PYB1200型圓錐式破碎機是我國2O世紀 50年代自行設計生產的、廣泛應用于國民經(jīng)濟中的不同部門、可以滿足不同碎礦流程中碎和細碎作業(yè)需要的大型工業(yè)設備。由于PYB1200型圓錐式破碎機設計年代久遠，設計思路保守，工作效率低下，能耗高，不能適應現(xiàn)代工業(yè)生產的需要，因此需要對圓錐式破碎機性能進行優(yōu)化，以提高PYB1200型破碎機的工作效率，改善破碎產品的質量。

l   圓錐式破碎機的工作原理

圓錐式破碎機 的基本 工作原理如圖1所示。從圖中可以看到 ，圓錐式破碎機的動錐 、 定錐以及進動角 r n 共 同組成了圓錐式破碎機的幾何腔型。工作時動錐周期性地靠近或遠離定錐 ， 當動錐靠近定錐時，處于2個錐體之間的物料在破碎腔中受到巨大的擠壓力作用產生破碎 。而遠離錐體表面的物料則由于自身重力的作用不斷下落， 下落一段高度后， 動錐再次向定錐靠近， 物料受到壓碎與沖擊力作用而破碎 。一段時間后 ， 動錐將會再度離開 ， 物料再次下落一定距離 。經(jīng)過幾次循環(huán)后 ，物料破碎至要求粒度 ，經(jīng)排礦口排出。

 表1為PYB1200國家標準彈簧圓錐式破碎機的工作參數(shù)與結構參數(shù) 。

2 粒子流動性的數(shù)值分析

物料在破碎腔內的運動比較復雜 ， 分析物料的運動就是分析其粒子的運動。粒子在破碎過程中，下落與擠壓都發(fā)生。而在動錐破碎壁遠離定錐軋臼壁的過程 中， 粒子以3種運動方式通過破碎腔 ，即滑動 、自由落體與滑動并存和自由落體。 

粒子的運動方式主要取決于破碎機動錐的旋擺速度n， 分別取77為300 r·min，400   r·min和550 r·min，用MATI AB程序求解，對粒子進行流動性分析，得到如圖2所示 的粒子速度分布圖。 

從圖中可以看出，當動錐旋擺速度較低時 ，粒子先作自由落體運動， 與動錐面碰撞后沿曲面滑動。當動錐轉過角度后 ，開始隨動錐面一起繞懸掛點向上擺動 。在從角度 兀到 2 丌的轉動過程中，動錐豎直向上的速度 由零逐漸變大，后來又逐漸減少到零。當動錐旋擺速度較高時， 粒子將作自由落體運動，直到與動錐碰撞后一起繞懸掛點 0 向上擺動。在

粒子運動過程中，取粒子間的黏性系數(shù)t 一0 .01S 。 

在圖 3、 圖 4和圖 5中分別表示上述 3種速度的粒子通過優(yōu)化前破碎腔型的過程圖。從圖中可以看出， 當動錐旋擺速度 ，z 較低時( 如圖 3所示) ， 粒子在開始幾個破碎區(qū)段中會有一定時間的滑動區(qū)域 ，同時破碎腔的破碎分層數(shù)只有10個。當動錐的旋擺速度 提高后( 如圖 4所示) ， 粒子在開始就進入自由落體狀態(tài) ， 同時破碎腔的破碎分層數(shù)會增加到14個 。當動錐的速度 進一步提高后(如圖5所示) ， 破碎腔的破碎分層數(shù)會增加 到20個 。這也就是說 ， 隨著速度 的逐漸增加 ， 粒子被破碎 的次數(shù)也逐漸增加 ， 破碎后產 品的粒度尺寸也會 越來越小。但是從圖2中可以看出， 隨著n 的增加， 粒子自由落體的時間 t 會減小 ， 粒子 自由落體的最 大豎直速度會減小。粒子下 降的時問越短 ， 出料量就越小 ，導致生產率下降， 生產率提高與粒度要求形成矛盾體 ，因此 ，存在一個最佳的旋擺速度，z能較好地協(xié)調這個矛盾。

 

3 PYB1200圓錐式破碎機腔型的優(yōu)化設計

結合PYB1200彈簧圓錐式破碎機腔型結構的多目標優(yōu)化問題，本文采用主要目標法來求建模，選取破碎機東錐旋擺速度n、進動角r0、動錐底角aB、平行區(qū)域長度z以及破碎區(qū)域 i的夾角作為設計變量 ，圓錐式破碎機的生產能力作為主要目標函數(shù)， 每一個破碎區(qū)域通過能力的標準偏差和產品粒度的分布被轉化成幾個非線性約束 ， 建立多目標優(yōu)化模型 ，如式( 1 ) 所示。

