高曉國 張嘉譽 胥和平

摘要：針對美卓HP800圓錐破碎機常見故障進行了全面、深入的研究，包括機械、液壓和電控系統(tǒng)的故障類型，并依據(jù)多學科理論如軸承學、流體力學和電子工程，結合實際操作經(jīng)驗，提出了一系列具有針對性和高實用性的解決方案。這些措施有效減少了設備的停機時間，顯著提高了整體系統(tǒng)的可靠性和效率，為設備生產(chǎn)的穩(wěn)定性提供了科學依據(jù)，有助于推動相關企業(yè)和技術人員在設備管理和維護方面達到更高的工作水平，對礦山設備管理和維護實踐具有重要參考價值。

關鍵詞：圓錐破碎機；機械故障；液壓系統(tǒng)；電控系統(tǒng)；故障診斷

中圖分類號：TD451文章編號：1001-1277（2024）04-0021-04

文獻標志碼：Adoi：10.11792/hj20240406

引 言

露天黃金礦山開采是一項高度復雜、技術密集的工程活動，其中，礦山破碎系統(tǒng)對其所涉及的各種機械設備有著嚴格的性能和可靠性要求［1］。為滿足這些高標準，礦山破碎系統(tǒng)通常選用性能優(yōu)異、操作可靠的設備。美卓（Metso）HP800圓錐破碎機由于其先進的設計和高效的運行性能，成為該應用場景的首選［2］。

內蒙古太平礦業(yè)有限公司位于內蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特中旗新忽熱蘇木東北11 km處，是中國西北部最大的低品位黃金露天開采礦山企業(yè)。二期生產(chǎn)系統(tǒng)于2013年9月投產(chǎn)，設計能力為日處理礦石4.5萬t，礦石平均品位0.55 g/t，年產(chǎn)黃金4.6 t。主要破碎礦石屬蝕變巖型，礦石中金主要賦存于硫化礦物和石英-硫化礦物細脈中，主要由變質程度較低的板巖、千枚巖、千枚狀片巖、片巖等淺變質巖組成；脈石礦物主要為絹云母、石英、綠泥石、鈉長石及碳酸鹽類礦物。二期破碎系統(tǒng)為三段一閉路流程，破碎設備主要包括：粗碎設備1臺，采用德國蒂森克虜伯礦機生產(chǎn)的旋回破碎機KB54-75；中碎設備2臺、細碎設備5臺，采用芬蘭美卓礦機生產(chǎn)的HP800圓錐破碎機。與所有高性能機械設備一樣，美卓HP800圓錐破碎機在長時間、高負荷運行中會出現(xiàn)故障，如啟動無反應、動錐運行不平穩(wěn)、破碎腔襯板裂、潤滑系統(tǒng)不正常、偏心銅套溫度過高、電動機運轉異常、液壓泵損壞、液壓閥失靈等，不僅降低生產(chǎn)效率，還可能造成巨大經(jīng)濟損失［3］。因此，對這些故障進行深入、全面的分析，并提出有效可行的解決方案，具有重要的工程和經(jīng)濟意義。本文旨在對美卓HP800圓錐破碎機在礦山破碎系統(tǒng)應用中出現(xiàn)的常見故障進行深入的理論和實證分析，進而提出科學、系統(tǒng)的解決方案，對礦山設備管理和維護實踐具有重要參考價值。

1 美卓HP800圓錐破碎機

美卓HP800圓錐破碎機是一款精密、高效、可靠的破碎設備，廣泛應用于露天黃金礦山等高強度、長周期、高效率的工作環(huán)境［4］。

1.1 設備結構

1）外殼結構。外殼結構是該設備的骨架，通常由高強度的鑄鐵或鋼制成。該部分的設計充分考慮了材料力學性能，以保證在高負荷、高強度的破碎過程中，整體結構不會產(chǎn)生疲勞斷裂或塑性變形。特殊的耐磨處理則進一步提高了其耐腐蝕性和耐磨損性。

2）主軸與偏心套。主軸與偏心套是該設備的核心部分，由特殊合金鋼制成，可承受極高的機械負荷。特殊合金鋼經(jīng)高精度的熱處理和機械處理，具有優(yōu)異的耐磨損性和抗疲勞性，能在持續(xù)高速旋轉和高負荷狀態(tài)下保持穩(wěn)定。

3）破碎腔。破碎腔由固定錐和動錐組成，二者之間的相對運動實現(xiàn)了物料破碎。破碎腔的設計充分考慮了流體力學和顆粒物料力學，以確保對各種物料都能實現(xiàn)高效、低能耗破碎。

