专利名称：破碎机及其控制方法
破碎机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种根据所附权利要求1前序部分所述的破碎机。本发明还涉及一种 根据权利要求8前序部分所述的用于控制破碎机的方法。
背景技术：
本发明涉及破碎机，并且优选地涉及锥形破碎机和回转破碎机。但是该装置还可 在其它破碎机中使用，例如反击式破碎机和颚式破碎机。典型地，锥形破碎机和回转破碎机 用于诸如岩石的材料的中间和精细破碎。锥形破碎机包括垂直的偏心轴和安装在其中的 倾斜内部孔。主轴安装在孔中，支撑锥体通常紧固到主轴上。该支撑锥体由破碎机的框架 包围，被称为外部破碎刀并起磨损部件作用的机构已经装设到该框架。被称为内部破碎刀 并被用作磨损部件的机构依次装设到该支撑锥体。内部破碎刀和外部破碎刀一起形成破碎 室，进料在其中进行破碎。当偏心轴旋转时，主轴并且由此支撑锥体被带入振动运动中，其 中内部破碎刀和外部破碎刀之间的间隙在循环期间在各点处改变。在循环期间出现的最小 间隙被称作破碎机的设置(setting)，并且最大间隙和最小间隙之间的差值被称为破碎机 的冲程。除其它外，通过破碎机的设置和冲程，可能会影响破碎料的粒度分布(grain size distribution)以及破碎机的产能。 —种典型的锥形破碎机的主轴仅轴承式安装在破碎锥体下方。在某些破碎机中， 破碎机的主轴通过上止推轴承以其上端部被进一步支撑到框架上。这种锥形破碎机亚类通 常被称为回转破碎机。 为了提高破碎过程的效率和破碎机的利用率，随着将要破碎的材料的特性和数量 改变，必须调节破碎机的运行。在典型的锥形破碎机中，该运行通过控制破碎机刀的设置进 行调节。在现有技术的方案中，将这些设置基于功耗(输入功率)和/或破碎力而进行调 节。但是，破碎机的这种调节是困难的或者在使用长冲程的破碎机中根本不可行。
回转破碎机通常可以通过液压系统进行调节，以便主轴可以在垂直方向上相对于 破碎机框架运动。这使得有可能改变破碎机的设置，以便破碎料的粒度对应每次期望的粒 度，和/或有可能随着破碎刀磨损保持设置不变。在其它类型的锥形破碎机中，还可以通过 将破碎机的上框架和安装在其上的破碎刀相对于破碎机下框架和主轴提升和降低来进行 调节，所述主轴在垂直方向相对于所述下框架静止。 还已发现基于功耗和/或破碎力进行的设置调节不能用来以所期望的方式影响 破碎料的粒度。例如，调节对小粒度影响较大而对较大粒度影响较小。基于此原因，存在进 一步研发控制装置的需要。
发明内容
现在，已经发现了一种用于控制所述破碎机的方案，以便将破碎过程的效率和破
碎机的利用率保持在高水平是可行的，并且该方案适合具有不同冲程的破碎机。 为了实现该目标，根据本发明的破碎机的特征主要在于独立权利要求1的特征部分所提出的内容。进而，根据本发明的方法的特征主要在于独立权利要求8的特征部分所 提出的内容。其它的从属权利要求将提出本发明的某些优选实施例。 在下面的描述中，用语"锥形破碎机"将被用来概指所有破碎机，在其中材料通过 锥体进行破碎，而不管支撑该锥体和其轴的方法。在此背景下，锥形破碎机将用作示例性破 碎机，但是将要提出的方案还可以应用在其它破碎机中，例如反击式破碎机和颚式破碎机。 因而，该材料的破碎受另一破碎机构影响而不是破碎锥体。但是，在该描述中，涉及该破碎 锥体的装置还可以应用在其它活动破碎机构中。 在本发明的一个实施例中，办法是根据使该破碎锥体运动的致动器中的输入功率 和/或破碎机的破碎力来控制诸如破碎锥体的破碎机中破碎机构的循环速度或频率。
