樂聲濱，萬云飛，洪 波，劉躍慶

(南昌礦山機(jī)械有限公司， 江西 南昌 330004)

0 引 言

專利挖掘和技術(shù)分析是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要手段，通過國內(nèi)外專利數(shù)據(jù)庫能挖掘各類前沿的技術(shù)方案和特色功能。下面通過立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)的專利入料控制技術(shù)作一案例分析。

詩曰：

代磨機(jī)械功能強(qiáng)，破石成砂風(fēng)最罡；

軸立鼓轉(zhuǎn)電掣快，巖碎礫破爆竹燃；

如何泰然不動(dòng)搖，求得天藍(lán)無塵揚(yáng)；

巧匠心思各精妙，如切如磋技巧強(qiáng)。

立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)(以下簡稱“立軸破”)是最早20世紀(jì)50年代西方出現(xiàn)的破碎機(jī)產(chǎn)品，初期有較多缺陷，后經(jīng)改進(jìn)，形成“巴馬克型立軸破”得以廣泛運(yùn)用，在很多工況能代替棒磨機(jī)制砂，占地少，不需加水及水處理，功耗少，磨耗少。國內(nèi)在20世紀(jì)90年代初仿制生產(chǎn)，制訂了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 7353-1994，標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過2004年，2015年修訂。標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)距國際水平仍有差距。標(biāo)準(zhǔn)只是行業(yè)基準(zhǔn)，國內(nèi)有些單位生產(chǎn)的立軸破性能指標(biāo)是與國際水平相當(dāng)?shù)模瑫r(shí)，還有勝過國外產(chǎn)品的方面。下面以立軸破上部入料控制技術(shù)作個(gè)分析。

1 立軸破上部入料控制技術(shù)分析

最初的產(chǎn)品，只有一個(gè)很簡單的入料斗，如圖1。巴馬克型立軸破在主機(jī)上部入料筒底部中心安裝有調(diào)節(jié)板，如圖2。調(diào)節(jié)板伸縮改變中心入料口面積大小，進(jìn)而改變中心入料量，調(diào)節(jié)周邊溢流量和中心入料量的比例。形成中心入料和溢流入料兩種方式，溢流入料在下落中仍受到轉(zhuǎn)子拋出石料沖擊，形成破碎效果。經(jīng)過試驗(yàn)，石打石型立軸破，溢流量可以達(dá)到10%～20%，破碎效果相同，進(jìn)而節(jié)省相當(dāng)破碎能量。對(duì)于只要求整形的工況，溢流量還可以更大。這種效果，都是靠調(diào)節(jié)中心孔大小實(shí)現(xiàn)的，是一種很巧妙的設(shè)計(jì)。同時(shí)，積料后下落，也減少物料下落對(duì)轉(zhuǎn)子的沖擊，積料封閉入料口，減少空氣進(jìn)入，減少干法生產(chǎn)時(shí)粉塵的產(chǎn)生。

圖1 簡單入料斗

但這種設(shè)計(jì)也帶來一種缺陷，即，縮小中心孔時(shí)，中心孔從圓孔單邊縮小，形成偏心孔，入料中心發(fā)生偏移，物料從偏心孔進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，物料是偏向的，造成轉(zhuǎn)子偏重不平衡，振動(dòng)大，轉(zhuǎn)子體磨損不均衡，進(jìn)一步影響軸承受力不均，縮短軸承壽命。

筆者在2006年設(shè)計(jì)第一款立軸破時(shí)，注意到了此一缺陷，經(jīng)過思考，創(chuàng)新出雙側(cè)伸縮的入料方式[1]，如圖3。

圖2 單邊調(diào)節(jié)板入料結(jié)構(gòu)

圖3 雙邊同步推拉調(diào)節(jié)板結(jié)構(gòu)

雙側(cè)伸縮入料有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 調(diào)節(jié)溢流功能更加完善，積料均勻，溢流周邊均勻不偏。

(2) 雙側(cè)伸縮，中心孔為正方形缺口，無論開度大小，永遠(yuǎn)為正方形，在擠滿給料狀態(tài)下，入料永遠(yuǎn)對(duì)中。

(3) 雙側(cè)伸縮板通過一根絲桿操作，絲桿同時(shí)配有正絲和反絲，旋轉(zhuǎn)絲桿，兩側(cè)板同步相對(duì)或相反運(yùn)動(dòng)，正方形缺口中心永遠(yuǎn)對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子中心。一步操作簡單易行，不會(huì)發(fā)生正方形中心偏移。

