C1815大型颚式破碎机的开发

沈俊萍，秦在智，刘磊，张爱军

洛阳大华重型机械有限公司，河南 洛阳471023

摘要：本文论述了C1815大型颚式破碎机的技术特点，确定了偏心轴转速、处理能力、电动机功率等主要技术参数，并利用有限元对机架体和动颚部进行静力分析。根据现场应用实例，综合分析生产使用的效果，为矿山企业提高生产效率、节能降耗、降低生产成本等方面提供了技术和设备支撑。

关键词：C1815大型颚式破碎机；降低成本；节能降耗；有限元分析。

中国分类号：           文献标志码：             文章编号：

作者简介：沈俊萍，女，1968年生，本科，工程师，主要从事矿山机械破碎机的研究与开发

The development of C1815 large jaw crusher

SHEN Junping，QIN Zaizhi，LIU Lei，ZHANG Aijun

Luoyang Dahua Heavy Type Machinery co., LTD.

Abstract:  This article discoursed technical features of C1815 large jaw crusher and determined the main technical parameters such as the eccentric shaft rotating speed、capacity、motor power and so on.  Its static stress analysis was conducted by applying ANSYS on frame and swing jaw. According to the on-site application instance, the effect was comprehensively analyzed in this paper. it offered support of technology and equipment for mining enterprises，which improved the production efficiency, saved energy and reduced consumption ,lowered the production cost, etc. 

Keywords:  C1815 large jaw crusher；lowering production cost；saving energy and reducing consumption；FEA.

1 技术特点

            颚式破碎机一般用于粗碎各种矿石或岩石，特别是大型的矿山，首先就会选择大型颚式破碎机。由于颚式破碎机具有结构简单，工作可靠，制造容易，维修方便等优点［1］，得到广泛的应用。在国内开发制造大型颚式破碎机的厂家也寥寥无几，在行业内公认是比较难做的，所以很多厂家想做但又不敢涉足。2010年我公司开发C1815大型颚式破碎机，也是当时国内最大的颚式破碎机。经过研发制造、应用验证，实现了节能降耗的目的，显著降低了用户使用成本，同时，也为下一步开发更大型号颚式破碎机奠定了基础。
      C1815大型 ;颚式破碎机，是我公司在引进法国阿特瑞克公司破碎机技术的基础上，结合国内外先进技术开发的C1815大型颚式破碎机（如图1所示），其主要技术特点：①运动特性优越、腔型独特，转动惯量大，比同类机型处理量大15%以上，节省能耗10%以上；②独特的破碎腔型，通用的动、定颚板，可互换调头四次使用，达到颚板破碎面均匀磨损，提高材料利用率，延长使用寿命，同时也减少用户备件库存成本，且使安装更加方便；

③传动角可调的结构设计, 可根据不同物料，调整传动角，实现最佳运动轨迹，使处理能力最大化；④排料口采用双千斤顶液压调整方式, 调整更快更省力；⑤配备定时定量加脂的轴承润滑系统，确保轴承润滑最佳状态；⑥配备轴承温度检测控制系统，若超过设定最高工作温度会报警，达到设定温度极限会强制停机，及时排查故障，避免设备损坏；⑦动颚部与机架部为可拆分结构，方便运输和现场安装拆卸。

2 技术参数的确定

给料口尺寸：宽度1500mm，长度1800 mm。

闭边排料口宽度：125～300mm。

2.1  偏心轴转速的确定

式中：n ——偏心轴转速，r/min。  

α1——前墙倾角，取6°。

α2 ——动颚倾角，取平均17.5°。

Sx——动颚下端水平位移，取4.5～6 cm（对应闭边排料口宽度）。

计算得：n = 203～176（r/min）。

目前国内外同型号颚式破碎机（用在第一段粗碎），一般转速在150～230 r/min之间，且排料口偏大（第二段破碎进料粒度一般＜450mm），所以本设计选取转速为180r/min。

2.2  处理能力的确定

式中： Q—处理能力，t/h。

             n —偏心轴转速，取180r/min。

             L — 给料口长度，取 1.8 m。

            Sx——动颚下端水平位移，取0.045～0.06 m。

             b —闭边排料口宽度，取 0.125～0.3 m。

             μ —被破碎物料的松散系数，取0.75 (一般0.65～0.75，小型取小值，大型取大值)。

             ρ—破碎物料的密度，取2.715t/m3（石灰石）。

计算得：Q=625～1864（ t/h），本设计选取处理能力为550～1200（ t/h）

2.3  电动机功率的确定

计算公式：P=BL/120～BL/75  ［4］
式中：P—计算功率，kW。
B—给料口宽度，取150cm。
L—给料口长度，取180cm。
计算得：P= 225～360（kW）。
因为大型颚式破碎机的飞轮转动惯量较大，
考虑到启动转矩大，所以本设计选取功率为315kW。

3   机架和动颚的有限元分析

3.1 最大破碎力

计算公式：Fmax=  σbHLK/20   ［4］
式中：Fmax——最大破碎力，N。
σb——物料抗压强度，取250MPa。
    H——破碎腔有效高度，取2545mm。

