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圆锥破碎机主要用于矿石/岩石的中碎、细碎作业，在矿山、水利、冶金、化工、建材和工程建设等领域应用广泛，是物料破碎的关键设备和实现选矿工艺“多碎少磨”的一个重要环节。随着技术的不断进步，圆锥破碎机的产能和工作效率逐步提高，设备性能、工作稳定性和自动化程度都有了极大的提升。目前，世界上最主要的圆锥破碎机厂家有芬兰的Metso(美卓矿机)、丹麦的FL-Smidth(福勒史密斯)、瑞典的Sandvik(山特维克)和德国的Thyssen Krupp(蒂森克虏伯)等，其破碎机产品经历了多代机型的发展，技术处于国际领先水平。而国内圆锥破碎机技术则相对落后，产品大多以仿制为主，没有掌握核心技术，产品性能和工作稳定性不足，大型矿山和骨料制备项目上所使用的大功率、大规格的圆锥破碎机基本依赖进口。
　　1　国内圆锥破碎机现状
　　目前国内常用的进口圆锥破碎机主要分为2种：一种是单缸液压圆锥破碎机，以Sandvik的CH系列和Metso的GP系列为代表；另一种是主轴固定式多缸液压圆锥破碎机，以Metso的HP、MP系列为代表，这几种系列的圆锥破碎机都在不断地优化改进，提高产品性能，它们占据了国内圆锥破碎机市场很大的份额。
　　近些年来，国内部分破碎机制造商加强了圆锥破碎机的开发力度，并取得了一些成果，如中信重工机械股份有限公司(以下简称“中信重工”)开发的CCS系列单缸液压圆锥破碎机(见图1)和CC系列多缸液压圆锥破碎机(见图2)，这些产品经过长时间的矿山试验，设备性能和工作稳定性都比较好，能够满足行业的使用需求。
　　相对于单缸液压圆锥破碎机，主轴固定式多缸液压圆锥破碎机更多地利用了“层压破碎”原理，破碎效果和产品能效都更好一些，特别是在细碎作业中效果非常明显，国内外许多矿山的实践应用也证实了这一点，因此，多缸圆锥破碎机的应用越来越广泛。
　　笔者针对主轴固定式多缸液压圆锥破碎机的关键零件主轴的安装，分析了传统安装方法的不足，并提出一种新型安装、检测方法和工装，并通过实际装配应用，验证了新型安装方法的高效性、实用性和可靠性。
　　2　破碎机主轴结构和安装要求
　　以中信重工CC系列多缸液压圆锥破碎机为例，其内部结构如图3所示。破碎机主轴过盈安装在破碎机机架中心孔内，用于支撑破碎机的整个回转部件，破碎机偏心套部围绕着主轴旋转，偏心套部驱动动锥部产生旋摆运动，实现对破碎腔内物料的破碎作业。破碎机工作过程中主轴如果出现移动/松动，很有可能会导致破碎机的严重损坏，因此，破碎机主轴安装的可靠性将直接影响破碎机工作的稳定性，进而影响整个破碎工艺流程的生产效率。
　　由于破碎机工作时主轴受载较大，除了要承担动锥部自重和破碎腔矿石所产生的向下的压力外，还需要承担从动锥部传递过来的破碎力的作用和与偏心套部之间的滑动轴承摩擦产生的转矩，并且由于破碎机工作时的冲击、振动大且频繁，因此，圆锥破碎机的装配对主轴安装的过盈量大小、垂直度、中心和高度位置有非常严格的要求，一般采用锥孔大过盈量的配合方法来保证其承载能力和安装的可靠性。同时，为了避免过大的过盈量产生塑性变形和过大应力，需要对主轴和机架中心孔的装配过盈量进行准确的计算。
　　通常情况下，可以根据破碎机主电动机功率、破碎力大小、零件材料、加工精度、主轴直径及锥孔配合长度等参数来设计选择过盈量。对多个规格圆锥破碎机主轴过盈量的实际计算结果显示，主轴装配所需的过盈量较大，部分规格的过盈量已经远远超过主轴直径的1‰。
　　3　锥孔大过盈装配工艺设计
　　3.1　传统装配工艺
　　通过分析机架和主轴的结构特性(见图3、4)以及主轴装配技术要求，为了简化装配工艺，同时更好地保证装配精度，保护装配表面，首先排除了压装装配工艺方法，考虑采用热装或冷装两种装配工艺技术。但是受较大过盈量的影响，采用传统的热装或冷装装配工艺技术有如下缺点：
