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矿用破碎机破碎效率优化分析

发表时间：2021/6/11 来源：《基层建设》2021年第6期作者：陈勇

[导读] 摘要：破碎机是实现煤矿综合机械化开采的关键设备。

        四川矿山机器（集团）有限责任公司四川绵阳 621701
        摘要：破碎机是实现煤矿综合机械化开采的关键设备。充分破碎从工作面提取的大块原煤和矸石，然后进入运输系统，对保证煤炭的高效运输和设备的安全运行非常重要。目前国内各大矿区使用的破碎机大多与转载机配套，将经过的原煤和矸石破碎，使其顺利通过转载机后进入带式输送机。但由于井下工作环境差，特别是工作面矸石多，工作面过断层时，破碎机长时间高负荷工作，容易出现破碎机故障，工作效率下降，甚至导致设备损坏、煤炭无法运出、工作面停产等严重后果。
        关键词：破碎机；曲柄转速；破碎效率；优化分析
        引言
        矿山破碎机的类型是多样化的，其中主要包括固定式液压破碎机、颚式破碎机、锤式破碎机，为了促进矿产资源的有效开发，光靠劳动力是远远不够的，需要更多地利用各种机械设备。探矿者是一种关键设备，不仅可以提高总体工作效率，而且还可以确保工人始终处于安全的工作状态。
        1颚式破碎机
        颚式破碎机的主要破碎动作是由两个颚，一个动颚和一个静颚，以仿生动物口腔咀嚼的形式挤压破碎物料来完成的。颚式破碎机作为一种稳定可靠的传统粗破碎设备，具有很强的破碎能力和强度，能够破碎硬度和粒度较大的石料。它的突出优点是可以处理多种物料，如铁矿石、页岩、石灰石、花岗岩等矿石，可以达到很好的破碎效果。颚式破碎机通常用于各种坚硬的矿山、岩石的头部破碎和大型材料的破碎。颚式破碎机根据进料口的宽度可分为三种类型:大、中、小。进料口宽度大于600mm，进料口宽度为300~600mm，进料口宽度小于300mm，在砂石生产设备的选择中，破碎机由客户要求的成品粒度决定。如果客户需要粗碎设备，可以选择颚式破碎机。粉碎的物料多为粗颗粒，粒度一般为10~400mm，如果客户需要粒度较小的砂子，可以选择冲击式破碎机和圆锥破碎机。颚式破碎机调节范围广，噪音低，粉尘少。在众多破碎机产品中，颚式破碎机应用广泛，效果极佳。颚式破碎机的具体应用领域如下。第一，水泥行业。由于颚式破碎机生产的水泥粒度均匀，不易粘附在机腔内壁上，堵塞时间短，因此颚式破碎机在水泥厂得到了广泛应用。第二，建筑业。各种混凝土都需要经过破碎达到所需的粒度，可以进一步应用到建筑生产、废弃混凝土回收、建筑垃圾回收等环节。因此，颚式破碎机在建筑行业的应用非常普遍，甚至不可或缺。第三，市政工程。颚式破碎机与废弃混凝土处理机械结合使用，是碎石机械的完美搭配，主要用于城市垃圾和垃圾、资源再生等。第四，矿业。由于矿石原料比较大，在开采过程中需要进行一定的破碎处理，以方便运输。颚式破碎机具有破碎率大、出料口调节范围大的特点，能够满足不同用户的需求，是开采各种矿山资源的理想设备。
        2针对矿山破碎机发生各种故障关键原因的探讨
        矿山破碎机故障的原因多种多样，主要包括三个方面:第一，矿山破碎机运行的环境如此复杂，以致矿山破碎机在运行过程中必须面对振动和力矩，造成传输系统故障和轴头、键槽等部件磨损不均.第二，在社会迅速发展的背景下，随着矿山自动化程度的显着提高，对各种破碎机设备的要求和挑战增加，矿山破碎机转向现代化和专业化，主要是在高技术、规模和生产领域如果矿业公司没有高专业技能和综合素质的维修人员来处理矿用连接器故障，很难首先处理所有故障问题，可能会严重影响矿业公司的经济效益。第三，矿山破碎机的工作环境本身是特殊的，在实际操作中也会出现粉尘问题，在动力系统积聚大量灰尘的情况下，可能会导致破碎机故障，而当各种粉尘落到润滑油表面时，润滑效果变差也可能导致破碎机故障。
        3生产能力与曲柄转速关系的建立
        所谓生产能力，是指根据质量守恒原理，曲柄转动一次，以松散的棱形矿石为单位，在规定时间内，破碎机排出的碎料量。根据分层破碎理论，曲柄带动钳口往复运动一次，被破碎的矿石就会一层一层地向下运动出破碎腔。对于单位时间的具体放电质量，只需要计算单层放电质量。破碎层横截面示意图如图1所示。破碎室末端的分界线为g1c，上层的分界线为k1z。破碎机生产能力q(t/h)的计算公式为:q=60nsbρμ。(1)其中:n是曲柄速度，r/min；s为活动钳口与固定钳口之间的截面积，即图1中ZK1IG1C围起来的面积，m2；b是破碎室的纵向宽度，m；ρ为矿石密度，t/m3；μ是矿石的松散系数。根据公式(1)，以花岗岩矿石破碎为例，利用分层破碎理论进行计算，可以得到生产能力与曲柄转速的关系。假设破碎室纵向宽度为1m，花岗岩密度为3t/m3，松散系数为0.7，PEF500×760复摆颚式破碎机曲柄转速与生产能力的关系如图2所示。从图2可以看出，在破碎机结构参数不变的情况下，当曲柄转速为180r/min~220r/min时，破碎机的生产能力几乎与曲柄转速成正比增加，这是由于曲柄转速的增加，增加了活动颚板的破碎频率，增加了矿石破碎的次数，使矿石下落更快；但随着曲柄转速的逐渐提高，生产能力的上升趋势逐渐减小，当曲柄转速为300r/min时，生产能力达到最高值，因为随着曲柄转速的提高，动颚板破碎周期逐渐缩短，缩短了大煤块下落时间，造成物料堵塞；当曲柄转速超过300r/min时，生产能力逐渐降低。此时物料堵塞已经比较严重，破碎的物料停留在破碎室内，降低了破碎效率。通过以上分析可以看出，破碎机的曲柄转速并不是越快越好，而是应该根据破碎腔的形状合理选择，以最大化生产能力。

