专利名称：监视破碎机轴承状态的方法和破碎机的制作方法
技术领域：
本发明涉及圆锥和回转破碎机。更具体来说，本发明涉及对圆锥或回转破碎机滑动轴承的监视，从而使初期轴承可以在早期检测到，以便可以防止对破碎机轴承和其它零件的大损伤。
破碎机的主轴在破碎机框架中往往受到在其上端的顶部轴承支承。圆锥破碎机的这种子型通常称为主轴破碎机。
回转破碎机通常可由一液压系统调节，使主轴可相对于破碎机框架垂向移动。这样就能够改变定位，使碎石的粒度符合需要的大小，和/或在磨损件磨损的过程中保持定位恒定。
在其它类型的回转破碎机中，也可通过相对于破碎机下部框架和相对于下部框架保持垂向静止的主轴升、降破碎机上部框架进行调节。
在破碎机中有许多与滑动轴承相关的表面。取决于破碎机的类型，例如，这些表面包括主轴和偏心轴偏心轴和下部框架偏心轴和调节活塞主轴和上部框架主轴和调节活塞之间的表面。
上述构件彼此通常并不直接接触，但是，实际上在它们之间通常具有一个或多个轴承座套，因而实际的轴承表面通常在上述构件和这些轴承座套之间形成。
当破碎机的轴承工作正常时，破碎机的轴承表面之间的摩擦力是很小的。如果破碎机受到润滑故障的影响，那么，轴承表面之间的摩擦力就会增加，轴承就处在卡死的危险中。例如，这种故障可以是破碎机过载、润滑油污染或润滑油的压力或流量减小。
卡死的损伤在破碎机中容易从一个轴承表面发展到另一个轴承表面。例如，假定在破碎机的主轴和偏心轴之间存在润滑故障，上述轴承表面开始卡死。这使偏心轴发热。当热量传至偏心轴和破碎机框架之间的轴承表面时，该轴承表面的润滑也可能受到影响，这也使该轴承表面开始卡死。
在这个实例中描述的卡死也可能以相反的方向从一个轴承表面向另一轴承表面发展，或也可能在其它轴承表面之间发展。
作为实例描述的这种情形也可能导致一种情况，在该情况中，破碎机的轴承与破碎机的主要零件如框架、主轴、偏心轴等一起被完全损坏。这种完全损坏的维修成本难以估价，因为成本随情形不同而相差很大，例如，这取决于破碎机的类型。平均来说，成本大约在EUR20000-50000之间(2000年的价格)。另外，破碎机的停工也带来相当大的损失。
在芬兰专利第100554号中公开了一种通过监测主轴围绕其轴线的转速而监测破碎机轴承状态的方法。当破碎机间隙充满石头时，这些石头将减小头部和主轴的转速。因此，在主轴转速的变化可被检测到之前，主轴和偏心轴之间的摩擦必须有相对较大的增加。这时，在偏心轴和主轴之间的滑动表面的损伤已经发展到相对较大的程度。
按照本发明，提供一种权利要求1限定的用于控制破碎机轴承状态的方法和一种权利要求5限定的破碎机。
如果能够足够早地检测到破碎机轴承表面上摩擦力的增加，那么，这将给出开始卡死的指示。然后就有可能创造出一种方法以通知破碎机的操作者这种故障。例如，其最简单的形式，这种警告系统可以是灯光或声音信号。也可以将上述指示与破碎机或整个破碎工艺的控制系统联系起来，使最初的故障就可将破碎机或破碎过程控制起来，从而将损害保持在尽可能小的程度上。
这种指示例如可以用于—打开破碎机的过压阀，使破碎机定位快速增大，从而使轴承负载减小，—脱开破碎机动力传递的连接，使破碎机停机，从而使轴承负载减小，—停止破碎机驱动电机，使破碎机停机，从而使轴承负载减小，—缩短破碎机的行程，使轴承负载减小，—停止破碎机的喂料器，当破碎机变空时，将减小破碎机和轴承的负载。
当早期检测出开始卡死时，损伤就不能从一个轴承表面发展到另一个轴承表面。这只要改变可卸式装配的轴承套筒或其它类似的轴承构件，并研磨主要破碎机部件上的相应表面就可以了。这样，维修成本只为全部损坏引起的维修成本的大约10-20％。另外，由于缩短了停机时间，也可降低破碎工厂的生产损失。如果足够早地检测出损伤，将损伤保持最小，那么，在某些情形中甚至可以将损伤的维修延缓至正常的保养时间。
