选矿厂碎设备圆锥破碎机的工况参数优化研究.pdf

选 矿 厂 中 碎 设 备 圆 锥 破 碎 机 的 工 况 参 数 优 化 研 究 机械第 3 3 2 0 0 5 年 论文编号 1 0 0 1 3 9 5 4 2 0 0 5 0 1 0 0 1 1 0 2 选矿厂中碎设备圆锥 破碎机的工况参数优化研究 王剑彬王湘江 南华大学机械工程学院湖南衡阳4 2 1 0 0 1 口前 我 国 大 多 数 选 矿 厂 都 是 采 用 传 统 的 破 碎 工 艺 口流程和传统的破碎机，且多数已服役很多年，由 于 企 业 包 袱 比较 沉 重 ，无 力 投 入 大 量 资 金 对 工 艺 流程 和 破 碎 机进 行 全 面 的更 新 ，也 不 可 能 购 买 新 的机 型 而 且 它 们 大 多 都 面 临 提 高 年 处 理 量 来 提 高 经 济 效 益 以适 应 激烈 的市场竞争 和摆 脱 目前 的困境 问题 ，所以它们所需 要 的 是 优 化 工 况 参 数 使 年 处 理 量 尽可 能 的 增 大 ，住 小 改 变 现 有 破 碎 工 艺 和 破 碎 没备 的情 况 下 ，以 较 少 的 投 入 进 行 以降 低 设 备 维 修 消 耗 为 目的 的 技 术 改 造 F面 以 中碎 没 备 P Y Bl 2 0 0标 准 圆 锥 破 碎 机 为 例 介 绍 其 工 况 参 数 优 化 的 情 1 工况参数优化数学模型的建立 1 ． 1 工作原理简述 “ 圆 锥 破 碎 机 主 要 用 于 对 各 种 硬 度 的 矿 石 进 行 中 、 细 碎 ，它 主 要 由机 架 部 、传 动 部 、空 偏 心 轴 、碗 形 轴 承 、圆 锥 破 碎 部 、调 整 装 置 、调 整 套 、弹 簧 以 及 调 整 排 矿 口用 的 液 压 站 等 部 分 组 成 。 破 碎 机 1 作 时 ， 电 动 机 通 过 水 平 轴 和 一 对 锥 形 齿 轮 带 动 偏 心 轴 套 旋 转 ，破 碎 圆 锥 轴 心 线 在 偏 心 轴 套 的 迫 动 下 做 旋 转 摆 运 动 ，使 得 破 碎 壁 表 面 时 而 靠 近 、时 而 离 开 轧 臼 壁 表 面 ，从 而 使 矿 石 在破 碎 腔 内不 断 地 受 到 挤 压 和 弯 曲 被 破 碎 。 1 ． 2 数 学模型 任 何 破 碎 设 备 内 的 破 碎 过 程 都 可 以 看 成 是 由 给 料 到 产 品 的 粒 度 减 小 的转 换 过 程 。在 圆锥 破 碎 机 中 ，物 料 在 破 碎 腔 中仅 作 短 暂 停 留就 很 快 排 出 了 ，因 而 可 看 作 静 态过 程 、因此 ，可 以用 与 时 间 无 关 的 矩 阵模 型 来 描 述 破 碎 过 程 。I。 1 ． 2． 1 粒 度 分 布模 型 模 型 形 式 P 1 一C [ 1 一 BS l S C] _ 厂 式 中 P 产 品 粒 度 ， -_一 给 料 粒 度 CI C Cl 0 0 C， 0 0 设 备 内循 环 中 第 粒 级 的 量 设 备 内容 的第 级 的 量 Sl 0 0 S 2 ●●● ●●● 0 0 ‘‘ 0 ‘‘‘ 0 ●●● ●● ‘一 S ， 5 表 示 给 料 中第 粒 级 的颗 粒 破 碎 的 概 率 破 碎 分 布 矩 阵 B a B1 1 a B 式 中 a 颗 粒 受 粗 破 碎 的 比例 一 【 B - ∥ } 出 0 ≤K1 { l - c ～ l ≤K C 的 元 素 分 别 是 相 应 粒 级 范 围 内 分 级 函 数 的 平 均 值 ， 即 c r 为 第 i 粒 级 的 卜、 下 限 ， ， 和 与最 小 排 放 口宽 度 密 切 相 关 。 1 ． 2 ． 2 处 理 能 力 模 型 Q2 ． 6 6 1 s i n a ’ s 。 ”e 。 5 ． 0 1 式 中 p 处 理 能 力 ， t ／ h s摆 动 行 程 ， mm 1 ． 3 对 P YB 1 2 0 0标 准 圆 锥破 碎 机 建 立 工 况 参数优化目标函数 一 般 地 讲 ， 破 碎 机 的 小 时 产 量 Q 是 随破 碎 比 i 的 变 化 而 变 化 的 ， 破 碎 比 i 变 小 ， 排 料 粒 度 变 粗 ， 小 时产 量 Q 增 加 ，反 之 亦 然 。