圆锥破碎机及使用该机器的破碎方法与流程

本发明涉及分散机领域，也称为矿石等材料的破碎和/或研磨机。更具体而言，本发明涉及破碎机领域，其中，通过相对于锥体移动槽，材料在锥体与无底截头锥槽之间被破碎。

背景技术：

在专利文件fr2687080中描述了这种机器的运行原理。机器由锥形头构成，所述锥形头也称为锥体，装在槽中，在所述头与槽之间界定一空间。锥形头相对于机架处于固定位置，而槽则位于支撑结构上，所述支撑结构相对于机架浮动安装。支撑结构可以通过振动器在相对于机架的水平面上移动，所述振动器通过适当的方式设置为处于运动状态。因此，通过槽相对于锥体在水平面中的圆形平移将排放到锥体与槽之间的空间的材料破碎。然后，破碎的材料落入位于锥体下方的管道中。

专利文件ep0642387提出两项改进。一方面，锥形头是相对于机架关于垂直轴自由旋转安装的，以减少由于槽与头之间的切面内的移动而产生的磨损现象。另一方面，锥体相对于槽的高度是可以调整的，从而调整头与槽之间空间的最小宽度，因而调整破碎产品的最大尺寸。实际上，通过测量头的旋转速度，并且已知破碎空间的最大宽度，可以推导出材料层的厚度，因而推导出破碎产品的最大尺寸。通过比较该厚度与设定值，可以调整机器参数。

专利文件ep0833692描述了一种用于振动槽的系统，以减少垂直振动。为此目的，多个垂直振动器轴安装在支撑槽的机架上，每个轴都承载一个振动器，所述振动器由设置在界定水平面的机架底座两侧的两个不平衡重物构成。因此，当振动器旋转时，所述振动器施加的力位于底座的水平面上。

在上文所示的示例中，振动系统包括振动器轴，所述振动器轴通常为四个，呈方形模式地设置在槽与锥形头周围。第一振动器轴与电机耦合，其它轴通过一组滑轮和皮带由第一个轴驱动。振动器的旋转必须同步，以免出现虚的力矩。

启动机器时，振动轴旋转，其速度逐渐增加到额定速度。然后，磨碎排放到锥体与环之间的材料。但是，在没有特别预防措施的情况下，环的振动通过不同的频率，某些频率可能与机器的谐振频率相对应，这样对机器不利。

然后，我们知道要设置移相装置来调整一组振动器相对于另一组振动器的角度偏差，从而改变振动器产生的合力的振幅。因此，在启动过程中，两个振动器相对于另外两个振动器处于反相位，这样振动器产生的合力为零：环相对于锥体固定不动。保持反相位，直到达到额定速度。然后，所有振动器都是相控的，这样合力是最大的，而且环相对于锥体移动，以破碎材料。

例如，如专利文件ep0833692中所示，振幅可以通过一个或两个旋转液压执行器来改变，使之能够改变一组振动器相对于另一组振动器的相移。因此，振动器相对于彼此的相移和相位调整尤其依赖于滑轮与皮带组件的传输，使得调整不准确、不可靠。实际上，必须监测滑轮和皮带的磨损以及皮带的张力，从而保持良好的设置。皮带也可以在滑轮的槽口上“跳跃”，尤其是因为槽口磨损，会改变偏移振动器相对于彼此的角度位置。

此外，滑轮与皮带组件增加了机器上的零件数量，使其更复杂，维修更困难。特别是，用于旋转振动器轴的液压缸需要坚固的密封，不仅相对于轴的旋转密封，而且相对于机器的振动也需要密封。会发生很多泄漏问题。

而且，在机器运行期间，液压缸往往会旋转，尤其是因为机器振动会加剧泄漏，所以其位置变得随机。液压缸不能可靠地保持在中间位置。因此，振动器通常按照全有或全无原则运行：要么振动器异相，合力为零，要么振动器同相，合力最大。在特殊情况下，只能在很短的时间内保持中间位置。

然而，可能需要调整最大合力值，作为一般方法的设置。由于该值不能通过液压缸保持中间位置而长期调整，因此机械止动器手动安装在液压缸中，从而界定产生最大合力的位置。设置振动器很繁琐，并且进行安装操作时需要停止破碎机。但是，由于破碎机通常集成到一个更加全局性的过程来处理材料，所以停止机器会影响全局过程。

