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1、概述
    在礦山生產(chǎn)中，運輸?shù)V石的費用占礦石總生產(chǎn)費用的30%，采用普通的膠帶輸送機運輸，可使運輸費用降低80%~90%。但普通膠帶輸送機無法輸送未經(jīng)破碎的大塊度、高硬度、棱角鋒利的原礦，將新型低矮移動方便的破碎機用于硬巖礦山的地下甚至工作面初碎，對提高礦山的開采強度和作業(yè)效率，甚至實現(xiàn)地下高效連續(xù)出礦的理想都是至關(guān)重要的一步。
    近30年來，為了大幅度降低礦石的提升運輸費用，很多礦山己將礦石粗碎工序移到井下進行，但傳統(tǒng)粗碎破碎機及其機組結(jié)構(gòu)笨重、體積龐大，需要開挖大型破碎硐室。而在地下礦山特別是在某些地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、斷層縱橫交錯的礦山，開鑿高大硐室投資大、工效低、操作困難、安全性差，此時，能滿足地下礦山需要的低矮破碎設(shè)備就顯得尤為重要。
    近年來，北京礦冶研究總院新研制成功的外動顎勻擺顎式破碎機外形低矮，比同型號傳統(tǒng)顎破低20%，喂料高度低，破碎系統(tǒng)的高度降低1/3左右，大大減少了硐室的開鑿量。這種破碎機破碎能力大，襯板磨損低，能量消耗低，是地下初碎的理想選擇。但目前該系列破碎機最大型號為PEWA750×1060，最大入料粒度630 mm，破碎機處理能力在72~150m3/h，不能滿足大中型地下礦山的要求，研制更大型
號的低矮式外動顎勻擺顎式破碎機成為礦山，特別是
地下及空間受限制的礦山的迫切需要。
2、研究思路及技術(shù)關(guān)鍵
2.1地下破碎對設(shè)備的要求
    地下開采的工藝條件對地下初碎設(shè)備提出了苛刻的要求。
    工作空間：由于地下初碎設(shè)備安裝在集中破碎硐室或接近工作面，硐室尺寸越小、高度越低越經(jīng)濟。這使設(shè)備尺寸受到嚴格控制，要求設(shè)備高度盡量低，結(jié)構(gòu)緊湊。
    工作對象：地下金屬礦山中破碎的多為堅硬物料。礦巖硬度系數(shù)f達到15~20。礦石破碎所需的破碎力大，襯板磨損嚴重。因此，要求設(shè)備要有高的強度和剛度，耐沖擊，耐磨損。
    工作環(huán)境：地下空間狹窄，環(huán)境復(fù)雜，要求設(shè)備簡單可靠，便于操作和維修。
    設(shè)備性能：要節(jié)能高效，生產(chǎn)能力高、設(shè)備功耗低，襯板壽命長。
2.2  目前地下初碎設(shè)備存在的問題
    目前地下礦山可選擇的初碎設(shè)備有兩大類：旋回破碎機和顎式破碎機。
    (1)旋回破碎機生產(chǎn)能力高，破碎的塊度大，但整機重量重，外形尺寸大，高度高，相應(yīng)所需的井筒尺寸、巷道斷面都要大、地下破碎硐室的高度高，硐室開鑿量大。因此僅在顎式破碎機不能滿足生產(chǎn)能力或破碎塊度要求的少數(shù)大型地下礦山選用。
    (2)顎式破碎機結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、制造維修容易、適應(yīng)性強、成本低廉，一直是破碎領(lǐng)域中應(yīng)用最廣的破碎設(shè)備，也是地下礦山首選的初碎設(shè)備�？蛇x擇的顎式破碎機有兩種類型：簡擺式顎式破碎機、復(fù)擺式顎式破碎機。前者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備高度高、整機重量重，處理能力比較低。后者結(jié)構(gòu)簡單、運動可靠、重量輕。生產(chǎn)能力比簡擺顎式破碎機高30%左右。但顎板的使用壽命短、能耗大、偏心距大、振動噪音大、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性差。
2.3關(guān)鍵技術(shù)及研究思路
    由于傳統(tǒng)的顎式破碎機自身固有的缺點，在其基礎(chǔ)上改進也不能滿足工藝對設(shè)備的要求。要突破傳統(tǒng)破碎機的設(shè)計思路，從機械設(shè)計的根本出發(fā)，研制新型的破碎設(shè)備。