图1和2表示按照现有技术的典型的主轴式破碎机。
图3表示按照现有技术的典型的回转式破碎机，图4是表示
图1破碎机细节的放大的底视剖视图，也表示轴承中出现的力及其性质，
图5a放大地表示应用在
图1破碎机的底部的本发明的一个实施例，图5b放大地表示应用在
图1破碎机的顶部的本发明的一个实施例，图6a放大地表示应用在图2破碎机的底部的本发明的一个实施例，图6b放大地表示应用在图2破碎机的顶部的本发明的一个实施例，图7放大地表示应用在图3破碎机中的本发明的一个实施例。
破碎机框架由两个组件，下框1和上框2构成。安装于上框的凹面件5和借助头部4安装于主轴3的套筒6构成破碎腔7，待破碎的物料从破碎机顶部送入破碎腔7。
偏心轴9借助传动部件8转动，传统部件8安装在下框中。在偏心轴上有一个与破碎机中心轴线成斜角的孔，主轴装配在该孔中。当传动部件在破碎机框架内转动偏心轴时，引起装配在偏心轴中的孔内的主轴的摆动。
破碎机定位是通过将液压介质泵入调节活塞10和下框之间的空间而调节的。在这种应用中，破碎机的调节活塞呈圆筒形，在其上端敞开，而在其下端封闭，调节活塞的边缘装配在破碎机下框和偏心轴之间。
在主轴和偏心轴之间有一个主轴径向轴承17，该轴承将影响主轴的径向力传至破碎机框架。在偏心轴和调节活塞之间为偏心轴径向轴承13，执行同样的任务。偏心轴的轴向轴承12在偏心轴和下框之间传递轴向力。
在调节活塞外表面上有一条槽，安装在破碎机下框上的调节活塞导向器11装配在该槽中。导向器的作用是防止调节活塞在破碎机框架中由于偏心轴径向轴承和主轴的轴向轴承内的摩擦力而形成的转动。防止这种转动很重要，因为这就能够使彼此相对运动的部件实现足够高的相对速度，从而形成润滑膜。
主轴的轴向力通过加压的液压介质和主轴的轴向轴承14、15、16传至破碎机框架。在本申请中轴向轴承由三个独立的部件构成，使这些部件中的至少两个具有作为球面一部分的对置表面(counter-surfaces)。
主轴的径向力是通过支承轴承19传至破碎机上框的。在破碎机中通常设有一个主轴保护套筒以保护主轴，使其免受待破碎物料磨损的影响。
图1所示的相同的破碎机主要部件也出现在图2所示的破碎机中。破碎机定位是通过将液压介质泵入调节活塞10和下框之间的空间而调节的。在本申请中，调节活塞全部在主轴下面，不用作将主轴的径向力传至破碎机下框的构件。
图3所示破碎机的主要部件是框架20、碗状件21、主轴3、头部4、凹面件5、套筒6、破碎腔7、传动部件8、偏心轴9、调节电机22、调节环23、偏心轴的轴向轴承12、头部的径向轴承13、头部的轴向轴承24、25、26和主轴的径向轴承17。安装在碗状件21上的凹面件5和安装在头部4上的套筒6构成破碎腔7，待破碎物料从破碎机顶部送入破碎腔7。
在下框中设置传动部件8，借助传动部件转动偏心轴9。在偏心轴内有孔，主轴3装配在该孔中，主轴3固定在破碎机框架上。当传动部件使偏心轴围绕主轴转动时，使通过轴承连接于主轴的头部摆动。
破碎机定位是通过调节电机22转动碗状件21而调节的，调节电机使碗状件本身沿调节环23的螺纹升或降。
在主轴和偏心轴之间有主轴径向轴承17，该轴承将头部的径向力传至破碎机框架。在偏心轴和头部之间有具有相同的功能的头部径向轴承13。偏心轴的轴向轴承12在偏心轴和破碎机框架之间传递轴向力。
头部的轴向力通过头部轴向轴承24、25、26传至破碎机框架。在本申请中，轴向轴承由三个独立部件构成，这些部件中的至少两个具有作为球面一部分的对置表面。
头部的径向力通过主轴径向轴承17传至主轴，进而传至破碎机框架。
图4表示
图1所示破碎机下框的水平剖视图。图中所示主要部件是下框1、主轴3、偏心轴9、调节活塞导向器11、偏心轴径向轴承13和主轴径向轴承17。