因此需要一种克服上述缺点的新型破碎和/或研磨机。

技术实现要素：

为此目的，根据第一方面，本发明提出一种破碎机，包括：

-机架，

-形成内部磨削轨道的槽。所述槽安装在底架上，该底架至少可以相对于机架在横向平面中平移，

-形成外部磨削轨道并位于槽内的锥体。

破碎机还包括相对于机架在横向平面中振动所述槽的装置，以便通过槽相对于锥体的相对运动在内部磨削轨道与外部磨削轨道之间破碎材料。

用于振动所述槽的装置包括至少两个安装在底架上的振动器，每个振动器都通过电机围绕底架的纵向轴线旋转。每个电机彼此独立地驱动其关联的振动器。用于振动所述槽的装置还包括电机控制系统以及用于测量振动器之间相对相位角的系统，以使振动装置至少可处于三个位置：

-所谓的零位置，在该位置，振动器之间的相移角使槽的振动具有最小振幅；

-所谓的最大位置，在该位置，振动器之间的相移角为零，使槽的振动具有最大振幅；

-至少一个所谓的中间位置，在该位置，振动器之间的相移角使槽的振动具有介于最大振幅和最小振幅之间的中间振幅，控制系统能够将振动装置从一个位置移动到另一个位置，同时保持振动器旋转。

因此可以根据破碎材料所需的磨削功率在线调整用于破碎材料的振动，无需停止机器。因此，机器连续运行。

根据一个实施例，每个电机都安装在机架上，并包括纵向延伸的电机轴。每个振动器都安装在振动器轴上，电机轴与相应振动器轴之间的连接件包括横向平面内的刚性联轴器以及纵向方向的柔性联轴器，刚性联轴器使得由电机轴旋转驱动振动器轴，柔性联轴器使得振动器轴可以在纵向方向相对于电机轴移动超过确定的最大行程。

电机轴与振动器轴之间连接件的柔韧性使之能够保护破碎机，同时确保有效传输。

例如，驱动轴与振动器轴之间的连接件可包括在驱动轴与振动器轴之间具有恒速传输接头的连杆，还可包括位于连杆与驱动轴之间的中间件。中间件可包括弹性材料条，所述弹性材料条附接在中间件的刚性体的两部分之间。更准确地说，第一部分可以被固定到电机轴的一端，第二部分可以被固定到连杆的一端。第一部分和第二部分中的一个部分可进一步包括纵向突出销，该纵向突出销与第一部分和第二部分中的另一个部分中的纵向孔配合，以引导振动器轴相对于电机轴纵向移动。

这种设计安装成本低，并确保电机轴与振动器轴之间以有效的方式传输。

根据一个实施例，每个电机都包括电动机模式和发电机模式，在电动机模式下，电机消耗能量使相关联的振动器旋转，在发电机模式下，电机通过制动相关联的振动器产生能量。为此目的，例如，电机控制系统可包括用于回收和储存由每个电机在发电机模式下产生的至少一部分能量的装置。作为选择或者相结合，电机控制系统可包括用于消散由每个电机在发电机模式下产生的至少一部分能量的装置。

回收的能量因此降低了机器的运行成本。回收的能量因此可用于控制机器或者为其它装置供电。

根据第二方面，提出一种使用上文所述的破碎机的破碎方法。该方法包括以下步骤：

-将振动装置设置到零位置；

-由控制系统确定磨削力作为至少一个破碎参数的函数；

-将振动器的旋转速度增加到由磨削力决定的值；

-将振动器设定到其相对位置，其中振动器之间的相移角由磨削力决定；

-将要在两个磨削轨道之间破碎的材料投入机器。

该方法还包括被保持的振动器的旋转：

-检测至少一个破碎参数的变化；

-确定新的磨削力；

-根据新的磨削力修改至少振动器之间的相移角。

根据一个特殊实施例，修改的破碎参数可以是在破碎机出口处被破碎的材料的粒径。因此，通过在线调整磨削力，可以根据需求调整机器出口处材料的粒度特征。作为选择或者相结合，修改的破碎参数可以是投入破碎机的材料的粒径。进入破碎机的材料的粒径经常会发生改变。因此，使磨削力适应待破碎的材料的粒径在经济上尤其有利。