    (1)從粉碎機構(gòu)學的研究入手，改變傳統(tǒng)顎破的機構(gòu)設(shè)計。
    (2)應(yīng)用先進的計算機技術(shù)，創(chuàng)立粉碎機械的新型機構(gòu)設(shè)計，獲得動顎理想運動軌跡。
    (3)采用研究開發(fā)的機構(gòu)設(shè)計軟件優(yōu)化機構(gòu)尺寸參數(shù)，獲得設(shè)備的優(yōu)良性能。
3、新型外動顎低矮破碎機的研制
3.1機構(gòu)原理設(shè)計
    新型外動顎勻擺顎式破碎機改變了100多年來傳統(tǒng)顎式破碎機的機構(gòu)原理。設(shè)計新穎：傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機是一曲柄連桿機構(gòu)，其連桿就是動顎。而外動顎勻擺硬巖破碎機的連桿是活動邊板，而動顎僅是連桿上一點的延伸（見圖1）。
3.2  PEWA90120機構(gòu)設(shè)計參數(shù)
    由于外動顎勻擺顎式破碎機理論研究的深入與成功，為PEWA90120新型外動顎低矮破碎機的開發(fā)提供了基礎(chǔ)，采用現(xiàn)代設(shè)計法從改變機構(gòu)設(shè)計入手，研制新一代樣機，利用自主開發(fā)的“PW系列機構(gòu)設(shè)計”專用軟件，分別通過改變偏心距E、肘板長L、肘板座與偏心軸懸掛點的水平距離B、動顎在連接垂線上部的距離b、肘板與水平方向夾角co、動腭襯板與水平方向左側(cè)夾角θ共50多組數(shù)據(jù)的計算分析獲得大量數(shù)據(jù)，最終確定的機構(gòu)參數(shù)獲得了最理想的動顎運動軌跡，為PEWA90120破碎機的結(jié)構(gòu)設(shè)計確定了機構(gòu)幾何參數(shù)和運動參數(shù)。
3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)特點
    由于PEWA90120新型外動顎低矮破碎機的機構(gòu)設(shè)計與傳統(tǒng)的顎式破碎機完全不同，設(shè)備的結(jié)構(gòu)和外型都發(fā)生了很大變化，其設(shè)計簡圖見圖2。PE-WA90120破碎機由傳動部、機架部2、動顎部3、調(diào)整部4、可調(diào)顎部5、拉緊部6及潤滑系統(tǒng)等組成，電動機經(jīng)三角皮帶通過皮帶輪驅(qū)動偏心軸，通過邊板將偏心軸的偏心轉(zhuǎn)動傳到外側(cè)的動顎上。
    新機型的結(jié)構(gòu)特點是：
    (1)新機型不像傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機那樣采用偏心連桿套環(huán)裝置，而是通過活動邊板將偏心運動傳到外側(cè)的動顎上，破碎腔呈傾斜狀態(tài)。
    (2)動顎板和偏心軸位于破碎腔及靜顎兩側(cè)，通過活動側(cè)板將偏心運動傳遞給顎板。
    (3)負懸掛機構(gòu)、皮帶輪及飛輪不在機器的上部而在設(shè)備中部兩側(cè)。
    (4)靜顎由懸掛軸懸掛在機架上，下部通過襯板與機架相連，通過調(diào)整肘板，靜顎繞懸掛軸旋轉(zhuǎn)以改變排料口大小，控制排料粒度。
    (5)機架為可拆卸式，焊接箱型結(jié)構(gòu)，既減輕了重量，又提高了剛度，便于井下狹小空間運輸安裝。
3.4技術(shù)性能參數(shù)
    PEWA90120破碎機主要技術(shù)參數(shù)見表1。
3.5性能優(yōu)點
(1)外形低矮。新型機破碎腔的傾斜布置及負懸掛的結(jié)構(gòu)設(shè)計，大大降低了皮帶輪及飛輪的安裝高度，從而大大降低了設(shè)備的整體高度和喂料高度。與同規(guī)格破碎機外形尺寸的比較見表2。
    新機型與喂料機械水平布置、而不是傳統(tǒng)的階梯布置，因此，大大減少了硐室的開鑿量。硐室高度降低1/2~ 2/3，開鑿量減少2/3。
