多缸液压圆锥破碎机过载保护系统的优化设计研究.pdf

Intelligent Building and Construction Machinery智能建筑与工程机械2024年 1月Jan.2024第6卷 第1期Vol.6 No.10引言多缸圆锥破碎机是“以碎代磨”的高能型矿物加工设备，但由于开采时原矿中难以避免地夹杂着铁块、铲斗断齿等异物，其在工作过程中极易产生过铁过载的情况，从而对设备造成极大冲击，损坏设备，因此对过载保护系统进行优化设计是十分必要的。1圆锥破碎机的工作原理电机的旋转运动通过皮带轮、传动轴和圆锥齿轮传给偏心套，使偏心套绕固定主轴转动。当偏心套旋转时，支撑在球面轴承上的碎圆锥部在偏心套带动下，绕固定点旋摆运动，从而使架体内的破碎圆锥动锥衬板，时而靠近又时而离开固装在支撑套和调整套上的定锥衬板。每当动锥衬板离开定锥衬板时，进入破碎腔内的物料沿动锥面向下运动，每当动锥衬板靠近定衬板时，物料在破碎腔内不断受到冲击、挤压和弯曲等作用而被破碎，被破碎后的物料靠自重从排矿口排出破碎腔。圆锥破碎机的结构示意图如图 1 所示。2圆锥破碎机过铁保护系统的作用过铁保护系统是破碎机的重要组成部分，包括安装在设备上的液压缸、管路、各类阀组以及外部的液压系统等。支撑套与架体通过液压缸组件组装到一起，液压缸的主要作用是在过铁和清腔时用于扩大排矿口。液压缸系统需要反应灵敏，过载时能够及时保护设备，降低设备损坏的风险。破碎机正常工作状态如图 2 所示，破碎机过铁保护状态图 3 所示。收稿日期：2023-09-14作者简介：邓卓（1990），男，辽宁铁岭人，本科，工程师，研究方向：破碎机。多缸液压圆锥破碎机过载保护系统的优化设计研究邓 卓（沈阳顺达重矿机械制造有限公司，辽宁 沈阳 110141）摘 要：在矿物开采过程中，多缸液压圆锥破碎机对矿物加工质量和效率有着直接的影响。基于此，以多缸液压圆锥破碎机的液压系统为研究主体，分析其过铁过载保护系统的工作原理以及其中存在的缺陷，并且针对设备使用过程中出现的问题对系统进行了优化改进，以减少原有系统中保压性差、自动控制水平低以及安全保护可靠性低的问题，旨在提升破碎机破碎效率。关键词：多缸圆锥破碎机；过载保护；系统；优化设计中图分类号：TD4文献标识码：A文章编号：2096-6903(2024)01-0047-03工程机械与智控3圆锥破碎机液压保护系统的分析图 4 为优化前圆锥破碎机的过铁保护系统原理图。破碎机在工作时，支撑套与架体通过弹簧将二者紧密压在一起，用于抵消破碎矿石时产生的向上的推力，为破碎机提供破碎力。通过调节弹簧来调节支撑套和架体的间隙，进而调节破碎腔和排矿口，弹簧的受压程度也代表了破碎机所能提供的破碎力大小。图 1 圆锥破碎机的结构示意图图 2 破碎机正常工作状态智能建筑与工程机械 48 第6卷图 3 破碎机过铁保护状态1.油箱 2.液压泵 3.单向阀 4.高压溢流阀 5.手动换向阀 6.截止阀 7.压力表 8.压力表开关 9.安全阀 10.蓄能器 11.放气阀 12.单向节流阀 13.液压缸图 4 圆锥破碎机液压系统原理图1.油箱 2.液压泵 3.电磁换向阀 4.平衡阀 5.单向节流阀 6.液压缸组 7.蓄能器组 8.压力变送器 9.安全阀 图 5 过铁保护系统原理图在破碎机运行前，开启液压泵电机，换向阀切换至上位，液压油通过液压泵进入到液压缸下腔，下腔与支撑套相连，注油结束后将换向阀切换至中位。在破碎机运行过程中，如果出现运行过铁的情况，液压缸下腔内的液压油迅速进入到蓄能器内，使活塞杆带动支撑套上移，为破碎机过铁提供空间。