根据一个实施例，破碎机还包括用于所述槽在纵向方向上的振动的传感器，即垂直振动。检测破碎参数的变化可包括：

-确定槽的纵向振动的参考频谱，

-比较参考频谱与由振动传感器测量的频谱，

-量化参考频谱与测量的频谱之间的差值，

-如果量化的差值超出阈值，确认检测投入破碎机的材料的至少一个破碎参数的变化。

监测垂直振动使之能够尤其监测机器故障，并且为了避免破损而对其进行预测，所述破损可能需要在较长时间内停止机器进行维修。

根据一个实施例，初始位置的设置包括以下步骤：

-停止振动器，记录振动器的初始位置，在该位置，振动器之间的相位移与振动装置的零位置相对应；

-移动振动器；

-旋转振动器，直到振动器处于其初始位置。

记录初始位置的这个步骤使机器能够更快地自动启动。例如，出现故障，需要停止机器时，可以从记录的初始位置自动重启机器。

根据一个实施例，当发生材料供应中断时，将用于振动槽的装置设置到零位，从而保护机器。因为每个振动器都是通过电机独立于其它振动器控制的，所以零位设置非常迅速，保存了机器的完整性。

根据一个实施例，当电机中发生断电时，所述方法可包括以下步骤：

-将至少一个电机设为发电机模式，

-通过回收和储存装置回收并储存至少一部分制动能量；

-利用在回收和储存装置中回收的至少一部分能量将槽振动装置设置到零位置，以使振动器逐渐停止，

-保持零位，直到所有振动器都停止旋转。

附图说明

结合附图阅读本发明的实施例的描述，其它效果和优点将显而易见，其中：

-图1是根据本发明的一个实施例的破碎机的横断面视图，其中，通过四个独立电机控制四个振动器；

-图2是图1中的机器沿着剖面线ii-ii的视图；

-图3是用于对图1的机器执行控制的一个实施例的示意图；

-图4是图2的iv-iv的详细视图。

具体实施方式

在图1和图2中，示出了振动破碎机1。破碎机1尤其包括旨在支持在地上的机架2。

破碎机1还包括槽3，其内表面形成内部磨削轨道3a。槽3安装在底架4上，所述底架可以至少在横向平面内相对于机架2移动，所述横向平面实际大体为水平面。为此目的，底架4通过弹性螺柱4a安装在机架2上，所述弹性螺柱横向和纵向弹性变形，以减少对机架2的振动的传输。锥体5位于槽3内，锥体5的外表面大体上与槽3的内表面互补并且构成外部磨削轨道5a。优选地，锥体5安装在沿着纵向轴线a延伸的轴6上，所述纵向轴线a实际上大体垂直，并且由副机架2a支撑。副机架2a悬挂在底架4上。

最后，破碎机1包括用于在横向平面相对于机架2振动槽3的振动装置7(图3)。因此，在振动装置7的作用下，槽3在横向平面内相对于锥体5移动，以便在内部轨道3a与外部轨道5a之间破碎材料。振动装置7包括至少两个振动器。

根据图中所示的一个实施例，振动装置7包括以正方形分布在底架4上的四个振动器8a，8b，8c，8d。每个振动器8a，8b，8c，8d可由称为不平衡重物的两部分制成，所述不平衡重物分布在底架4的大体横向平面的两侧，以便由振动器8a，8b，8c，8d的旋转引起的槽3的振动大体保持在这个横向平面中。每个振动器8a，8b，8c，8d都固定在具有振动器的轴9a，9b，9c，9d上，所述振动器具有纵向轴线，由电机10驱动相对于底架4旋转，在图2中可见具有振动器的轴9a，9b的电机。因此，当振动器旋转时，槽3振动，并且描述了横向平面内的圆形平移运动。通常，为了主要在横向平面内或仅仅在横向平面内产生振动，振动装置7包括围绕纵向轴线a均匀分布的至少两个振动器，以便由机器消耗的能量以最佳的方式用于在内部磨削轨道4a与外部磨削轨道5a之间破碎材料。为了减少纵向振动，即实际上的垂直振动，可采取特殊措施。例如，振动器彼此相同，并且与纵向轴线a的距离相同，而且彼此之间的距离相等。在振动器不相同的情况下，作为结果，可以调整到纵向轴线a的距离以及彼此之间的距离。

