陳萬明

（作者介紹；1963年從北京礦業學院礦山機械系設計專業畢業后在沈陽重型機器廠設計處礦山科工作至退休，1999年創建沈陽華揚機械有限公司。近60年來一直從事圓錐破碎機的設計、研究與制造工作，是在我國圓錐破碎機領域享有國務院特殊津貼的專家。）

在分析不同機型圓錐破碎機之前先介紹幾個與破碎有關的概念：

1，破碎能量消耗

    破碎作業的能量消耗很大,但在破碎作業中,輸入破碎機械中的能量的絕大部分都轉化為熱能而由破碎機械、循環空氣和被破碎的物料等吸收,直接用于物料破碎上的能量卻極少:在破碎機械中一般不超過10%;在粉磨機械中,則常不足1%。因此,為了減少能耗,就必須選取適當的破碎機械、采用正確的操作方法、規定最佳的破碎比和單位時間內的產量。在需要粉磨作業的流程中，要盡可能多地采用破碎的方法，最大限度地減小破碎產品，降低入磨粒度，達到降低能耗的目的。這就是破磨工藝中常采用的“多碎少磨”、“以破代磨”工藝。

    影響破碎能量消耗的因素很多，諸如被破物料特性、破碎效率、破碎機的有用與無用功耗等。破碎機無用功耗大，無疑會增加破碎產品的單位成本。

2，破碎流程

  破碎流程通常分為三段，即第一段破碎（又稱一破，粗碎），第二段破碎（又稱二破，中碎），第三段破碎（又稱三破，細碎）。有的選廠為了降低入磨粒度采用四段破碎，第四段又稱超細碎。當細碎機能夠破碎出足夠多的細粒級破碎產品時，應盡可能采用三段破碎。流程越簡單，投資越少，管理成本也越低。

  在小時生產能力小于1000t/h的破碎流程中，粗碎通常采用顎式破碎機；小時生產能力大于1200t/h時,粗碎則應考慮采用旋回破碎機。中碎和細碎通常采用圓錐破碎機。

3，開路流程與閉路流程

    圖1給出開路流程與閉路流程示意圖。

    開路流程的物料從破碎機通過后進入下道工序；閉路流程的物料從破碎機通過后經篩分分級，篩下為破碎產品成品，進入下道工序，篩上作為循環負荷混入新給料, 再次給入破碎機破碎，形成閉路。

    破碎機樣本上給出的生產能力為破碎機的通過量。

4，動錐沖程

    動錐沖程反映了執行破碎動作的動錐的旋擺幅度大小，動錐大端沖程對應于動錐大端某點的擺幅。動錐沖程越大，表明動錐對物料擠壓的距離越大。

    動錐擠壓物料時，只需克服物料的彈性變形即可將物料破裂，進一步擠壓，則可將物料進一步破碎。破碎后的小塊物料擠占大塊物料間的間隙。若大塊間仍有間隙，則動錐沖程可再加大，進一步擠壓已破物料；若大塊間已無間隙，則動錐不可再進一步擠壓已破物料，否則破碎機將超載，導致破碎機零部件破壞。所以，在可能的范圍內應使破碎機動錐有盡可能大的沖程，但不是越大越好。

    根據動錐大端沖程的大小，可比較同規格不同機型圓錐破碎機的破碎效率。

    西蒙斯圓錐破碎機和HP多缸液壓圓錐破碎機動錐大端的沖程大約是單缸液壓圓錐破碎機的2倍。

5，動錐自轉速

動錐的自轉速是每分鐘動錐繞自身軸線的轉速，不論哪種機型的圓錐破碎機，破碎機空載時動錐自轉速高，都會引發破碎機相關件的過度磨損，給破碎機造成損害。

破碎機空轉時動錐的自轉方向一般情況下與偏心套的轉向相同，但西蒙斯圓錐破碎機的碗形瓦外口直徑較大，當潤滑油不潔凈或動錐球體與碗形瓦大徑處硬接觸時，動錐自轉方向也會與偏心套轉向相反。破碎機負載時動錐的自轉方向都與偏心套旋轉方向相反。

西蒙斯圓錐破碎機空載時動錐的自轉速小于10轉/分；GB彈簧圓錐破碎機空載時動錐的自轉速小于15轉/分；單缸液壓圓錐破碎機空載時動錐的自轉速為30～60轉/分；HP高性能液壓圓錐破碎機空載時動錐的自轉速大約是100轉/分；沈陽華揚的H系列高性能液壓圓錐破碎機空載時動錐的自轉速為零。