足 见破 碎 机 的 小 时 产量 Q 和破 碎 比 i 作 为 独 立 的 衡 量 粉 碎 作 业 的 技 术 指 标 具 有 相 当 的 局 限 性 ． ．为此 引 入 质 量 系 数 P PQ 2 ． b 一 式 中 6 给 矿 口宽度 d f 一产 品 的最 大 粒 度 P统 一 了 破 碎 机 的产 量 和 质 量 矛 盾 ，从 而 用 P作 为 评 价破 碎 机 的 技 术 经 济 指 标 比较 合 理 。 由 公式 1 、 2 得 目标 函 数 I I l a x F 1 ．1 ’ 6 6 1 s i n a 1 4 S 【】 7 ” e 【 l 7 5 ． 0 ] 3 M i n i n g Pr o c e s s i ng Eq u i pme n t 敢 磨 羟 ， _ } 琏 t 维普资讯 排 矿 15 1 平 面 图 1 圆锥破碎机的啮角 内 的偏 心 距 及平行带 H 破 碎 锥 下 边 缘 到 球 面 中心 O点 的 高 度 H 0． 5 Dt a na l 所 以 S 1 2 0 0 t a n a l t a n fl 4 图2破碎锥的摆动行程 对 于 P Y B 1 2 0 0圆锥 破碎 机 来 说 ，其 摆 动 行 程 值 4 0～4 5 mm， 此 参 数 也 为设 计 变 量 之 一 1 ． 4 ． 2 生 产 能 力与 排 矿 口参 数 粗 算 因 排 矿 口参 数 是 最 为 重 要 的工 况 参 数 ，为 r确 定 其 合 理 的 范 围 ，首 先 根 据 已有 的 处理 量 经 验 公 式 对 其 进 行 选矿厂中碎设备 圆锥破碎机的工况参数优化研究 粗 算 。 生 产 能 力 的计 算 公 式 为 QKI K 2 K 3 Q 0 5 式 中 Q 在 设 计 条 件 下 破 碎 机 的 生 产 能 力 ， t ／ h p cr在 标 准 条 件 下 破 碎 机 的 生 产 能 力 ， t ／ h ， 且 Q o q o e q c厂 _ 一 破 碎机 在开路 破碎排 矿 口宽 度为 1 mm时 ， 破 碎 标准 矿 石 的 单 位 生产 能 力 ， t ／ n u n h K厂矿 石 可 碎性 系数 ， Kt d 。 “ d ． 广_ _标 准 矿 石 的抗 压 强 度 ， d 1 6 0MP a d 广 _ 设 计矿 石 fl ,0 E压 强 度 ． MP a K厂矿石 密 度 修 正 系数 ， K2 7 ／ 1 ． 6 ， 设 计 矿 石 的松 散 密 度 ， t ／ m K厂给 矿粒 度 修 正 系 数 ， K， a a ／ a a ，a 分 别 为 标 准条 件 下 和设 计 时给 矿 最 大 粒 度 与 粗 碎 机 的给 矿 口宽度 之 比 排 矿 口 e的取 值 范 围在 2 5 ～3 5 mm，为 了初 步 确 定 排 矿 口 e的值 ， 按 上 述 步骤 每 间 隔 I t 一 就计 算 一 组 数据 ， 对 于 本段 排 矿 口宽 度经 分 析 与 比较 ， 结 合 粗 碎 与 细碎 的设 计 结 果 ，可 得 中碎设 备 的排 矿 口宽 度取 e2 7 ～3 0 t m 较 合 适 。 2 中碎设备工况参数优化计算 通 过 对 目标 函数 和 设计 变 量 的分 析 ， 得 出 了 中碎 设 备 工 况 参 数优 化数 学 模 型 ， 下 面 运 用 MA T L A B软 件 进行 优 化 计 算 。 2 ． 1 设计变量 根据 前 面 的分 析 ， 设 计 变量 为 三 个 独立 参 数 a、s 、e ， 因此 有 【 l X 3 ] 【 a s e 】 2 ． 2 目标 函数 b ma x F a， s ， e [ 2 ． 6 6 1 s i n a ”5 ． 0 】 m 2 ． 3 约束条件 根 据 啮 角 a、行 程 和 排 矿 口 e的 允许 变化 范 围 4 O l u n g’ g 【 1 2 0 0*t a n x 1 *3 ． 1 41 6 ／1 8 0 ★t a n 2★ 3 ． 1 41 6 ／ 1 8 0 一X 2 x 1 一4 5 ； 4 0一x 1 ； x 2 一4 5； 4 0一 x 2 X 3 一3 0 2 7一X 3 J ； ’ ； f u nf f u n f l u n g 】 x 0【 4 0 4 0 2 7 】 ； 下 转 第 l 6页 M i n i ng Pr o c e s s i -Eq u i pme nt _ 露； ii≥．