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【摘 要】圆锥破碎机时最近几年研制出的一种大功率、大破碎比率、高生产效率的液压式破碎机。圆锥破碎机是在各种国际先进水平的破碎机基础上研制而成的。它与传统的破碎机设计结构完全不同，并且集中各类破碎机的优点，适合用于细碎和超细碎的作业。本文主要通过对圆锥破碎机工作机理进行分析研究。
【关键词】圆锥破碎机;工作机理;生产能力优化;研究
前言
随着我国工业生产水平的不断提高与经济发展的不断迅速，颚式破碎机、圆锥破碎机等各种破碎机械设备在化工、建筑、冶金等诸多领域得到了广泛的应用，并在其中发挥着巨大的作用。传统的圆锥破碎机生产能力已难以满足现代高质量、高效率的生产要求与标准。因此，为提高圆锥破碎机工作效能，提高其生产能力，就必须对其生产能力进行优化设计。而这一目标的实现，还需要技术人员首先对圆锥破碎机的工作原理进行了解与分析，对影响其生产能力的各项因素进行全面分析，以确保优化设计方案制定的科学合理。与此同时，人们对破碎机的生产能力提出了更高的要求，为保证破碎机的生产能力能够适应与满足时代发展需要和人们生产需要，本文以圆锥破碎机为研究对象，对其基本工作原理及生产能力的影响因素进行了详细深入的分析，并对其生产能力的优化设计进行了一定的探讨。
1圆锥破碎机的工作机理
通常圆锥破碎机主要由机架、动锥、偏心轴、轴承等构件组成，其基本工作原理大致如下：由定锥和动锥所组成的圆锥破在破碎机工作时，电动机发电驱动水平轴进行旋转，并带动偏心轴运动，进而使动锥作圆锥形旋转运动。在这一运动过程中，动锥会不间断的接近或远离定锥，从而使圆锥破内腔中的物料受到冲击与挤压而产生破碎。然后通过传动装置将破碎后的物料传送至破碎腔中向下排出。与此同时，圆锥破偏心轴套会带动动锥下方的下腔套运动，而固定在主轴上的上腔会随着下腔的运动而运动，进而带动主轴转动，主轴转动又会进一步使偏心套转动。这一环节动锥既作自转运动又作围绕破碎机中线旋转运动。运动形成的球面中心是整个破碎机中线与破碎锥轴线的交点，而两者之间的夹角即为进动角，这说明动锥运动可以视为定点旋转运动，即破碎腔内的物料在轧臼壁不断的挤压作用下而被破碎。
2圆锥破碎机生产能力的影响因素
根据以往大量的实践研究发现，影响圆锥破碎机生产能力的主要因素包括进动角、破碎锥底角、动锥转速、物料的强度、形状等物理特性、破碎机进、出料情况、破碎腔腔型等。不同型号、不同生产商所生产的圆锥破碎机结构存在一定差异，而各项参数范围也存在一定的差异，这就使得不同型号、不同参数范围给圆锥破碎机生产能力产生的影响也不尽相同。例如，PYHD5C型号国产圆锥破碎机的进动角角度范围应在1°到2°之间，如果在实际破碎工作中，该角度设置过小或过大都会大大降低圆锥破碎机的生产效率。
3圆锥破碎机生产能力的优化设计
3.1建立实体仿真模型
圆锥破碎机实体仿真模型的建立包括物料模型、动锥模型和定锥模型。根据圆锥破碎机动锥、定锥及物料运动的受力情况及其工作原理分析，本文决定采用ANSYS Workbench软件来对这三种仿真模型进行构建，具体利用到的是该软件提供的显式动力模块、Rigid Dynamic模块和优化模块。通过物料、动锥、定锥仿真模型的建立与优化，可以使圆锥破碎机的整体几何实体模型结构得到相应的简化，模型性能和仿真模型运算速率得到一定程度的提升，减少仿真运算过程中错误发生的可能性。
以PYHD5C型号、破碎锥底角为40°、圆锥破进动角为2°的圆锥破碎机为对象，首先建立物料仿真模型。物料是圆锥破碎机工作的主要对象，为便于研究和简化计算，本文选择形状规则的物料利用ANSYS Workbench软件构建出其三维立体模型。动锥仿真模型的建立。动锥是圆锥破碎机最为关键的构件之一，其仿真模型的建立既可以用ANSYS软件实现，也可以用Mat Lab等软件来实现。而定锥仿真模型的建立也可以用三维建模法来实现。当这三种模型全部建立好之后，导入ANSYS Workbench工作平台，采用不同的函数模块分别对其进行分析与研究，以检测模型建立的有效性。
