動，其圓錐運動的頂點仍低於動錐本體51之質心，因此其動作原理及動作結果與上述之大型平行軸偏心旋回倒錐式圓錐破碎機相同。

請配合參閱圖3、圖12及圖13所示，由於該外球形調整座12及內球形支持座13為偏心設置，故內球形支持座13之中心軸線和外球形調整座12之中心軸線亦為偏心設置，該動錐組件50之主軸52係穿設於內球形支持座13的動錐結合孔131，因此該內球形支持座13之中心軸線和主軸52的中心軸線相重疊，兩軸(O _A 軸及O _B 軸)中心線在主軸52中心軸線底部O點平面上相互平行，則夾角θ 將不存在，主軸52中心軸線底部在交點O點平面上繞外球形調整座12的中心軸線轉動，利用動錐球形支撐裝置10中的內球形支 持座13中心軸線和外球形調整座12中心軸線偏心，使動錐組件50自轉中心和動錐組件50旋進中心由一夾角的傳統偏角擺動的運動方式，調整為動錐組件50自轉中心軸線和動錐組件50旋進中心軸線相互平行的偏心旋回式轉動。

此種動錐組件50之運動方式由一般運動(平移、旋轉和偏擺的三度空間運動)，轉換成平面運動〔自轉(spin)、旋進(precession)的平面運動〕，但仍能維持圓錐破碎機特有的圓錐運動特性。此種偏心量是經由相對固定主軸52中心軸線進行平行偏移產生，而非因動錐組件50安裝偏角所產生的相對偏量，換言之該偏心量可隨實際需要輕鬆調整。其中倒錐的圓錐角β 角小於動錐的圓錐角α 角，即α 角>β 角。

請參閱圖14所示，為該動錐組件50之運動規律Z、θ 平面投射示意圖，其中D點位移=C點位移=B點位移=A點位移，可知在產生破碎時物料流動方向，並沒有使動錐襯板510阻礙使已完成破碎的物料順勢排出，當破碎腔內沒有物料時，離心力迫使動錐本體51外表面沿該定錐機構30之內表面保有一定間隙地旋轉。在工作狀態時，動錐本體51會因物料層摩擦力的影響而隨之滾動，因為這種破碎機的動錐組件50與驅動裝置40之間沒有剛性的聯繫當物料的硬度和破碎腔的充填率變化時，破碎力並無明顯變化。動錐本體51表面各點的偏移量始終不變，而改變偏移量的大小可使料層獲得適當的壓實程度。由於動錐本體51沿不均勻料層滾壓，因此可以針對不同的物料進行調整，以產生所需要的破碎力。這種自轉運動，可促使產品粒度更加均勻，並使動錐襯板510表面的磨損均勻，因此沒有過渡 破碎和產能效率低下的問題，此種運動方式更能滿足選擇性破碎的理論且對節約能源要求更有正面的幫助，可使破碎物料的強度大於300Mpa。

請參閱圖15所示，為一種安裝有上述之動錐球形支撐裝置10的倒錐式圓錐破碎機，其係一種大型之複雜擺動倒錐式圓錐破碎機，其中該動錐球形支撐裝置10之外球形調整座12之內壁面的中心軸線設計為與該外球形調整座12之外壁面的中心軸線相互重合，即該外球形調整座12的中心軸線及內球形支持座13的中心軸線相互重合，該複雜擺動倒錐式圓錐破碎機包括有一機體架20、一定錐機構30、一驅動裝置40、一動錐組件50、一油壓調整機構60及該動錐球形支撐裝置10，其結構與上述之大型的基本倒錐式圓錐破碎機近似，其差異在於其動錐組件50之自轉中心軸線和動錐組件50之旋進中心軸線的交點位於動錐組件50之主軸52的中央處，形成正圓錐與倒圓錐共同作用的偏角複雜擺動的運動方式；請配合參閱圖16所示，為一種安裝有上述之動錐球形支撐裝置10的倒錐式圓錐破碎機，其係一種中小型之複雜擺動倒錐式圓錐破碎機，該圓錐破碎機亦包括有一機體架20、一定錐機構30、一驅動裝置40、一動錐組件50及該動錐球形支撐裝置10，且整體結構與上述之複雜擺動倒錐式圓錐破碎機(大型機台)近似，其主要差異在於未設有油壓調整機構60，故動錐組件50之主軸52底部無支撐，請配合參閱圖5所示，在中小型之倒錐式圓錐破碎機其固定支點S ₁ 以能夠承受所有負荷時，則固定支點S ₂ 可將其從結構體 中移除，此時其動錐本體51之最大公稱徑和擺動瞬時中心仍會形成一個倒錐式的圓錐運動，其圓錐運動的頂點仍低於動錐本體51之質心，因此其動作原理及動作結果與上述之大型的複雜擺動倒錐式圓錐破碎機相同。

