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1、分类号UDC 学位密级论文PYD2200 破碎机产能提升方法研究与实践作 者 姓 名 ：指 导 教 师 ：教授东北大学机械工程与自动化学院申请学位级别：硕士学科专业名称：机械工程论文提交日期： 2008 年 4 月学 科 类 别 ： 专业学位论文答辩日期： 2008 年 6 月学位授予日期：评阅人：年月日答辩委员会主席：东北大学2008 年 7 月A Dissertation in Mechanical Engineering StudyofImprovementandItsApplicationofOverweightType PYD2200ConeCrusher By Lee wenSup
2、ervisor: Professor Yan yunhuiNortheastern UniversityJuly. 2008独创声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。学位论文作者签名：签字日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同
3、意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。（如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意）学位论文作者签名：签字日期：I导师签名：签字日期：东北大学硕士学位论文 摘要 PYD2200 破碎机产能提升方法研究与实践摘要物料的粉碎是国民经济许多部门不可缺少的一种工艺过程。围绕节能这个主题，粉碎工艺界提出“多碎少磨”、“以碎代磨”，即降低破碎产品的粒度，以提高磨机处理能力和降低磨矿能耗的观点，而研究、开发高效节能的破碎机，能够更好地满足“多碎少磨”趋势的要求。破碎机作为破碎工程中的主要设备，也已经越来越多的引起国内有关研究设计单位、使用单位及各行业破碎专家的重视
4、。如何改变原有破碎机设计，采用国外先进破碎机的设计思想，利用国内现有的加工能力，开发生产出新的破碎机，逐步缩小与国外先进破碎设备的差距的工作就显得十分重要。宝钢集团上海梅山矿业有限公司破碎机系统实行闭路破碎，出料粒度为小于14mm，设计年处理铁矿石 250 万吨,从 1970 年投产就使用了 4 台沈阳重型厂生产的PYD2200 圆锥破碎机。这种破碎机从 1970 年开始投入生产后，由于破碎效率较低，随着产量的不断提高，破碎机的故障不断增多，检修工作十分繁重，到 1996 年基本达到一期设计目标时破碎机实际作业率只有 36%，破碎机这时已经成为整个生产系统的瓶颈。从 1997 年起,梅山铁矿开
5、始进行二期扩建，要求选矿系统达到年处理铁矿石 400万吨规模，其中细破碎机系统在厂房上要求维持原状，主要原因是厂地限制厂房没有扩大的余地,就必须要求破碎机作业率达到 60%以上，而生产的现实状况是破碎机频繁的故障、事故，根本无法达到这么高的作业率。因此，对现有破碎机的研究、改造就提到议事日程上来。考虑到梅山选矿特点，由于设现有厂房周围是没有扩建的场地的，另一方面，选用高性能的进口破碎机，初步估算总共要花费超过 2044 万，生产、资金都不允许。所以，就必须要通过对老的圆锥破碎机进行研究、改造，提高圆锥破碎机的生产能力，达到既不扩建厂房、也不动土建基础；既不影响现行的生产，又能满足二期建II东北
6、大学硕士学位论文 摘要 成后年处理 400 万吨铁矿石的要求。在本文中，通过针对梅山选矿使用2200 普通重型圆锥破碎机的结构进行分析以及它在以往的生产过程中暴露的缺陷进行研究，有针对性地对2200 普通型圆锥破碎机进行改造。通过优化普通重型圆锥破碎机主要技术参数，增加机架壁厚，改变碗形瓦架与机架联接方式，改变传动轴联接方式，比较彻底解决了圆锥破碎机在已往的生产中暴露出来的问题。同时,通过对保险系统、锁紧系统进行改造，达到增大破碎力，提高破碎效率的目的，消除了普通重型圆锥破碎机由于保险力、锁紧力不足而造成的生产效率低，设备运行振动大、故障多、检修工作量大的矛盾。改造以后，经过试验证明可以提高破
7、碎机的运行可靠性，降低设备故障率和备件消耗，减少能源消耗，提高破碎效率与处理量,满足了梅山矿业公司二期生产建设的需要，对促进梅山矿业公司的稳步发展和经济效益目标的顺利实现，打造了坚实的基础平台。同时, 由于梅山矿业公司的矿石硬度比较大，难破碎，2200 超重型圆锥破碎机在梅山矿业公司使用成功，说明它具有较好适应性，具有一定的推广价值，也为国内进一步生产和研究超重型圆锥破碎机提供实物资料。同时，2200 超重型圆锥破碎机的改造成功，为国内相关的制造、使用单位对设备共同进行产学研联合攻关提供了经验，可以使他们少花学费，少走弯路。关键词：破碎，圆锥破碎机，超重型，技术改造III东北大学硕士学位论文
