圆锥破碎机是散体物料破碎工艺流程中不可或缺的关键设备之一,广泛应用于矿山行业、建筑行业、化工行业及冶金行业等核心支柱行业中。然而,由于缺乏对圆锥破碎机性能的深入研究,圆锥破碎机设计往往过于追求单一指标,使现有圆锥破碎机设备无法兼顾破碎性能、破碎产品质量及破碎腔衬板耗损等诸多要求,导致圆锥破碎机综合性能较低,无法为设备使用单位创造更多经济效益。因此,通过研究圆锥破碎机破碎腔内散体物料运动特性、散体物料层压破碎行为机理及破碎腔衬板磨损规律,建立圆锥破碎机生产率、破碎产品粒度分布与粒形质量及破碎腔衬板恒定磨损特性的圆锥破碎机性能多目标规划模型,为研制开发具有自主知识产权的高能、层压、恒定磨损特性的新型圆锥破碎机奠定理论基础,具有重要的理论意义与实用价值。通过分析圆锥破碎机动锥衬板运动特性,探究了动锥衬板既绕圆锥破碎机中心轴旋摆运动又绕其自身中心轴自转运动对破碎腔内散体物料下落行为的影响,研究了考虑动锥衬板复合运动的圆锥破碎机散体物料运动特性,进而分析了圆锥破碎机阻塞层散体物料下落与上拱运动特性,建立了更为准确的圆锥破碎机生产率模型,可对具有不同结构参数与工艺参数的圆锥破碎机生产率进行预测,为提高圆锥破碎机破碎性能提供理论支持。为精确描述散体物料层压破碎行为,采用散体物料层压破碎模拟试验对圆锥破碎机破碎腔内散体物料层压破碎行为进行研究,引入了粒度相对系数用于描述不同粒度散体物料破碎行为的差异性,提出了粒形转化函数用于表征散体物料层压破碎过程中立方状与针片状散体物料的粒形转化行为,建立了散体物料双粒形循环层压破碎操作模型,并对圆锥破碎机破碎腔内散体物料动态破碎过程进行数值模拟及破碎产品粒度分布与粒形质量进行预测,为改善圆锥破碎机破碎产品质量提供理论基础。通过散体物料层压破碎压力模拟试验,研究了圆锥破碎机破碎腔内散体物料破碎压力特性,分析了圆锥破碎机破碎腔衬板表面破碎压力分布规律,建立了圆锥破碎机破碎腔衬板磨损模型,并基于该模型提出了圆锥破碎机破碎腔衬板恒定磨损设计准则,可降低由于破碎腔衬板磨损变形对圆锥破碎机破碎产品质量的影响,为延长圆锥破碎机破碎腔衬板使用寿命提供理论支持。基于圆锥破碎机生产率模型、散体物料双粒形循环层压破碎操作模型及破碎腔衬板恒定磨损设计准则建立了圆锥破碎机性能多目标规划模型,根据圆锥破碎机结构参数与工艺参数确定了设计变量与约束条件,采用序列二次规划法对多目标规划模型进行求解,从而获得了集高能、层压、恒定磨损特性的圆锥破碎机破碎腔结构参数与工艺参数。基于以上研究内容对唐山某矿业公司某型号圆锥破碎机性能进行优化,将新型圆锥破碎机破碎腔衬板与工艺参数上线运行,测得优化后圆锥破碎机生产率提高了16.9%,取得了良好的工业效果。