陈万明

（作者介绍；1963年从北京矿业学院矿山机械系设计专业毕业后在沈阳重型机器厂设计处矿山科工作至退休，1999年创建沈阳华扬机械有限公司。近60年来一直从事圆锥破碎机的设计、研究与制造工作，是在我国圆锥破碎机领域享有国务院特殊津贴的专家。）

在分析不同机型圆锥破碎机之前先介绍几个与破碎有关的概念：

1，破碎能量消耗

    破碎作业的能量消耗很大,但在破碎作业中,输入破碎机械中的能量的绝大部分都转化为热能而由破碎机械、循环空气和被破碎的物料等吸收,直接用于物料破碎上的能量却极少:在破碎机械中一般不超过10%;在粉磨机械中,则常不足1%。因此,为了减少能耗,就必须选取适当的破碎机械、采用正确的操作方法、规定最佳的破碎比和单位时间内的产量。在需要粉磨作业的流程中，要尽可能多地采用破碎的方法，最大限度地减小破碎产品，降低入磨粒度，达到降低能耗的目的。这就是破磨工艺中常采用的“多碎少磨”、“以破代磨”工艺。

    影响破碎能量消耗的因素很多，诸如被破物料特性、破碎效率、破碎机的有用与无用功耗等。破碎机无用功耗大，无疑会增加破碎产品的单位成本。

2，破碎流程

  破碎流程通常分为三段，即第一段破碎（又称一破，粗碎），第二段破碎（又称二破，中碎），第三段破碎（又称三破，细碎）。有的选厂为了降低入磨粒度采用四段破碎，第四段又称超细碎。当细碎机能够破碎出足够多的细粒级破碎产品时，应尽可能采用三段破碎。流程越简单，投资越少，管理成本也越低。

  在小时生产能力小于1000t/h的破碎流程中，粗碎通常采用颚式破碎机；小时生产能力大于1200t/h时,粗碎则应考虑采用旋回破碎机。中碎和细碎通常采用圆锥破碎机。

3，开路流程与闭路流程

    图1给出开路流程与闭路流程示意图。

    开路流程的物料从破碎机通过后进入下道工序；闭路流程的物料从破碎机通过后经筛分分级，筛下为破碎产品成品，进入下道工序，筛上作为循环负荷混入新给料, 再次给入破碎机破碎，形成闭路。

    破碎机样本上给出的生产能力为破碎机的通过量。

4，动锥冲程

    动锥冲程反映了执行破碎动作的动锥的旋摆幅度大小，动锥大端冲程对应于动锥大端某点的摆幅。动锥冲程越大，表明动锥对物料挤压的距离越大。

    动锥挤压物料时，只需克服物料的弹性变形即可将物料破裂，进一步挤压，则可将物料进一步破碎。破碎后的小块物料挤占大块物料间的间隙。若大块间仍有间隙，则动锥冲程可再加大，进一步挤压已破物料；若大块间已无间隙，则动锥不可再进一步挤压已破物料，否则破碎机将超载，导致破碎机零部件破坏。所以，在可能的范围内应使破碎机动锥有尽可能大的冲程，但不是越大越好。

    根据动锥大端冲程的大小，可比较同规格不同机型圆锥破碎机的破碎效率。

    西蒙斯圆锥破碎机和HP多缸液压圆锥破碎机动锥大端的冲程大约是单缸液压圆锥破碎机的2倍。

5，动锥自转速

动锥的自转速是每分钟动锥绕自身轴线的转速，不论哪种机型的圆锥破碎机，破碎机空载时动锥自转速高，都会引发破碎机相关件的过度磨损，给破碎机造成损害。

破碎机空转时动锥的自转方向一般情况下与偏心套的转向相同，但西蒙斯圆锥破碎机的碗形瓦外口直径较大，当润滑油不洁净或动锥球体与碗形瓦大径处硬接触时，动锥自转方向也会与偏心套转向相反。破碎机负载时动锥的自转方向都与偏心套旋转方向相反。

西蒙斯圆锥破碎机空载时动锥的自转速小于10转/分；GB弹簧圆锥破碎机空载时动锥的自转速小于15转/分；单缸液压圆锥破碎机空载时动锥的自转速为30～60转/分；HP高性能液压圆锥破碎机空载时动锥的自转速大约是100转/分；沈阳华扬的H系列高性能液压圆锥破碎机空载时动锥的自转速为零。