6，層壓破碎

    自上世紀80年代出現層壓破碎的新理念后，提高破碎機中物料粒子間的層壓破碎作用，成了破碎機設計工作者不斷的追求。破碎機廠家在推銷產品時也都在宣傳其產品的層壓破碎作用。

所謂層壓破碎是一種相對于傳統破碎方法的破碎方式。破碎機的傳統破碎方法是綜合擠壓、沖擊、彎曲、劈裂、磨削的結果，但都是基于破碎機的執行部件直接作用于“單層”物料來實現破碎的。層壓破碎則是利用破碎機執行部件對積聚在破碎腔的多層物料實行沖擊、擠壓，使物料粒子間相互產生擠壓、劈裂、彎曲、磨削而實現破碎。因此，能夠實現層壓破碎的破碎機破碎效率更高，破碎產品細粒級含量百分比更大，石形更好。

    物料在破碎腔中形成粒子間層壓破碎的條件是破碎執行部件實現破碎動作的一瞬間在二執行部件間有多層物料積聚。在破碎腔中實現多層物料積聚的方法是：

⑴ 降低物料通過破碎腔的速度。像旋盤式破碎機那樣，物料在下襯板上不能克服物料與下襯板間的摩擦力下滑，但旋盤式破碎機的生產能力很低，只有特別需要人造砂的地方用它；

⑵ 提高破碎錐的旋擺速度，也就是提高單位時間內破碎機對破碎腔中物料的擠壓次數，這就意味著物料在破碎腔滯留的時間相對增加；

⑶ 擠滿破碎腔給料，使破碎腔中始終擠滿待破的物料。用過破碎機的人都知道，當破碎腔中擠滿物料時，即使是顎式破碎機也能生產出相對好石形的破碎產品，原因就在于擠滿物料的破碎腔中，物料粒子間相互擠壓的機率增加，容易實現層壓破碎；

⑷ 增加破碎錐的破碎沖程。破碎錐破碎沖程變大，使物料粒子間相互擠壓的機會增多。

7，破碎產品石形

    產品石形與粒度,都是衡量產品質量的指標。對選礦而言，破碎產品的細粒級含量越高越好，對石形要求不高；而生產混凝土骨料、建筑、機場、高等級公路、水利工程等用碎石則既要求控制過粉碎產生的石粉量又要求破碎產品呈立方形。立方形的骨料帶有棱角，體積和表面積最大，有利于提高混凝土強度，降低水泥的用量。

    鑒于圓錐破碎機的破碎方法，破碎產品中不可避免地含有一定數量百分比的針片狀。隨著破碎機技術的發展，圓錐破碎機破碎產品的針片狀含量百分比也在減少。實踐證明，層壓破碎效果越好的破碎機，破碎產品中的針片狀越少。

圓錐破碎機主要機型

    市場上的圓錐破碎機機型很多，但性價比高，被市場廣為接受的主要有兩大類三種機型：按圓錐破碎機主軸運動方式分為動軸式和定軸式圓錐破碎機兩大類。動軸式的主軸與動錐固定成一體，破碎機運轉時主軸與動錐一起做旋擺運動；定軸式主軸與主機架固定成一體，破碎機運轉時，動錐繞主軸中心線（也就是破碎機中心線）作旋擺運動，主軸不動。屬于動軸式圓錐破碎機機型的有西蒙斯圓錐破碎機和單缸液壓圓錐破碎機兩種；屬于定軸式圓錐破碎機機型的有HP多缸液壓圓錐破碎機。就機型而言，中國國家標準GB彈簧圓錐破碎機以及將西蒙斯圓錐破碎機的彈簧保險改為液壓保險的多缸液壓圓錐破碎機屬于西蒙斯圓錐破碎機機型。

    1928年美國Nordberg公司向市場推出西蒙斯圓錐破碎機，目前市場上不論是彈簧保險還是把彈簧改為液壓缸的液壓保險、液壓調整、液壓清腔、液壓鎖緊的全液壓圓錐破碎機，它們的易損件、銅套、齒輪、推力軸承與西蒙斯圓錐破碎機都是可以互換的，因此破碎機性能也大致差不多；

