陳志輝，權(quán) 毅，金會濤

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

隨著科技的快速發(fā)展，對各種礦產(chǎn)資源的需求越來越大，礦業(yè)開發(fā)得到快速發(fā)展。破碎設備是礦業(yè)開發(fā)的重要設備，在破碎工藝流程中，旋回破碎機用于原礦的初級破碎作業(yè)[1]。其作業(yè)工況極為惡劣，由于經(jīng)常帶載啟動，且所處理的礦石大小、性質(zhì)各異，所以負載極不穩(wěn)定，運行中會出現(xiàn)頻繁過載現(xiàn)象[2]，這就要求設備本身應具有良好的自我保護系統(tǒng)[3]，以使設備安全運轉(zhuǎn)，連續(xù)工作。液壓控制技術(shù)具有響應速度快、容易實現(xiàn)過載保護等特點[4]，在破碎機中的應用越來越廣泛。

1 主軸液壓升降技術(shù)

旋回破碎機主要為底部單缸液壓旋回破碎機[5]，工作時，通過對液壓缸的升降控制實現(xiàn)主軸上下位置調(diào)節(jié)，進而調(diào)節(jié)破碎機排料口大小。破碎機主液壓缸的升降控制十分重要，要求調(diào)節(jié)時液壓缸升降靈敏，調(diào)整到位后主液壓缸位置能夠保持穩(wěn)定，從而保持排料口恒定。目前，國內(nèi)外破碎機主軸的升降一般采用液壓閥控制和液壓泵控制 2 種方式。

1.1 液壓閥控制

液壓閥控制回路如圖 1 所示。其控制原理為：液壓泵啟動，電磁換向閥 A 端電磁鐵帶電，液壓油經(jīng)泵輸送到液壓缸，控制液壓缸活塞向上動作，主軸上升；當需要降低主軸時，液壓泵啟動，電磁換向閥 B端電磁鐵帶電，液壓油經(jīng)液壓泵輸送到液控單向閥，控制油口打開液控單向閥，液壓油靠主軸、液壓缸活塞自重從液壓缸返回油箱，控制主軸降低。

圖1 液壓閥控制回路Fig.1 Hydraulic valve controlled circuit

1.2 液壓泵控制

液壓泵控制回路如圖 2 所示。其控制原理為：當電動機帶動液壓泵順時針轉(zhuǎn)動時，液壓油經(jīng)球閥、單向閥 4.2、液壓泵、液控單向閥輸送到液壓缸，控制液壓缸活塞上升；當電動機帶動液壓泵逆時針轉(zhuǎn)動時，油箱中的液壓油經(jīng)球閥、單向閥 4.1、液壓泵輸送到液控單向閥，控制油口打開液控單向閥，液壓缸中的液壓油經(jīng)液控單向閥、液壓泵、溢流閥、過濾器返回油箱，主軸降低，液壓泵控制與液壓閥控制相比，無節(jié)流損失，節(jié)能明顯，結(jié)構(gòu)更加緊湊。其不僅保留正向升起準確的特點，而且反向落下時沖擊?。徊捎寐菁y插裝閥，嵌入式閥塊設計技術(shù)，體積更小，質(zhì)量更輕，對油液不敏感，保壓效果好，能更好適應破碎機粉塵大的工況。

圖2 液壓泵控制回路Fig.2 Hydraulic pump controlled circuit

2 平衡缸動錐跳躍保護技術(shù)

大型旋回破碎機工作過程中，經(jīng)常出現(xiàn)動錐跳躍砸壞位于主軸下部的摩擦盤。在液壓系統(tǒng)中采用平衡缸，有效避免了該現(xiàn)象的發(fā)生。平衡缸結(jié)構(gòu)如圖 4 所示，主要由上端蓋、下端蓋、缸體、柱塞、充氣閥、排氣閥等組成，與活塞式蓄能器類似。

圖4 平衡缸結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of balancing cylinder

平衡缸外觀如圖 5 所示。正常工作時缸內(nèi)油液側(cè)充滿一定壓力的液壓油，氣體側(cè)預充一定壓力的氮氣，當液壓油側(cè)由于主軸跳動瞬間失壓時，氮氣壓力推動活塞將缸內(nèi)液壓油快速排出到主液壓缸，使主液壓缸柱塞向外伸出，防止主軸與液壓缸柱塞支撐部脫離，并在油壓的作用下緩慢落下，避免主軸上竄后回程下落過快而損壞破碎機部件。與活塞式蓄能器不同的是：平衡缸采用中空活塞設計，為缸內(nèi)氮氣形成一個固定容積的腔室。工作過程中，氮氣壓力保持恒定，不會因物料波動而波動，從而不會影響到主軸的位置和排料口的大小。

圖5 平衡缸外觀Fig.5 Appearance of balancing cylinder

3 瞬時過鐵保護技術(shù)

旋回破碎機目前過載保護采用液壓式過載保護系統(tǒng)，當有不可破碎物通過破碎腔時 (即發(fā)生過鐵)，加載液壓缸的壓力升高，控制系統(tǒng)通過壓力傳感器檢測油壓并判斷破碎機是否過載，一旦過載，液壓系統(tǒng)泄壓，加載液壓缸退讓。而當硬質(zhì)物料排出，過載消失后，加載液壓缸又能迅速通過液壓系統(tǒng)恢復到原位置，保證正常的破碎作業(yè)。液壓過載保護原理如圖 6所示。