請配合參閱圖3、圖17及圖18所示，該外球形調整座12之中心軸線與該內球形支持座13之中心軸線相互重疊，此時兩軸線(O _A 軸及O _B 軸)的交點為球心，由於該動錐組件50之主軸52係穿設於該內球形支持座13之動錐結合孔131中，使內球形支持座13的中心軸線和主軸52的中心軸線相重疊，該主軸52之中心軸線通過球心並隨偏心軸套53的角度在主軸52中心軸線底部O點平面上產生O₁ 點為動錐支撐點，此時球心為動錐組件50運動的瞬時中心點，O₁ 點和球心的連線與轉動中心成一夾角相等於偏心套筒53的偏角θ ，θ 角為動錐組件50的擺動角，該內球形支持座13之中心軸線與該外球形調整座12之中心軸線的偏心距為0，H ₁ 為動錐球形支撐裝置10上形成之球形徑向軸承作用點到O₁ 點的距離，不考慮製造誤差和磨耗時，e=0，H ₁ 為固定值，θ 角亦為固定值，其中倒錐的圓錐角β 角大於動錐的圓錐角α 角，即α 角<β 角。

請參閱圖19所示，為該動錐組件50之運動規律Z、θ 平面投射示意圖，由圖中所標示之A點、B點、C點和D點的位移方式，可知其運動規律是將破碎腔區分為一主破碎區(C-D範圍)和一次破碎區(A-B範圍)，可具有兩階段的破碎行程：1.當破碎腔之主破碎區在進行滾壓(破碎)的同時，破碎 腔之次破碎區為進料行程，當破碎腔之主破碎區在進行排料的同時，破碎腔之次破碎區為滾壓(破碎)行程；2.在次破碎區體積增加(進料過程)的同時，主破碎區體積縮減(滾壓、破碎過程)和次破碎區體積縮減(預破過程)，主破碎區體積增加，相互間變化所產生的複合作用，令進入破碎腔的砂石、礦石等堅硬物料被定錐襯版33與動錐襯板510共同研磨破碎，而完成物料破碎的要求，可使破碎物料的進料粒度小於16mm的單一進料粒徑。

以下為本發明之動作原理說明：請參閱圖21所示，為傳統圓錐破碎機之動錐組件70轉動角速度分析圖，其特徵為作正錐圓錐運動之運動方式；請參閱圖20所示，為倒錐式圓錐破碎機的動錐組件50之轉動角速度分析圖，其中位於右側之假想圓錐圖中之倒立圓錐部分為此類圓錐破碎機運動方式的特徵--倒錐圓錐運動，有別於一般傳統式圓錐破碎機；假設動錐組件50的定點運動在假想圓錐面內滾動無滑動，則假想圓錐面(圖20右側倒立圓錐)與動錐組件50的瞬時接觸線，則A點的速度等於V _A ，，式中假想圓錐繞Z軸的轉動角速度d _ρ ，λ 為假想圓錐的圓錐斜角。