    單缸液壓圓錐破碎機于1948年由美國AC(Allis Chalmers)公司推向市場，現在市場上不同廠家生產的單缸液壓圓錐破碎機都是在當年AC單缸液壓圓錐破碎機的基礎上發展起來的，破碎機依然由上架體部、下架體部、動錐部、偏心套部、傳動部、底部液壓缸部等幾大部組成；

    主軸固定式多缸液壓圓錐破碎機是上世紀80年代由美國Rexnord公司的Nordberg開發的，剛推向市場時該機型叫Omnicone，后來經過改進，從1990年以后叫HP（High Performance高性能）cone crusher，也就是現在以美卓Nordberg公司的HP為代表的高性能多缸液壓圓錐破碎機，該機的結構特點是破碎機主軸與主機架通過過盈配合固裝在一起，我們可以把它稱之為定軸式圓錐破碎機。

1. 主要機型的比較

選擇圓錐破碎機應著眼于：

•  運轉可靠，便于操作、維護；
•  產量高，單位產品功耗小，生產成本相對較低；
•  破碎產品成品率高（或粒形好，或細粒級百分比多）；
• 有售后服務保障，便于獲得備件。

1.1  西蒙斯圓錐破碎機：

這是最早出現、應用最廣的圓錐破碎機，雖然結構復雜，性能也稍顯落后，但因用戶遍布世界各地，備件隨處可得，至今仍深受用戶歡迎。

西蒙斯圓錐破碎機原設計的動錐上是帶分料盤的。實踐證明，分料盤均勻分料的作用有限，給料多了，不僅分料盤在物料中攪動導致無用功耗，還導致主軸上部斷軸。所以，西蒙斯圓錐破碎機的說明書上特別強調“不得擠滿給料”。因此，帶分料盤的西蒙斯圓錐破碎機是無法實現層壓破碎的。見圖2、3。

    實際上，早期的單缸液壓圓錐破碎機也是帶分料盤的，后來取消了；上世紀80年代以后新設計的Omnicone和HP、MP都沒有分料盤。這一方面是因為分料盤均勻布料的作用有限，另一方面是新開發的破碎機都強調擠滿給料和提高破碎機層壓破碎功能。

    沈陽華揚的S和SY系列圓錐破碎機為西蒙斯圓錐破碎機的改進型，取消了動錐上部的分料盤，可以擠滿給料，在破碎機受料斗內堆滿物料的情況下，機器既無無功消耗，也無主軸“抹脖”之虞（見圖3和圖4），故層壓破碎效果優于西蒙斯。

    SY系列圓錐破碎機動錐的旋擺速度比S系列同規格的高大約10%，因此SY系列的層壓破碎效果高于S系列。

    相對于單缸和HP兩種機型，由于西蒙斯圓錐破碎機動錐大端底角略小，物料通過的速度稍低，如此雖有利于層壓破碎，但影響了生產能力。

    西蒙斯圓錐破碎機動錐沖程與定軸式HP相當，但動錐旋擺速度低，因而層壓破碎效果不如HP。                                                                                                                                            

中國標準GB彈簧圓錐破碎機的老祖宗就是西蒙斯，但GB彈簧圓錐破碎機的使用性能不如西蒙斯。

2. 定軸式HP多缸液壓圓錐破碎機

    首先，定軸式多缸液壓圓錐破碎機可以如圖4那樣擠滿給料，這是這種機型能夠實現層壓破碎的一個原因。

    定軸式HP多缸液壓圓錐破碎機的動錐沖程與西蒙斯相當，旋擺速度比同規格的西蒙斯提高了大約50%。這些變化不能不說是里程碑式的進步。動錐旋擺速度的增加，增加了礦物通過破碎腔時被破碎的次數，使物料在破碎腔中實現層壓破碎的機會增加，進而提高破碎機小時處理能力，使破碎產品中的細粒級含量百分比增加，破碎產品更均勻，粒形更好。

    定軸式HP多缸液壓圓錐破碎機結構比西蒙斯簡單，但比單缸復雜，是Nordberg公司在一個世紀內對人類貢獻的第二種高效圓錐破碎機。這種破碎機的結構特點是主軸與主機架固裝在一起，偏心套套裝在固定不動的主軸上，它既保留了西蒙斯圓錐破碎機大沖程的特點，又將偏心套旋轉速度大大提高。圓錐破碎機的破碎效率跟偏心套的旋轉速度有關，偏心套旋轉一轉，動錐旋擺一次，物料通過破碎腔被擠壓破碎一次，偏心套旋轉速度越高，破碎效率和成品率越高。