6，层压破碎

    自上世纪80年代出现层压破碎的新理念后，提高破碎机中物料粒子间的层压破碎作用，成了破碎机设计工作者不断的追求。破碎机厂家在推销产品时也都在宣传其产品的层压破碎作用。

所谓层压破碎是一种相对于传统破碎方法的破碎方式。破碎机的传统破碎方法是综合挤压、冲击、弯曲、劈裂、磨削的结果，但都是基于破碎机的执行部件直接作用于“单层”物料来实现破碎的。层压破碎则是利用破碎机执行部件对积聚在破碎腔的多层物料实行冲击、挤压，使物料粒子间相互产生挤压、劈裂、弯曲、磨削而实现破碎。因此，能够实现层压破碎的破碎机破碎效率更高，破碎产品细粒级含量百分比更大，石形更好。

    物料在破碎腔中形成粒子间层压破碎的条件是破碎执行部件实现破碎动作的一瞬间在二执行部件间有多层物料积聚。在破碎腔中实现多层物料积聚的方法是：

⑴ 降低物料通过破碎腔的速度。像旋盘式破碎机那样，物料在下衬板上不能克服物料与下衬板间的摩擦力下滑，但旋盘式破碎机的生产能力很低，只有特别需要人造砂的地方用它；

⑵ 提高破碎锥的旋摆速度，也就是提高单位时间内破碎机对破碎腔中物料的挤压次数，这就意味着物料在破碎腔滞留的时间相对增加；

⑶ 挤满破碎腔给料，使破碎腔中始终挤满待破的物料。用过破碎机的人都知道，当破碎腔中挤满物料时，即使是颚式破碎机也能生产出相对好石形的破碎产品，原因就在于挤满物料的破碎腔中，物料粒子间相互挤压的机率增加，容易实现层压破碎；

⑷ 增加破碎锥的破碎冲程。破碎锥破碎冲程变大，使物料粒子间相互挤压的机会增多。

7，破碎产品石形

    产品石形与粒度,都是衡量产品质量的指标。对选矿而言，破碎产品的细粒级含量越高越好，对石形要求不高；而生产混凝土骨料、建筑、机场、高等级公路、水利工程等用碎石则既要求控制过粉碎产生的石粉量又要求破碎产品呈立方形。立方形的骨料带有棱角，体积和表面积最大，有利于提高混凝土强度，降低水泥的用量。

    鉴于圆锥破碎机的破碎方法，破碎产品中不可避免地含有一定数量百分比的针片状。随着破碎机技术的发展，圆锥破碎机破碎产品的针片状含量百分比也在减少。实践证明，层压破碎效果越好的破碎机，破碎产品中的针片状越少。

圆锥破碎机主要机型

    市场上的圆锥破碎机机型很多，但性价比高，被市场广为接受的主要有两大类三种机型：按圆锥破碎机主轴运动方式分为动轴式和定轴式圆锥破碎机两大类。动轴式的主轴与动锥固定成一体，破碎机运转时主轴与动锥一起做旋摆运动；定轴式主轴与主机架固定成一体，破碎机运转时，动锥绕主轴中心线（也就是破碎机中心线）作旋摆运动，主轴不动。属于动轴式圆锥破碎机机型的有西蒙斯圆锥破碎机和单缸液压圆锥破碎机两种；属于定轴式圆锥破碎机机型的有HP多缸液压圆锥破碎机。就机型而言，中国国家标准GB弹簧圆锥破碎机以及将西蒙斯圆锥破碎机的弹簧保险改为液压保险的多缸液压圆锥破碎机属于西蒙斯圆锥破碎机机型。

    1928年美国Nordberg公司向市场推出西蒙斯圆锥破碎机，目前市场上不论是弹簧保险还是把弹簧改为液压缸的液压保险、液压调整、液压清腔、液压锁紧的全液压圆锥破碎机，它们的易损件、铜套、齿轮、推力轴承与西蒙斯圆锥破碎机都是可以互换的，因此破碎机性能也大致差不多；