8、ABSTRACT Study of Improvement and Its Application ofOverweight Type PYD2200 ConeCrusher AbstractCrushing of material is a necessary technical process for country economy of manydepartments. Many scholars on crushing studying are putting forward new process called “more crushing and few milling” or “
9、crushing instead of milling”, i.e., the granularity ofcrushing production is mainly made by crushing instead of milling to improve the ability and to save its milling energy of milling machine. Studying and developing high efficiencyand energy saving crashing machine will satisfy the demand of “more
10、 crushing and fewmilling”.Since 80s the project of crushing have been an independence subject which isnecessity result of science and technology development. Crusher, as one of main crushingmachine in crushing engineering, has been pain more and more attention by studying、designing department and us
11、ing enterprises. Changing or improving still used crusher byadopting advanced design thought abroad and existing machining ability in the nation is also an important task, which can fast reduce the difference with advanced equipmentabroad and is helpful to develop new crusher. Along with several dec
12、ades, most of crushing enterprises are all taken much count ofthe cone crusher made in our country. But because of lacking larger machine tools it ismore difficult to repair used crusher in crushing workshop. Furthermore, the equipment enterprises are still lacking more efficient sold service. Many
13、problems on used crusher arestill not been solved or improved.It analyses the structure of the conventional type cone crusher and the flaw exposingin the past production, then pointedly transforms the conventional type2200 conecrusher . Several technical improvements for a used cone crusher in our e
14、nterprise havebeen made, including optimization of most technical parameters, increasing the thick offrame, changing the link manner between the frame of bowl bearing and the frame of machine, changing the link manner of transmission shaft, etc . Through the transform ofinsurance and locking system，
15、we can increase the crush power and the crush efficiency,eliminate the conventional type cone crushers flaw of inefficiency resulting from inadequate of insurance and locking systems power and big vibration, much trouble andworking capacity while running. Also some problems found in process have bee