该图也表示在破碎机中出现的下述力—在破碎物料时从主轴作用在破碎机上的径向分力FL，—在主轴和主轴径向轴承之间的表面上由力FL引起的摩擦力Fμ1，—在偏心轴和偏心轴径向转承之间的表面上由力FL引起的摩擦力Fμ2，—由力Fμ1和Fμ2引起的、作用在调节活塞上的力矩M，—由调节活塞导向器和相反力矩M形成的反作用力F，该力F防止调节活塞旋转。
力FL从主轴传送，引起摩擦力Fμ1和Fμ2，其中第一个是主轴和主轴径向轴承之间的摩擦力，第二个是偏心轴和偏心轴径向轴承之间的摩擦力。在正常的润滑状态中，摩擦系数很小，例如为0.001，因而摩擦力也很小。
如果润滑情形变劣，摩擦系数就急剧增加，因而摩擦力例如为10…100倍。轴承摩擦在调节活塞上引起力矩M，该力矩被调节活塞导向器的支承反作用力F抵消。通过测量力F或其效果，就可以得到关于轴承摩擦力的信息。通过同时观察破碎机所使用的动力、破碎机定位和破碎机的控制压力，可以取得不同轴承的负载情形的很好领悟。如果轴承的负载和润滑情形变为临界，那么，通过控制破碎机或物料喂送，例如，通过减小或停止喂送物料的输入，扩大破碎机定位，停止破碎机或给予破碎机操作者警告，操作者根据这种警告决定采取何种动作以消除问题，从而防止或减小损伤。
图5a表示
图1所示那种破碎机的下部，它包括偏心轴9、调节活塞10、偏心轴轴向轴承12、偏心轴径向轴承13、主轴轴向轴承14、15、16、主轴径向轴承17及传感器27和28等。在按照图5a的破碎机中，传感器27引起的、影响调节活塞10的反作用力由传感器27观测。如果传感器检测到反作用力增加，这就是偏心轴的径向轴承或主轴轴向轴承17开始损伤的信号。传感器装配在调节活塞导向器11中。偏心轴引起的、作用在偏心轴轴向轴承12上的转矩的反作用力由传感器28观测。如果传感器检测到反作用力增加，这就是偏心轴轴向轴承开始损伤的信号。
图5b表示
图1所示那种类型的破碎机的上部，包括主轴3、支承轴承19和传感器29等。在按照图5b的破碎机中，传感器引起的、影响支承轴承的转矩的反作用力由传感器29观测。如果传感器检测到反作用力增加，这就是支承轴承开始损伤的信号。
在按照图5a和5b的破碎机中，例如，下述轴承表面的形状能够由传感器控制—轴向轴承14、15、16的组合的轴承表面，—偏心轴9-偏心轴的轴向轴承12，—偏心轴9-偏心轴的径向轴承13，—主轴3-支承(顶部)轴承19。
图6a表示与图2所示相同类型的按照本发明的破碎机，它包括主轴3、偏心轴9、调节活塞10、偏心轴的轴向轴承12、偏心轴的径向轴承13、主轴的轴向轴承14、15、16、主轴的径向轴承17和传感器29和30等。在图6b中类似地表示按照本发明的破碎机的上部，它包括主轴3、支承轴承31、32和传感器33等。
在按照图6a的破碎机中，传感器29引起的、朝向偏心轴径向轴承的转矩的反作用力借助传感器29监测。如果传感器检测到反作用力的增加、这是偏心轴径向轴承开始损坏的信号。借助传感器30监测该传感器引起的，朝向调节活塞的反作用力。如果该传感器检测到反作用力的增加，这是主轴轴向轴承开始损坏的信号。
在按照图6b的破碎机中，传感器33引起的、朝向支承轴承31、32的反作用力借助传感器33监测。如果该传感器检测到反作用力的增加，这是支承轴承开始损坏的信号。
在按照图2的、按照图6装备起来的破碎机中，例如，借助传感器可监测下述轴承表面—主轴轴承14、15、16组合的轴承表面，—偏心轴9-偏心轴的轴向轴承12，—偏心轴9-偏心轴的径向轴承，—在支承轴承组合、框架和主轴之间的轴承表面3、26、27、2。
图7表示按照图3的、装备着按照本发明放置的传感器的破碎机的中部。该图中表示主轴3、头部4、偏心轴9、偏心轴轴向轴承12、头部径向轴承13、头部轴向轴承24、25、26、主轴径向轴承17和传感器34、35、36和37。