    单缸液压圆锥破碎机于1948年由美国AC(Allis Chalmers)公司推向市场，现在市场上不同厂家生产的单缸液压圆锥破碎机都是在当年AC单缸液压圆锥破碎机的基础上发展起来的，破碎机依然由上架体部、下架体部、动锥部、偏心套部、传动部、底部液压缸部等几大部组成；

    主轴固定式多缸液压圆锥破碎机是上世纪80年代由美国Rexnord公司的Nordberg开发的，刚推向市场时该机型叫Omnicone，后来经过改进，从1990年以后叫HP（High Performance高性能）cone crusher，也就是现在以美卓Nordberg公司的HP为代表的高性能多缸液压圆锥破碎机，该机的结构特点是破碎机主轴与主机架通过过盈配合固装在一起，我们可以把它称之为定轴式圆锥破碎机。

1. 主要机型的比较

选择圆锥破碎机应着眼于：

•  运转可靠，便于操作、维护；
•  产量高，单位产品功耗小，生产成本相对较低；
•  破碎产品成品率高（或粒形好，或细粒级百分比多）；
• 有售后服务保障，便于获得备件。

1.1  西蒙斯圆锥破碎机：

这是最早出现、应用最广的圆锥破碎机，虽然结构复杂，性能也稍显落后，但因用户遍布世界各地，备件随处可得，至今仍深受用户欢迎。

西蒙斯圆锥破碎机原设计的动锥上是带分料盘的。实践证明，分料盘均匀分料的作用有限，给料多了，不仅分料盘在物料中搅动导致无用功耗，还导致主轴上部断轴。所以，西蒙斯圆锥破碎机的说明书上特别强调“不得挤满给料”。因此，带分料盘的西蒙斯圆锥破碎机是无法实现层压破碎的。见图2、3。

    实际上，早期的单缸液压圆锥破碎机也是带分料盘的，后来取消了；上世纪80年代以后新设计的Omnicone和HP、MP都没有分料盘。这一方面是因为分料盘均匀布料的作用有限，另一方面是新开发的破碎机都强调挤满给料和提高破碎机层压破碎功能。

    沈阳华扬的S和SY系列圆锥破碎机为西蒙斯圆锥破碎机的改进型，取消了动锥上部的分料盘，可以挤满给料，在破碎机受料斗内堆满物料的情况下，机器既无无功消耗，也无主轴“抹脖”之虞（见图3和图4），故层压破碎效果优于西蒙斯。

    SY系列圆锥破碎机动锥的旋摆速度比S系列同规格的高大约10%，因此SY系列的层压破碎效果高于S系列。

    相对于单缸和HP两种机型，由于西蒙斯圆锥破碎机动锥大端底角略小，物料通过的速度稍低，如此虽有利于层压破碎，但影响了生产能力。

    西蒙斯圆锥破碎机动锥冲程与定轴式HP相当，但动锥旋摆速度低，因而层压破碎效果不如HP。                                                                                                                                            

中国标准GB弹簧圆锥破碎机的老祖宗就是西蒙斯，但GB弹簧圆锥破碎机的使用性能不如西蒙斯。

2. 定轴式HP多缸液压圆锥破碎机

    首先，定轴式多缸液压圆锥破碎机可以如图4那样挤满给料，这是这种机型能够实现层压破碎的一个原因。

    定轴式HP多缸液压圆锥破碎机的动锥冲程与西蒙斯相当，旋摆速度比同规格的西蒙斯提高了大约50%。这些变化不能不说是里程碑式的进步。动锥旋摆速度的增加，增加了矿物通过破碎腔时被破碎的次数，使物料在破碎腔中实现层压破碎的机会增加，进而提高破碎机小时处理能力，使破碎产品中的细粒级含量百分比增加，破碎产品更均匀，粒形更好。

    定轴式HP多缸液压圆锥破碎机结构比西蒙斯简单，但比单缸复杂，是Nordberg公司在一个世纪内对人类贡献的第二种高效圆锥破碎机。这种破碎机的结构特点是主轴与主机架固装在一起，偏心套套装在固定不动的主轴上，它既保留了西蒙斯圆锥破碎机大冲程的特点，又将偏心套旋转速度大大提高。圆锥破碎机的破碎效率跟偏心套的旋转速度有关，偏心套旋转一转，动锥旋摆一次，物料通过破碎腔被挤压破碎一次，偏心套旋转速度越高，破碎效率和成品率越高。