4）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)主要用于調整破碎腔開口大小，以及提供物料破碎所需力量。該系統(tǒng)采用高精度液壓元件和先進的控制算法，確保在復雜工作條件下能快速、準確地響應操作需求。

5）傳動系統(tǒng)。傳動系統(tǒng)采用蛇形環(huán)聯(lián)軸器和先進的齒輪傳動裝置。蛇形環(huán)聯(lián)軸器能有效緩解機器啟動時產(chǎn)生的沖擊負荷，提高傳動效率；齒輪傳動裝置采用高精度、高硬度的齒輪和軸承，以實現(xiàn)設備的長壽命和高可靠性。

6）電控系統(tǒng)。電控系統(tǒng)通過各種傳感器和控制單元實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控和調整，采用高度集成的微處理器和先進的數(shù)據(jù)分析算法，實時診斷設備健康狀況，預警潛在故障，并進行自我調整和優(yōu)化。

2024年第4期/第45卷礦業(yè)工程礦業(yè)工程黃 金

美卓HP800圓錐破碎機結構示意圖見圖1。

1.2 工作原理

美卓HP800圓錐破碎機工作原理主要是利用動錐和固定錐之間的相對運動來完成物料的破碎過程［5］，該過程涉及多物理場的綜合作用，包括流體力學及顆粒物料力學等。

1）動態(tài)壓縮。當物料進入破碎腔后，由于錐形破碎面的旋轉，物料被均勻分布在破碎腔內。動錐旋轉速度和固定錐幾何形狀都經(jīng)過精心設計，以形成一個高壓區(qū)，使得物料在這一區(qū)域內受到強烈的壓縮力。這種壓縮力不僅沿物料的徑向作用，而且還有軸向分量，從而確保物料能在多方向上得到有效壓縮。

2）沖擊破碎。在動錐和固定錐相對運動過程中，物料也會受到強烈的撞擊力。這種撞擊力來源于動錐的旋轉和物料自身重力。當這兩種力達到一定閾值時，物料內部結構被破壞，從而達到破碎的目的。

3）彎曲破碎。除壓縮和沖擊外，物料在破碎腔內還會經(jīng)歷彎曲過程。這是因為破碎腔開口大小和形狀可調，液壓系統(tǒng)通過精確控制破碎腔幾何參數(shù)，使物料在通過破碎腔時不僅受到壓縮和沖擊，還會經(jīng)歷一定程度的彎曲，進一步提高了破碎效率。

4）粒度調控。液壓系統(tǒng)還負責調整破碎腔開口大小，不同物料硬度和韌性不同，通過液壓系統(tǒng)的精確控制，設備能夠適應多種物料條件，實現(xiàn)不同粒度的破碎輸出。

5）多物理場耦合。上述所有破碎原理都不是獨立存在的，而是在多物理場相互作用和耦合下完成的，包括力學場與流體力學場的耦合、物料顆粒與設備壁面的相互作用等，都需要通過高度復雜的計算和模擬來進行優(yōu)化設計。

2 美卓HP800圓錐破碎機常見故障

2.1 故障分類

美卓HP800圓錐破碎機在操作過程中會發(fā)生不同類型的故障，通常可分為下述幾個主要類別。

2.1.1 機械故障

主軸承損壞是機器運行過程中的常見故障，表現(xiàn)為主軸轉動不靈活或產(chǎn)生異常聲音，一般是承載能力下降或潤滑不足引起的，主軸承作為設備核心組件，一旦出現(xiàn)問題將嚴重影響破碎機工作效率和運行穩(wěn)定性［6］。傳動帶磨損或斷裂問題，以及破碎腔內部件如分料盤、襯板等的損壞問題同樣不容忽視。在生產(chǎn)過程中，上述問題通常會導致生產(chǎn)中斷，進而帶來不必要的經(jīng)濟損失［7-8］，且長時間的高負荷運行會加速這些關鍵部件的損耗，進一步影響生產(chǎn)效率。

2.1.2 液壓系統(tǒng)故障

不適宜的液壓油溫將對液壓系統(tǒng)性能產(chǎn)生負面影響，油溫過高或過低會導致冷卻系統(tǒng)發(fā)生失效或油質問題，威脅整體設備運行穩(wěn)定性；液壓泵本身機械故障或油路堵塞會引起液壓泵動力不足，使液壓系統(tǒng)無法維持穩(wěn)定工作壓力，影響機器正常工作［9］；由于密封件損壞或安裝不當造成的油缸泄漏會導致液壓系統(tǒng)壓力不穩(wěn)，持續(xù)的泄漏還會導致液壓油量減少，影響液壓系統(tǒng)性能。