在本发明的另一实施例中，办法是根据由破碎机产生的破碎料的粒度分布来控制 破碎机的破碎机构的循环频率。 在本发明的一个实施例中，办法是根据由破碎机产生的破碎料的数量来控制破碎 机的破碎机构的循环频率。 在本发明的一个实施例中，破碎机至少包括框架、破碎机构和用于使该破碎机构 运动的致动器。此外，破碎机包括用于测量致动器中的输入功率和/或破碎力的测量装置。 破碎机还包括用于处理测量数据并产生控制数据的控制单元。控制数据被用来控制用于调 节破碎机构的循环频率的调节装置。 在根据本发明的一个实施例的方法中，进而确定致动器中的输入功率和/或破碎 力，并且该数据被用来控制破碎机构的循环频率。在一个实施例中，循环频率通过控制该致 动器的转速进行调节。 存在用于破碎机的破碎机构的这种循环频率，在该循环频率下可以用可用功率获 得最大生产率和利用率。除其它外，此循环频率取决于待破碎料的特性和进料速率。该循 环频率还受目标粒度以及破碎机设置的影响。 在某些应用中，目标是为了获得破碎料的最大产量，在破碎机的输入功率下确定 破碎机构的尽可能最低的循环频率。 在一个实施例中，将致动器中的该输入功率和/或破碎力被连续确定，并将破碎 机构的循环频率被连续控制。 在一个实施例中，将破碎机的频率进行调节以调节破碎料的粒度分布。通过在各 种频率下运行破碎机而将破碎料的粒度分布按期望地进行调节。 在一个实施例中，破碎机构的循环频率由影响致动器的转速的频率转换器进行调 节。 在一个实施例中，在其中破碎机构的循环频率的调节被连续地执行，即便将要破 碎料的特性和/或数量在短时间内改变很大，获得最大的产量和利用率也是可行的。
此外，调节频率的装置基本上不依赖破碎机的冲程。因而，根据本发明的调节装置 可以应用在各种破碎机中，例如，举例来说，具有长冲程和短冲程的破碎机。
调节破碎机构频率的方案还可与其它的控制装置结合，例如，调节设置。在一个实 施例中，如果需要，将破碎机构的循环频率改变，以对应改变的设置。
在下文中，将参考附图更加详细地描述本发明，其中 图1示出了回转破碎机的破碎单元； 图2示出了根据本发明的破碎机的要旨的简略图； 图3示出了阐释破碎力如何取决于破碎锥体的循环频率的图表； 图4示出了阐释破碎机的产能如何取决于破碎锥体的循环频率的图表； 图5示出了阐释破碎机的产能和致动器中的输入功率如何取决于破碎锥体的循
环频率的图表； 图6和图7示出了循环频率对破碎料的粒度分布的影响； 图8示出了阐释破碎机的产能如何取决于破碎锥体的频率的另一个图表，以及
图9在流程图中示出了一种控制方法。 为了清楚起见，这些图仅示出了对理解本发明必要的细节。对理解本发明没有必 要、但对于本领域的技术人员而言是显而易见的结构和细节已经从这些图中省略，以强调 本发明的特性。
具体实施方式
通过使用锥形破碎机作为示例，本发明得以更加详细地描述，但将要提出的装置 也可应用到其它的破碎机上，诸如冲击式破碎机和颚式破碎机。但是，在描述中，涉及该破 碎锥体的装置也可应用到其它活动破碎机构上，诸如颚式破碎机的破碎颚。
图1所示的锥形破碎机单元1包括垂直的偏心轴2和安装在其中的倾斜内部孔。 主轴3安装在偏心轴2内部的孔中，并且支撑锥体4通常安装在主轴3上。被称为内部破 碎刀5并用作磨损部件的机构已被装设到支撑锥体4上。支撑锥体4由破碎机的框架6包 围，被称为外部破碎刀7并起磨损部件作用的机构转而装设到该框架。内部破碎刀5和外 部破碎刀7 —起形成破碎室8，进料在其中进行破碎。当偏心轴2旋转时，主轴3并且由此 支撑锥体4被带入振动运动中，其中内部破碎刀5和外部砸碎刀7之间的间隙在循环期间 在各点处变化。在循环期间出现的最小间隙被称为破碎机的设置S，并且最大间隙和最小间 隙之间的差值被称为破碎机的冲程。除其它外，通过破碎机设置S和破碎机的冲程以及破 碎机的运转速度，影响破碎料的粒度分布和破碎机的产能是可行的。 在该描述中，用语"循环频率"用于限定内部破碎刀5和外部破碎刀7之间的间隙 在各点处变化有多快。例如，当频率为60时，内部破碎刀5每秒钟在其路径的极限位置之 间运动60次；换句话说，每分钟有3600个循环。 图2示出了一种致动器IO，其诸如电动马达，其产生破碎单元1所需的运动能量。 在图1的装置中，致动器10的运动由驱动轴9转移到偏心轴2上。在该示例中，致动器10 接受来自调节装置11的输入，调节装置11可用于影响致动器的转速。在一个有利的实施 例中，调节装置11是频率变换器，其用于影响将要供给到致动器io上的交流电的频率并且 从而影响电动马达的转速。 图2还大体示出了用于测量输入致动器10中的功率的第一测量装置12以及用于 测量破碎力的第二测量装置13。测量装置12，13能够以各种方式实现。例如，如果致动器 10是电动马达，功率测量或者电流测量可被利用来测量输入致动器中的电力。再有，测量装置12， 13的放置视应用而定。例如，致动器10的功率可在控制单元11之前或者之后进行 测量。在一个实施例中，功率测量装置12以与控制单元11有关的方式进行配置。