，式中假想圓錐繞圓錐中心軸3軸的轉動角速度dξ ，λ 為假想圓錐的圓錐斜角。

A點的速度V _A 儘管對不同轉軸的計算方法有些不同，但A點的速度V _A 應相同，整理後可得：

由上式可知，假想圓錐的圓錐斜角與動錐組件50自轉和動錐組件50繞Z軸旋進的對應關係，即假想圓錐上定點A的運動是規則的旋進，假想圓錐的自轉和動錐自轉相等。

有關動錐的運動特性亦可用歐拉角(Euler's angles)方法來表示，請配合參閱圖20所示，圖中標示有三度空間中的X、Y、Z軸，取動錐組件50的瞬時中心O為支點，取此之點為慣性座標系X、Y、Z的原點，經三次轉動後可與動錐組件50的1、2、3軸完全重合。繞定點O旋轉的錐體，其三個歐拉角分別為：公轉角(precession angle)：Φ 、章動角(nutation angle)：θ、自轉角(spin angle)：Ψ ，此過程的轉角與轉動次序如下：

1.先繞Z軸旋轉Φ 角，直到X軸轉至方向，此時Y軸會旋轉至方向。

2.以旋轉後的Y軸為轉軸，旋轉θ角，使Z軸轉至3軸位置。同時使的向量轉至位置。

3.再繞3軸旋轉Ψ 角，使向量轉至1軸位置。

在座標系中沿φ、Φ 、Z座標軸的單位向量可滿足下列關係：

則沿1、2、3座標軸的單位向量可寫成

θ、Φ 、3三個正交軸的單位向量可寫成：

若在單位時間Δt 內繞Z、Φ 、3軸的角度分別為ΔΦ 、Δθ、ΔΨ ，則動錐的瞬間角速度為：

則角速度沿1、2、3軸的速度分量：

同理繞θ、Φ 、3軸的動錐瞬間角速度為

故得角速度沿θ、Φ 、3三個正交軸的速度分量為：

上述各點結合在一起，就構成了求解剛體繞固定點轉動的封閉的運動微分方程組。它是由六個一階非線性微分方程所組成。從中消去ω _X 、ω _Y 、ω _Z ，可以直接得到對歐拉角θ、Φ 、Ψ 的三個二階非線性微分方程。由此可發現當θ為固定值時，動錐組件50的轉動中心3軸的極角θ的變化d θ=0，則對應於動錐組件50的章動是不存在的，此點和傳統圓錐機的動錐70作動原理相同。同時也說明動錐組件50的瞬時中心在低於動錐組件50質心時，動錐組件50的動態特性並不會因此而改變。而改變的是動錐破碎面上的任意點的運動規律。動錐破碎面的運動規律可藉由空間位置的六個特性參數X、Y、Z、θ 、、ψ 來確定。

因其運動軌跡為自轉和旋進所共同產生，為方便於比較且容易表示相互間差異故將座標細選擇Z、θ 平面作為基準平面，以偏心軸套53轉動每一周期會形成動錐組件50來回擺動完成偏角的極限為準則，則其結果如下：動錐組件50之破碎面的運動規律投射的比較，請分別參閱圖8及圖22所示，圖22為傳統圓錐破碎機之動錐運動規律Z、θ 平面投射示意圖；請參閱圖22所示，D點的位移量>A點的位移量，且移動過程中對瞬時中心的切線角維持不變。可知這種動錐組件70之自轉中心軸線和動錐組件70之旋進中心軸線形成一夾角的傳統偏角擺動的運動方式，對物料破碎過程中的流動方向而言，產生破碎時物料流動方向受到偏擺運動的動錐襯板71阻礙，使已完成破碎的物料必須等到破碎過程結束後在排料過程時方能順利排出，有過度破碎和產能效率低下的困擾。

