付曉蓉
（洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，河南洛陽(yáng)　471039；礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南洛陽(yáng)　471039）

　　圓錐破碎機(jī)主要用于礦石/巖石的中碎、細(xì)碎作業(yè)，在礦山、水利、冶金、化工、建材和工程建設(shè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是物料破碎的關(guān)鍵設(shè)備和實(shí)現(xiàn)選礦工藝“多碎少磨”的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，圓錐破碎機(jī)的產(chǎn)能和工作效率逐步提高，設(shè)備性能、工作穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度都有了極大的提升。目前，世界上Z主要的圓錐破碎機(jī)廠家有芬蘭的Metso(美卓礦機(jī))、丹麥的FL-Smidth(福勒史密斯)、瑞典的Sandvik(山特維克)和德國(guó)的Thyssen Krupp(蒂森克虜伯)等，其破碎機(jī)產(chǎn)品經(jīng)歷了多代機(jī)型的發(fā)展，技術(shù)處于領(lǐng)先水平。而國(guó)內(nèi)圓錐破碎機(jī)技術(shù)則相對(duì)落后，產(chǎn)品大多以仿制為主，沒(méi)有掌握核心技術(shù)，產(chǎn)品性能和工作穩(wěn)定性不足，大型礦山和骨料制備項(xiàng)目上所使用的大功率、大規(guī)格的圓錐破碎機(jī)基本依賴進(jìn)口。

　　1　國(guó)內(nèi)圓錐破碎機(jī)現(xiàn)狀
　　目前國(guó)內(nèi)常用的進(jìn)口圓錐破碎機(jī)主要分為2種：一種是單缸液壓圓錐破碎機(jī)，以Sandvik的CH系列和Metso的GP系列為代表；另一種是主軸固定式多缸液壓圓錐破碎機(jī)，以Metso的HP、MP系列為代表，這幾種系列的圓錐破碎機(jī)都在不斷地優(yōu)化改進(jìn)，提高產(chǎn)品性能，它們占據(jù)了國(guó)內(nèi)圓錐破碎機(jī)市場(chǎng)很大的份額。
　　近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分破碎機(jī)制造商加強(qiáng)了圓錐破碎機(jī)的開(kāi)發(fā)力度，并取得了一些成果，如中信重工機(jī)械股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“中信重工”)開(kāi)發(fā)的CCS系列單缸液壓圓錐破碎機(jī)(見(jiàn)圖1)和CC系列多缸液壓圓錐破碎機(jī)(見(jiàn)圖2)，這些產(chǎn)品經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的礦山試驗(yàn)，設(shè)備性能和工作穩(wěn)定性都比較好，能夠滿足行業(yè)的使用需求。

　　相對(duì)于單缸液壓圓錐破碎機(jī)，主軸固定式多缸液壓圓錐破碎機(jī)更多地利用了“層壓破碎”原理，破碎效果和產(chǎn)品能效都更好一些，特別是在細(xì)碎作業(yè)中效果非常明顯，國(guó)內(nèi)外許多礦山的實(shí)踐應(yīng)用也證實(shí)了這一點(diǎn)，因此，多缸圓錐破碎機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
　　筆者針對(duì)主軸固定式多缸液壓圓錐破碎機(jī)的關(guān)鍵零件主軸的安裝，分析了傳統(tǒng)安裝方法的不足，并提出一種新型安裝、檢測(cè)方法和工裝，并通過(guò)實(shí)際裝配應(yīng)用，驗(yàn)證了新型安裝方法的高效性、實(shí)用性和可靠性。

　　2　破碎機(jī)主軸結(jié)構(gòu)和安裝要求
　　以中信重工CC系列多缸液壓圓錐破碎機(jī)為例，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。破碎機(jī)主軸過(guò)盈安裝在破碎機(jī)機(jī)架中心孔內(nèi)，用于支撐破碎機(jī)的整個(gè)回轉(zhuǎn)部件，破碎機(jī)偏心套部圍繞著主軸旋轉(zhuǎn)，偏心套部驅(qū)動(dòng)動(dòng)錐部產(chǎn)生旋擺運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)破碎腔內(nèi)物料的破碎作業(yè)。破碎機(jī)工作過(guò)程中主軸如果出現(xiàn)移動(dòng)/松動(dòng)，很有可能會(huì)導(dǎo)致破碎機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞，因此，破碎機(jī)主軸安裝的可靠性將直接影響破碎機(jī)工作的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響整個(gè)破碎工藝流程的生產(chǎn)效率。

