1、概述
    在礦山生產(chǎn)中，運(yùn)輸?shù)V石的費(fèi)用占礦石總生產(chǎn)費(fèi)用的30%，采用普通的膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸，可使運(yùn)輸費(fèi)用降低80%~90%。但普通膠帶輸送機(jī)無(wú)法輸送未經(jīng)破碎的大塊度、高硬度、棱角鋒利的原礦，將新型低矮移動(dòng)方便的破碎機(jī)用于硬巖礦山的地下甚至工作面初碎，對(duì)提高礦山的開(kāi)采強(qiáng)度和作業(yè)效率，甚至實(shí)現(xiàn)地下高效連續(xù)出礦的理想都是至關(guān)重要的一步。
    近30年來(lái)，為了大幅度降低礦石的提升運(yùn)輸費(fèi)用，很多礦山己將礦石粗碎工序移到井下進(jìn)行，但傳統(tǒng)粗碎破碎機(jī)及其機(jī)組結(jié)構(gòu)笨重、體積龐大，需要開(kāi)挖大型破碎硐室。而在地下礦山特別是在某些地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、斷層縱橫交錯(cuò)的礦山，開(kāi)鑿高大硐室投資大、工效低、操作困難、安全性差，此時(shí)，能滿足地下礦山需要的低矮破碎設(shè)備就顯得尤為重要。
    近年來(lái)，北京礦冶研究總院新研制成功的外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)外形低矮，比同型號(hào)傳統(tǒng)顎破低20%，喂料高度低，破碎系統(tǒng)的高度降低1/3左右，大大減少了硐室的開(kāi)鑿量。這種破碎機(jī)破碎能力大，襯板磨損低，能量消耗低，是地下初碎的理想選擇。但目前該系列破碎機(jī)最大型號(hào)為PEWA750×1060，最大入料粒度630 mm，破碎機(jī)處理能力在72~150m3/h，不能滿足大中型地下礦山的要求，研制更大型
號(hào)的低矮式外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)成為礦山，特別是
地下及空間受限制的礦山的迫切需要。
2、研究思路及技術(shù)關(guān)鍵
2.1地下破碎對(duì)設(shè)備的要求
    地下開(kāi)采的工藝條件對(duì)地下初碎設(shè)備提出了苛刻的要求。
    工作空間：由于地下初碎設(shè)備安裝在集中破碎硐室或接近工作面，硐室尺寸越小、高度越低越經(jīng)濟(jì)。這使設(shè)備尺寸受到嚴(yán)格控制，要求設(shè)備高度盡量低，結(jié)構(gòu)緊湊。
    工作對(duì)象：地下金屬礦山中破碎的多為堅(jiān)硬物料。礦巖硬度系數(shù)f達(dá)到15~20。礦石破碎所需的破碎力大，襯板磨損嚴(yán)重。因此，要求設(shè)備要有高的強(qiáng)度和剛度，耐沖擊，耐磨損。
    工作環(huán)境：地下空間狹窄，環(huán)境復(fù)雜，要求設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，便于操作和維修。
    設(shè)備性能：要節(jié)能高效，生產(chǎn)能力高、設(shè)備功耗低，襯板壽命長(zhǎng)。
2.2  目前地下初碎設(shè)備存在的問(wèn)題
    目前地下礦山可選擇的初碎設(shè)備有兩大類：旋回破碎機(jī)和顎式破碎機(jī)。
    (1)旋回破碎機(jī)生產(chǎn)能力高，破碎的塊度大，但整機(jī)重量重，外形尺寸大，高度高，相應(yīng)所需的井筒尺寸、巷道斷面都要大、地下破碎硐室的高度高，硐室開(kāi)鑿量大。因此僅在顎式破碎機(jī)不能滿足生產(chǎn)能力或破碎塊度要求的少數(shù)大型地下礦山選用。
    (2)顎式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、制造維修容易、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低廉，一直是破碎領(lǐng)域中應(yīng)用最廣的破碎設(shè)備，也是地下礦山首選的初碎設(shè)備�？蛇x擇的顎式破碎機(jī)有兩種類型：簡(jiǎn)擺式顎式破碎機(jī)、復(fù)擺式顎式破碎機(jī)。前者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備高度高、整機(jī)重量重，處理能力比較低。后者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)可靠、重量輕。生產(chǎn)能力比簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī)高30%左右。但顎板的使用壽命短、能耗大、偏心距大、振動(dòng)噪音大、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性差。
2.3關(guān)鍵技術(shù)及研究思路
    由于傳統(tǒng)的顎式破碎機(jī)自身固有的缺點(diǎn)，在其基礎(chǔ)上改進(jìn)也不能滿足工藝對(duì)設(shè)備的要求。要突破傳統(tǒng)破碎機(jī)的設(shè)計(jì)思路，從機(jī)械設(shè)計(jì)的根本出發(fā)，研制新型的破碎設(shè)備。
    (1)從粉碎機(jī)構(gòu)學(xué)的研究入手，改變傳統(tǒng)顎破的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
    (2)應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，創(chuàng)立粉碎機(jī)械的新型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，獲得動(dòng)顎理想運(yùn)動(dòng)軌跡。
    (3)采用研究開(kāi)發(fā)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)，獲得設(shè)備的優(yōu)良性能。