r- ． ∥∞ _ l 。 维普资讯 ●1 一 1 ， - w 凹洲w T 用 八 干 厢砷 棚 ，土 l l B ／／5／ ／ 6 ’ 一 ／ 剖 视 |． } 一 、 、 、 ／ ， ， 馒 厂 fl 缮 ． 遥 ， t ＼ L A 5 8 2 ．5 B 8 7 0 1 ． 挡圈 1 2联轴器轴齿 3 联轴器外套 4 罔 2 5 尼龙住销 6 挡圈 3 7 半联轴器8 挡圈 嗣定螺栓 1 9 ． 弹性胶块 1 0 挡圈固定螺栓 2 图 3 新设计高弹性联轴器 过 程 略 。 表1 拉 强 度 为 『 1 5 97M P{ ，下 面 对 新 计 君 耄 中 的 平 均 7 9 5 8 2 ． 3 对 于 联 轴 器 的 高 弹 性 联 轴 器 进 运转中胶面受力的平 2 6 o 齿根 处剪切危险替 行 强 度 校 核 计 算 。 均作用半径 m m L】 一 l u ， f， X 计 算 需 用 到 的 数 据 弹 m 性 m 块 的直线 长度 3 9 5 2 1 92 1 0 ～m 如 表 1 。 联轴器轴齿与外套接 4 0 0 r F ／ S3 ．0 l ， ， “． 触面长度 L m m ‘．I 】 平 II 齿顶厚度 m m 8 0 9 n L f J ／ 胶块 的抗压 强度 进 齿根 厚度 m il 1 5 4 8 远 小于兵讦用剪 应 行校核 联轴器 齿 顶 厚度 H I l 1] 4 0 ． 2 2 ． 4 对联轴器右 每 个胶 面 的 平 外套 齿根厚度 n ] l l 1 5 9 ． 4 尼 龙 棒 销 的 个 数 E 面 积 啼而普 半径R 1l l m 2 6 0 轴 器 外 套 的 厚 度 与 B L 玄 S0 ． 3 9 50． 1 的 平 齿高 h M il 1 l 0 0 分 与 原 B L1 3相 比 ， 自 艮 3． 9 5 l 0 2 m 2 均作用 齿数 z 1 0 5 1 0 1 6 ／ 1 21 ． 6 2倍 ， 则 每 个 胶 面 所 磊 拿 鸯 嬲 蕞 受 丑 ’ 10 一x 0 2 6 7 9F 3 0 1 。 另 外 ， 此 设 计 的 高 x 4 ／ J I ’ I “ I口 1 蘑 F ／ S 0 ． 7 6 M P a o p t i o n s 1 3 1 [ x ， o p t i o n s Je o n s t r f u n ， x O ， o p t i o n s ； I n D ＼ MATLAB6p1＼ t o ol b o x＼ o pt i m ＼ c o ns t r． m a t l i n e 55 x 』 4 5． 00 0 0 41． 9 05 2 27． 8 90 6 取 e2 8 mm， a4 5 。 故 有 日小 时 处 理 量 Q 1 3 5 ． 5 t ／ h 年 处 理 量 则 为 1 3 5 ． 55 6 9 47 7 ． 2万 t 负荷率 为 原矿 中有 2 ％的泥在粗碎后 被洗 去 婴 1 0 0 ％ 8 8 ． 8 6 ％ 7 7 一 。 3 结论 通 过 对 选 矿 厂 中 碎 设 备 上 况 参 数 的 优 化 研 究 ，以 及 对 圆 锥 破 碎机 密 封 系 统 、润 滑 系 统 和 易损 件 圆 锥 衬 套 的 改 进 ，经 一 年 多 的生 产 使 用 ，每 年 的 矿 石 处 理 量 为 7 7 ． 2 万 t ， 能 实 现 预 期 的 年 处 理 量 7 0万 t 的 目标 ， 显 著 提 高 了 生 产 效 率 和经 济 效 益 。 l周恩浦矿山机械 选矿机械部分 ． 北京 冶金工业出版社 ． 1 9 9 4 ． 2 尹蒂， 李松仁 ． 选矿厂数学模型 长沙 中南工业大学出版社， 1 9 9 3 3 土湘江水口山铅锌矿选矿厂碎矿设备分析与研究 ． 矿山机械， 2 0 0 0 1 0 4 l 三 国彪 ． 机械优化设计方法微机程序与应用北京 机械工业出版社， 1 9 9 4 ． 5王沫然 M A T L A B 6 0与科学计算 ． 北京 电子工业出版社， 2 0 0 1 ． 口 ～ 收稿日期 2 0 0 4 0 73 0 Mi n i n g P r o c e s s I E q u p t ’ | || ∥ 维普资讯