    與同規格其它機型圓錐破碎機相比，固定軸式多缸液壓高性能圓錐破碎機不僅偏心套的轉速高出30%至50%，而且動錐沖程大，層壓破碎的效果高于其它機型，破碎產品中細粒級含量的百分比高，使其在要求多碎少磨的各類礦山受到歡迎。

    此外，由于物料在破碎腔中可實現物料粒子件的層壓破碎，破碎產品石形好，這一性能備受碎石行業青睞。

    HP圓錐破碎機具有液壓保險、液壓調整、液壓鎖緊、液壓清腔功能，操作、維護方便。

    但高轉速對現有固定軸式多缸液壓圓錐破碎機是一把雙刃劍。高轉速給破碎機帶來高性能的同時也給破碎機的運轉穩定性帶來隱患?，F在市場上固定軸式高性能多缸液壓圓錐破碎機空載時動錐的自轉速都高達100轉/分，甚至更高，這樣很容易導致碗形瓦和充當防飛車用的軀體上襯套過度磨損，進而導致偏心套襯套與主軸、軀體襯套與偏心套外圓運動關系改變，引發該二襯套（研傷）燒套，這是這種機型破碎機比較“嬌氣”的原因。因此，HP多缸液壓圓錐破碎機生產廠家強調要控制破碎機空載時間不能過長，甚至在電控系統設置破碎機空載時間限制，然而對使用現場來說，控制破碎機空轉時間不是很容易做到的事情。另外，破碎壁自鎖緊裝置是一組左旋螺紋機構，當破碎機喂料不連續時，動錐頻繁改變自轉方向（HP空載時的動錐自轉方向為逆時針，負荷運轉時為順時針），動錐自轉速高，改變自轉方向時的角加速度就大，鎖緊機構的鎖緊螺柱、切割環和破碎壁的慣性力就大，該慣性力矩會引發鎖緊螺柱松動甚至脫落，造成重大設備事故。這些弊端，讓很多用戶望而卻步。這是HP擴大市場的瓶頸。

3. 單缸液壓圓錐破碎機

相對于前述兩種圓錐破碎機，單缸液壓圓錐破碎機結構簡單、運轉可靠性高，便于使用與維護。

但因結構關系，一，上架體橫梁下給不到料，沿破碎腔四周給料不均，固定襯板（軋臼壁）一旦安裝到位，就不再能像西蒙斯或HP那樣在調整排礦口時轉動變位，因而磨損不均；二，結構限制它的偏心套不可能有HP那樣的高轉速；三，結構限制了它的動錐沖程，現在的動錐沖程只能滿足破碎，不會產生層壓破碎，因而破碎效率不如西蒙斯和HP，破碎產品中大粒級的百分比含量高，這個缺點使其在要求多碎少磨的各類礦山的應用受到限制。

    現就多缸液壓圓錐破碎機和單缸液壓圓錐破碎機比較如下：

    單缸液壓圓錐破碎機和HP多缸液壓圓錐破碎機的破碎錐錐角相同，因而物料滯留破碎腔的時間也大致相同。但HP多缸液壓圓錐破碎機的破碎錐的旋擺速度比單缸液壓圓錐破碎機的快得多，因此HP多缸液壓圓錐破碎機的層壓破碎效果好于單缸液壓圓錐破碎機，破碎產品中細粒級含量百分比更高、產品更均勻。

    由于受結構條件的限制，單缸液壓圓錐破碎機破碎錐沖程遠小于HP多缸液壓圓錐破碎機。就單粒物料破碎而言，單缸液壓圓錐破碎機的沖程突破物料彈性變形使之破裂是綽綽有余的，但若進而促使破碎腔中的物料實現粒子間的層壓破碎，單缸液壓就遠不如HP多缸液壓的效果好。

    單缸液壓圓錐破碎機破碎錐的旋擺速度高于西蒙斯，但遠低于定軸式HP。由于單缸液壓圓錐破碎機破碎錐的大端底角大于西蒙斯破碎錐的底角，物料通過單缸液壓圓錐破碎機破碎腔的速度要快于西蒙斯，對動錐來說，物料滯留Symons和單缸液壓破碎腔的相對時間差不太多，物料實現層壓破碎的可能也大致相同。但由于西蒙斯原設計不允許擠滿給料，破碎腔中的物料實現層壓破碎的效果就不如單缸液壓。