在按照图7的破碎机中，传感器34引起的、作用在偏心轴轴向轴承上的转矩的反作用力由传感器34监测。如果该传感器检测到反作用力的增加，这是偏心轴轴向轴承开始损坏的信号。借助传感器35监测头部引起的、朝向头部轴向轴承的转矩的反作用力。如果该传感器检测到反作用力的增加，这是头部轴向轴承开始损坏的信号。借助传感器36监测主轴引起的、作用在主轴径向轴承上的转矩的反作用力。如果该传感器检测到反作用力的增加，这是主轴径向轴承开始损坏的信号。借助传感器37监测该传感器引起的、作用在头部径向轴承上的转矩的反作用力。如果该传感器检测到反作用力的增加，这是头部径向轴承开始损坏的信号。
传感器36和37相对于破碎机不在固定的位置上，而是传感器36随偏心轴运动，传感器37随头部运动。因此，从传感器至破碎机外面的信号传送需要特殊的装置。但是，这种功能可以借助一个集电环或借助一个连接于传感器的发射器及位于破碎机外面的接收器来完成。
在按照图7的破碎机中，例如，借助传感器可以监测下述轴承表面—头部轴向轴承24、25组合的轴承表面，—在框架20和偏心轴9之间的轴承表面，—主轴3-主轴径向轴承17，—偏心轴9-头部径向轴承13。
本发明并不局限于任何特定的传感器技术。对轴承状态的监测不仅能够以测量力为基础，而且也能够以测量变位为基础，或者，例如以测量表面压力为基础。除了力以外，也可以测量弯矩及其引起的变形。因此，例如，传感器可以使用压电传感器、力传感器、机械传感器、压力传感器或应变片传感器。
从本发明的观点来看，传感器以何种方式来指示损坏并不重要，这种指示可以机械式、液压式或电气式地传递。监测不仅能够以直接监测轴承为基础，而且也能够以通过某些其它零件的间接监测为基础。
权利要求
1.用于监测回转破碎机中轴承状态及减小磨损的轴承引起的损伤的方法，其特征在于在破碎机中轴承表面之间的摩擦力由传感器监测，传感器进行的摩擦力监测得到的信息用在破碎机警告或控制系统中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于破碎机的轴承表面之间的摩擦力由压电传感器、力传感器、机械传感器、液压传感器或应变片传感器监测。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于轴承表面之间的摩擦力由结合在调节活塞导向器中的传感器监测。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于；来自一个或多个传感器的信号被分析，通过将其与事先存储在一个控制系统中的基准材料进行比较，从而得到轴承表面正在受损的信息。
5.一种回转破碎机，其特征在于它包括至少一个传感器，该传感器能够提供关于破碎机轴承表面之间的摩擦力的输出信号。
6.如权利要求5所述的破碎机，其特征在于所述破碎机是主轴破碎机。
7.如权利要求5或6所述的破碎机，其特征在于所述传感器是压电传感器、力传感器、机械传感器、液压传感器或应变片传感器。
8.如权利要求5至7中任一项所述的破碎机，其特征在于所述传感器结合在调节活塞导向器中。
全文摘要
用于破碎石头的回转破碎机的滑动轴承的故障通过设置与轴承零件相连的传感器而预料，借助传感器能够观测到摩擦力的增加。借助传感器能够在早期检测到轴承损伤的开始，从而能够防止破碎机的轴承及其它部件的大的损伤。
文档编号B02C23/04GK1457403SQ02800323
公开日2003年11月19日 申请日期2002年3月13日 优先权日2001年3月23日
发明者伊尔波·涅米宁, 尤哈马蒂·海基拉, 尤哈·帕托萨尔米 申请人:麦特索矿物(坦佩雷)有限公司