当铁块或其他难以破碎物通过破碎机后，蓄能器内的液压油返回到液压缸下腔内，破碎机重新回到正常工作状态。在破碎机堵矿时，将换向阀切换至下位，启动液压泵电机，使油迅速地回到油箱，释放支撑套和架体之间的间隙，以便于清腔作业。系统过载时，液压系统中安全阀发挥作用，对液压系统进行放油泄压处理，降低系统压力，从而起到过载保护的作用，避免系统电机损坏。系统中单向节流阀的作用如下：系统过铁保护结束后，油液将从蓄能器返回液压缸。此时利用单向节流阀控制油液返回的速度，避免液压缸活塞与动力锥复位过快，产生冲撞，导致破碎机损坏。在破碎机出现过铁情况时，液压能够快速从液压缸端经单向节流阀流向蓄能器，以实现系统过铁保护的快速反应。圆锥破碎机液压系统原理图如图 4 所示。4圆锥破碎机液压保护系统问题分析4.1 保压性差液压系统主要是利用截止阀来封闭系统中的油液，实现破碎机持续工作，但是其保护性较差1。由于截止阀采用的是端面密封设计，其密封性较差，非常容易产生油液从高压端流向低压端的内泄情况，影响破碎机的正常运转。圆锥破碎机在工作时，整个破碎工作组件会产生较大的振动与冲击力，对系统中的油压产生影响。在截止阀密封失效的情况下，会加剧系统内油液的内泄情况，导致破碎机的破碎力下降。4.2 自动控制水平较低该系统在调节破碎机的加载能力时，需要多人协调操作。不仅需要分别开启、关闭两只截止阀，还需要专人从破碎腔的观察口处查看破碎组件的位置，指挥其他人员调整系统压力，以满足破碎组件预设条件。如果破碎力不能满足设备使用要求，还需要停机重新压缩弹簧，对液压缸进行补压。4.3 安全保护缺少可靠性过铁保护系统在监控系统油压时使用电接点压力表，当破碎机出现超载过铁问题时，破碎机会跳闸停机。破碎机工作时具有较大的冲击力，突然跳闸停机，将会导致系统油压产生较大波动。而电接点压力表的抗振性较差，在过载停机时十分容易受到影响，造成其失去工作能力，进而导致破碎机出现过载保护误动作的频率增加，影响其安全可靠性以及工作效率2。5圆锥破碎机过铁保护系统优化设计对原过铁保护装置系统中的问题进行分析，并对上述出现的各项问题对其进行优化改进。其工作原理为：液压缸将支撑套和架体组装到一起，并通过外部的液压油站提供油压，使支撑套和架体内部的衬板保持预设的排矿口。当设备运行过程中出现过铁时，破碎力大于液压缸内的压力，支撑套上提，排矿口增大，使铁块或其他难以破碎物可以顺利通过排矿口，完成圆锥破碎机过铁保护。当铁块排出后，破碎力小于液压缸内的压力，支撑套回归正常工作位置，破碎机也回归正常工作状态。过铁保护系统原理图如图 5 所示。破碎机在运行前，启动液压泵电机，电磁换向阀切换至图示中的下位。此时，液压泵将油液通过换向阀、平衡阀、单向节流阀泵入液压缸的下腔，而液压缸的上2024年 第1期 49 腔与支撑套安装在一起，确保液压缸的稳定性，而液压缸的活塞杆与架体安装在一起，从而形成稳定的破碎系统。这样就可以以液压缸为支撑套内的衬板提供一个向下的拉力，实现矿石破碎处理。矿石在破碎的过程中，其位于支撑套与架体之间的间隙，会对支撑套内的衬板形成一个“顶起”的推力，因此液压缸内的油压需要设定为一个大于破碎反推力的值，以维持设备的正常运行，满足矿石破碎颗粒度要求，这个值通常为 10 15 MPa。油路中的平衡阀和单向节流阀是为了保证系统在工作状态下，液压缸下腔内的油不发生回流现象，实现液压缸保压的功能，维持破碎机工作时的稳定性。液压缸内的压力设定完毕后，切换电磁换向阀至中位，关闭液压泵电机。此时过铁保护系统处于正常工作状态，可以随时启动破碎机。