16、nIV东北大学硕士学位论文 ABSTRACT completely solved. Crushing tests and machine running results show that the improved conecrusher can increase the reliability of equipment running, reduce the failure ratio and spareparts of the equipment, and increase the efficiency of crushing and its production ability. It
17、satisfies the second period producing need of the Meishan Mining Company. It canaccelerate development steadily and kilter realize aim of economy to the Meishan Mining Company. Success forimprovement of overweight type2200 cone crusher, it can offer studying and improving experience for making compa
18、ny and using factory in our country,and making them cost few money and time。Because of the hardness and more difficultcrushing of ore in the Meishan Mining Company，it can prove that overweight type2200cone crusher has better adaptability and value of extending. at the same time, it can offermore pra
19、cticality data for producing and studying heavy cone crusher in our country.Key Words: crushing, cone crusher, overweight, technical improvement,V东北大学硕士学位论文 目录 目 录独创声明 . I摘 要 . II第一章 概述 . 11.1 问题的提出及研究的意义 . 11.1.1 问题的提出 . 11.1.2 本项目研究目的及意义 . 11.2 产能提升改造的主要原则 . 31.3 依据产能提升原则进行改造的思路 . 41.4 国外圆锥破碎机技术的发
20、展概况 . 51.5 本课题研究的主要内容 . 8第二章 PYD2200 型破碎机问题分析及对策研究 . 102.1 PYD2200 型圆锥破碎机结构概述 . 102.2 PYD2200 圆锥破碎机的破碎力问题分析 . 132.3 2200 圆锥破碎机存在结构问题分析 . 132.4 提升破碎能力的主要思路 . 142.5 主要技术参数的确定 . 15第三章 2200 型圆锥破碎机超重型结构改进方案 . 273.1 超重型化结构改造总体方案 . 273.2 超重型圆锥破碎机的结构概述 . 283.3 超重型圆锥破碎机机架部的结构设计 . 293.4 超重型圆锥破碎机球面轴承部的结构设计 . 3
21、03.5 超重型圆锥破碎机传动部的结构设计 . 313.6 超重型圆锥破碎机调整套部的结构设计 . 323.7 超重型圆锥破碎机动锥部的结构设计 . 34第四章 超重型破碎机校核与效果分析 . 364.1 PYD2200 圆锥破碎机的破碎力问题分析 . 364.2 破碎力计算与校核 . 364.3 轴强度的校核 . 384.4 破碎机改进后的效果分析 . 40第五章 超重型圆锥破碎机试验研究 . 425.1 试验条件 . 42VI东北大学硕士学位论文 目录 5.2 试验方案的确定 . 425.3 试验结果 . 425.4 试验结果分析 . 44第六章 结论与建议 . 46参考文献 . 48致
22、谢 . 50VII东北大学硕士学位论文 第一章 概述第一章 概述1.1问题的提出及研究的意义1.1.1问题的提出宝钢集团上海梅山矿业有限公司从1970年投产就使用了4台沈阳重型厂生产的PYD2200 圆锥破碎机。梅山铁矿破碎机系统实行闭路破碎，出料粒度为小于 14mm，设计年处理铁矿石 250 万吨。从 1970 年开始生产，由于破碎效率低，随着产量的不断提高，破碎机的故障不断增多，检修工作十分繁重，到 1996 年基本达到一期设计目标时破碎机实际作业率只有 36%，破碎机这时已经成为整个生产系统的瓶颈。从 1997 年起,梅山铁矿开始进行二期扩建，要求选矿系统达到年处理铁矿石 400 万吨规