2.1.3 電控系統(tǒng)故障

破碎機運行過程中，電控系統(tǒng)起到至關重要的作用，該系統(tǒng)故障對破碎機整體操作影響較大［10］。傳感器失效會導致錯誤數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)，不僅影響系統(tǒng)的自動決策，還可能導致設備運行不穩(wěn)定；電源不穩(wěn)問題多數(shù)由電網(wǎng)波動或設備電源模塊損壞導致，電源不穩(wěn)會讓控制系統(tǒng)失效，或觸發(fā)設備的安全保護機制，從而導致生產(chǎn)中斷。

2.1.4 其他故障

破碎機運行過程中，除了需要關注機械、液壓及電控系統(tǒng)等故障外，還需要注意其他故障。例如：長時間過載運行可能會導致破碎機發(fā)熱和振動增強，不僅加速了設備整體磨損，還有可能觸發(fā)設備的故障保護機制，嚴重可導致生產(chǎn)暫停；物料的濕度、硬度和粒度也需要嚴格控制，不合格的物料不僅降低了設備的工作效率和產(chǎn)品質量，還可能引發(fā)其他類型故障。

破碎機高效、穩(wěn)定運行不是依賴于單一的組件或系統(tǒng)，而是多因素相互作用的結果，這就要求設備維護人員在日常維護中應用多角度、多層次的管理和維護策略。

2.2 故障原因分析

2.2.1 機械故障原因分析

在分析破碎機機械故障原因時，需要注意多個關鍵因素。①材料疲勞。長時間高負荷條件下運行可能會引起材料的微觀結構改變，從而降低其性能，通過分析材料的疲勞曲線，能更準確地預測部件失效可能性。②設計缺陷。機械部件尺寸不精確或設計不合理，將增加部件間的摩擦和磨損，可以通過精度工程和公差分析對設計缺陷進行量化和改進。③維護不當。缺乏定期檢查和更換磨損部件，會加速設備磨損和老化，利用維修工程和可靠性工程原理可以建立有效的維護周期和故障預測模型。

2.2.2 液壓系統(tǒng)故障原因分析

液壓系統(tǒng)故障原因分析涉及多個復雜的因素，其中，液壓油質量、油路阻塞和液壓泵磨損或老化是3個主要方面。

①液壓油質量。液壓油質量不合格不僅會加速系統(tǒng)內各部件的磨損，還會導致油溫異常，流體力學和熱力學理論提供了用于分析油質如何影響液壓系統(tǒng)性能的方法。②油路阻塞。油路阻塞會導致液壓系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，從而影響整個液壓系統(tǒng)的性能。通過應用流體力學中的阻力模型可以精確地設計和診斷油路，以避免或減少阻塞帶來的問題。③液壓泵磨損或老化。液壓泵磨損或老化會直接影響液壓系統(tǒng)的壓力表現(xiàn)，性能曲線和壽命分析是評估液壓系統(tǒng)可靠性的關鍵工具，通過了解液壓泵的工作狀態(tài)，可以預測或診斷其潛在故障。

2.2.3 電控系統(tǒng)故障原因分析

電路元件老化或損壞和軟件問題是電控系統(tǒng)故障2個主要考量點。

①電路元件老化或損壞。電路元件老化或損壞會引發(fā)數(shù)據(jù)傳輸異常、傳感器失效等一系列問題，電子工程的信號處理和元件失效分析方法提供了診斷途徑，可幫助設備維護人員更準確地確定問題所在。②軟件問題。不精確的控制算法或軟件漏洞會直接影響整個電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，可利用控制理論和軟件工程原則，優(yōu)化和調試控制算法，提升電控系統(tǒng)性能。

2.2.4 其他故障原因分析

為防止因過載運行或使用不合格物料導致設備損壞和工作效率明顯下降等問題，人因工程和操作規(guī)程標準化提供了一套全面的解決方案和預防措施。環(huán)境因素，如高溫、高濕和粉塵等，也會對機械、液壓和電控系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，針對這一點，環(huán)境工程和設備適應性分析提供了具體的應對策略和改善建議。

3 預防措施與處理方法

3.1 預防措施

3.1.1 機械故障預防

根據(jù)設備使用周期和負荷情況制訂詳細維護計劃，對主軸、傳動帶、破碎腔內部件等進行定期檢查和更換，可基于可靠性工程和維修工程原理，進一步采用統(tǒng)計建模技術，預測設備可能的故障時間和維護周期；在部件制造階段，利用CAD/CAM技術及精度工程和公差分析方法，確保所有部件按照工程圖紙和規(guī)范進行精確制造和裝配；基于材料科學的疲勞分析和耐磨性評估，選用經(jīng)過特殊處理或合金改性的高質量材料，如耐磨、耐疲勞合金，以延長設備使用壽命。