　　(1)单纯采用热装装配工艺技术，包容件(机架)的加热温度会很高，可能会造成机架的热应力变形，同时还会影响到机架上其他精加工表面的质量精度。由于破碎机机架外形尺寸较大，结构比较复杂，精加工面比较多，关键尺寸和形位公差要求比较严格，因此，采用仅加热(机架)的热装工艺难以满足最终装配要求。
　　(2)单纯采用冷装装配工艺技术，被包容件(主轴)的冷却温度要求会很低，目前的冷却设备难以到达冷装时所需要的冷却温度，因此，采用仅冷却(主轴)的冷装工艺不能满足装配时所需要的装配间隙要求。
　　3.2　新装配工艺
　　为了解决上述问题，通过分析计算和试验验证，提出了一种冷装、热装相结合的锥孔大过盈装配制造技术。主要是通过改变破碎机机架和主轴之间的温度差，使两者之间产生所需要的装配间隙，同时设计了一套辅助检测工装——主轴支撑梁工装(见图5)，通过它又可实现主轴装配过程中的调整、检测和定位。
　　主轴的安装主要分为以下几个步骤：
　　(1)预装主轴，检查锥面接触率，利用自重将主轴竖直地放在机架中心孔内，检查锥面接触情况，达不到设计要求就配研。
　　(2)接触均匀且满足设计要求后，利用工装检测出主轴此时的高度位置，并记录相关数据。
　　(3)根据锥面参数将所需过盈量换算成主轴下降高度，据此选择主轴支承梁上安装的垫片厚度，调整主轴支撑梁的高度符合主轴安装后的位置要求。
　　(4)安装主轴支承梁，并拆除主轴。
　　(5)根据过盈量计算出主轴需要冷却收缩后的尺寸，计算冷却温度并选择冷却方式。冷装时冷却温度
　　式中：d1为主轴冷却部分过盈量，mm；α1为主轴材料的线膨胀系数，℃-1；d为配合平均直径，mm。
　　(6)冷冻主轴，控制冷却温度，使主轴外径收缩，同时隔一段时间检查主轴外径尺寸，满足要求即冷冻完成。
　　(7)根据过盈量计算出机架中心孔需要加热扩张后的尺寸，计算加热温度并选择加热方式。注意加热温度不能太高，以免造成机架变形或表面氧化。热装时加热温度
　　式中：d2为机架加热部分过盈量，mm；d3为热装时最小间隙，mm；α2为机架材料的线膨胀系数，℃-1；t为环境温度，℃。
　　(8)局部加热机架，控制加热温度，定时测量中心孔尺寸，待达到要求后，立即将冷却后的主轴装入中心孔内，并通过主轴支撑梁工装来控制高度位置。
　　(9)当主轴和机架达到相同温度后，拆除主轴支撑梁工装。
　　(10)检查主轴高度位置并做记录，验证是否满足设计要求。
　　采用上述方法完成了多台不同规格的主轴固定式多缸液压圆锥破碎机主轴的装配工作，经过实践验证，该方法安装定位准确，操作方便，有效提高了主轴的安装效率。
　　4　实际应用
　　以中信重工研制的CC系列某型号圆锥破碎机主轴的安装过程为例，对上述装配方法进行详细说明。
　　根据设计要求，主轴需通过过盈配合固定在机架上，主轴与机架为锥孔配合，根据主轴尺寸、过盈量计算结果和装配技术要求，最终设计装配前后主轴在竖直方向移动量P=3.8~4.3mm。主轴与机架的过盈较大，为保证机架温度不宜过高，用电热毯包裹加热机架，保证温度不超过200℃，并用液氮冷却主轴，在条件满足后将主轴可靠装入机架孔内。安装过程具体包括以下步骤。
　　4.1　计算加热/冷却温度
　　根据零件尺寸和装配要求，选择合适的冷却/加热方法，并确定零件冷却/加热后所需达到的尺寸。在冷却/加热过程中按要求检查这些尺寸达到要求后，方可顺利完成主轴的安装。
　　根据现有条件，主轴采用液氮冷装，液氮冷却温度-195℃，依据式(1)及相关参数计算可得主轴采用液氮冷却时的最大冷缩量。