　　由于破碎機(jī)工作時(shí)主軸受載較大，除了要承擔(dān)動(dòng)錐部自重和破碎腔礦石所產(chǎn)生的向下的壓力外，還需要承擔(dān)從動(dòng)錐部傳遞過(guò)來(lái)的破碎力的作用和與偏心套部之間的滑動(dòng)軸承摩擦產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，并且由于破碎機(jī)工作時(shí)的沖擊、振動(dòng)大且頻繁，因此，圓錐破碎機(jī)的裝配對(duì)主軸安裝的過(guò)盈量大小、垂直度、中心和高度位置有非常嚴(yán)格的要求，一般采用錐孔大過(guò)盈量的配合方法來(lái)保證其承載能力和安裝的可靠性。同時(shí)，為了避免過(guò)大的過(guò)盈量產(chǎn)生塑性變形和過(guò)大應(yīng)力，需要對(duì)主軸和機(jī)架中心孔的裝配過(guò)盈量進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。
　　通常情況下，可以根據(jù)破碎機(jī)主電動(dòng)機(jī)功率、破碎力大小、零件材料、加工精度、主軸直徑及錐孔配合長(zhǎng)度等參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)選擇過(guò)盈量。對(duì)多個(gè)規(guī)格圓錐破碎機(jī)主軸過(guò)盈量的實(shí)際計(jì)算結(jié)果顯示，主軸裝配所需的過(guò)盈量較大，部分規(guī)格的過(guò)盈量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)主軸直徑的1‰。

　　3　錐孔大過(guò)盈裝配工藝設(shè)計(jì)
　　3.1　傳統(tǒng)裝配工藝
　　通過(guò)分析機(jī)架和主軸的結(jié)構(gòu)特性(見(jiàn)圖3、4)以及主軸裝配技術(shù)要求，為了簡(jiǎn)化裝配工藝，同時(shí)更好地保證裝配精度，保護(hù)裝配表面，首先排除了壓裝裝配工藝方法，考慮采用熱裝或冷裝兩種裝配工藝技術(shù)。但是受較大過(guò)盈量的影響，采用傳統(tǒng)的熱裝或冷裝裝配工藝技術(shù)有如下缺點(diǎn)：

　　(1)單純采用熱裝裝配工藝技術(shù)，包容件(機(jī)架)的加熱溫度會(huì)很高，可能會(huì)造成機(jī)架的熱應(yīng)力變形，同時(shí)還會(huì)影響到機(jī)架上其他精加工表面的質(zhì)量精度。由于破碎機(jī)機(jī)架外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，精加工面比較多，關(guān)鍵尺寸和形位公差要求比較嚴(yán)格，因此，采用僅加熱(機(jī)架)的熱裝工藝難以滿足Z終裝配要求。
　　(2)單純采用冷裝裝配工藝技術(shù)，被包容件(主軸)的冷卻溫度要求會(huì)很低，目前的冷卻設(shè)備難以到達(dá)冷裝時(shí)所需要的冷卻溫度，因此，采用僅冷卻(主軸)的冷裝工藝不能滿足裝配時(shí)所需要的裝配間隙要求。
　　3.2　新裝配工藝
　　為了解決上述問(wèn)題，通過(guò)分析計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證，提出了一種冷裝、熱裝相結(jié)合的錐孔大過(guò)盈裝配制造技術(shù)。主要是通過(guò)改變破碎機(jī)機(jī)架和主軸之間的溫度差，使兩者之間產(chǎn)生所需要的裝配間隙，同時(shí)設(shè)計(jì)了一套輔助檢測(cè)工裝——主軸支撐梁工裝(見(jiàn)圖5)，通過(guò)它又可實(shí)現(xiàn)主軸裝配過(guò)程中的調(diào)整、檢測(cè)和定位。

　　主軸的安裝主要分為以下幾個(gè)步驟：
　　(1)預(yù)裝主軸，檢查錐面接觸率，利用自重將主軸豎直地放在機(jī)架中心孔內(nèi)，檢查錐面接觸情況，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求就配研。
　　(2)接觸均勻且滿足設(shè)計(jì)要求后，利用工裝檢測(cè)出主軸此時(shí)的高度位置，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。
　　(3)根據(jù)錐面參數(shù)將所需過(guò)盈量換算成主軸下降高度，據(jù)此選擇主軸支承梁上安裝的墊片厚度，調(diào)整主軸支撐梁的高度符合主軸安裝后的位置要求。
　　(4)安裝主軸支承梁，并拆除主軸。
　　(5)根據(jù)過(guò)盈量計(jì)算出主軸需要冷卻收縮后的尺寸，計(jì)算冷卻溫度并選擇冷卻方式。冷裝時(shí)冷卻溫度

　　式中：d¹為主軸冷卻部分過(guò)盈量，mm；α¹為主軸材料的線膨脹系數(shù)，℃^-1；d為配合平均直徑，mm。
　　(6)冷凍主軸，控制冷卻溫度，使主軸外徑收縮，同時(shí)隔一段時(shí)間檢查主軸外徑尺寸，滿足要求即冷凍完成。
　　(7)根據(jù)過(guò)盈量計(jì)算出機(jī)架中心孔需要加熱擴(kuò)張后的尺寸，計(jì)算加熱溫度并選擇加熱方式。注意加熱溫度不能太高，以免造成機(jī)架變形或表面氧化。熱裝時(shí)加熱溫度