請參閱圖8所示，D點位移≦A點位移，且移動過程中對瞬時中心的切線角隨關係位置而改變。可知倒錐式圓錐破碎機在產生破碎時物料流動方向，並沒有使動錐襯板510阻礙使已完成破碎的物料順勢排出，不需要等到破碎過程結束後在排料過程時方能順利排出，在破碎過程中成品可自然流出。因此沒有有過度破碎和產能效率低下的困擾，簡單說此種運動方式更能滿足選擇性破碎的機理且對節約能源要求 更有正面的幫助。

有關倒錐式圓錐機的受力作用詳細若不考慮摩擦力的影響時可參考圖5所示，各作用力以O點為中心時必須滿足力矩原則，則力的平衡方程式如下：F _{m 1} H +F _{m 2} l ₂ cos(θ +δ )+F _m H ₂ +S ₁ H ₁ +G ₁ l ₁ sinθ +G ₂ l ₂ sin(θ +δ )=Nl ₃

若將S ₁ =N cosθ ₁ ，N 作用力與Y軸的夾角，帶入上述之平衡方程式則平衡方程式可改寫成：F _{m 1} H +F _{m 2} l ₂ cos(θ +δ )+F _m (H ₁ -H ₂ )+NH ₁ cosθ ₁ +G ₁ l ₁ sinθ +G ₂ l ₂ sin(θ +δ )=Nl ₃ 整理後：F _{m 1} H +F _{m 2} l ₂ cos(θ +δ )+F _m (H ₁ -H ₂ )+G ₁ l ₁ sinθ+G ₂ l ₂ sin(θ +δ )=Nl ₃ -NH ₁ cosθ ₁ 僅簡單考慮施力與抗力的平衡條件不計算摩擦效應和其他慣性力時

從式中不難看出兩力形成一支點在其間的槓桿。若能適度調整(l ₃ -H ₁ cosθ ₁ )和(H ₁ -H ₂ )關係，使其發揮槓桿效應，從能耗觀點而言是有助益的。

上式中：N 是圓錐破碎機在破碎時定錐對動錐的壓力總合，l ₃ 為N 作用點到O點的距離。

F _m 是圓錐破碎機動力傳遞的等效力，H ₂ 為F _m 作用點到O點的距離。

，F _{m 1} 是動錐的慣性力，m ₁ 動錐的質量，G ₁ 動錐的重力，l ₁ 為動錐的質心點到O點的距離。

，F _{m 2} 是平衡塊的慣性力，m ₂ 平衡塊的質量，G ₂ 平衡塊的重力，l ₂ 為平衡塊的質心點到O點的距離，δ 是平衡塊的質心點到O點連線和Z軸的夾角。

S ₁ 是圓錐機在破碎時對動錐的径向支撐力總合，H ₁ 為S ₁ 作用點到O點的距離。

S ₂ 是圓錐機在破碎時對動錐組件50的軸向支撐力總合，作用點於O點。

因為動錐組件50的運動是由動錐的自轉(spin)和進動(precession)所組成，因此運動是繞瞬時軸線而非繞定軸旋轉運動，所以動錐組件50的慣性力作用線並不通過質心。依力矩原則作用於動錐組件50的慣性力矩為H (動錐慣性力的作用線到O點的距離)=M ₂ (動錐的慣性力矩)÷F _{m 1} (動錐的慣性力)，則，式中M ₂ =[(I ₃ -I ₁ )ω ₃ cosθ ]sinθ ：在上式中，I ₃ 為動錐對3軸的轉動慣量，I ₁ 為動錐對1軸的轉動慣量。