23、模，其中细破碎机系统要求维持原状，主要原因是厂地限制,厂房没有扩大的余地,就必须要求破碎机作业率达到60%以上，而生产的现实状况是破碎机频繁的故障、事故，根本无法达到这么高的作业率。因此，对现有破碎机的研究、改造就必须尽快提到议事日程上来。1.1.2本项目研究目的及意义碎矿与磨矿是整个选矿厂各项作业的重要组成部分。它们的设备投资额高，耗电量大，维修费用也高，而且碎矿作业的最终产品粒度大小直接影响磨矿效率和选矿成本的高低。如何提高碎矿与磨矿作业的效率和产量，一直是选矿厂降低能耗，降低成本，提高经济效益的重要环节 14。目前，我国现有选矿厂大部分采用三段碎矿作业，少数选矿厂也有用四段或二段碎矿作业
24、。其中，细破碎多半采用闭路碎矿，对于闭路碎矿，细破碎作业的产品粒度由闭路检验筛分控制，一般大于20mm的矿粒再返回细破碎机进行再破碎，直到粒度合格为止。这样做，虽然能满足磨机给矿粒度要求，但却降低了细破碎机的破碎效率，而且还要设置许多条循环皮带运输机，增加了设备和厂房投资以及设备维护费用。特别是遇到雨季，矿石潮湿和粘结，检查筛分效率要降低，造成循环皮带运输机负荷量大和碎矿效率的进一步降低。对于开路碎矿，由于细破碎机产品中仍含有大于20mm粒级1东北大学硕士学位论文 第一章 概述的大粒度矿石，进入磨机后严重降低了磨机的磨矿效率。（一般选矿厂的入磨粒度在20mm 左右） 14。对梅山铁矿二期生产而
25、言，这个问题更加突出。（一）改造的经济性分析一方面，如果对破碎机进行改型，选用高性能的进口破碎机，当时矿山现有的资金难以承受高额的进口费用，一台普通的国产破碎机为140万，一台同样规格进口破碎机（以 HP6800 为例）486 万元，仅此一项，改造 4 台就要花费 1800 万，而且，对设备土建基础和给矿方式都要进行改造，初步估算也要案 100 万元（基础建设 20 万元一台、给矿方式 5 万元一台），总共要花费超过 2044 万，生产、资金都不允许。另一方面，如果对破碎机不进行改造，为满足年处理400万吨铁矿石的要求，就必须增加破碎机的数量，初步计算需要至少增加两台，需要至少280万元，而厂
26、房需要增加至少四跨，需要350万元、同时设备土建基础也要进行扩建，同样也需要将近50 万元，这样一来就要花费至少 680 万元，改造，生产、资金都不允许，而现有厂房周围是没有扩建的场地的。（二）改造的必要性分析以上分析了两种改造方面需要花费的成本，同时考虑到梅山选矿特点，由于设计于二十世纪六十年代年代，而且当初设计生产对象中没有细碎工序，所以目前的细碎厂房是在原有中碎和重选厂房中间的狭长地带增加的，所以现有厂房周围是没有扩建的场地的。所以，当时就必须要通过对老的圆锥破碎机进行研究、改造，提高圆锥破碎机的生产能力，达到既不扩建厂房、也不动土建基础；既不影响现行的生产，又能满足二期建成后年处理40
27、0万吨铁矿石的要求。因此，此项工作对梅山铁矿今后几十年的生产建设都具有十分重要的意义。鉴于上述问题，急需从圆锥破碎机的工作参数和结构参数两方面想办法，改善它的产品粒度组成，实现超过目前细碎效果的目的。目前国内生产、使用的 PYB2200、PYD2200 是标准的重型圆锥破碎机。由于改造以后的2200圆锥破碎机设备外型尺寸与标准型相同，但它的重量比标准的重型圆锥破碎机重，破碎力比标准的重型圆锥破碎机大，生产效率比标准的重型圆锥破碎机大，为了与原来标准的重型圆锥破碎机区分，所以经过改造以后的2200破碎机就称它为2200超重型圆锥破碎机。这对现有开路细碎的选矿厂，可使磨机的磨矿效率提高20%以上；
28、对现有的闭路破碎选矿厂，可以改成开路碎矿，从而取消循环皮带运输机，节省大量维护费和设备投资；对于新建的选矿厂，可以完全按开路碎矿布局，2东北大学硕士学位论文 第一章 概述从而节省大量基建和设备投资费用。1.2产能提升改造的主要原则1.2.1经济性原则我们前面分析了两种改造方面需要花费的成本，第二种改造方法由于考虑到现有细碎厂房周围没有扩建场地的原因，所以实施起来难度很大，就第一种方法来说，采用进口破碎机，也需要花费 1830 万，而我们对国产破碎机的改造主要是结合原有破碎机的更新周期，考虑原有破碎机已经达到报废同时，再同时对设备进行产能提升的技术改造，而且设备基础和给矿方式都可以保持不变，这样
29、一来对破碎机进行改造的花费就相对较低，估计改造后的破碎机比原来破碎机增加费用 30 万元，改造四台总体花费约 120万元，较进口破碎机改造节约 1300 万，比使用国产破碎节约也要达到 560 万元，要体现经济性的原则。表 1.1.项目使用不同设备经济效益分析Tab.1.1 Economical analysis before and after reconstructing序号使用原来破碎机使用进口破碎机使用改造后破碎机每台设备价格需要设备台数改造需要固定土建费用需要一台平均土建费用改造一台需要费用改造四台发生费用140 万6350 万25 万615 万1010 万486 万4025 万51