　　根据上述主轴的最大冷缩量和零件过盈量及装配所需间隙，得出机架内孔加热后所需要的热胀量。依据式(2)及相关参数计算可知，机架采用电热毯加热至200℃时的热胀量可以满足要求，并且不会造成机架受热变形。

　　4.2　主轴与机架的预装
　　(1)清理机架孔和主轴的配合锥面，清除毛刺和杂质。
　　(2)将主轴吊入机架孔内，为了使两件受力均匀且连接紧固，用红丹粉检查两件的接触，保证接触率达80%以上，达不到要求则配研。
　　(3)主轴必须先非常稳固地吊放在机架孔内，圆周方向多点测量，并记录主轴底面到机架孔底面之间的距离，各个测量值应基本相同。
　　(4)使用塞尺来测量和记录主轴与机架在主轴底部之间的间隙，测量4个点(相隔90°)并计算平均值，平均间隙应等于或小于0.1mm，目的是验证主轴和机架孔之间的配合是紧密的。
　　(5)使用深度千分尺多点测量并记录机架底部和主轴底部之间的距离H(见图7)，如果测量中有微小差别，取平均值；如果尺寸偏差较大，提起主轴，旋转180°，并且重新将主轴放于机架中，得到新的测量结果。
　　(6)通过主轴支撑梁工装把紧于机架底部，保证主轴的最终装配。不压入时，实际检测主轴小端面距离底架尺寸端面的距离H=88.9mm，主轴装入的移动量(设计给定)P=3.8~4.3mm(按中间值P=4选取)，P=H-h，通过调整垫片组厚度S，保证工艺要求的h=88.9-4=84.9mm，即为最终位置，如图8所示。
　　(7)主轴预装在机架内时，在和主机架顶部上平齐的主轴上刻线，并刻出主轴需向下移动P=3.8~4.3mm(最大、最小)时的线(共3道线)，便于验证主轴装配时是否移动在P范围内。打配对标记来确保主轴放回到机架时两者之间的位置关系。
　　(8)拆掉主轴。
　　(9)使用内径千分尺测量并记录主机架孔顶部直径，使用外径千分表测量并记录主轴锥体顶部垂直圆柱面上的直径，用来监测机架内孔膨胀量和主轴收缩量。
　　4.3　主轴与机架的总装
　　(1)冷却主轴，将主轴放入冷冻箱，并使用干冰填塞，按要求冷却一段时间后，取出主轴并测量外径，将测量结果与目标直径比较(此步骤应当在开始加热主机架前至少10h实施)；然后将主轴锥段朝下竖直放入另一个冷冻箱内，周围缓慢倾倒液态氮，逐渐增加液态氮量，但是不允许超过主轴的锥形段范围，使用千分尺定期检查主轴直径。
　　(2)加热主机架，清理机架臂和中心孔区域，用电热毯包住机架内孔及机架臂等(机架位置见图7)。加热温度200℃左右，加热4~5h，检查机架中心孔加热后尺寸，自制量棒，检查与加热前的涨量，当涨量达到前述计算结果时，并且主轴冷却到要求尺寸后立即装配。
　　(3)安装主轴。放置轴之前应确保支撑梁工装厚度h调整到位，并且已经牢固地安装到机架底部。校准配对标记，吊运主轴进入机架孔内直到坚固地放在调整好的主轴支撑梁上，如果轴未接触主轴支撑梁，则立即拆除，继续冷却主轴或加热机架，达到合适直径或温度后再重新安装。
　　(4)当主轴坚实固定在垫片组上1h后，松开主轴支撑梁紧固件。轴和机架中心毂达到相同温度以后，检查机架孔底部与主轴之间的距离h并做记录，以获得最终轴移动量，验证是否满足设计要求。
　　5　结论
　　按照上述方法进行主轴安装的多台圆锥破碎机在用户现场长时间带料运行后，即使破碎机严重过载/过铁，都没有出现主轴移动/松动的情况，证实了该安装方法的可靠性。结合目前国产圆锥破碎机的技术水平和现状，可以得出以下结论：
　　(1)所论述的圆锥破碎机主轴大过盈量安装检测方法及工具，解决了传统安装方法难以保证所需装配间隙等缺点，为该类型圆锥破碎机主轴的精确、高效安装提供了切实可行的办法；
　　(2)通过在新型破碎机上实际应用表明，主轴定位准确，安装方便，破碎机运行稳定，验证了该过盈量设计方法的准确性和安装方法的可行性、实用性，对该类型破碎机的研发具有非常重要的现实意义，对提高我国圆锥破碎机的技术水平也很有帮助。