選擇性破碎的理論：物料粉碎工程一直在不斷發展。但是其基本的工作原理仍然停留在壓碎、劈開、衝擊、研磨及切割等較為原始的工藝方法上。這些傳統的粉碎方法存在著很大的缺點，即其有關於破碎及粉碎過程等規律性的理論是建立在均質實體古典力學基礎上的，並沒有考慮物料實際上是由不同相位所組成的。就現代固體力學研究證明，因為固體中存在的微裂紋導致內部應力集中。例如0.1μm 的裂紋可使物體強度降為理論值的百分之一，而1μm 深的裂紋甚至可使物體強度降為百分之一。除微裂紋外，礦 物內部還存在著位錯，位錯具有與外加載荷方向不同的各種滑動向量。由這一點可知不同方向的破碎力有利於物料的破碎，而舊式的碎磨設備中的破碎力大多為單一方向的。固體破碎過程是多階段的，初始的微裂紋的發展，直到形成破斷的主線大裂紋，固體破裂成幾部分。合理破碎過程應設法依上述順序進行，破碎過程中破碎多相物料時，大多數物料的相沒有完全被解離或物料過粉碎，使許多有用成份無可挽回地損失掉。

此外，礦物晶格的缺陷是由岩石成因決定的。岩漿不均的固化導致大量不同類型礦銜晶體結構缺陷的產生。在以後的岩石變質作用過程中缺陷不斷增長，在粒子問的表面上可以觀察到高度集中的微裂紋、雜質及其他類型的缺陷，它們彼此問叉相互作用實驗證明裂紋集中在晶體之問。因此，地下採出的礦物已具有沿晶體破碎的條件。對固體強度問題的新理論是要考慮固體內部的結構缺陷和不均勻性。這是選擇性破碎晶體物料的實質研究選擇性破碎的方法，對研製出處理不同物料(包括那些用傳統粉碎方法不能奏效或效率不高的物料)的新粉碎工藝和新設備，是當今粉碎工程的任務。歸結起來現代破碎的原則如下：