物料入料對(duì)中，進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，物料不偏向，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)小，磨損均勻，軸承受力均勻，延長了軸承壽命。從10多年的各臺(tái)產(chǎn)品運(yùn)行，多次與進(jìn)口產(chǎn)品同場(chǎng)合運(yùn)行，均體現(xiàn)出了以上優(yōu)點(diǎn)。這些設(shè)計(jì)也是相當(dāng)?shù)那擅睢?/p>

此設(shè)計(jì)申請(qǐng)了專利ZL200620157001.8《立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)入料口對(duì)中伸縮入料斗》，在專利中還描述了對(duì)中入料的各種結(jié)構(gòu)，包括：單桿伸縮模式，雙桿伸縮模式，液壓桿伸縮模式等；缺口的各種類型等，如圖4所示。

在實(shí)踐使用中，本結(jié)構(gòu)也暴露出了一些不足之處，在干法系統(tǒng)中，調(diào)整板滑道易被堵塞，絲桿螺紋也易被堵塞。濕法系統(tǒng)，螺紋易生銹鎖死，較長時(shí)間后使用時(shí)需要清理。

在本專利的基礎(chǔ)上，同行業(yè)工程師進(jìn)行了積極的思考，除了個(gè)別單位直接進(jìn)行抄襲本專利的劣后模式-雙桿模式，試圖申請(qǐng)發(fā)明專利被駁回外，也產(chǎn)生了不少巧妙的設(shè)計(jì)。

專利201020666561.2《一種立式?jīng)_擊破碎機(jī)進(jìn)料大小調(diào)節(jié)裝置》[2]。

圖4 雙邊推拉調(diào)節(jié)板各種結(jié)構(gòu)形式

圖5 杠桿雙向調(diào)節(jié)板

如圖5，左調(diào)節(jié)板直接推動(dòng)，右調(diào)節(jié)板通過杠桿擺臂進(jìn)行反向推動(dòng)，杠桿擺臂中點(diǎn)鉸接在入料斗底板，左右擺臂運(yùn)動(dòng)行程正好是1：1。創(chuàng)造性地回避了使用絲桿，擺臂鉸鏈活動(dòng)或圓周或短距腰形槽，加上黃油潤滑，不易堵塞卡死。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，杠桿擺臂若安裝于料斗內(nèi)，左右調(diào)節(jié)范圍有限，杠桿擺臂若安裝于料斗外，斗料側(cè)壁開有較寬缺口槽，干式系統(tǒng)中，此缺口槽的封閉防塵是個(gè)問題。

專利201220356968.4《立軸沖擊式破碎機(jī)進(jìn)料口無級(jí)調(diào)節(jié)裝置》[3]。

從圖6所示可以看出，此結(jié)構(gòu)原理類似于照相機(jī)光圈，以絲桿帶動(dòng)下方環(huán)形導(dǎo)板正反旋轉(zhuǎn)，環(huán)形導(dǎo)板以銷柱帶動(dòng)控制板運(yùn)動(dòng)。四塊控制板以兩個(gè)自由度在卡槽中滑動(dòng)，其所周的中心缺口也始終為正方形，光圈原理的靈活運(yùn)用，設(shè)計(jì)的相當(dāng)巧妙。即避開了前述專利的保護(hù)范圍，又完成了相同的目的。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，腰形孔也易被堵塞，需要清理。

以上專利結(jié)構(gòu)均可以在主機(jī)運(yùn)行中進(jìn)行調(diào)整，對(duì)中心入料和溢流進(jìn)行實(shí)時(shí)的精細(xì)調(diào)整。也有一些非運(yùn)行期間進(jìn)行調(diào)整的設(shè)計(jì)。

圖7、8是某國際公司2001年發(fā)布的布料盤設(shè)計(jì)，通過調(diào)整入料斗中心孔上方布料盤的高度和傾斜角度，調(diào)整中心落料速度和積料形狀。但只能在停止給料期間進(jìn)行操作。對(duì)于粘濕物料，布料盤較低時(shí)，往往中心孔被堵塞，達(dá)不到比例分料的目的。

圖6 光圈式張縮調(diào)節(jié)板

圖7 入料布料盤設(shè)計(jì)