每个电机10都独立于其它振动器驱动相应的振动器。更具体而言，每个电机10控制相应振动器的位置和速度。如下文所述，每个电机10优选地是可逆电机，换言之，所述电机包括电动机模式和发电机模式，在电动机模式下，电机消耗能量使相应振动器旋转，在发电机模式下，电机通过制动相应振动器产生能量。

更具体而言，振动装置7包括用于控制电机10的系统11以及用于测量振动器8a，8b，8c，8d之间的相对相移的系统12，所述相对相移即振动器8a，8b，8c，8d之间的相对角度，使得振动装置7可以包括至少三个位置：

-所谓的零位置，在该位置，振动器8a，8b，8c，8d之间的相移角使槽3的振动具有最小振幅或者零振幅；

-所谓的最大位置，在该位置，振动器8a，8b，8c，8d之间的相移角为零，使槽3的振动具有最大振幅；

-至少一个所谓的中间位置，在该位置，振动器8a，8b，8c，8d之间的相移角使槽3的振动具有介于最大振幅和最小振幅之间的中间振幅。

实际上，为了根据所需的磨削功率调整振动振幅，振动装置7可具有多个中间位置。

根据图中所示示例，即通过四个振动器8a，8b，8c，8d两两地进行振动器的相移。因此，在零位置，对角相对的振动器8a，8c彼此同相，而且对角相对的振动器8b，8d也彼此同相，而振动器8a，8c与振动器8b，8d则处于反相位，换言之，相移角约为180°。在最大位置，四个振动器8a，8b，8c，8d彼此同相。最后，在中间位置，振动器8a，8c与振动器8b，8d的相位相差180°。

更具体而言，每个振动器8a，8b，8c，8d都可以与位置传感器相关联，使之能够随时知道每个振动器8a，8b，8c，8d的位置。

控制系统11因此能够将振动装置7从一个位置切换到另一个位置，同时保持振动器旋转。实际上，特别是因为电机10的独立性，所以在任何时候，每个振动器的位置、其旋转速度及其相对于其它振动器的相移都是已知的并且可以在线调整，无需停止破碎机1。

为此目的，控制系统包括计算机13，基于知晓每个振动器的速度和位置以及振动器8a，8b，8c，8d之间的相移，所述计算机使之能够随时知晓槽3振动的振幅。通过比较计算值与目标值，振动装置7可以调整振动器8a，8b，8c，8d之间的相移，从而随时调整槽3振动的振幅，并因此调整磨削力。此外，控制系统还可以调整振动器的旋转速度，从而调整磨削功率。

因此，中间位置不取决于机械安装，而是可以通过直接作用在电机上的电机10的控制系统11在线调整，无需停止破碎机1的运行。此外，由于使用了与振动器8a，8b，8c，8d相关联的电机10，所以在一段时间内以较大的稳定性保持了振动器8a，8b，8c，8d的位置，所述一段时间的范围可从数分钟至数小时。例如，控制系统11使之能够通过负载共享系统连接电机10，以确保电机10和振动器8a，8b，8c，8d的同步控制。

由于破碎机1的这种新型设计，其中，通过独立于彼此的电机10控制每个振动器8a，8b，8c，8d，破碎机1使之能够根据来料的特性以及从破碎机1输出的材料的目标特性来调整磨削力。

因此，要破碎材料，首先将振动装置7设置到零位置。根据至少一个破碎参数可以由计算机13确定初始磨削功率。初始磨削功率确定振动器8a，8b，8c，8d的初始旋转速度和初始相移，该初始相移可能与最大位置相对应，然后与中间位置相对应。然后，控制系统逐渐增加振动器8a，8b，8c，8d的旋转速度，直到达到初始值。在振动装置7处于零位置的情况下，槽3相对于锥体5几乎没有或没有横向移动。因此，在提高旋转速度的过程中，要避免通过可能降低转速的破碎机1的谐振频率。然后，控制系统11移动振动器，以获得确定的初始相移，并因此获得初始磨削功率。