3.2优化模型参数仿真设计
经过几十年的发展，我国圆锥破碎机各部位零部件参数及其运行参数已建立出了一套属于自己的相对规范的体系，该体系中将圆锥破碎机的进动角、动锥底角、偏心距、破碎机直径、排料口的摆动行程等全部囊括在内，给我国后续圆锥破碎机的研发、改进、优化设计与创新提供了重要的依据和参考，具有重要的指导价值。根据上文对圆锥破碎机生产能力的影响因素分析可知，要想圆锥破碎机模型参数及其运行参数的设计得到有效的优化，就需要从这些影响因素入手，合理设置破碎锥底角、进动角、破碎锥偏心套转速等结构参数，并将各个参数的边界值作为约束条件，如破碎机破碎锥底角范围為40°与50°之间，偏心套旋转与摆动速度范围在200到700r/min之间等。同时，基于一定量间距变化原理，对破碎锥底角、进动角、偏心套转速等参数分别取多个值，然后在不同圆锥破碎机结构参数下，对各个参数的变化范围对圆锥破碎机生产能力产生的影响进行仔细分析。对国产圆锥破碎机的各项结构参数利用ANSYS Workbench软件的优化模块进行优化处理，处理后各项参数值均有一定程度的增大。将这些参数作为输入参数输入到相应的优化函数中，而生产率既作为目标函数的输入参数，也是优化函数的输出值，基于这一特点，本文采用二次规划算法对优化处理后的圆锥破碎机生产率进行求解，结果显示与优化前相比，其生产率有显著上升趋势。这说明该圆锥破碎机进行优化后，生产能力确实得到了一定程度的提升。
4总结
虽然影响圆锥破碎机生产能力的因素众多，但只要全体技术工作人员对其工作原理与影响因素全面深刻理解与掌握，并借助先进建模方法与工具对圆锥破碎机的动锥、定锥等关键部件仿真模型进行科学合理的设计，相信其生产能力必定会有所提高。总之，圆锥破碎机作为现代化生产作业中不可缺少的一项重要机械设备，其生产能力的优化设计对推动我国社会经济发展具有重要的意义。
参考文献：
[1]岳双杰.圆锥破碎机挤压破碎力建模及性能仿真分析研究[D].上海交通大学，2012.
[2]程钧.破碎机破碎腔形结构的计算机模拟与仿真[D].东北大学，2011.
[3]陈杰璋.圆锥破碎机单体物料破碎有限元分析及转子体的模态研究[D].辽宁科技大学，2013.
（作者单位：山东黄金矿业股份有限公司新城金矿）
【关键词】圆锥破碎机;工作机理;生产能力优化;研究
前言
随着我国工业生产水平的不断提高与经济发展的不断迅速，颚式破碎机、圆锥破碎机等各种破碎机械设备在化工、建筑、冶金等诸多领域得到了广泛的应用，并在其中发挥着巨大的作用。传统的圆锥破碎机生产能力已难以满足现代高质量、高效率的生产要求与标准。因此，为提高圆锥破碎机工作效能，提高其生产能力，就必须对其生产能力进行优化设计。而这一目标的实现，还需要技术人员首先对圆锥破碎机的工作原理进行了解与分析，对影响其生产能力的各项因素进行全面分析，以确保优化设计方案制定的科学合理。与此同时，人们对破碎机的生产能力提出了更高的要求，为保证破碎机的生产能力能够适应与满足时代发展需要和人们生产需要，本文以圆锥破碎机为研究对象，对其基本工作原理及生产能力的影响因素进行了详细深入的分析，并对其生产能力的优化设计进行了一定的探讨。
1圆锥破碎机的工作机理
通常圆锥破碎机主要由机架、动锥、偏心轴、轴承等构件组成，其基本工作原理大致如下：由定锥和动锥所组成的圆锥破在破碎机工作时，电动机发电驱动水平轴进行旋转，并带动偏心轴运动，进而使动锥作圆锥形旋转运动。在这一运动过程中，动锥会不间断的接近或远离定锥，从而使圆锥破内腔中的物料受到冲击与挤压而产生破碎。然后通过传动装置将破碎后的物料传送至破碎腔中向下排出。与此同时，圆锥破偏心轴套会带动动锥下方的下腔套运动，而固定在主轴上的上腔会随着下腔的运动而运动，进而带动主轴转动，主轴转动又会进一步使偏心套转动。这一环节动锥既作自转运动又作围绕破碎机中线旋转运动。运动形成的球面中心是整个破碎机中线与破碎锥轴线的交点，而两者之间的夹角即为进动角，这说明动锥运动可以视为定点旋转运动，即破碎腔内的物料在轧臼壁不断的挤压作用下而被破碎。
2圆锥破碎机生产能力的影响因素