式中，F(xiàn) ( X) 表示破碎區(qū)域通過能力的標準偏差 ；

P表示粒度小于 CSS的篩下百分 比；   表示動錐與定錐之間最大的夾角 。圓錐式破碎機優(yōu)化函數(shù)的求解采用隨機方 向搜索算法 ， 結果如表 2所示。第 2組到第 9組 的優(yōu)化數(shù)據(jù)是為 了方便 比較改變某些參數(shù)時對腔型優(yōu)化所產生的影響。這些變動的參數(shù)分別是動錐的旋擺速度Y l 、 平行區(qū)域長度 z 、動錐底角以及進動角 r 0 。 

從第1組數(shù)據(jù)可以得出，當從40°。增加到55°，z 從100mm 減少到55mm時 ， 圓錐破碎機的生產能力Q從165 t／h增加到187 t ／h，提高了13％ 。根據(jù)第 1組優(yōu)化數(shù)據(jù)的結果，繪制優(yōu)化后腔型曲線和產品粒度分布分別如圖6、圖7和圖8所示。在圖6和圖7中，優(yōu)化前與優(yōu)化后的腔型具有明顯的不同，優(yōu)化后的腔型更接近于理想的腔型曲線。在圖 8中，l到1 0號曲線分別代 表經(jīng)過每一破碎層后產品粒度的分布情況， 即通過 CSS( 3 0   mm) 尺寸的篩下百分 比。初始來料礦石( 待碎物料) 的大小分布情況如圖 8中曲線所示 ， 滿足均勻分布.

對表 2中優(yōu)化的數(shù)據(jù)分析如下。

1 )從第 2組和優(yōu)化前的數(shù)據(jù)可 以得出： 當從3 0 0   r／mi n增加到420 r／mi n時 ， 破碎機的最大生產能力Q從165 t／h增加到167 t／h ， 篩下百分比P css從40% 增加到5 4.6%。因此,動錐的旋擺速度是影響破碎機性能的重要參數(shù) 。旋擺速度太小，物料將會以滑動的形式通過破碎腔,破碎機生產能力Q會大大下降 ；旋擺速度，z 太大， 物料幾乎無法通過破碎腔型 ，就更談不上改善破碎機的性能 。因此對于任何一組確定后的參數(shù) ，破碎機旋擺速度 n會存在一個最佳值。 

2 ) 從第2 組到第 4組的數(shù)據(jù)可以得出： 當aB從40°增加到50°時 ，破碎機的最大生產能力Q從167 t／h增加到169 t／h，篩下百分比Pcss 從54 .6 % 增加到68.1%因此 ， 動錐底角是提高圓錐式破碎機性能的關鍵參數(shù)之一。底角增加 ， 破碎機的生產能力也會增加 ；底角減少 ，要達到該組參數(shù)的最大生產能力 ， 相應的旋擺速度n也要從337 r／min提高到420 r／mi n 。 

3 )從第5組和第6組的數(shù)據(jù)可以得出： 當 r 0 從1 .9 。減少到1.8 。時 ，破碎機的最大生產能力Q從176 t／h減少到172 t／h， 篩下百分 比 Pcss 從59.5 ％ 下降到54 .5 %。因此 ，進動角 r 0 大些有利于提高破碎機的生產能力與改善破碎產品的粒度分布 ， 但是

對于破碎機整 機性能 的要求高些 ； 進動角 r 0減小,破碎機整機性能改善 ， 但破碎機生產能力 Q與產品粒度會下降。為保證破碎機產品粒度分布 ， 動錐的旋擺速度n必須從377 r／mi n提高到389 r／r ai n 。 

4 )從第 7組到第 9組的數(shù)據(jù)可以得出 ： 當z從90 mm減少到70 mm時 ，破碎機的最大生產能力Q 從171 t／h增加到178 t／h ，篩下百分比P c s s 從66. 4% 提高到68 .9 ％。因此 ，平行區(qū)域長度 z 不是控制產品粒度的唯一參數(shù) ，平行區(qū)域長度z的減少有利于破碎機生產能力Q的提高。 

以上對 PYB1200圓錐式破碎機的標準腔型進行優(yōu)化 ，得出了以下結論： 

1 )隨著動錐旋擺速度n的逐漸增加 ，粒子被破碎的次數(shù)也逐漸增加 ，破碎后產品的粒度尺寸也會越來越小。但是n越大 ， 粒子下降的時間越短 ，出料量就變小,導致生產率下降， 生產率提高與粒度要求形成矛盾體 ， 因此 ，存在一個最佳 的旋擺速度能較好地協(xié)調這個矛盾。 

2 )得出了優(yōu)化后 的腔型和粒度分布 曲線。從優(yōu)化的數(shù)據(jù)中得出了優(yōu)化參數(shù) [n，y0，aB,l]是如何影響圓錐破式碎機工作性能的結論。