劉 國 杰

(太原熱力公司，山西 太原　030009)

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·機(jī)械與設(shè)備·

破碎理論及破碎機(jī)的研究現(xiàn)狀與展望

劉 國 杰

(太原熱力公司，山西 太原030009)

介紹了層壓破碎與自沖擊破碎的理論研究現(xiàn)狀，論述了顎式破碎機(jī)、旋回式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)以及沖擊式破碎機(jī)的特點(diǎn)，提出了破碎理論和破碎機(jī)的發(fā)展趨勢。

破碎理論，破碎機(jī)，發(fā)展趨勢

0　引言

通過采用一定的外力作用，把相對較大的一些顆粒轉(zhuǎn)化為相對較小的一些顆粒，這一過程就叫做破碎。在這一過程中所應(yīng)用到的設(shè)備叫做破碎機(jī)。在我國的冶金行業(yè)、煤炭行業(yè)、建筑行業(yè)以及化工行業(yè)等多個領(lǐng)域內(nèi)均會用到破碎設(shè)備。根據(jù)以往的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，我國的選礦企業(yè)中，僅破碎與粉磨的物料所需的成本投入就占據(jù)了整個生產(chǎn)流程成本投入的一半以上，而對于破碎和粉磨設(shè)備的資金投入又占據(jù)了整個選礦企業(yè)資金投入的一半以上。所以，破碎工藝對于整個工業(yè)來說占據(jù)著關(guān)鍵的位置，而且破碎工藝也對整個生產(chǎn)工藝有著重大的影響。在社會與經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的過程中，冶金、煤炭等行業(yè)涉及破碎的物料總量趨于幾何級數(shù)的擴(kuò)張，而相應(yīng)的破碎工藝也逐漸的凸現(xiàn)出自身的重要性。而在物料破碎時會受到多方面的因素作用，而且各種因素均和設(shè)備性能發(fā)揮有著密切的聯(lián)系。所以，破碎設(shè)備自身性能好壞會在很大程度上影響著破碎設(shè)備的生產(chǎn)效率及自身的能耗多少。而以破碎設(shè)備的節(jié)約能源與資源消耗為出發(fā)點(diǎn)，以提升破碎設(shè)備的生產(chǎn)效率為目標(biāo)，采取優(yōu)化措施以改進(jìn)破碎設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而增加企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益，是未來破碎工藝的必然要求。同時對破碎的理論進(jìn)行不斷的深化探索，開發(fā)出更高效節(jié)能的破碎設(shè)備也是有著很大的現(xiàn)實(shí)意義的。

1　破碎理論研究現(xiàn)狀

1.1層壓破碎理論

在19世紀(jì)80年代初期，學(xué)者們在進(jìn)行單顆粒的破碎實(shí)驗(yàn)時得出，當(dāng)物料在空氣里完成一次破碎時產(chǎn)生的碎片，在撞上金屬擋板后會出現(xiàn)非常顯著的二次破碎現(xiàn)象。在對單顆粒進(jìn)行一次破碎時，其碎片所擁有的動能值是所有破碎所需能量總和的45%左右。所以，要是可以將二次破碎所具有的相應(yīng)能量更加高效的利用起來，那將會極大地改善系統(tǒng)的工作效率。部分學(xué)者認(rèn)為，采用相對小的、持續(xù)的作用其破碎效果要較作用時間短、而作用相對大的沖擊具有更好的破碎效果。并且還針對沖擊力以及擠壓力所產(chǎn)生的料層破碎作用做了一定的探討。結(jié)果表明：采用靜壓所達(dá)到的破碎效率是100%，而采用單次沖擊的方式其破碎效率約為40%。因此，要想更大限度地減少能源消耗，同時改善系統(tǒng)效率，要盡量使用靜壓的方式對物料進(jìn)行破碎，而避免采取沖擊的形勢對物料進(jìn)行破碎。要是讓大量的脆性材料粒子在50 MPa以上的壓力下，可以通過料層粉碎而減少大量的能源消耗。而根據(jù)上述的兩個觀點(diǎn)所形成了相應(yīng)的層壓破碎理論。