　　式中：d²為機(jī)架加熱部分過(guò)盈量，mm；d³為熱裝時(shí)Z小間隙，mm；α²為機(jī)架材料的線膨脹系數(shù)，℃^-1；t為環(huán)境溫度，℃。
　　(8)局部加熱機(jī)架，控制加熱溫度，定時(shí)測(cè)量中心孔尺寸，待達(dá)到要求后，立即將冷卻后的主軸裝入中心孔內(nèi)，并通過(guò)主軸支撐梁工裝來(lái)控制高度位置。
　　(9)當(dāng)主軸和機(jī)架達(dá)到相同溫度后，拆除主軸支撐梁工裝。
　　(10)檢查主軸高度位置并做記錄，驗(yàn)證是否滿足設(shè)計(jì)要求。
　　采用上述方法完成了多臺(tái)不同規(guī)格的主軸固定式多缸液壓圓錐破碎機(jī)主軸的裝配工作，經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，該方法安裝定位準(zhǔn)確，操作方便，有效提高了主軸的安裝效率。

　　4　實(shí)際應(yīng)用
　　以中信重工研制的CC系列某型號(hào)圓錐破碎機(jī)主軸的安裝過(guò)程為例，對(duì)上述裝配方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主軸需通過(guò)過(guò)盈配合固定在機(jī)架上，主軸與機(jī)架為錐孔配合，根據(jù)主軸尺寸、過(guò)盈量計(jì)算結(jié)果和裝配技術(shù)要求，Z終設(shè)計(jì)裝配前后主軸在豎直方向移動(dòng)量P=3.8~4.3mm。主軸與機(jī)架的過(guò)盈較大，為保證機(jī)架溫度不宜過(guò)高，用電熱毯包裹加熱機(jī)架，保證溫度不超過(guò)200℃，并用液氮冷卻主軸，在條件滿足后將主軸可靠裝入機(jī)架孔內(nèi)。安裝過(guò)程具體包括以下步驟。
　　4.1　計(jì)算加熱/冷卻溫度
　　根據(jù)零件尺寸和裝配要求，選擇合適的冷卻/加熱方法，并確定零件冷卻/加熱后所需達(dá)到的尺寸。在冷卻/加熱過(guò)程中按要求檢查這些尺寸達(dá)到要求后，方可順利完成主軸的安裝。
　　根據(jù)現(xiàn)有條件，主軸采用液氮冷裝，液氮冷卻溫度-195℃，依據(jù)式(1)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算可得主軸采用液氮冷卻時(shí)的Z大冷縮量。
　　根據(jù)上述主軸的Z大冷縮量和零件過(guò)盈量及裝配所需間隙，得出機(jī)架內(nèi)孔加熱后所需要的熱脹量。依據(jù)式(2)及相關(guān)參數(shù)計(jì)算可知，機(jī)架采用電熱毯加熱至200℃時(shí)的熱脹量可以滿足要求，并且不會(huì)造成機(jī)架受熱變形。

　　4.2　主軸與機(jī)架的預(yù)裝
　　(1)清理機(jī)架孔和主軸的配合錐面，清除毛刺和雜質(zhì)。
　　(2)將主軸吊入機(jī)架孔內(nèi)，為了使兩件受力均勻且連接緊固，用紅丹粉檢查兩件的接觸，保證接觸率達(dá)80%以上，達(dá)不到要求則配研。
　　(3)主軸必須先非常穩(wěn)固地吊放在機(jī)架孔內(nèi)，圓周方向多點(diǎn)測(cè)量，并記錄主軸底面到機(jī)架孔底面之間的距離，各個(gè)測(cè)量值應(yīng)基本相同。
　　(4)使用塞尺來(lái)測(cè)量和記錄主軸與機(jī)架在主軸底部之間的間隙，測(cè)量4個(gè)點(diǎn)(相隔90°)并計(jì)算平均值，平均間隙應(yīng)等于或小于0.1mm，目的是驗(yàn)證主軸和機(jī)架孔之間的配合是緊密的。
　　(5)使用深度千分尺多點(diǎn)測(cè)量并記錄機(jī)架底部和主軸底部之間的距離H(見(jiàn)圖7)，如果測(cè)量中有微小差別，取平均值；如果尺寸偏差較大，提起主軸，旋轉(zhuǎn)180°，并且重新將主軸放于機(jī)架中，得到新的測(cè)量結(jié)果。