3.1.2 液壓系統(tǒng)故障預防

基于流體力學和熱力學理論，定期采集液壓油樣本，通過檢測黏度、酸度及水分等，評估液壓油質量，深入了解液壓油質量對系統(tǒng)整體效率和壽命的影響；應用流體動力學原理，對油路的流速和阻塞進行模擬分析，對油路進行定期清洗和維護，確保無雜質和堵塞；基于機械設計和維護工程原則，對液壓泵和油缸的密封、軸承等定期進行檢查和必要的更換或維修，以預估液壓泵和油缸的使用壽命和維護周期。

3.1.3 電控系統(tǒng)故障預防

基于傳感器工程和信號處理的先進理論，通過專業(yè)校準設備和軟件，不定期進行傳感器精確校準，確保其性能參數(shù)達到最優(yōu)狀態(tài)；為確保電控系統(tǒng)得到穩(wěn)定的電源供應，基于電氣工程的電源管理原則和穩(wěn)態(tài)分析，安裝電源穩(wěn)定設備，如不間斷電源（UPS）或電源穩(wěn)壓器。

3.2 故障處理方法

依據(jù)深入的理論分析和多年實際操作經(jīng)驗，提出故障處理方案，以提供針對性強、實用性高的故障處理方法。

3.2.1 機械故障處理

一旦出現(xiàn)機械故障，如主軸承損壞等，應立即停機進行詳細檢查并更換新的主軸承，這一步驟可依據(jù)軸承學和摩擦學原理，使用故障診斷技術進行問題分析，以確定更換合適類型和規(guī)格的軸承；處理傳動帶斷裂操作程序為：立即停機、斷開電源、更換新傳動帶，對拉力和張力進行調整，同時檢查其他相關部件，以確定是否存在磨損或損壞。

3.2.2 液壓系統(tǒng)故障處理

如發(fā)現(xiàn)液壓油溫異常，應立即停機，并檢查液壓油質量和冷卻系統(tǒng)狀態(tài)，依據(jù)流體力學和熱交換原理，準確分析液壓油溫度異常的根本原因，并制訂相應處理方案；液壓泵發(fā)生故障情況下，應立即進行檢修或更換，同時檢查液壓油和管路的狀態(tài)，并依據(jù)液壓傳動和泵的工作原理，進行故障診斷和性能分析，確定最佳修復方案。

3.2.3 電控系統(tǒng)故障處理

一旦傳感器失效，需立即進行更換或修理，并重新進行校準，依據(jù)傳感器工程和自動控制理論，分析傳感器失效的可能原因，并進行有針對性的故障排除；在電源不穩(wěn)情況下，基于電力系統(tǒng)和電子工程的基礎知識分析原因，并使用電源穩(wěn)定器或不間斷電源（UPS）進行修復。

上述故障處理方法是在總結多年生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的基礎上提出的，不僅具備高度的針對性和實用性，還突出了跨學科應用，確保了處理過程的全面性和高效性。該綜合方案不僅降低了設備的停機時間，也提高了整體系統(tǒng)的可靠性和效率。

4 結 語

本文通過全面而深入的分析，對美卓HP800圓錐破碎機在機械、液壓和電控系統(tǒng)等方面的常見故障進行了詳細的探討，并提出了相應預防措施及處理方法。這些方法的提出均基于科學的理論分析和多年的實踐經(jīng)驗，具有很高的實用性和可操作性。尤其故障處理方法不僅針對性強，而且具有全面性和高效性。這些方法的實施，不僅可以減少設備的停機時間，還能夠顯著提高整體系統(tǒng)的運行效率和可靠性。

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Common malfunctions and solutions of Metso HP800 cone crusher

Abstract：A comprehensive and in-depth study was conducted on the common malfunctions of the Metso HP800 cone crusher，including mechanical，hydraulic，and electrical control system failures.Drawing upon multidisciplinary theories such as bearing science，fluid mechanics，and electronic engineering，combined with practical operational experience，a series of targeted and highly practical measures effectively were proposed.These measures effectively reduce equipment downtime，significantly improve the overall system reliability and efficiency，provide the scientific basis for equipment production stability，and help related enterprises and technical personnel achieve higher levels of equipment management and maintenance.This study holds important reference value for the practice of mine equipment management and maintenance.

Keywords：cone crusher;mechanical malfunction;hydraulic system;electrical control system;malfunction diagnosis