王 翼，高丙乾，尹圣凱，師劍雄，唐 飛

(甘肅建投礦業(yè)有限公司，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

在傳統(tǒng)砂石骨料生產(chǎn)中，砂石企業(yè)大多以粗放型加工為主，存在技術(shù)落后、自動(dòng)化水平較低等問題。隨著國(guó)家對(duì)砂石礦山綠色發(fā)展要求的不斷提高，砂石行業(yè)通過資源整合不斷擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高，規(guī)?；⒋笮突?、綠色化、生態(tài)化已成為砂石企業(yè)的發(fā)展方向[1-5]。為加快企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，滿足建設(shè)用石、用砂的需要，液壓旋回破碎機(jī)在大型砂石礦山企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

2018年甘肅建投礦業(yè)有限公司對(duì)永靖縣東山片區(qū)砂石礦山進(jìn)行了資源整合，以“全國(guó)一流，西北第一”的目標(biāo)建設(shè)永靖綠色建材生態(tài)產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目，所有設(shè)備均為國(guó)內(nèi)外先進(jìn)采選加工設(shè)備。其中，粗碎采用的是Metso SUPERIOR PG4265型液壓旋回破碎機(jī)。經(jīng)分析，該設(shè)備在碎石加工生產(chǎn)過程中可連續(xù)不間斷工作，具有生產(chǎn)效率高、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低、產(chǎn)品粒度均勻等優(yōu)點(diǎn)，適用于大型露天礦山的礦石加工。

1 國(guó)內(nèi)外液壓旋回破碎機(jī)的發(fā)展概況

砂石骨料加工生產(chǎn)領(lǐng)域通常采用顎式破碎機(jī)和液壓旋回破碎機(jī)作為初級(jí)破碎設(shè)備[6-8]。其中，顎式破碎機(jī)在國(guó)內(nèi)外均應(yīng)用較廣，而液壓旋回破碎機(jī)的應(yīng)用相對(duì)較少，但隨著礦山企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、產(chǎn)品加工技術(shù)的升級(jí)，液壓旋回破碎機(jī)的應(yīng)用呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

世界上第一臺(tái)旋回破碎機(jī)由美國(guó)人Charles Brown發(fā)明于19世紀(jì)70年代，由美國(guó)蓋茨鐵工廠在19世紀(jì)80年代制造組裝完畢[9]。20世紀(jì)50年代，美國(guó)的Allis-Chamers公司對(duì)旋回破碎機(jī)進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)出了第一臺(tái)液壓旋回破碎機(jī)并完成了設(shè)備組裝，該設(shè)備與旋回破碎機(jī)在本質(zhì)上并無區(qū)別，唯一的區(qū)別是其在動(dòng)錐底部增加了液壓缸，使破碎動(dòng)錐由懸掛式支撐變?yōu)橐簤焊字?，降低了橫梁的受力，并延長(zhǎng)了橫梁的使用壽命[10]。目前，國(guó)外旋回破碎機(jī)的設(shè)計(jì)制造廠家主要有FLSmidth、Metso、Sandvik和ThyssenKrupp[7]。其中Metso SUPERIOR是全球公認(rèn)技術(shù)領(lǐng)先的旋回破碎機(jī)品牌。該系列液壓旋回破碎機(jī)采用現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，橫梁采用弧形設(shè)計(jì)，擴(kuò)大了物料進(jìn)料粒度范圍[7]；主軸和錐體整體鍛造為一體，避免操作過程中因錐體松動(dòng)而造成巨大損失；內(nèi)腔動(dòng)、定圓錐襯板和筋骨防護(hù)裝置采用高耐磨的高錳鋼或鉻鋼材質(zhì)，外殼采用鑄鋼件；偏心套組件采用可更換的偏心內(nèi)部襯套，用于擺動(dòng)距離的調(diào)節(jié)；傳動(dòng)齒輪采用擺線齒錐齒輪設(shè)計(jì)，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中相對(duì)穩(wěn)定，振動(dòng)監(jiān)測(cè)更加方便[6]。

隨著我國(guó)礦山建設(shè)的快速發(fā)展，采選工藝研發(fā)和市場(chǎng)推廣力度不斷加強(qiáng)，裝備技術(shù)水平不斷提升，旋回破碎機(jī)制造業(yè)也得到了迅速發(fā)展。以北方重工、中信重工等廠家為代表，其生產(chǎn)的液壓旋回破碎機(jī)性能可靠、工作平穩(wěn)、能耗低，但是在設(shè)備產(chǎn)能、大型化、功耗指標(biāo)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)等方面與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)仍然存在一定的差距，無法完全滿足大型礦山的需要[11-16]。

2 國(guó)內(nèi)外顎式破碎機(jī)的發(fā)展概況

自第一臺(tái)顎式破碎機(jī)問世至今，已有150多年的歷史，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便制造、工作可靠、使用維修方便等特點(diǎn)，在冶金、礦山、建材、化工等行業(yè)應(yīng)用較廣。

20世紀(jì)70年代末以來，國(guó)內(nèi)外各大型設(shè)備制造廠家先后推出了高效、節(jié)能式的顎式破碎機(jī)[17-18]?，F(xiàn)在仍不斷對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，如：KUE-KEN公司采用新技術(shù)通過液壓調(diào)節(jié)控制顎式破碎機(jī)排料口尺寸；芬蘭Kone公司的BML系列負(fù)支撐的復(fù)擺顎式破碎機(jī)通過改變破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)，降低襯板磨損，提高物料的處理能力；北京礦冶研究總院研制的高效節(jié)能顎式破碎機(jī)采用新的腔體設(shè)計(jì)，提升了設(shè)備的工作性能，提高了物料的處理量。