    L——给料口长度，取1800mm。

    K——物料填充系数，K=0.24～0.3，取0.3。

计算得：Fmax=1.72×107（N）

3.2  C1815颚式破碎机的力学模型

颚式破碎机工作时破碎腔充满矿石，动颚受力较复杂，为了简化计算，把动颚上所受的破碎力用集中力代替，其最大破碎力作用在破碎腔下部1/3高度处［5］。且最大破碎力的数值随排料口尺寸减小而增大［6］。如图2所示，作用在动颚上有三个力：最大破碎力Fmax=1.72×107（N），肘板给动颚的推力F肘板=1.83×107（N），偏心轴给动颚的反作用力F轴=1.26×107（N）。

3.3 机架静力学分析

机架的材料选用Q235A，其弹性模量为2.06×1011 Pa，泊松比0.3，密度为7.85×103  kg/m3。

机架底板固定约束，轴承箱连接处无摩擦约束。机架前墙板承受物料最大破碎力1.72×107 N；后墙板承受肋板反作用压强42.24 MPa，轴承箱处承受作用力1.26×107 N。

style="float:left;width:55%"对机架的模型进行静力学求解，机架结构约束、加载应力变形和安全系数图如图3所示：

（1）机架最大变形0.860mm，在机架肘板连接处边线上。与实际情况吻合。

（2）最大应力值为149.59 MPa，最小安全系数1.69。最大应力在肘板座与侧墙板的接触面上，小于材质的屈服点［σ1］=195 MPa，且有较大的静强度余量。故机架结构强度满足使用要求。

3.4 动颚静力学分析

          动颚材料选用Q235A，其弹性模量为2.06×1011 Pa，泊松比0.3，密度为7.85×103 kg/m3。

          动颚轴承箱连接处固定约束，肘板连接处施加无摩擦约束。动颚承受载荷主要包括最大破碎力1.72×107 N；肘板连接处受的肋板反作用压强80.89 MPa，轴承箱作用力1.26×107 N。

         前处理结束后，对动颚的模型进行静力学求解，动颚结构约束与加载应力变形和安全系数图如图4所示：

       （1）最大变形值为0.774 mm，在动颚最下端边线上。与实际情况吻合。

       （2）最大应力值为171.9 MPa，最小安全系数1.45。最大应力在肘板座下端筋板位置处，小于材质的屈服点［σ1］=195 MPa，且有较大的静强度余量。故动颚结构强度满足使用要求。

4   应用

         实例1:河南某铁矿厂，日处理原矿约8000t，主要加工硬质花岗岩石质的磁铁矿，露天开采，在开采过程中，由于该物料硬度较高，以及其他诸多因素的影响，产出大量约1500mm超大块的原矿粒度，需要通过二次破碎后，才能满足后续破碎设备的加工要求。
        用户原来采用1台液压破碎锤和二次爆破的形式将物料破碎至600mm以下。这种破碎方式，不仅耗油量大、工人劳动强度大、工作效率低、生产成本高（每班8小时生产480吨，生产成本6.64元/吨），而且也存在着较大的安全隐患。

        为了更经济合理的处理超大块物料，以满足后续破碎系统的要求，经多方论证和考察后，2011年用户从我公司订购了一套1000t/h的粗碎加工系统，主设备为ZSW2160振动给料机和C1815颚式破碎机，其工艺布置如图5所示：原料由自卸车直接卸入受料仓，受料仓下方设置有一台ZSW2160振动给料机，原料进入C1815颚式破碎机进行破碎，排料口宽度260mm，出料粒度小于400mm，产量达1000 t/h，不但轻松满足后续流程要求，减少了操作人数，降低了工人劳动强度，节省了能耗，还大幅度提高了生产效率，降低了粗碎矿石运行成本（每班产量达7000多吨，比原来提高了13.6倍；生产成本仅1.79元/吨，降低了73%），用户非常满意。

        实例2 :辽宁某矿业公司，原料为硬质花岗岩金矿，有大量的约1300mm超大块粒度，由于最大粗碎设备PE900×1200颚式破碎机的进料粒度小于750mm，所以使用液压破碎锤和二次爆破来解决超大块粒度问题，效率很低，耗用成本很大。用户通过考察C1815颚式破碎机的现场使用情况，于2013年8月份选用了1台C1815颚式破碎机，10月份开始生产运行，平均产量达800t/h（给料不连续，正常达1100t/h），出料粒度小于400mm，不但解决了原来料块大、开采跟不上的局面，也大幅度提高了生产效率和降低了生产成本。

5 结语

实践表明，C1815大型颚式破碎机的主要技术参数计算选取合理，关键件强度校核可靠，满足进料粒度1500mm、生产能力1000t/h的实际工况。C1815大型颚式破碎机相对液压破碎锤和二次爆破的破碎形式，生产效率提高了13.6倍，生产成本降低了73%，改进了以往的作业方式和生产流程，给用户创造了经济效益。随着产业格局调整，中国矿业已步入绿色矿山新常态，矿山机械在未来将朝着大型化、高效环保、低能耗的方向发展，大型矿山设备取代传统中小型设备将成为主流。

参考文献

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[4]郎宝贤，郎世平.参数计算、破碎腔与机构优化设计.破碎机[M]：北京 冶金工业出版社，2008：27-37

[5]郭年琴，郭晟.破碎机动颚有限元分析与测试.颚式破碎机现代设计方法[M]：北京 冶金工业出版社，2012:128

[6]廖汉元，孔建益，钮国徽. 腭式破碎机的主参数.腭式破碎机[M]：机械工业出版社，1998:59