        4破碎机的维护技术探讨
        (1)发生故障时的维护。故障修复的目的是通过技术手段将故障设备恢复到故障前的状态，并解决机械问题。机器长期运行过程中，必然会出现各种故障，小维护通常是为了设备的局部维护，损坏程度低。但是，对于损坏较大的接触器进行维修，技术人员应熟悉机床的结构和型号，做好零件更换等工作，然后恢复设备的工作状态。(二)机械的维修保养。机械故障修复具有隐藏、消耗、模糊等特点有关人员依靠对机械设备的深入了解、对机器所有特点的了解，以及正确地准确有效地修复机器缺陷。对于机器维修，技术人员必须积极开展周维修等工作，并进行特殊维修，以降低机器故障的可能性，尽量减少维修难度。
        5破碎机生产能力优化
        结合上述计算分析，根据非线性规划问题设计容量优化，并使用MATLAB编写目标函数。破碎机的生产能力由曲柄转速和破碎腔形状决定。其中，破碎腔的尺寸由进口L1的尺寸、出口L2的尺寸、啮合角L3和传动角L4组成。因此，上述参数和曲柄摇杆速度被设定为设计变数，目标特征是生产能力，fimicon特征格式是模型，并使用有效的组合方法计算目标特征的最佳解决方案。作用中组合的最佳解决方案的基本概念是使用识别为原始资料的设计变数，使用原始资料做为方程式的约束，计算目标特征的极值和其他受上述约束的设计变数，并在多次迭代后产生最佳解决方案。
        结束语
        以PEF500×760复摆颚式破碎机为研究对象，分析了由于无法调整曲柄转速而造成的分散效率问题。设计了变频控制系统，根据生产能力调整曲柄转速。实地测试的结果表明:(1)颚式破碎机的曲柄转速对生产能力影响很大，但转速越快，生产能力越好。(2)以生产能力为目标函数，以活动颚板的尺寸和速度为设计变量，用MATLAB编写速度控制程序，仿真分析表明该程序能有效提高破碎效率。(3)设计了一种新的变频控制器，用于检测和调整连杆曲柄的转速。对现场试验进行比较发现，调整曲柄转速不仅能提高联动效率，而且能保证联动质量。
        参考文献
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        [3]赵奇.露天煤矿破碎站给料装置结构的优化设计[J].设备管理与维修,2019(16):145-147.