30、1 万2044 万170 万400170 万680 万1.2.2 结构优化与国外先进经验相结合的原则对于国内生产制造的细碎圆锥破碎机，几十年来，各个使用单位都很重视，由于一般使用单位没有较大的加工设备，即使对圆锥破碎机在使用过程中发现了问题，整改起来比较困难。所以圆锥破碎机的许多问题都没有得到进一步的改善。而国外粉碎工艺界围绕节能这个主题，依据“多碎少磨”、“以碎代磨”，即降低破碎产品的粒度，以提高磨机处理能力和降低磨矿能耗的观点，加强了研究、开发高效节能的细破碎机的力度，已经能够较好地满足多碎少磨趋势的发展要求17，所以我们的产能提升改造3东北大学硕士学位论文 第一章 概述就必须立足于改进自
31、身问题和引进先进国外技术相结合的原则。1.3依据产能提升原则进行改造的思路破碎机作为破碎工程中的主要设备，已经越来越多的引起国内有关研究设计单位、使用单位及各行业破碎专家们的重视。但是，与国外破碎设备的开发研究相比较，国内的现状较为复杂，新旧交错，水平差距较大，大型圆锥破碎机主要是沈重、沈冶的产品，其主导产品仍是按 50 年代图纸组织生产的弹簧式西蒙司圆锥破碎机，其结构陈旧，性能欠佳，调节排矿口不方便，过载保护不可靠，而且破碎物料硬度在 20000N/cm2 以下。目前，国产圆锥破碎机主要存在以下缺陷：1)老式2200圆锥破碎机普遍存在着上部给矿口小，下部平行碎矿区长、动锥每分钟旋摆次数低，产
32、品粒度粗、闭路碎矿时循环负荷量大、生产率低等缺点。有些使用单位为了缩小产品粒度，改变产品粒度组成，减小闭路碎矿循环负载，曾采用了增加平行碎矿区和缩小排矿口尺寸等措施，结果不但没有取得应有的效果，反而出现了“打帮”、“偏磨”等弊病，致使衬板使用寿命下降，功率消耗增加，并严重损伤破碎机某些零部件的寿命，甚至出现断轴、断齿等事故。2)2200 圆锥破碎机原设计保险力为 400 吨，保险缸工作压力 12Mpa。由于保险缸上部套壁太薄，保险缸螺杆下部的卡环无调节作用以及胶管破裂，密封不严等原因，液压油泄漏，保证不了工作压力。3)原设计2200圆锥破碎机调整套和支承套的锁紧，靠安装在支承套内的内锁紧缸锁紧
33、，实际锁紧力不够，破碎机运行过程中振动很大，出现支承套斜面和机架接触内斜面“打铁”现象，斜面上呈现凸包和凹陷状态，对机架和支承套的破坏性很大。4)原设计2200圆锥破碎机的球面轴承架和机架的配合为过盈配合，周向用方键或定位销固定，经过几次拆、装配以后，其过盈配合会变松，由于破碎机在运行中的振动，球面轴承架会在机架内振动，机架的内配合面磨损越来越大，从而引起球面轴承架在机架内晃动，加速球面轴承的磨损，引起动锥“飞车”，设备不能正常运行。5)原设计2200圆锥破碎机传动轴架与机架的联结过度配合加上内止口螺栓固定，破碎机在生产使用过程中，由于受大块矿石、铁块等非正常因素的影响，内止口上的固定螺栓经常
34、会断，而要把断在机架内螺纹牙内的断螺栓起出来就十分困难，经常要把主电机吊开，传动轴架抽出来，才能起出断螺栓来，检修时间长，检修工作量大。4东北大学硕士学位论文 第一章 概述6)原设计2200圆锥破碎机的水封槽与球面轴承架是一体的，动锥在运转过程中，动锥的下口在水槽内运动，水槽内的水面波动很大，形成真空，灰尘被吸进去而进入润滑油内，影响齿轮和轴承的润滑，使破碎机不能正常工作。而目前，国内一些大的破碎机制造企业也想对原有破碎机进行改造，如沈阳有色冶金机械制造公司就曾经单独对国内某铜矿引进的一台大型液压圆锥破碎机进行了测试，并进行消化吸收；北京矿冶研究总院则在实验室对该机的液压系统进行了全面的研究，
35、目的在于将此技术用于国内自行设计制造的圆锥破碎机。这样一来，结合梅山需要和制造企业的共同需要，如何改变原有破碎机设计，采用国外先进破碎机的设计思想，利用国内现有的加工能力，开发生产出新的破碎机，提高梅山选矿破碎机能力成为我们共同和可能的目标。1.4国外圆锥破碎机技术的发展概况破碎机已经有一百多年的使用发展历史，据资料报道，目前世界上每年总共约有3040 亿吨的原矿石（物料）需要经过破碎和粉磨，并消耗钢材近 800 多万吨；因此国外工业发达国家对破碎工程非常重视，欧美等主要国家对破碎理论及破碎设备有专门的研究机构。特别是四、五十年代开始，液压技术被用于破碎设备，由此产生了飞速的发展。进入 80
36、年代后，国外破碎机的主要进展是对破碎机的研制和强化。经过不断的研究、改进，相继推出了很多新型圆锥破碎机，如美国、瑞典、英国、前苏联、法国、芬兰、日本等在 80 年代都推出了具有不同特点的新型圆锥破碎机，使圆锥破碎机的发展向前迈进一大步15。（一）美国的诺德伯格 HP 系列圆锥破碎机具有 70 多年制造圆锥破碎机的经验，诺德伯格 HP 系列圆锥破碎机是在 Symons、Omnicone 圆锥破碎机的基础上发展制造出来的。诺德伯格 HP 系列圆锥破碎机具有以下特点：1)高的生产能力，HP系列圆锥破碎机由于将较高的转速与冲程相结合，从而使HP 系列圆锥破碎机的额定功率和通过能力大大提高。2)高的产品质量，HP 系列圆锥破碎机独特的粒间层压破碎作用使粒级更加均匀，产品形状更整齐。HP 系列圆锥破碎机能够在恒定的排料口下进行生产，避免了由液压油缸支承动锥，在生产过程中上下浮动而引起排料口的变化，而通过转动定锥调整方式，保持了排料口的恒定，提高了整个生产过程的稳定性。此外，过铁保护装置能确5东北大学硕士学位论文