此外，根据应用，破碎力能够以各种方式在不同位置处进行确定和测量。在某些破 碎机中，破碎力可通过用于调节设置的装置进行确定。例如，回转破碎机的破碎力能够通过 测量控制筒(control cylinder)的压力来确定。再有，锥形破碎机可设有筒，该筒的压力 与破碎力成比例。破碎力还可通过测量应力来测量。例如，压力测量装置或者应力测量装 置可用作测量装置13。 还有可能的是测量装置12， 13由若干测量传感器组成，它们可能测量不同的变 量。来自这些测量传感器的数据用于产生指示输入致动器10的功率和/或破碎力的数据。
图2还示出了控制单元14，来自第一测量装置12和/或第二测量装置13的数据 被传输到该控制单元14。控制单元14优选通过软件来处理来自第一测量装置12和/或第 二测量装置13的测量数据。基于该数据，控制单元14产生用于控制调节装置11的控制数 据。调节装置11控制致动器10的速度，例如电动马达的转速。由致动器10产生的运动由 驱动轴9、偏心轴2以及主轴3传送到支撑锥体4。其中当致动器的速度被改变时，支撑锥 体和破碎刀5的循环频率也发生改变。 优选地，将致动器10中的输入功率和/或破碎力被连续确定并致动器10的转速以 及由此破碎锥体4和内部破碎刀5的循环频率被连续控制。在此背景下，连续的确定和连续 的控制有利地涉及一秒钟确定和控制若干次。在一个实施例中，输入致动器10的功率和/或 破碎力随着在规律间隔间重复的一系列事件而得以连续确定，其中单次确定时刻之间的间隔 可在1秒到10秒之间。在一个实施例中，按照相应的方式，致动器10的转速可在规律间隔间 重复的一系列事件中被连续控制，其中单次控制时刻之间的间隔可在l秒到IO之间。
为了将单次测量中差值的影响降到最低，可以应用统计数学的各种运算。例如，可 以计算给定测量周期的均值，来使用作为产生调节数据的基础。 图3示出了，在一个示例中，阐释破碎力如何取决于破碎锥体4的循环频率的图 表。图3的图表，以及图4和图5的图表是基于具有测试装置的破碎操作，在其中典型的岩 石材料被破碎成大约4毫米到10毫米的粒度。如从图3可以看出，当破碎锥体4的循环频 率增加时，破碎力减小。破碎力和频率之间的关系大致上是线性的。 按照相应的方式，图4示出了阐释破碎机的产量如何随破碎锥体4的循环频率而 定的图表。该图示出了具有小于4毫米、4毫米至IO毫米间，以及大于IO毫米的粒度的破 碎料的各个图表。如该图所示产量随着破碎锥体4的循环频率增加而减少。再有，这种关 系大致上是线性的。 图5进而示出了阐释破碎机的产能和致动器10的输入功率如何取决于破碎锥体 4的循环频率的结合图表。如该图所示尽管实现高产能，但在较低循环频率下需要更大功 率。按照相应的方式，尽管需要较低功率，但在较高频率下得到了较低产能。再有，这些图 表大致是线性的。 图6和图7示出了在其它的破碎条件保持恒定时频率如何影响破碎料的粒度分 布。图6中，频率较高，图7中，频率较低。频率较高时，破碎料包含比频率较低时相对更多 的小尺寸颗粒。 图8进而示出了破碎机的产能和破碎机构4的循环频率之间的关系。从该图可以看出存在最优点n。，破碎机的产能在该点达到最大值。如果需要，最优点n。可由试验确定；
换句话说，可以通过改变频率和连续地观察破碎机的产能而确定。通过检查产能的改变，有