只要不修改破碎参数，磨削功率便可以保持大体等于初始磨削功率：保持振动器的旋转速度和相移，由于使用了分别与振动器8a，8b，8c，8d相关联的电机10，因此提高了可靠性。

但是，在供应材料过程中可能会修改破碎参数。

破碎参数是指会在破碎机1出口处影响材料的特性的任何参数。这包括但不限于颗粒的粒径，即尺寸、硬度、形状、颗粒的多孔性、输入材料的密度、材料出口处颗粒的目标粒径和材料流速。实际上，输入材料的粒径，尤其是与目标粒径有关的颗粒的尺寸，尤其是输出材料的颗粒的尺寸是最常用的破碎参数。

通过检测破碎参数的修改，可以由计算机13计算新的磨削功率，可以修改振动器的相移角和/或旋转速度，以获得新的磨削功率，同时保持振动器旋转。在此，振动器的相移角可再次与最大位置或中间位置相对应。

实际上，磨削功率与槽3振动的振幅直接相关，所述振幅是由振动器之间的相移确定的。更具体而言，磨削力直接取决于振动器的相移。

但是，尤其可以根据输入材料的特性以及输出材料的目标特性确定所需的磨削功率。例如，输出材料与输入材料的颗粒之间的尺寸之差越大，磨削功率则必须越大。

一个应用实例涉及矿物加工，即矿石破碎。根据需要，可能发生的情况是输出材料中尺寸小于所需尺寸的颗粒(也称为细颗粒)的比例过高。实际上，细颗粒不利于下游加工过程。由于本文介绍的新的破碎机1，可以调整磨削功率，以防产生细颗粒。

通常，由于按照这种方式设计的破碎机1，以及与现有技术的机器不同，为了改变振动器8a，8b，8c，8d之间的相移以及保持新磨削功率而无需停止破碎机1，所述新磨削功率与启动破碎机1时最初确定的磨削功率不同。

破碎参数的修改可以在破碎机1上游进行，例如，通过直接测量输入材料的特性，或者在破碎机1下游进行，例如，通过测量输出材料的特性。根据一个实施例，破碎机1还包括用于槽3的纵向振动的传感器。通过比较由传感器测量的纵向振动的频谱与参考频谱，可以检测破碎参数的变化。测量频谱与参考频谱的差被量化。例如，可能是振幅、频率或时移的差值。如果量化的差值超出阈值，则确认检测破碎参数的变化，例如，通过向振动装置7发送信号确认，从而相应地调整振动器的相移。

实际上，在某些情况下，破碎机1的磨削功率是不适当的。例如，功率可能不足，因而输入材料的颗粒没有被破碎，并导致堵塞。还可能发生磨削功率过高的情况，以至于锥体5的外部轨道5a与槽3的内部轨道3a接触，在这种情况下，意外发生纵向振动，这意味着必须调整磨削功率。

由此形成的破碎机1比现有技术的破碎机更能响应破碎参数的变化。尤其是，当发生材料供应中断时，会迅速检测到，而且由于电机10，振动装置7可以迅速切换到零位，以这样的方式使槽3不接触锥体5，而且也不损坏磨削轨道3a，5a。从检测到材料供应中断到切换到零位置之间的反应时间大约是几秒钟，而按照现有技术的滑轮技术，反应时间是数十秒。

振动器的位置也很精确，其角度偏差通常小于1°。此外，由于振动器8a，8b，8c，8d的位置和速度始终是已知的，所以易于设置预测性维护：当一个振动器产生的功率与标准功率或者与其它振动器的功率偏离过大时，则生成维护信号，表示必须进行介入，例如，进行润滑操作、轴承诊断或者目视检查。

