工業性實驗業已證明，在破碎粉磨領域，如水泥行業，采用立式沖擊破碎機實現“多破少磨”節能降耗工藝，其節能降耗效果可與輥壓機及立式磨相媲美，有些方面甚至優于二者，如初始投資少，結構簡單，操作維護方便等，因此近年來得到較多的研究和開發。然而，能夠滿足中等以上水泥廠需要的中、大型立式沖擊破碎機尚無成功的實例報道，主要原因有二。其一是輪盤磨損嚴重，對此問題，已有研究者找到了一種既耐磨又抗沖擊的高性能材料。其二，振動噪聲強烈，軸承嚴重發熱損壞，壽命短，難于實現長時間穩定運行，有的甚至在制造廠試車階段就因強烈振動而報廢。為了回避這些難于解決的問題，有研究者采用折衷的處理方法，即采用立式沖擊與其它破碎方式復合或組合，使轉子速度降低。但這樣處理，不僅使結構復雜，鋼耗增加，而且也使轉子速度遠遠偏離最佳能量利用率轉速，其產量、產品粒度尤其是節能降耗效果都無法與輥壓機及立式磨相比。國內外某些一流研究所為了回避這些難題，轉而開發其它種類的“多破少磨”系統，但這一過程將是漫長的，能否奏效還不得而知。我們認為，上述難題是可以解決的。因此，從轉子系統的動力學角度人手，提出降低立式沖擊破碎機振動噪聲，延長軸承使用壽命的方法，指導設計節能降耗效果優良的新型立式沖擊破碎機，就應成為一個主要的研究目標。
1、立武沖擊破碎機減振存在的問題
    轉子系統減振的方法很多，對于滾動軸承支承的轉子，主要措施有：進行動平衡，采用線性或非線性彈性支承，采用擠壓油膜阻尼器以及主動控制方法等。分析立式沖擊破碎機系統，具有如下特點：首先它屬于大盤懸臂轉子系統，中型以上破碎機輪盤直徑達800～1200mm以上，由于制造、安裝、磨損及物料分布不均等原因，易產生較大的不平衡。其次是它的轉速高，為達到最佳能量利用率，轉速應在1500r/min以上，相對于如此大的輪盤直徑來說，屬于高速轉子。由于進料粒度在50～150mm之間，物料在大直徑輪盤上隨機分布，轉子將受到較強的隨機不平衡激振力作用。為滿足工藝要求，進排料口應有一定高度，機器需架在相對柔性較大的樓板或金屬構架上，加之機器殼體也較薄，受到強激勵時產生激烈振動，影響軸承壽命并輻射噪音。再者，用它處理水泥熟料時，溫度較高，灰塵大。對于具有上述特點的轉子系統，要想從動平衡角度完全解決問題是不可能的，也極不現實。采用擠壓油膜阻尼器或主動控制方法使結構過于復雜，且價格高昂，也不便于維護。采用彈性支承，利用高速轉子的自動定心作用，可以減小軸承上的動載荷，降低外傳力。然而采用一般的金屬彈簧，如螺旋彈簧，不僅不便安裝，而且由于阻尼力小，存在駐波效應，機器起停階段極不穩定，對強隨機激勵響應的抑制能力差，容易與機殼產生耦臺振動。采用籠條式或鋼環式彈性支承，除也有螺旋彈簧支承的缺點之外，還有剛度太大，難加工等缺點。橡膠彈性支承已成功地應用于多種轉子系統，如玻纖拉絲機、巖棉離心機等機器上+但它的最大缺點是易老化，且不耐高溫，調節費時費力，維修時間長，難以保證立式沖擊破碎機長期經濟穩定運行。
2、采用鋼纜彈簧支承裝置的意義及國內外技術現狀
  基于前述分析，我們提出采用強非線性彈性支承轉子系統的設計構想，其實現的物質基礎是具有非線性剛度和大阻尼特性的鋼纜彈簧支承裝置。此種非線性彈性支承不同于業已存在的“彈性支承接觸限制器”式變剛度彈性支承、“帶預壓彈簧支承”式變剛度或變阻尼支承，因為此種非線性彈性支承同時具有連續的非線性剛度特性和阻尼特性，而后兩者儀具有分段線性組成的非線性剛度特性和阻尼特性，易產生沖擊且結構的實現有困難。如果把我們提出的非線性彈性支承用于立式沖擊破碎機，利用其非線性特性，可解決轉子起動停機時通過臨界轉速的穩定性問題，利用其大阻尼特性，還可解決駐波效應和強隨機激勵響應抑制問題，并通過合理的非線性參數選擇，最終達到自動定心，減小軸承動載荷和外傳力，解除與殼體的耦合振動，實現良好的減振降噪和延長軸承壽命的效果。同時，該種彈性支承還具有耐高溫、壽命極長、安裝調節方便等優點。
    其大不平衡量、強隨機激勵、大盤懸臂及工作環境惡劣等諸多因素，造成立式沖擊破碎機轉子減振、隔振難度很大，尚無成熟的方法和裝置可供借鑒或利用，國內外破磨領域已露出回避該機型的苗頭，如國內某一流設計研究院+已轉而開發其它種類的“多破少磨”系統。可見，以立式沖擊破碎機轉子減振、隔振為目標行研究，發掘原理成熟而結構又非常簡單的該型破碎機的高效、節能潛力+使其重煥生機，少走彎路，具有重要價值。
    資料表明，有關非線性彈性支承轉子系統的動力學行為研究，多集中在滑動軸承和擠壓油膜軸承上，且發展較快，近年更有向非線性主動控制方向發展的趨勢，一些研究成果令人鼓舞，但相應裝置因其復雜的結構和保養困難而不適于立式沖擊破碎機。