1.塊狀物料應在厚層中承受不同方向局部載荷所形成的體積壓力．

2.在載入迴圈的間隙時間裡，物料塊可以相對移動，相互重新排列，使符合產品要求的顆粒及時地從料層中分出去，同時還可以控制料層的密度。

3.載荷應是具有最大峰值的脈衝。

4.為每個階段創造最佳條件。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。

10‧‧‧動錐球形支撐裝置

11‧‧‧定位基座

110‧‧‧固定孔

111‧‧‧安裝孔

112‧‧‧固定孔

113‧‧‧鎖固環

114‧‧‧固定貫孔

115‧‧‧固定件

116‧‧‧第一調整面

117‧‧‧防塵片

12‧‧‧外球形調整座

120‧‧‧上座體

121‧‧‧下座體

123‧‧‧第一抵靠面

124‧‧‧第二調整面

13‧‧‧內球形支持座

130‧‧‧第二抵靠面

131‧‧‧動錐結合孔

20‧‧‧機體架

21‧‧‧外架體

22‧‧‧中架體

23‧‧‧內架體

30‧‧‧定錐機構

31‧‧‧進料口

32‧‧‧儲料區

33‧‧‧定錐襯板

40‧‧‧驅動裝置

41‧‧‧驅動軸

42‧‧‧傘形齒輪

50‧‧‧動錐組件

51‧‧‧動錐本體

510‧‧‧動錐襯板

52‧‧‧主軸

53‧‧‧偏心軸套

530‧‧‧齒部

60‧‧‧油壓調整機構

61‧‧‧頂升部

70‧‧‧動錐組件

圖1為本發明之動錐球形支撐裝置的外觀示意圖。

圖2為本發明之動錐球形支撐裝置的元件分解圖。

圖3為本發明之動錐球形支撐裝置的剖面示意圖。

圖4為本發明之基本倒錐式圓錐破碎機(大型機台)的剖面示意圖。

圖5為本發明之倒錐式圓錐破碎機的受力作用示意圖。

圖6為本發明之基本倒錐式圓錐破碎機的動錐球形支撐裝置的說明示意圖(一)。

圖7為本發明之基本倒錐式圓錐破碎機的動錐球形支撐裝置的說明示意圖(二)。

圖8為本發明之基本倒錐式圓錐破碎機的動錐運動規律Z、θ 平面投射示意圖。

圖9為本發明之基本倒錐式圓錐破碎機(中小型機台)的剖面示意圖。

圖10為本發明之平行軸偏心旋回倒錐式圓錐破碎機(大 型機台)的剖面示意圖。

圖11為本發明之平行軸偏心旋回倒錐式圓錐破碎機(中小型機台)的剖面示意圖。

圖12為本發明之平行軸偏心旋回倒錐式圓錐破碎機的動錐球形支撐裝置的說明示意圖(一)。

圖13為本發明之平行軸偏心旋回倒錐式圓錐破碎機的動錐球形支撐裝置的說明示意圖(二)。

圖14為本發明之平行軸偏心旋回倒錐式圓錐破碎機的動錐運動規律Z、θ 平面投射示意圖。

圖15為本發明之複雜擺動倒錐式圓錐破碎機(大型機台)的剖面示意圖。

圖16為本發明之複雜擺動倒錐式圓錐破碎機(中小型機台)的剖面示意圖。

圖17為本發明之複雜擺動倒錐式圓錐破碎機的動錐球形支撐裝置的說明示意圖(一)。

圖18為本發明之複雜擺動倒錐式圓錐破碎機的動錐球形支撐裝置的說明示意圖(二)。

圖19為本發明之複雜擺動倒錐式圓錐破碎機的動錐運動規律Z、θ 平面投射示意圖。

圖20為本發明的動錐組件之轉動角速度分析圖。

圖21為現有技術之圓錐破碎機的動錐組件之轉動角速度分析圖。

圖22為現有技術之圓錐破碎機的動錐運動規律Z、θ 平面投射示意圖。

10．．．動錐球形支撐裝置

11．．．定位基座

12．．．外球形調整座

13．．．內球形支持座

20．．．機體架

21．．．外架體

22．．．中架體

23．．．內架體

30．．．定錐機構

31．．．進料口

32．．．儲料區

33．．．定錐襯板

40．．．驅動裝置

41．．．驅動軸

42．．．傘形齒輪

50．．．動錐組件

51．．．動錐本體

510．．．動錐襯板

52．．．主軸

53．．．偏心軸套

530．．．齒部

60．．．油壓調整機構

61．．．頂升部

Claims (13)