在破碎机运行时，当有难以破碎物经过衬板间的破碎腔时，支撑套和架体间的受力会急剧增加，需要拉长液压缸以增大破碎腔空间释放掉该压力。此时液压缸在压力作用下，其活塞下移，液压缸下腔的液压油进入蓄能器内。这样就使液压缸变长，支撑套和架体间形成一个临时的间隙，使难以破碎物尽快通过破碎腔排出破碎机。当难以破碎物排出后，支撑套与架体间的受力又会恢复正常，此时蓄能器内的油压大于液压缸下腔的油压，油重新流回液压缸下腔，整个系统恢复到正常工作状态。若设备过铁时，出现的尖峰压力值过大，远超过了蓄能器的预设值时，液压缸下腔的油会经过安全阀流回油箱，实现对圆锥破碎机的过载保护。为避免支撑套与架体之间复位过快，产生碰撞，影响圆锥破碎机性能。本次系统优化使用单向节流阀控制油液返回液压缸下腔的速度。如难以破碎物经过多次过铁保护动作仍没能通过破碎腔，则需要通过破碎机的清腔动作来排出。此时电磁换向阀切换至图中的上位，开启液压泵电机，液压泵经过下方的油路快速进入液压缸下方，将液压缸拉长，使支撑套和架体形成一个较大间隙，这样难以破碎物即可顺利通过破碎腔排出破碎机。清腔动作完成后，电动机关闭，电磁换向阀切换至上位，系统压力恢复正常，支撑套与架体间隙恢复至预设值，便于后续碎石工作的开展。6优化后系统的优势优化后的系统是利用平衡阀和单向节流阀来封闭系统中的油液，实现破碎机的工作，改善了原系统中保压性差的问题。电磁换向阀较为“娇贵”，在恶劣条件下需要尽量避免人为增大电磁换向阀的工作负荷。而平衡阀和单项节流阀的结构可靠，可以有效避免内泄情况的出现。优化后的过铁保护装置，在液压缸完成自身保护作用同时，又替代了弹簧的加载功能，使其具有多种功用，简化了系统结构，提高了设备的整体性能。优化后的破碎机过铁保护装置，可实现多种动作以满足破碎机的不同运行工况。当破碎机正常工作时，通过预设不同的液压缸压力以调节破碎机不同的破碎力，从而达到调节产品产量和粒度的目的，同时还可以根据物料硬度，适当调整破碎机参数，确保其满足不同工作环境。当破碎机过铁时，通过调节安全阀压力和蓄能器充氮压力，达到调整不同的过铁压力的目的，以保证破碎机的稳定运行，防止过铁时对支撑套与架体造成破坏。当破碎机堵料时，可以自由提升支撑套空间，提升高度不受限，更方便达到清腔的目的，有效解决堵料问题，确保破碎机正常运行。优化改进后的过铁保护装置使用了数字压力变送器等油压检测元件，能够对圆锥破碎机工作时的瞬间油压进行实时监控，并且根据油压的变化，输出电流信号，实现对系统油压的远程监控与调整，确保破碎机能够在最佳状态下运行，提高生产系列，确保操作人员人生安全。在圆锥破碎机破碎腔内没有堆料以及停止供料的情况下，能够在运行过程中调整破碎机的排矿口3，以便能够根据实际生产情况，灵活调整破碎压力，提高设备利用率与生产效率。7结束语矿山工程建设中，圆锥破碎机是矿山物料破碎的主要设备之一，而过铁过载情况可能导致圆锥破碎机损坏。在原有液压系统上进行优化改进，确保了其保压性，不仅提高了自动化控制水平，而且有效提高了破碎机破碎能力，并保证了设备的运行稳定性。参考文献1 彭祖欢,姜俊雄,付凯,等.CC400单缸圆锥破碎机液压系统分析J.世界有色金属,2018(20):47-48.2 刘添君,李宏坤.浅谈永磁耦合器在CH870圆锥破碎机的应用J.内燃机与配件,2019(12):71-72.3 倪立学.一种用于颚式破碎机的新型分段软启动及过载保护装置的设计J.矿山机械,2019,47(1):29-32.邓 卓：多缸液压圆锥破碎机过载保护系统的优化设计研究