    關于滾動軸承非線性彈性支承轉子系統的動力學行為研究逐漸有零星報道，說明了已為國內外學者重視，某些單項已具實用性，但多集中在滾動軸承自身的非線性、分段線性變剛度或橡膠、聚合物等模型或材料的研究上，并未發現有適合立式沖擊破碎機惡劣工作條件或結構特殊要求的支承結構。
    就目前國內外此方向研究的問題而言，多集中
在確定性激勵線性和弱非線性或隨機激勵線性和弱非線性彈性支承轉子系統動力學問題的研究，對我們所提出的強隨機激勵強非線性彈性支承轉子系統力學行為研究，尚未見報道。更談不上對這種系統從“強非線性+強隨機激勵”方面作深入研究。因
此，為開發出相應的實用化強非線性支承裝置，并將其用于破碎機械，有必要就有關問題，展開深入的理論研究。
    根據市場調查，有關科研院所、生產和使用廠家都無一例外地肯定了立式沖擊破碎機原理可行，結構簡單，投資少，若壽命能得到保證，那么該機型在實現“多破少磨”工藝中具有相當大的優勢。因此，若能成功解決立式沖擊破碎機壽命短這一難題，將使其重煥生機，推廣應用前景相當樂觀。
    因此，通過對這種新型的強非線性彈性支承轉子系統的設計與動力學分析，摸清其減振降噪規律，最終研制出鋼纜彈簧支承裝置，使其在實現“多破少磨”節能降耗工藝中發揮作用，在工程應用上具有現實的意義。
3、重點研究內容及主要技術指標、應用前景和經濟效益
  綜合分析現有立式沖擊破碎機與工程需要的差距，采用鋼纜彈簧支承裝置的立式沖擊破碎機設計是一項創新性研究，應建立和發展有關設計理論，著重于以下幾個方卣的研究：
    (1)提出轉子系統鋼纜彈簧支承裝置的實現方案，包括設計及加工：
    (2)進行非線性振動理論分析、仿真實驗和樣機測試，提出振動響應和振動傳遞特性的計算方法。選用多種實驗方案，通過測試并附以理論分析，尋找最佳支承參數；
    (3)給出最佳支承參數的樣機生產實驗。通過實驗，搞清減振隔振的實際效果；
    (4)考核支承裝置的壽命。
    此外，對強非線性彈性支承轉子系統的研究，不應僅僅停留在尋找合理的設計參數等問題上，而是從非線性振動力學著手，研究該系統非線性行為的全局特性，不僅要了解和綜合該系統在建模、求解、仿真實驗和實測等各環節的一系列力學規律，而且要力求綜合利用這些規律，使其能在綜合設計立式沖擊破碎機中起作用，從而確定鋼纜彈簧支承裝置的設計標準。
    應指出，作者已完成部分研究內容。
    通過理論分析和市場調查，采用鋼纜彈簧支承裝置的立式沖擊破碎機具有或應能實現如下主要技術指標、應用前景和經濟效益：
    (1)用在立式沖擊破碎機上，軸承動載荷降低到未加鋼纜彈簧支承裝置之前的1/5以下+壽命提高到原來的3倍以上，第二階共振峰最大起動停機振幅比不超過3,5。
    (2)每套成本不超過1.5萬元。
    (3)將此裝置用在立式沖擊破碎機上，并組成“多破少磨”系統，能在保證長期穩定運行的情況下，使磨機產量翻番，節能30%以上。可代替高細磨，生產高標號水泥。
    (4)不僅可以用于小產量水泥生產線，更可以用于中、大型產量水泥生產線。
    (5)不考慮提高軸承壽命，減少維修工作、降低停機損失以及采用立式沖擊破碎機實現“多破少磨”而帶來的經濟效益，僅考慮該項目的高技術含量而給制造廠帶來的經濟效益，按每臺立式沖擊破碎機（~800）售價8～10萬元概估，每臺帶來30%的高附加利潤計算，銷售100臺即可多獲得(8～10)×30%×100=240—300萬元利潤。
    (6)若用于中、大型產量水泥生產線，用其代替輥壓機，實現“多破少磨”工藝，則一條生產線設備和基建一次投資約可節省60 -70萬元。
    此外，由于涉及復雜的非線性動力學計算和設計，理論難度大，一般企業難于仿制。
4、結束語
    大中型立式沖擊破碎機，屬于大盤懸臂、隨機大不平衡量、工作環境惡劣的轉子系統。目前，國內外還沒有解決其振動噪聲強烈、軸承壽命極短這一難題，尚無與之相適應的可靠實用的支承裝置，因而破碎機轉子不能長期穩定地工作在其高效節能區域，致使在生產中不能發揮其巨大的高效節省潛力。
    本文從轉子動力學角度人手，提出降低立式沖擊破碎機振動噪聲，延長軸承使用壽命的方法，為設計節能降耗效果優良的新型立式沖擊破碎機指出了可行的方向。分析表明，鋼纜彈簧支承裝置可解決上述問題。并指出應通過對這種新型的強非線性彈性支承轉子系統的設計與動力學分析，摸清其減振降噪規律，最終研制出鋼纜彈簧支承裝置，使其在實現“多破少磨”節能降耗工藝中發揮作用。
    將強非線性鋼纜彈簧支承裝置用于立式沖擊破碎機，具有較好的應用前景并將創造較大的經濟效益。