1. 一種動錐球形支撐裝置，其包括有一定位基座、一外球形調整座及一內球形支持座；該定位基座為一圓盤體，盤體中央處形成有一安裝孔，該安裝孔之孔壁面形成一圓弧形之第一調整面；該外球形調整座為一圓環狀之環體，該外球形調整座之外環壁面形成一圓弧形之第一抵靠面，該外球形調整座之內環壁面形成為一圓弧形之第二調整面，該外球形調整座設置於該定位基座之安裝孔中，其第一抵靠面與該定位基座之第一調整面相互抵靠；該內球形支持座為一圓環形之環體，其外環壁面形成一圓弧形之第二抵靠面，其內環壁面形成為一動錐結合孔，該內球形支持座設置於該外球形調整座中，該內球形支持座之第二抵靠面與外球形調整座之第二調整面相互抵靠。
2. 如請求項1所述之動錐球形支撐裝置，其中該外球形調整座之內環壁面的中心軸線偏離該外球形調整座的中心軸線。
3. 如請求項1所述之動錐球形支撐裝置，其中該外球形調整座之內環壁面的中心軸線與該外球形調整座的中心軸線相互重合。
4. 如請求項1至3中任一項所述之動錐球形支撐裝置，其中於該定位基座之安裝孔上方設有一鎖固環，該第一調整面係該安裝孔之孔壁面及該鎖固環之內環壁面共同形成。
5. 如請求項4所述之動錐球形支撐裝置，其中於該定位基座之頂面設置有一環狀的防塵片。
6. 一種倒錐式圓錐破碎機，其包括有一機體架、一定錐機構、一驅動裝置、一動錐組件、一油壓調整機構及如請求項1至5中任一項所述之動錐球形支撐裝置；該機體架包括有一外架體、一中架體及一內架體，該外架體、中架體及內架體為呈中空體，該內架體位於中架體內側，該外架體位於中架體外側；該定錐機構設置於該外架體頂端，該定錐機構內部為中空體，其上半部呈漏斗形且頂部形成有一進料口，該定錐機構之下半部的內壁面上裝置有一定錐襯板；該驅動裝置設置於該外架體下方，其具有一驅動軸，該驅動軸一端突伸於機架體中並設有一傘形齒輪；該動錐組件包括有一動錐本體及一主軸，該動錐本體之外壁面上設置有一動錐襯板，該主軸頂端穿設於該動錐本體的中央處，該主軸上套設有一偏心軸套，該偏心軸套之外表面徑向環繞延伸形成有複數齒部，該動錐組件設置於該機體架內部，該偏心軸套可轉動地設置於該內架體中，該偏心軸套之齒部與該驅動軸之傘形齒輪相互嚙合，該動錐本體之動錐襯板以一間距相對於該定錐機構之定錐襯板；該油壓調整機構設置於該內架體之下方處，其包括有一頂升部，該頂升部抵靠於該動錐組件之主軸底端；該動錐球形支撐裝置之定位基座設置於該中架體上，其內球形支持座的動錐結合孔套設於該動錐組件之主軸的中段處。
7. 如請求項6所述之倒錐式圓錐破碎機，其中該動錐組件之中心軸線及動錐組件之運轉中心軸線的交點位於主軸的底部，動錐組件之自轉中心軸線和動錐組件之旋進中心軸線形成有一夾角。
8. 如請求項6所述之倒錐式圓錐破碎機，其中該動錐組件之自轉中心軸線和動錐組件的旋進中心軸線相互平行。
9. 如請求項6所述之倒錐式圓錐破碎機，其中該動錐組件之自轉中心軸線和動錐組件的旋進中心具有一交點，該交點位於主軸的中央處。
10. 一種倒錐式圓錐破碎機，其包括有一機體架、一定錐機構、一驅動裝置、一動錐組件及如請求項1至5中任一項所述之動錐球形支撐裝置；該機體架包括有一外架體、一中架體及一內架體，該外架體、中架體及內架體為呈中空體，該內架體位於中架體內側，該外架體位於中架體外側；該定錐機構設置於該外架體頂端，該定錐機構內部為中空體，其上半部呈漏斗形且頂部形成有一進料口，該定錐機構之下半部的內壁面上裝置有一定錐襯板；該驅動裝置設置於該外架體下方，其具有一驅動軸，該驅動軸一端突伸於機架體中並設有一傘形齒輪；該動錐組件包括有一動錐本體及一主軸，該動錐本體之外壁面上設置有一動錐襯板，該主軸頂端穿設於該動錐本體的中央處，該主軸上套設有一偏心軸套，該偏心軸套之外表面徑向環繞延伸形成有複數齒部，該動錐組件設置於該機體架內部，該偏心軸套可轉動地設置於該內架體中，該偏心軸套之齒部與該驅動軸之傘形齒輪相互嚙合，該動錐本體之動錐襯板以一間距相對於該定錐機構之定錐襯板；該動錐球形支撐裝置之定位基座設置於該中架體上，其內球形支持座的動錐結合孔套設於該動錐組件之主軸的中段處。
11. 如請求項10所述之倒錐式圓錐破碎機，其中該動錐組件之中心軸線及運轉中心軸線的交點位於主軸的底部，動錐組件之自轉中心軸線和動錐組件之旋進中心軸線形成有一夾角。
12. 如請求項10所述之倒錐式圓錐破碎機，其中該動錐組件之自轉中心軸線和動錐組件的旋進中心軸線相互平行。
13. 如請求項10所述之倒錐式圓錐破碎機，其中該動錐組件之自轉中心軸線和動錐組件的旋進中心具有一交點，該交點位於主軸的中央處。