圖6 液壓過載保護原理Fig.6 Principle of hydraulic overload protection

當有不可破碎物通過破碎腔即發(fā)生過鐵時，負載變大，加載液壓缸油壓升高。壓力傳感器檢測油壓高于壓力保護設定值時，電磁換向閥通電換向。此時插裝閥主閥芯的上腔 C 口經(jīng)過電磁換向閥的 P 口、A 口并通過固定節(jié)流塞后與油箱相通，插裝閥主閥芯上腔C 口壓力油流回油箱，插裝閥主閥芯在 A 口壓力油作用下迅速抬起，A 口與 B 口連通，加載液壓缸壓力油通過 A 口、B 口流向油箱，實現(xiàn)退讓。

圖7 液壓過載保護系統(tǒng)Fig.7 System of hydraulic overload protection

當來料中的硬質(zhì)物得到釋放后，負載變小，加載液壓缸中的油壓隨之減小。壓力傳感器檢測油壓低于壓力設定值時，電控發(fā)出信號使電磁換向閥失電復位，同時啟動液壓泵開始供油。外部液壓油一方面通過 X 口，經(jīng)固定節(jié)流塞Ⅰ、電磁換向閥的 B 口、P 口進入插裝閥主閥芯的上腔 C 口，和復位彈簧 2 一起作用，使插裝閥主閥芯迅速關(guān)閉；另一方面進入加載液壓缸使其從退讓位置復位。當加載液壓缸完全復位，系統(tǒng)壓力恢復工作狀態(tài)的設定值，液壓泵停止運行，加載液壓缸處于保壓工況，設備恢復到正常的擠壓破碎狀態(tài)。

溢流閥的作用與電磁換向閥的作用類似，屬于機械保護。當系統(tǒng)過載，油壓升高，達到溢流閥的壓力設定值，溢流閥打開，插裝閥主閥芯上腔 C 口壓力油通過溢流閥流回油箱，閥芯在 E 口壓力油作用下迅速抬起，實現(xiàn)卸荷保護。

該過載保護系統(tǒng)能在設備遇到過鐵時，自動實現(xiàn)迅速打開、迅速關(guān)閉，在瞬間過載時能迅速做出反應，最大限度保護設備，同時液壓缸能夠迅速復位，使破碎機快速恢復到初始破碎狀態(tài)，保證了設備運行效率。

4 分流調(diào)節(jié)技術(shù)

為保證旋回破碎機的正常運行，其偏心套內(nèi)外潤滑點需得到充分、良好的潤滑。破碎機內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，各個摩擦副的設計間隙各不相同，流經(jīng)偏心套內(nèi)外的潤滑油的壓力損失不僅相差很大，而且各個支路的壓力損失隨溫度、黏度變化而變化。

傳統(tǒng)的潤滑系統(tǒng)一般通過設置節(jié)流閥來進行偏心套內(nèi)外供油流量的分配與調(diào)節(jié)。節(jié)流閥的調(diào)節(jié)精度易受壓差、油溫變化的影響，會導致流量變化較大。為解決這一問題，采用壓差調(diào)節(jié)流量的原理，通過設置各個支路的壓力損失從而實現(xiàn)優(yōu)先潤滑偏心套的目的。壓差調(diào)節(jié)流量原理如圖 8 所示。

圖8 壓差調(diào)節(jié)流量原理Fig.8 Principle of flow control by differential pressure

圖9 壓差調(diào)節(jié)裝置Fig.9 Device of flow control by differential pressure

在各種流量調(diào)節(jié)形式中，“節(jié)流”屬最常見、最有效的一種方案。對于節(jié)流口來說，其流量

式中：K為節(jié)流系數(shù)，由節(jié)流口形狀、流體流態(tài)、流體性質(zhì)等因素決定；A為節(jié)流口通流面積；ΔP為節(jié)流口前、后壓差；m為由節(jié)流口形狀和結(jié)構(gòu)決定的指數(shù)，0.5≤m≤1。

壓差調(diào)節(jié)裝置采用定差減壓閥+固定節(jié)流塞方案。該方案是將節(jié)流口大小固定，通過調(diào)節(jié)固定節(jié)流塞進出口壓差來達到調(diào)節(jié)流量的目的。當節(jié)流口通流面積一定時，流量隨 ΔP值的變化而變化。調(diào)節(jié)中通過觀察 B 路中流量計 4.2 的數(shù)值，可較為準確的提供B 路潤滑油的流量。實踐證明：在破碎機惡劣的工況中，此流量調(diào)節(jié)穩(wěn)定性優(yōu)于節(jié)流閥調(diào)節(jié)，不僅確保了偏心套內(nèi)支路得到優(yōu)先潤滑，而且偏心套內(nèi)外 2 條支路均可得到合理的流量分配，達到充分潤滑的目的，使得破碎機整體運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟性均有較大提高。

5 結(jié)語

隨著礦山資源整合、企業(yè)規(guī)模的擴大和生產(chǎn)能力的提高，旋回破碎機逐漸向大型化發(fā)展，要求設備的自動化、智能化程度越來越高。液壓控制技術(shù)在控制方式上的靈活性和便捷性，在旋回破碎機中的應用越來越廣泛。隨著技術(shù)的深入發(fā)展，液壓控制技術(shù)可以和智能控制技術(shù)、計算機控制技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來，有效推動旋回破碎機的機電液一體化和智能化的技術(shù)進步。