    与同规格其它机型圆锥破碎机相比，固定轴式多缸液压高性能圆锥破碎机不仅偏心套的转速高出30%至50%，而且动锥冲程大，层压破碎的效果高于其它机型，破碎产品中细粒级含量的百分比高，使其在要求多碎少磨的各类矿山受到欢迎。

    此外，由于物料在破碎腔中可实现物料粒子件的层压破碎，破碎产品石形好，这一性能备受碎石行业青睐。

    HP圆锥破碎机具有液压保险、液压调整、液压锁紧、液压清腔功能，操作、维护方便。

    但高转速对现有固定轴式多缸液压圆锥破碎机是一把双刃剑。高转速给破碎机带来高性能的同时也给破碎机的运转稳定性带来隐患。现在市场上固定轴式高性能多缸液压圆锥破碎机空载时动锥的自转速都高达100转/分，甚至更高，这样很容易导致碗形瓦和充当防飞车用的躯体上衬套过度磨损，进而导致偏心套衬套与主轴、躯体衬套与偏心套外圆运动关系改变，引发该二衬套（研伤）烧套，这是这种机型破碎机比较“娇气”的原因。因此，HP多缸液压圆锥破碎机生产厂家强调要控制破碎机空载时间不能过长，甚至在电控系统设置破碎机空载时间限制，然而对使用现场来说，控制破碎机空转时间不是很容易做到的事情。另外，破碎壁自锁紧装置是一组左旋螺纹机构，当破碎机喂料不连续时，动锥频繁改变自转方向（HP空载时的动锥自转方向为逆时针，负荷运转时为顺时针），动锥自转速高，改变自转方向时的角加速度就大，锁紧机构的锁紧螺柱、切割环和破碎壁的惯性力就大，该惯性力矩会引发锁紧螺柱松动甚至脱落，造成重大设备事故。这些弊端，让很多用户望而却步。这是HP扩大市场的瓶颈。

3. 单缸液压圆锥破碎机

相对于前述两种圆锥破碎机，单缸液压圆锥破碎机结构简单、运转可靠性高，便于使用与维护。

但因结构关系，一，上架体横梁下给不到料，沿破碎腔四周给料不均，固定衬板（轧臼壁）一旦安装到位，就不再能像西蒙斯或HP那样在调整排矿口时转动变位，因而磨损不均；二，结构限制它的偏心套不可能有HP那样的高转速；三，结构限制了它的动锥冲程，现在的动锥冲程只能满足破碎，不会产生层压破碎，因而破碎效率不如西蒙斯和HP，破碎产品中大粒级的百分比含量高，这个缺点使其在要求多碎少磨的各类矿山的应用受到限制。

    现就多缸液压圆锥破碎机和单缸液压圆锥破碎机比较如下：

    单缸液压圆锥破碎机和HP多缸液压圆锥破碎机的破碎锥锥角相同，因而物料滞留破碎腔的时间也大致相同。但HP多缸液压圆锥破碎机的破碎锥的旋摆速度比单缸液压圆锥破碎机的快得多，因此HP多缸液压圆锥破碎机的层压破碎效果好于单缸液压圆锥破碎机，破碎产品中细粒级含量百分比更高、产品更均匀。

    由于受结构条件的限制，单缸液压圆锥破碎机破碎锥冲程远小于HP多缸液压圆锥破碎机。就单粒物料破碎而言，单缸液压圆锥破碎机的冲程突破物料弹性变形使之破裂是绰绰有余的，但若进而促使破碎腔中的物料实现粒子间的层压破碎，单缸液压就远不如HP多缸液压的效果好。

    单缸液压圆锥破碎机破碎锥的旋摆速度高于西蒙斯，但远低于定轴式HP。由于单缸液压圆锥破碎机破碎锥的大端底角大于西蒙斯破碎锥的底角，物料通过单缸液压圆锥破碎机破碎腔的速度要快于西蒙斯，对动锥来说，物料滞留Symons和单缸液压破碎腔的相对时间差不太多，物料实现层压破碎的可能也大致相同。但由于西蒙斯原设计不允许挤满给料，破碎腔中的物料实现层压破碎的效果就不如单缸液压。