可能确定最优点n。。此外，为让破碎机按期望运行，存在频率范围ni-n2，实践中所述频率中 应在该频率范围内。 如上述图3到图8所示存在破碎锥体4的循环频率，在该频率下，用可用功率获 得尽可能的最高生产率和利用率。除其它外，此循环频率取决于将要破碎料的特性和进料 速率。循环频率还受目标粒度以及破碎机的设置影响。 在图3和图5中，还可以看出当破碎锥体4的循环频率改变时，致动器10中的输 入功率和破碎机的破碎力以大致相似的方式起作用。为此，破碎锥体4的循环频率的调节 可以仅基于致动器10中的输入功率或者破碎力。在一个实施例中，破碎锥体4的循环频率 的调节同时基于致动器10中的输入功率和破碎机的破碎力，其中，在某些情况下，通过监 视若干变量而获得更好的可用性。 在许多应用中，目标是在破碎机的输入功率下发现破碎锥体4的尽可能最低的循 环频率，因为按照这种方式，典型地可实现破碎料的高产能。 在一个实施例中，最低的循环频率被限定，在该最低的循环频率，致动器10中的 输入功率和/或破碎力保持在最大水平之下。此后，循环频率被调节到该限定的值。图9 的流程图示出这种方法的原理。 在一个实施例中，进而确定致动器的最大可用功率，并调节循环频率，以便破碎力 和/或致动器10的功率大致对应最大可用破碎力和/或功率。 在一个实施例中，指示最大可用破碎力和/或致动器10中的输入功率的数据(极 限值)在计算机程序中。从而，将测量数据通过软件与极限值比较，并将循环频率基于该比 较进行调节。对于每个应用而言，极限值可以经由试验或者通过分别输入期望的极限值而 确定。 在该实施例中，破碎锥体4的循环频率可连续地进行调节，即便将要破碎的材料 的特性和/或数量在较短时间周期内变化很大，也有可能获得最大的产量和利用率。
调节破碎锥体4的频率的方案还可以与其它控制装置结合，例如，调节设置。在一 个实施例中，改变破碎刀的设置将影响致动器中的输入功率和/或破碎单元1的破碎力。 当调节破碎锥体4的频率的方案基于致动器中的输入功率和/或破碎机单元1的破碎力 时——它们按照适当的方式进行确定——如果需要，当设置被改变时，将破碎锥体的循环 频率改变，以对应该改变的设置。 在一个实施例中，将破碎机的频率进行调节以便调节破碎料的粒度分布。通过在 各种频率下运行破碎机而将破碎料的粒度分布按期望地进行调节。例如，可以将频率在较 短的间隔内在两个或者多个值之间进行改变。如在图6和图7中所示，当频率增加时，破碎 料中的小颗粒的比例会增加，并且按照相应的方式，当频率减少时，破碎料中的大颗粒的比 例会增加。为了生产具有高含量的大颗粒的破碎料，可能要减小频率。按照相应的方式，为 了生产具有高含量的小颗粒的破碎料，可能要增大频率。该调节是基于凭借适当的测量装 置13确定由破碎机生产的破碎料的粒度分布。基于来自测量装置13的测量数据，控制单 元14产生用于获得期望的粒度分布的控制数据。根据来自控制单元14的控制数据，将破 碎机构4的循环频率用适当的调节装置11进行调节。
用于调节破碎刀4的频率的上述装置适合在各种锥形破碎机中使用，例如，举例
来说，具有长冲程或者短冲程的破碎机，以及在其它破碎机中使用，例如，举例来说，反击式
破碎机和颚式破碎机。因为调节优选基于破碎力和/或致动器10中的输入功率，它们基体
上不依靠破碎机的冲程，所以用于调节频率的装置基本上不依赖破碎机的冲程。 通过将上述本发明的不同实施例中公开的方式和结构以各种方式进行组合，有可
能产生依照本发明精神的本发明的各种实施例。因此，上述示例不得解释为限制本发明，相
反，本发明的实施例可以在权利要求书中所述的发明性特征范围内自由地改变。
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权利要求
一种破碎机，至少包括框架(6)，具有循环的破碎机构(4)，用于使所述破碎机构运动的致动器(10)，测量装置(12，13)以及与其相连接的控制单元(14)，所述控制单元(14)适于处理来自测量装置的测量数据并产生控制数据，其特征在于，所述破碎机还包括根据来自所述控制单元(14)的控制数据调节所述破碎机构(4)的循环频率的调节装置(11)。