根据以往大量的实践研究发现，影响圆锥破碎机生产能力的主要因素包括进动角、破碎锥底角、动锥转速、物料的强度、形状等物理特性、破碎机进、出料情况、破碎腔腔型等。不同型号、不同生产商所生产的圆锥破碎机结构存在一定差异，而各项参数范围也存在一定的差异，这就使得不同型号、不同参数范围给圆锥破碎机生产能力产生的影响也不尽相同。例如，PYHD5C型号国产圆锥破碎机的进动角角度范围应在1°到2°之间，如果在实际破碎工作中，该角度设置过小或过大都会大大降低圆锥破碎机的生产效率。
3圆锥破碎机生产能力的优化设计
3.1建立实体仿真模型
圆锥破碎机实体仿真模型的建立包括物料模型、动锥模型和定锥模型。根据圆锥破碎机动锥、定锥及物料运动的受力情况及其工作原理分析，本文决定采用ANSYS Workbench软件来对这三种仿真模型进行构建，具体利用到的是该软件提供的显式动力模块、Rigid Dynamic模块和优化模块。通过物料、动锥、定锥仿真模型的建立与优化，可以使圆锥破碎机的整体几何实体模型结构得到相应的简化，模型性能和仿真模型运算速率得到一定程度的提升，减少仿真运算过程中错误发生的可能性。
以PYHD5C型号、破碎锥底角为40°、圆锥破进动角为2°的圆锥破碎机为对象，首先建立物料仿真模型。物料是圆锥破碎机工作的主要对象，为便于研究和简化计算，本文选择形状规则的物料利用ANSYS Workbench软件构建出其三维立体模型。动锥仿真模型的建立。动锥是圆锥破碎机最为关键的构件之一，其仿真模型的建立既可以用ANSYS软件实现，也可以用Mat Lab等软件来实现。而定锥仿真模型的建立也可以用三维建模法来实现。当这三种模型全部建立好之后，导入ANSYS Workbench工作平台，采用不同的函数模块分别对其进行分析与研究，以检测模型建立的有效性。
3.2优化模型参数仿真设计
经过几十年的发展，我国圆锥破碎机各部位零部件参数及其运行参数已建立出了一套属于自己的相对规范的体系，该体系中将圆锥破碎机的进动角、动锥底角、偏心距、破碎机直径、排料口的摆动行程等全部囊括在内，给我国后续圆锥破碎机的研发、改进、优化设计与创新提供了重要的依据和参考，具有重要的指导价值。根据上文对圆锥破碎机生产能力的影响因素分析可知，要想圆锥破碎机模型参数及其运行参数的设计得到有效的优化，就需要从这些影响因素入手，合理设置破碎锥底角、进动角、破碎锥偏心套转速等结构参数，并将各个参数的边界值作为约束条件，如破碎机破碎锥底角范围為40°与50°之间，偏心套旋转与摆动速度范围在200到700r/min之间等。同时，基于一定量间距变化原理，对破碎锥底角、进动角、偏心套转速等参数分别取多个值，然后在不同圆锥破碎机结构参数下，对各个参数的变化范围对圆锥破碎机生产能力产生的影响进行仔细分析。对国产圆锥破碎机的各项结构参数利用ANSYS Workbench软件的优化模块进行优化处理，处理后各项参数值均有一定程度的增大。将这些参数作为输入参数输入到相应的优化函数中，而生产率既作为目标函数的输入参数，也是优化函数的输出值，基于这一特点，本文采用二次规划算法对优化处理后的圆锥破碎机生产率进行求解，结果显示与优化前相比，其生产率有显著上升趋势。这说明该圆锥破碎机进行优化后，生产能力确实得到了一定程度的提升。
4总结
虽然影响圆锥破碎机生产能力的因素众多，但只要全体技术工作人员对其工作原理与影响因素全面深刻理解与掌握，并借助先进建模方法与工具对圆锥破碎机的动锥、定锥等关键部件仿真模型进行科学合理的设计，相信其生产能力必定会有所提高。总之，圆锥破碎机作为现代化生产作业中不可缺少的一项重要机械设备，其生产能力的优化设计对推动我国社会经济发展具有重要的意义。
参考文献：
[1]岳双杰.圆锥破碎机挤压破碎力建模及性能仿真分析研究[D].上海交通大学，2012.
[2]程钧.破碎机破碎腔形结构的计算机模拟与仿真[D].东北大学，2011.
[3]陈杰璋.圆锥破碎机单体物料破碎有限元分析及转子体的模态研究[D].辽宁科技大学，2013.
（作者单位：山东黄金矿业股份有限公司新城金矿）