　　(6)通過(guò)主軸支撐梁工裝把緊于機(jī)架底部，保證主軸的Z終裝配。不壓入時(shí)，實(shí)際檢測(cè)主軸小端面距離底架尺寸端面的距離H=88.9mm，主軸裝入的移動(dòng)量(設(shè)計(jì)給定)P=3.8~4.3mm(按中間值P=4選取)，P=H-h，通過(guò)調(diào)整墊片組厚度S，保證工藝要求的h=88.9-4=84.9mm，即為Z終位置，如圖8所示。

　　(7)主軸預(yù)裝在機(jī)架內(nèi)時(shí)，在和主機(jī)架頂部上平齊的主軸上刻線，并刻出主軸需向下移動(dòng)P=3.8~4.3mm(Z大、Z小)時(shí)的線(共3道線)，便于驗(yàn)證主軸裝配時(shí)是否移動(dòng)在P范圍內(nèi)。打配對(duì)標(biāo)記來(lái)確保主軸放回到機(jī)架時(shí)兩者之間的位置關(guān)系。
　　(8)拆掉主軸。
　　(9)使用內(nèi)徑千分尺測(cè)量并記錄主機(jī)架孔頂部直徑，使用外徑千分表測(cè)量并記錄主軸錐體頂部垂直圓柱面上的直徑，用來(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)架內(nèi)孔膨脹量和主軸收縮量。
　　4.3　主軸與機(jī)架的總裝
　　(1)冷卻主軸，將主軸放入冷凍箱，并使用干冰填塞，按要求冷卻一段時(shí)間后，取出主軸并測(cè)量外徑，將測(cè)量結(jié)果與目標(biāo)直徑比較(此步驟應(yīng)當(dāng)在開(kāi)始加熱主機(jī)架前至少10h實(shí)施)；然后將主軸錐段朝下豎直放入另一個(gè)冷凍箱內(nèi)，周?chē)徛齼A倒液態(tài)氮，逐漸增加液態(tài)氮量，但是不允許超過(guò)主軸的錐形段范圍，使用千分尺定期檢查主軸直徑。
　　(2)加熱主機(jī)架，清理機(jī)架臂和中心孔區(qū)域，用電熱毯包住機(jī)架內(nèi)孔及機(jī)架臂等(機(jī)架位置見(jiàn)圖7)。加熱溫度200℃左右，加熱4~5h，檢查機(jī)架中心孔加熱后尺寸，自制量棒，檢查與加熱前的漲量，當(dāng)漲量達(dá)到前述計(jì)算結(jié)果時(shí)，并且主軸冷卻到要求尺寸后立即裝配。
　　(3)安裝主軸。放置軸之前應(yīng)確保支撐梁工裝厚度h調(diào)整到位，并且已經(jīng)牢固地安裝到機(jī)架底部。校準(zhǔn)配對(duì)標(biāo)記，吊運(yùn)主軸進(jìn)入機(jī)架孔內(nèi)直到堅(jiān)固地放在調(diào)整好的主軸支撐梁上，如果軸未接觸主軸支撐梁，則立即拆除，繼續(xù)冷卻主軸或加熱機(jī)架，達(dá)到合適直徑或溫度后再重新安裝。
　　(4)當(dāng)主軸堅(jiān)實(shí)固定在墊片組上1h后，松開(kāi)主軸支撐梁緊固件。軸和機(jī)架中心轂達(dá)到相同溫度以后，檢查機(jī)架孔底部與主軸之間的距離h并做記錄，以獲得Z終軸移動(dòng)量，驗(yàn)證是否滿足設(shè)計(jì)要求。

　　5　結(jié)論
　　按照上述方法進(jìn)行主軸安裝的多臺(tái)圓錐破碎機(jī)在用戶現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間帶料運(yùn)行后，即使破碎機(jī)嚴(yán)重過(guò)載/過(guò)鐵，都沒(méi)有出現(xiàn)主軸移動(dòng)/松動(dòng)的情況，證實(shí)了該安裝方法的可靠性。結(jié)合目前國(guó)產(chǎn)圓錐破碎機(jī)的技術(shù)水平和現(xiàn)狀，可以得出以下結(jié)論：
　　(1)所論述的圓錐破碎機(jī)主軸大過(guò)盈量安裝檢測(cè)方法及工具，解決了傳統(tǒng)安裝方法難以保證所需裝配間隙等缺點(diǎn)，為該類型圓錐破碎機(jī)主軸的精確、高效安裝提供了切實(shí)可行的辦法；
　　(2)通過(guò)在新型破碎機(jī)上實(shí)際應(yīng)用表明，主軸定位準(zhǔn)確，安裝方便，破碎機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，驗(yàn)證了該過(guò)盈量設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性和安裝方法的可行性、實(shí)用性，對(duì)該類型破碎機(jī)的研發(fā)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)提高我國(guó)圓錐破碎機(jī)的技術(shù)水平也很有幫助。

來(lái)源：《礦山機(jī)械》2017年第5期