2. 根据权利要求1所述的破碎机，其特征在于，所述破碎机还包括用于测量所述致动器(10)中的功率输入的测量装置(12)。
3. 根据权利要求1所述的破碎机，其特征在于，所述破碎机包括用于测量所述致动器(10)中的功率输入的第一测量装置(12)和用于测量所述破碎力的第二测量装置(13)，并且所述控制装置(14)适于处理来自所述第一和第二测量装置的测量数据，以产生控制数据。
4. 根据前述权利要求1至3中任一项所述的破碎机，其特征在于，所述破碎机包括用于测量由所述破碎机产生的破碎料的粒度分布的测量装置(13)。
5. 根据前述权利要求1至4中任一项所述的破碎机，其特征在于，所述调节装置(11)为频率转换器，其适于改变所述致动器(10)的转速。
6. 根据前述权利要求1至5中任一项所述的破碎机，其特征在于，对于所述控制单元(14)而言，所述致动器(10)中的最大可用功率输入已被确定，并且所述控制单元适于调节所述破碎机构(4)的循环频率，以便所述致动器中的功率输入大致对应于所述最大可用功率。
7. 根据前述权利要求1至6中任一项所述的破碎机，其特征在于，所述破碎机构(4)是破碎锥体。
8. —种用于控制破碎机的方法，所述破碎机至少包括框架(6)，具有循环的破碎机构(4)，以及用于使所述破碎机构运动的致动器(10)，并且在所述方法中，至少第一数据被限定，该数据是下面数据中的至少一个所述致动器中的功率输入，破碎力，由所述破碎机产生的破碎料的粒度分布，或由所述破碎机产生的破碎料的数量，其特征在于，所述破碎机构(4)的循环频率基于所述第一数据被控制。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，限定所述第一数据和第二数据，并且基于所述第一数据和第二数据控制所述破碎机构(4)的循环频率，所述第一数据为所述致动器(10)中的功率输入，而所述第二数据为所述破碎力。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述致动器(10)中的功率输入和所述破碎力被连续确定，并且所述破碎机构(4)的循环频率被连续控制。
11. 根据前述权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述破碎机构(4)的循环频率由影响所述致动器(10)的转速的频率转换器(11)被改变。
12. 根据前述权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述致动器(10)中的最大可用功率输入并调节所述破碎机构(4)的循环频率，以便所述致动器中的功率输入大致对应所述最大可用功率。
13. 根据前述权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，确定最大可用破碎力并调节所述破碎机构(4)的循环频率，以便所述破碎力大致对应所述最大可用功率。
14. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过提高所述循环频率，增加所述破碎料中的小颗粒的相对量，而通过降低所述循环频率，增加所述破碎料中的大颗粒的相对量。
全文摘要
一种用于控制破碎机的方法，该破碎机至少包括框架(6)、具有循环的破碎机构(4)以及用于使破碎机构运动的致动器(10)。在该方法中，至少第一数据被确定，该数据是下面数据中的至少一个致动器中的输入功率、破碎力、由破碎机产生的破碎料的粒度分布或者由破碎机产生的破碎料量。该破碎机构(4)的循环频率基于第一数据进行控制。本发明还涉及一种破碎机，其中该破碎机构(4)的循环频率根据来自控制单元(14)的控制数据进行调节。
文档编号B02C25/00GK101730592SQ200780053212
公开日2010年6月9日 申请日期2007年4月5日 优先权日2007年4月5日
发明者T·波蒂拉, T·莱托南 申请人:美特索矿物公司