1.2自沖擊破碎理論

和層壓破碎理論的形成時期相差無幾，自沖擊破碎理論也是在19世紀(jì)80年代初期，由著名學(xué)者布賴恩·巴特立以及吉木·邁克康納建立的。以往的沖擊破碎主要是通過旋轉(zhuǎn)著的錘頭，對所要破碎的物料進(jìn)行直接的沖擊，而所用到的錘頭也會隨著破碎的進(jìn)行很快的被消耗。而自沖擊破碎形式卻是通過物料顆粒之間相互撞擊而完成對于物料的破碎。其是讓一些物料顆粒經(jīng)由旋轉(zhuǎn)設(shè)備而得到較高的動能，而讓這些物料和另一些采取自由落體而傾倒下的物料形成一定的沖擊，而被襯的內(nèi)墻則是由部分的物料所組合而成的自襯式組件，這樣就避免了設(shè)備自身出現(xiàn)較大的磨損問題。設(shè)備內(nèi)部的自襯體不但使設(shè)備不易被損壞，同時自身也作為物料被破碎，這樣使得整個系統(tǒng)達(dá)到了持續(xù)的破碎→形成相應(yīng)的自襯體以及排料→再次破碎這一次循環(huán)過程。采用這種形式進(jìn)行物料破碎可使物料擁有相對好的粒形，使得產(chǎn)品的針片狀含量通常不大于10%。

2　破碎機(jī)的研究現(xiàn)狀

2.1顎式破碎機(jī)

美國學(xué)者首次發(fā)明出了顎式破碎機(jī)。這種形式的破碎設(shè)備具有組成簡易、便于生產(chǎn)、性能穩(wěn)定以及便于維護(hù)等特征，被快速的應(yīng)用于冶金、礦山、煤炭等多個領(lǐng)域中。而我國則是以其為原型對顎式破碎機(jī)進(jìn)行了升級改造，使顎式破碎機(jī)具有更加優(yōu)良的性能以及較高的生產(chǎn)效率。所研發(fā)改造的破碎機(jī)主要包含簡擺雙腔式、雙動顎、外動顎均擺以及振動顎式等類型的顎式破碎機(jī)。

1)簡擺雙腔顎式破碎機(jī)。此種類型的破碎機(jī)可以獲得相對大的破碎比例，所生產(chǎn)的產(chǎn)品顆粒較細(xì)，同時將間歇式的破碎過程升級為連續(xù)式的破碎過程，極大地改善了系統(tǒng)的破碎效率。2)雙動顎式破碎機(jī)。此種類型的破碎機(jī)將設(shè)備的前墻去除，而且設(shè)置為雙破碎機(jī)形式，對置組合。同時，在相應(yīng)的偏心軸上安裝上一對開式齒輪，這樣就確保了動顎可以同步的工作，不僅實(shí)現(xiàn)了物料的強(qiáng)制排出，也使系統(tǒng)的破碎能力大大提升，同時也在一定程度上增加了系統(tǒng)的服役周期。3)外動顎均擺式破碎機(jī)。此種類型的破碎機(jī)把動顎和相應(yīng)的連接桿分開來，使得系統(tǒng)通過對機(jī)構(gòu)參數(shù)的調(diào)節(jié)來控制動顎的運(yùn)動。此種類型破碎機(jī)擁有相對大的破碎力，并且設(shè)備的高度不大，這樣也相應(yīng)的降低了給料高度，使系統(tǒng)的破碎比有所提升，同時也極大地節(jié)約了破碎所需的能源消耗。4)振動顎式破碎機(jī)。此種類型的破碎機(jī)借助于不平衡的震動裝置所形成的離心力，同時加上所產(chǎn)生的高頻率的震動來完成對物料的破碎，可以獲得相對高的破碎比，同時也擁有較高的破碎強(qiáng)度。

2.2旋回式破碎機(jī)

此類設(shè)備主要用于破碎相對堅固的材料，大多在有色冶金、建材等領(lǐng)域內(nèi)運(yùn)用。旋回式破碎機(jī)通過自身帶有的上機(jī)架形成穩(wěn)定的錐體，而動錐則設(shè)置在設(shè)備的主軸位置上，錐體上全部安裝有相應(yīng)的襯板襯料，并形成破碎物料的內(nèi)腔。在電動機(jī)的帶動下，使相應(yīng)的動錐實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而達(dá)到對相應(yīng)物料連續(xù)破碎的目的。同時，所破碎的物料依靠自身重力而排到設(shè)備外部，這使物料進(jìn)行破碎時采取連續(xù)作業(yè)，所以具有相對大的破碎效率。和顎式破碎機(jī)相比而言，其所擁有的生產(chǎn)能力是各顎式破碎機(jī)所擁有生產(chǎn)能力的2倍多。所以，旋回式破碎機(jī)因自身擁有較大的破碎比值、較高的產(chǎn)能以及相對少的能源消耗等特征而被廣泛的應(yīng)用。