3、新型外動(dòng)顎低矮破碎機(jī)的研制
3.1機(jī)構(gòu)原理設(shè)計(jì)
    新型外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)改變了100多年來(lái)傳統(tǒng)顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)原理。設(shè)計(jì)新穎：傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機(jī)是一曲柄連桿機(jī)構(gòu)，其連桿就是動(dòng)顎。而外動(dòng)顎勻擺硬巖破碎機(jī)的連桿是活動(dòng)邊板，而動(dòng)顎僅是連桿上一點(diǎn)的延伸（見(jiàn)圖1）。
3.2  PEWA90120機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)
    由于外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)理論研究的深入與成功，為PEWA90120新型外動(dòng)顎低矮破碎機(jī)的開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)法從改變機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，研制新一代樣機(jī)，利用自主開(kāi)發(fā)的“PW系列機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”專用軟件，分別通過(guò)改變偏心距E、肘板長(zhǎng)L、肘板座與偏心軸懸掛點(diǎn)的水平距離B、動(dòng)顎在連接垂線上部的距離b、肘板與水平方向夾角co、動(dòng)腭襯板與水平方向左側(cè)夾角θ共50多組數(shù)據(jù)的計(jì)算分析獲得大量數(shù)據(jù)，最終確定的機(jī)構(gòu)參數(shù)獲得了最理想的動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡，為PEWA90120破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定了機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    由于PEWA90120新型外動(dòng)顎低矮破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的顎式破碎機(jī)完全不同，設(shè)備的結(jié)構(gòu)和外型都發(fā)生了很大變化，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。PE-WA90120破碎機(jī)由傳動(dòng)部、機(jī)架部2、動(dòng)顎部3、調(diào)整部4、可調(diào)顎部5、拉緊部6及潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成，電動(dòng)機(jī)經(jīng)三角皮帶通過(guò)皮帶輪驅(qū)動(dòng)偏心軸，通過(guò)邊板將偏心軸的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)傳到外側(cè)的動(dòng)顎上。
    新機(jī)型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：
    (1)新機(jī)型不像傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機(jī)那樣采用偏心連桿套環(huán)裝置，而是通過(guò)活動(dòng)邊板將偏心運(yùn)動(dòng)傳到外側(cè)的動(dòng)顎上，破碎腔呈傾斜狀態(tài)。
    (2)動(dòng)顎板和偏心軸位于破碎腔及靜顎兩側(cè)，通過(guò)活動(dòng)側(cè)板將偏心運(yùn)動(dòng)傳遞給顎板。
    (3)負(fù)懸掛機(jī)構(gòu)、皮帶輪及飛輪不在機(jī)器的上部而在設(shè)備中部?jī)蓚?cè)。
    (4)靜顎由懸掛軸懸掛在機(jī)架上，下部通過(guò)襯板與機(jī)架相連，通過(guò)調(diào)整肘板，靜顎繞懸掛軸旋轉(zhuǎn)以改變排料口大小，控制排料粒度。
    (5)機(jī)架為可拆卸式，焊接箱型結(jié)構(gòu)，既減輕了重量，又提高了剛度，便于井下狹小空間運(yùn)輸安裝。
3.4技術(shù)性能參數(shù)
    PEWA90120破碎機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。
3.5性能優(yōu)點(diǎn)
(1)外形低矮。新型機(jī)破碎腔的傾斜布置及負(fù)懸掛的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大大降低了皮帶輪及飛輪的安裝高度，從而大大降低了設(shè)備的整體高度和喂料高度。與同規(guī)格破碎機(jī)外形尺寸的比較見(jiàn)表2。
    新機(jī)型與喂料機(jī)械水平布置、而不是傳統(tǒng)的階梯布置，因此，大大減少了硐室的開(kāi)鑿量。硐室高度降低1/2~ 2/3，開(kāi)鑿量減少2/3。
    (2)動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡理想。新型外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)，動(dòng)顎與連桿分離。連桿的運(yùn)動(dòng)特性，已經(jīng)不再約束動(dòng)顎的運(yùn)動(dòng)特性。這種新穎的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)徹底改變了傳統(tǒng)顎式破碎機(jī)動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)參數(shù)，可以很靈活地調(diào)整動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡，獲得理想的動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)特性。