在專利201110070141.7《立式?jīng)_擊破碎機(jī)料流控制機(jī)構(gòu)》中[4]，如圖9所示，為克服粘濕物料的影響，將分料盤移到入料口下方，分料盤下方環(huán)形積料盤形成錐形料堆，通過升降分料盤，控制落料點(diǎn)在環(huán)錐形料堆的不同位置，以控制分配中心落料和周邊溢流的比例。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分流比例不能觀察，難以達(dá)到較好的分料效果，也不能封閉入料口，沒有防塵功能。

圖8 布料盤工作示意圖

圖9 布料盤位于入料口下方示意圖

在專利201520428537.8《立軸破碎機(jī)》[5]中提供了一種手動(dòng)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，如圖10。此結(jié)構(gòu)類似光圈調(diào)整，但需要停機(jī)期間手動(dòng)調(diào)整，如果被料堆積板結(jié)，移動(dòng)難度較高。傳統(tǒng)的停機(jī)手動(dòng)調(diào)整方式是在中心孔上疊加不同中心孔直徑的環(huán)形板，按照需要進(jìn)行有限的比例調(diào)整。

以上數(shù)種停機(jī)手動(dòng)調(diào)整方式與前述工作期間調(diào)整方式，工作效率，比例調(diào)整精細(xì)度，直觀度，均差別很大。

圖10 手動(dòng)調(diào)節(jié)板結(jié)構(gòu)

2 自動(dòng)控制調(diào)節(jié)的新方式

以上設(shè)計(jì)，仍存在一些不足，調(diào)節(jié)板運(yùn)行需要人工操作，一旦調(diào)整完成，一般不再變動(dòng)。而來料的狀態(tài)是變化很大的，開機(jī)、關(guān)機(jī)及空機(jī)運(yùn)行時(shí)，無料或少料，此時(shí)， 中心入料孔會(huì)吸入大量空氣，在干法系統(tǒng)中，同時(shí)排出大量粉塵空氣，產(chǎn)生嚴(yán)重空氣污染。鑒于此種狀態(tài)，筆者進(jìn)一步提出了自動(dòng)控制調(diào)節(jié)的新方式，將使這一問題解決方案更加完善?？刂圃韴D如圖11。

圖11 自動(dòng)控制調(diào)節(jié)入料口系統(tǒng)圖

如圖11，通過料位器監(jiān)控料位變化，設(shè)定料位允許變化值，超過或低于允許值將自動(dòng)張縮入料口，在無料時(shí)開閉入料口。能適應(yīng)立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)來料的動(dòng)態(tài)變化，消除來料動(dòng)態(tài)變化的不良影響，達(dá)到及時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)入料口大小的目的，也可以采工手動(dòng)模式，手動(dòng)控制動(dòng)力調(diào)整入料口。不需停機(jī)，不需人工操作。在運(yùn)行過程中，入料口一直對(duì)中擠滿入料，封閉空氣進(jìn)入，減少粉塵產(chǎn)生，物料對(duì)中均勻進(jìn)入轉(zhuǎn)子，振動(dòng)小，磨損均勻，軸承受力平衡，延長壽命。

3 結(jié) 語

通過不懈努力，在一個(gè)入料的調(diào)整問題上，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出各種巧妙的結(jié)構(gòu)形式，使立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)入料對(duì)中，沖擊減少，流溢比例實(shí)時(shí)調(diào)整精細(xì)化，封閉空氣，減少粉塵產(chǎn)生。分析了立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)入料控制的各種技術(shù)方案，分析了各技術(shù)案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，提出了自動(dòng)控制技術(shù)方案。通過梳理各類方案，有助于技術(shù)挖掘，完善解決方案，促進(jìn)同行業(yè)技術(shù)交流。有詩贊道：

靜如處子穩(wěn)如山，內(nèi)心深處起狂瀾；

吃進(jìn)頑石如虎狼，吐出砂粒似玉團(tuán)；

螺絲殼里道場(chǎng)闊，細(xì)微深處創(chuàng)意寬；

自動(dòng)對(duì)中開合間，功成拂衣無塵揚(yáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 樂聲濱.專利ZL200620157001.8.立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)入料口對(duì)中伸縮入料斗[P].

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[3] 吉宏志.專利201220356968.4.立軸沖擊式破碎機(jī)進(jìn)料口無級(jí)調(diào)節(jié)裝置[P].

[4] 李光耀,黃正海,李術(shù)果.專利201110070141.7.立式?jīng)_擊破碎機(jī)料流控制機(jī)構(gòu)[P].

[5] 沈 聰,葛光宇.專利201520428537.8.立軸破碎機(jī)[P].