    為了確保運轉可靠性，單缸液壓圓錐破碎機不大可能再提高破碎錐的旋擺速度，否則，單缸液壓將會重蹈多缸液壓進入市場初期“運轉嬌氣”的覆轍，對企業來說，風險太大了。

    單缸液壓圓錐破碎機主軸的上端由安裝于上架體頂部中央的錐套支撐，二者間的接觸面很小但相互作用力卻很大，錐套與主軸間僅通過稀釋的潤滑脂進行潤滑，破碎機運轉時二者間會因相互運動、摩擦發熱，產生大量無用功耗。即便單缸圓錐破碎機傳動部采用了機械效率高于滑動軸承的滾動軸承，主電動機裝機功率仍然不低于同規格其它機型。由于單缸液壓圓錐破碎機破碎效率和成品率比其它機型低，故其破碎產品單位功耗高于其它機型。

    現在中國很多用戶在選型時首選單缸液壓圓錐破碎機，最主要是看中其運轉可靠性高，便于使用與維護的優點。

2，圓錐破碎機市場亂象

    從以上分析可以看出，西蒙斯歷史最久，應用最廣，雖然結構復雜，性能也稍顯落后，但因用戶遍布世界各地，備件隨處可得，至今仍深受用戶歡迎；單缸液壓圓錐破碎機盡管破碎性能不如HP，但運轉可靠性高，便于使用與維護的優點，使之市場占有率很高；HP圓錐破碎機結構比西蒙斯簡單，破碎性能比西蒙斯和單缸都好，破碎產品中細粒級含量百分比高，石形好，破碎產品單位功耗小等優點深受用戶青睞，但其運轉“嬌氣”的一面則讓很多客戶望而卻步。

    鑒于HP的高性能，有些廠商就打起了它的擦邊球，導致以下兩種圓錐破碎機市場亂象:

（1）將西蒙斯圓錐破碎機的彈簧保險改為HP式的液壓缸保險，破碎機外形與HP相同，以HP的名義進入市場。

    對HP結構稍有了解的人很容易識破這種假HP。

（2）結構與HP相同，但將偏心套轉速降低，仍以HP的名義進入市場。  

    這種假HP比較迷惑人，因為其結構與HP一樣，只是為了提高運轉可靠性降低了偏心套轉速。孰不知HP是英文Hign(高) Performance（性能）的縮寫，如果偏心套轉速與西蒙斯相當，破碎機的破碎性能連西蒙斯都不如，那還是HP（高性能）嗎？

    下表可幫助你識別真假HP。

HP液壓圓錐破碎機偏心套轉速表

由于各國電動機同步轉速方面的差異，偏心套轉速可有上下10%的變動。

3. 逆止機構在HP圓錐破碎機上的應用

    如果將HP圓錐破碎機的空轉自轉速降到30轉/分以下甚至為零，該機型圓錐破碎機就可以既保有其高性能，故障率就會降低90%以上，作業率就會高于Symons，甚至超過單缸。而其高產量，高成品率的性能依然領先于西蒙斯和單缸，則HP必將在圓錐破碎機市場一枝獨秀。

    多年來，Nordberg一直在尋找降低HP圓錐破碎機空載時動錐自轉速的方法，但沒有突破，目前基本上是用電控控制破碎機空載時間，求得降低空載時動錐自轉速高給破碎機帶來的傷害，應該說，這不是從根上解決問題。

    沈陽華揚在H系列圓錐破碎機動錐上設置了專利號為ZL2019 2 0776260.6的逆止裝置，從而使H系列圓錐破碎機空轉時的動錐自轉速為零。所謂“逆止”，是既要動錐在破碎機空轉時自轉速為零，不因偏心套的摩擦力而發生逆時針的“飛車”，又要在破碎機破碎物料時，動錐能正常地、不受阻礙地順時針自轉。逆止機構并不改變動錐的旋擺速度，絲毫不影響破碎機的破碎性能。

    沈陽華揚的H系列圓錐破碎機是HP系列的改進型，既保有HP的一切優點，如偏心套的高轉速，動錐的大沖程，可以擠滿給料，破碎產品成品率高，細粒級產品百分比大，產品石形好等，又可使破碎機空載時動錐自轉速為零，從根上解決了HP“嬌氣”的問題。