    为了确保运转可靠性，单缸液压圆锥破碎机不大可能再提高破碎锥的旋摆速度，否则，单缸液压将会重蹈多缸液压进入市场初期“运转娇气”的覆辙，对企业来说，风险太大了。

    单缸液压圆锥破碎机主轴的上端由安装于上架体顶部中央的锥套支撑，二者间的接触面很小但相互作用力却很大，锥套与主轴间仅通过稀释的润滑脂进行润滑，破碎机运转时二者间会因相互运动、摩擦发热，产生大量无用功耗。即便单缸圆锥破碎机传动部采用了机械效率高于滑动轴承的滚动轴承，主电动机装机功率仍然不低于同规格其它机型。由于单缸液压圆锥破碎机破碎效率和成品率比其它机型低，故其破碎产品单位功耗高于其它机型。

    现在中国很多用户在选型时首选单缸液压圆锥破碎机，最主要是看中其运转可靠性高，便于使用与维护的优点。

2，圆锥破碎机市场乱象

    从以上分析可以看出，西蒙斯历史最久，应用最广，虽然结构复杂，性能也稍显落后，但因用户遍布世界各地，备件随处可得，至今仍深受用户欢迎；单缸液压圆锥破碎机尽管破碎性能不如HP，但运转可靠性高，便于使用与维护的优点，使之市场占有率很高；HP圆锥破碎机结构比西蒙斯简单，破碎性能比西蒙斯和单缸都好，破碎产品中细粒级含量百分比高，石形好，破碎产品单位功耗小等优点深受用户青睐，但其运转“娇气”的一面则让很多客户望而却步。

    鉴于HP的高性能，有些厂商就打起了它的擦边球，导致以下两种圆锥破碎机市场乱象:

（1）将西蒙斯圆锥破碎机的弹簧保险改为HP式的液压缸保险，破碎机外形与HP相同，以HP的名义进入市场。

    对HP结构稍有了解的人很容易识破这种假HP。

（2）结构与HP相同，但将偏心套转速降低，仍以HP的名义进入市场。  

    这种假HP比较迷惑人，因为其结构与HP一样，只是为了提高运转可靠性降低了偏心套转速。孰不知HP是英文Hign(高) Performance（性能）的缩写，如果偏心套转速与西蒙斯相当，破碎机的破碎性能连西蒙斯都不如，那还是HP（高性能）吗？

    下表可帮助你识别真假HP。

HP液压圆锥破碎机偏心套转速表

由于各国电动机同步转速方面的差异，偏心套转速可有上下10%的变动。

3. 逆止机构在HP圆锥破碎机上的应用

    如果将HP圆锥破碎机的空转自转速降到30转/分以下甚至为零，该机型圆锥破碎机就可以既保有其高性能，故障率就会降低90%以上，作业率就会高于Symons，甚至超过单缸。而其高产量，高成品率的性能依然领先于西蒙斯和单缸，则HP必将在圆锥破碎机市场一枝独秀。

    多年来，Nordberg一直在寻找降低HP圆锥破碎机空载时动锥自转速的方法，但没有突破，目前基本上是用电控控制破碎机空载时间，求得降低空载时动锥自转速高给破碎机带来的伤害，应该说，这不是从根上解决问题。

    沈阳华扬在H系列圆锥破碎机动锥上设置了专利号为ZL2019 2 0776260.6的逆止装置，从而使H系列圆锥破碎机空转时的动锥自转速为零。所谓“逆止”，是既要动锥在破碎机空转时自转速为零，不因偏心套的摩擦力而发生逆时针的“飞车”，又要在破碎机破碎物料时，动锥能正常地、不受阻碍地顺时针自转。逆止机构并不改变动锥的旋摆速度，丝毫不影响破碎机的破碎性能。

    沈阳华扬的H系列圆锥破碎机是HP系列的改进型，既保有HP的一切优点，如偏心套的高转速，动锥的大冲程，可以挤满给料，破碎产品成品率高，细粒级产品百分比大，产品石形好等，又可使破碎机空载时动锥自转速为零，从根上解决了HP“娇气”的问题。