國(guó)內(nèi)外顎式破碎機(jī)雖然在工藝設(shè)計(jì)方面取得了重大突破，但其鋼耗、能耗及粉碎工藝過程的生產(chǎn)成本都較高，工業(yè)結(jié)構(gòu)也有待改進(jìn)。

3 工作原理

3.1 液壓旋回破碎機(jī)

物料從上部給入，在偏心機(jī)構(gòu)的作用下，錐體繞中軸做連續(xù)旋回運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)錐的錐體周期性地靠近和離開定錐的錐面；當(dāng)動(dòng)錐靠近定錐時(shí)，物料在破碎腔內(nèi)被擠壓、彎折而破碎；當(dāng)動(dòng)錐遠(yuǎn)離定錐時(shí)，已破碎產(chǎn)品靠自重經(jīng)排礦口排出。液壓旋回破碎機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。

圖1 破碎機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 顎式破碎機(jī)

通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輪，帶動(dòng)偏心軸使動(dòng)顎上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)動(dòng)顎上升時(shí)，動(dòng)顎板靠近定顎板，使物料在破碎腔內(nèi)被破碎；當(dāng)動(dòng)顎下行時(shí)，動(dòng)顎板在拉桿、彈簧的作用下遠(yuǎn)離定顎板，使破碎物料在自重的作用下經(jīng)破碎腔下部的出料口排出。顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示。

4 兩種破碎機(jī)在永靖項(xiàng)目的應(yīng)用對(duì)比

4.1 技術(shù)性能對(duì)比

表1為兩種粗碎破碎機(jī)的性能參數(shù)對(duì)比。

表1 兩種粗碎破碎機(jī)性能參數(shù)對(duì)比

由表1可以看出，液壓旋回破碎機(jī)最大給料粒度為1 000 mm，處理能力超過2 400 t/h，遠(yuǎn)大于顎式破碎機(jī)；但是顎式破碎機(jī)的功率小于旋回破碎機(jī)，單臺(tái)運(yùn)行成本相對(duì)較低，且工藝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積較小，更適合小型礦山。結(jié)合永靖綠色建材生態(tài)產(chǎn)業(yè)園2 500 t/h的設(shè)計(jì)產(chǎn)能，若選用顎式破碎機(jī)，至少需10臺(tái)，而液壓旋回破碎機(jī)2臺(tái)即可滿足要求，設(shè)備管理簡(jiǎn)單，且總設(shè)備功耗明顯小于顎式破碎機(jī)。

4.2 產(chǎn)品性能對(duì)比

將碎石按照表2中的比例均勻混合后制得6種樣品各1 000 t，隨機(jī)選取3份通過液壓旋回破碎機(jī)，分別編號(hào)為A1、A2、A3。剩余3份進(jìn)入顎式破碎機(jī)，分別編號(hào)為B1、B2、B3。對(duì)破碎后的物料進(jìn)行篩分，結(jié)果見表3、表4。

表2 樣品混合比例

表3 液壓旋回破碎機(jī)破碎后的分級(jí)篩余

表4 顎式破碎機(jī)破碎后的分級(jí)篩余

由表3和表4可以看出，經(jīng)過液壓旋回破碎機(jī)破碎后，粒度在350 mm以上的物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)較顎式破碎機(jī)的約低13個(gè)百分點(diǎn)；5 mm以下物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)兩者相差不大，均為3%左右。液壓旋回破碎機(jī)和顎式破碎機(jī)破碎后的物料粒度大多為350～100 mm，但液壓旋回破碎機(jī)破碎后350～100 mm物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)比顎式破碎機(jī)高20%以上。說明在大型礦山生產(chǎn)中，液壓旋回破碎機(jī)破碎后的效果更優(yōu)，后續(xù)的中碎設(shè)備生產(chǎn)壓力更小。

4.3 經(jīng)濟(jì)性比較

在滿足永靖綠色建材生態(tài)產(chǎn)業(yè)園2 500 t/h設(shè)計(jì)產(chǎn)能的條件下，分別對(duì)比10臺(tái)顎式破碎機(jī)和2臺(tái)液壓旋回破碎機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)行成本，結(jié)果如表5所示。從表5中可以看出：液壓旋回破碎機(jī)在生產(chǎn)過程中較顎式破碎機(jī)人員編制可減少75%，材料維修費(fèi)減少56.38%。采用液壓旋回破碎機(jī)作為粗碎設(shè)備可在人員工資、能耗和維修費(fèi)等方面為企業(yè)節(jié)約上百萬元成本。

表5 經(jīng)濟(jì)性比較

5 結(jié)語

液壓旋回破碎機(jī)在大型砂石礦山加工系統(tǒng)中優(yōu)勢(shì)明顯，其與顎式破碎機(jī)在永靖項(xiàng)目中的應(yīng)用結(jié)果表明：與顎式破碎機(jī)相比，液壓旋回破碎機(jī)破碎后粒度在350 mm以上的物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少了約13個(gè)百分點(diǎn)，350～100 mm范圍內(nèi)的物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了20%以上，在粗碎加工過程中破碎效果更好；液壓旋回破碎機(jī)的人員編制可減少75%，材料維修費(fèi)可減少56.38%。綜合而言，使用液壓旋回破碎機(jī)可為企業(yè)節(jié)約逾百萬元的生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。