    動(dòng)顎板上各點(diǎn)行程及其特征值決定破碎機(jī)性能的好壞。新型外動(dòng)顎低矮顎式破碎機(jī)的行程比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)復(fù)擺顎破，動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡分布規(guī)律是：破碎方向行程大，利于物料破碎，磨損方向行程小，大大減少顎板磨損。
    (3)襯板壽命長(zhǎng)。動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)的軌跡決定了被破物料在破碎與排料過(guò)程中與襯板之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及受力狀況。破碎機(jī)不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)及不同的腔形會(huì)得到不同的動(dòng)顎軌跡。PEWA90120外動(dòng)顎低矮顎式破碎機(jī)的動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡磨損方向行程及行程比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)PEF90120顎式破碎機(jī)，從而大大降低襯板磨損。
    (4)生產(chǎn)能力高，能耗低。由于新機(jī)型動(dòng)顎與靜顎的位置與傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機(jī)正好相反，動(dòng)顎的往復(fù)運(yùn)動(dòng)為破碎機(jī)提供了可靠的進(jìn)料保障，并促進(jìn)排料，生產(chǎn)能力比傳統(tǒng)顎式破碎機(jī)高。
    從動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡分析，新型PEWA90120破碎機(jī)以較小的偏心距(18 mm)，可獲得比同規(guī)格傳統(tǒng)顎式破碎機(jī)PE F90120(偏心距20 mm)大的動(dòng)顎破碎行程。因此設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速提高10%，生產(chǎn)能力提高。
    新型PEWA90120破碎機(jī)小的磨損行程大大減少了無(wú)用功，能耗低。
    (5)粉塵少、噪音低。
4、工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)
    新型PEWA90120破碎機(jī)于2001年9月在安慶銅礦的- 616 m破碎硐室安裝調(diào)試，10~11月進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，與同硐室的同規(guī)格的PEF90120傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機(jī)進(jìn)行比較，綜合檢驗(yàn)該設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，檢測(cè)該設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)，進(jìn)行生產(chǎn)能力及破碎粒度的測(cè)定。工業(yè)試驗(yàn)表明：PEWA90120外動(dòng)顎低矮顎式破碎機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求和生產(chǎn)要求，大大優(yōu)于PEF90120傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機(jī)。表
3、比較了兩種破碎機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)。
    試驗(yàn)成功后即轉(zhuǎn)入生產(chǎn)，至今碎礦70多萬(wàn)t，設(shè)備開(kāi)動(dòng)率達(dá)97%。生產(chǎn)實(shí)踐也表明，該機(jī)性能優(yōu)良、操作維修方便，運(yùn)行可靠，成本低。
    PEWA90120破碎機(jī)是一種大型復(fù)雜的新型破碎設(shè)備，為目前用于硬巖地下礦山最大型號(hào)的低矮型破碎機(jī)，它根本改變了傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機(jī)以四連桿機(jī)構(gòu)中的連桿做為動(dòng)顎的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，獲得了傳統(tǒng)顎破不能獲得的動(dòng)顎理想軌跡，利于破碎又能減輕顎板的磨損，因此從根本上改變了復(fù)擺顎式破碎機(jī)的性能。該機(jī)結(jié)構(gòu)獨(dú)特：低矮、整個(gè)機(jī)組可拆、結(jié)構(gòu)緊湊，便于搬運(yùn)、吊裝，低矮的外形特別適用于空間受到限制的場(chǎng)合，能方便地在井下運(yùn)輸、安裝及靠近工作面工作。與同規(guī)格的傳統(tǒng)顎破相比，生產(chǎn)能力提高21. 82%，襯板壽命至少提高3倍，低矮型整機(jī)高度降低25.6%，噸礦石消耗的功率可降低30%。該機(jī)的研制填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)破碎設(shè)備的一項(xiàng)空白。