    (2)動顎運動軌跡理想。新型外動顎勻擺顎式破碎機，動顎與連桿分離。連桿的運動特性，已經(jīng)不再約束動顎的運動特性。這種新穎的機構(gòu)設(shè)計徹底改變了傳統(tǒng)顎式破碎機動顎運動軌跡，通過合理地設(shè)計機構(gòu)參數(shù)，可以很靈活地調(diào)整動顎運動軌跡，獲得理想的動顎運動特性。
    動顎板上各點行程及其特征值決定破碎機性能的好壞。新型外動顎低矮顎式破碎機的行程比遠遠小于傳統(tǒng)復(fù)擺顎破，動顎運動軌跡分布規(guī)律是：破碎方向行程大，利于物料破碎，磨損方向行程小，大大減少顎板磨損。
    (3)襯板壽命長。動顎運動的軌跡決定了被破物料在破碎與排料過程中與襯板之間的相對運動及受力狀況。破碎機不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)及不同的腔形會得到不同的動顎軌跡。PEWA90120外動顎低矮顎式破碎機的動顎運動軌跡磨損方向行程及行程比遠遠小于傳統(tǒng)PEF90120顎式破碎機，從而大大降低襯板磨損。
    (4)生產(chǎn)能力高，能耗低。由于新機型動顎與靜顎的位置與傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機正好相反，動顎的往復(fù)運動為破碎機提供了可靠的進料保障，并促進排料，生產(chǎn)能力比傳統(tǒng)顎式破碎機高。
    從動顎運動軌跡分析，新型PEWA90120破碎機以較小的偏心距(18 mm)，可獲得比同規(guī)格傳統(tǒng)顎式破碎機PE F90120(偏心距20 mm)大的動顎破碎行程。因此設(shè)備運行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速提高10%，生產(chǎn)能力提高。
    新型PEWA90120破碎機小的磨損行程大大減少了無用功，能耗低。
    (5)粉塵少、噪音低。
4、工業(yè)生產(chǎn)試驗
    新型PEWA90120破碎機于2001年9月在安慶銅礦的- 616 m破碎硐室安裝調(diào)試，10~11月進行了工業(yè)試驗，與同硐室的同規(guī)格的PEF90120傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機進行比較，綜合檢驗該設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，檢測該設(shè)備的各項性能指標，進行生產(chǎn)能力及破碎粒度的測定。工業(yè)試驗表明：PEWA90120外動顎低矮顎式破碎機各項性能指標符合設(shè)計要求和生產(chǎn)要求，大大優(yōu)于PEF90120傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機。表
3、比較了兩種破碎機的技術(shù)性能指標。
    試驗成功后即轉(zhuǎn)入生產(chǎn)，至今碎礦70多萬t，設(shè)備開動率達97%。生產(chǎn)實踐也表明，該機性能優(yōu)良、操作維修方便，運行可靠，成本低。
    PEWA90120破碎機是一種大型復(fù)雜的新型破碎設(shè)備，為目前用于硬巖地下礦山最大型號的低矮型破碎機，它根本改變了傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機以四連桿機構(gòu)中的連桿做為動顎的傳統(tǒng)設(shè)計，獲得了傳統(tǒng)顎破不能獲得的動顎理想軌跡，利于破碎又能減輕顎板的磨損，因此從根本上改變了復(fù)擺顎式破碎機的性能。該機結(jié)構(gòu)獨特：低矮、整個機組可拆、結(jié)構(gòu)緊湊，便于搬運、吊裝，低矮的外形特別適用于空間受到限制的場合，能方便地在井下運輸、安裝及靠近工作面工作。與同規(guī)格的傳統(tǒng)顎破相比，生產(chǎn)能力提高21. 82%，襯板壽命至少提高3倍，低矮型整機高度降低25.6%，噸礦石消耗的功率可降低30%。該機的研制填補了國內(nèi)破碎設(shè)備的一項空白。