根据图4中具体阐释的一个实施例，每个振动器的位置传感器都是编码器类型的。操作员将振动器8a，8b，8c，8d处于初始位置，在该位置，振动器8a，8b，8c，8d之间的相移与振动装置7的零位置相对应。然后，每个编码器记录相关振动器的位置。因此，在振动器8a，8b，8c，8d移动离开其初始位置后，为了启动破碎机1，需要将振动装置7返回至零位置，从而将速度增加到由磨削功率确定的在不产生任何振动的情况下所需的速度。为此目的，电机10转动振动器8a，8b，8c，8d，直到在增加其旋转速度之前，将每个振动器8a，8b，8c，8d返回到其初始位置为止。因此，可以突然停止破碎机1，振动器8a，8b，8c，8d处于具有任何相对相移的位置；破碎机1的重启总是在振动装置7处于零位置时进行。

如上所述，电机10可以是可逆电机。因此，根据一个实施例，电机控制系统10包括用于回收由处于发电机模式的每个电机10产生的至少一部分能量的装置14。因此，当发生电源故障时，至少一个电机10，实际上所有电机10，都切换到发电机模式。然后，为了将振动装置7设置到零位置，可以通过控制系统10使用回收的能量，以使得槽3中几乎不存在振动。因此，振动器8a，8b，8c，8d的旋转速度逐渐降低，将振动装置7保持在零位置，而不通过破碎机1的谐振频率，该谐振频率可能使旋转速度降低。

根据一个实施例，可以储存由回收装置回收的能量。

根据另一个实施例，回收装置所回收的能量由一个或多个电机10直接使用。更具体而言，在包括振动器8a，8b，8c，8d之间的相移变化在内的瞬态期间，当将电机10连接到负载共享系统时，由切换到发电机模式的电机产生的电能可以直接传输到处于驱动模式的电机。共享系统因此使之能够在包括电机10之间非常大的功率差异在内的瞬态期间在电机10之间分配功率。

控制系统11还可以潜在地包括用于消散由处于发电机模式的每个电机所产生的至少一部分能量的装置15，例如，允许过多的能量被消散并防止在快速制动情况下负载共享系统过载。

根据一个实施例，每个电机10都安装在机架2上并且包括纵向延伸的电机轴16，而且通过连接件17连接到相应的振动器轴9a，9b，9c，9d，所述连接件驱动正在旋转的振动器轴9a，9b，9c，9d。为此目的，围绕平行于底架4的纵向轴线的轴线旋转地安装每个振动器轴9a，9b，9c，9d，电机轴16与相应的振动器轴9a，9b，9c，9d之间的连接件17包括横向平面中的刚性联轴器。然而，承载槽3的底架4的任何纵向振动都会降低轴之间的连接。为了避免这种情况，连接件还包括处于纵向方向的柔性联轴器，以便振动器轴9a，9b，9c，9d可以在指定的最大行程内相对于电机轴16纵向移动。这种布置还能够将每个电机10设置为与其中一个振动器8a，8b，8c，8d大体纵向对齐。

例如，电机轴16与相应的振动器轴9a，9b，9c，9d之间的连接件17包括具有恒速传动接头的连杆18。例如，所述连接件是具有双联式万向节的连杆18。此外，连接件17包括连杆18的一个端部之间的中间件19，例如电机侧10的一端。该中间件尤其包括刚性体20以及由弹性材料制成的条21，例如所述刚性体是金属刚性体，分为两部分20a，20b，所述条固定在刚性体20的两部分20a，20b之间。更准确地说，条21呈环形，其每条自由边都刚性地连接到刚性体20的部分20a，20b的其中一个部分。刚性体20的第一部分20a刚性地连接到电机轴10的一端，第二部分20b被固定到连杆18的电机端10。弹性条21有足够弹性，以纵向变形，使之能够在电机轴10与相应振动器轴9a，9b，9c，9d之间的指定行程内相对纵向移动。为了引导该纵向位移，两部分中的一个部分，例如第一部分20a，包括纵向突出销22，而另一部分，例如第二部分20b，包括与销22互补的纵向孔23，以使销22能够在孔23中在引导下滑动。销22可以通过刚性固定附接到第一部分20a，或者与第一部分20a成为整体。例如，第二部分20b由钢制成，并将自润滑铜环压入孔23中。

连接件17因此允许将旋转从电机轴16传递到振动器轴9a，9b，9b，9c，9d具有灵活性，由此吸收槽3相对于机架2的振动。销22与孔23之间的配合使之能够防止横向变形，所述横向变形会破坏连接件17的机械稳定性。