2.3圓錐破碎機(jī)

這種類型的破碎機(jī)能夠用于破碎一些細(xì)碎以及中碎的、硬度差異性大的物料，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)，并且破碎效率也相對要高，被各種礦產(chǎn)的開采所使用。圓錐破碎機(jī)包含有內(nèi)、外錐以及相應(yīng)的動力結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置在主軸之上的偏心裝置而帶動相應(yīng)的動錐完成旋轉(zhuǎn)，而動錐所對應(yīng)的內(nèi)襯不斷的往復(fù)的靠近與離開固定的內(nèi)襯，讓其中的物料受到一定的壓力和彎曲作用，實(shí)現(xiàn)對物料的破碎。而我國對圓錐破碎增設(shè)了液壓裝置，可以讓排料口實(shí)時地進(jìn)行調(diào)整，這樣不僅增大了破碎容量，也提升了物料的進(jìn)擊顆粒粒徑值，具有效率高、破碎均、節(jié)能化等優(yōu)點(diǎn)。

2.4沖擊式破碎機(jī)

沖擊式破碎機(jī)原理又可以劃分成錘式破碎以及反擊式破碎兩個形式。采取錘式的方式是通過高速運(yùn)動的錘頭，對物料進(jìn)行沖擊以及物料被撞到內(nèi)襯上所形成的撞擊來完成對物料的破碎。在物料被破碎一定程度時，就會經(jīng)過設(shè)備下方的篩條而排出系統(tǒng)外。而反擊式破碎的方式則是物料在高速運(yùn)動轉(zhuǎn)子作用下，而被撞擊到內(nèi)襯上與襯體形成撞擊，從而將物料破碎?，F(xiàn)階段，最受關(guān)注的應(yīng)當(dāng)為自沖擊式破碎方式，其是讓部分的物料經(jīng)由相應(yīng)的設(shè)備而具有很大的動能，而另一些物料則自由的下落，并于前者形成沖擊，同時破碎腔里還具有相應(yīng)的物料襯體，使物料在破碎腔內(nèi)互相之間不斷的沖擊而完成破碎作用。這樣的破碎方式可以明顯地降低設(shè)備的耗損，并且利于后期的設(shè)備維護(hù)。

3　破碎理論和破碎機(jī)的發(fā)展趨勢

不同的破碎理論以及破碎設(shè)備在各個領(lǐng)域中均發(fā)揮著非常重要的作用，并且也不斷地推動破碎工藝的創(chuàng)新與進(jìn)步。不過，不同的破碎理論依然有著自我的局限性，而破碎工藝又具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，因此使得目前破碎理論逐步的無法適應(yīng)快速發(fā)展的迫切要求，所以必須形成多學(xué)科融合的、全面的、系統(tǒng)的破碎理論基礎(chǔ)，以更加整體的、細(xì)致的對物料破碎本質(zhì)加以探索。目前，關(guān)于破碎設(shè)備的研發(fā)不斷的朝著大型化、智能化、節(jié)能化的目標(biāo)前進(jìn)，所以我們也應(yīng)當(dāng)不斷的研發(fā)新型的耐磨材料，并逐步提升破碎設(shè)備的信息化程度，這樣才可以更好的促進(jìn)我國破碎工藝的發(fā)展。

[1]韓宇杰,隋寶峰,王桂清,等.論現(xiàn)代破碎理論與破碎設(shè)備[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015(1)：21-22.

[2]程相文，李明昊，鄭明.基于層壓破碎理論的液壓圓錐破碎機(jī)定錐強(qiáng)度分析[J].礦山機(jī)械，2015(9)：92-93.

The research present situation and prospect of crushing theory and crusher

Liu Guojie

(TaiyuanHeatingPowerCompany,Taiyuan030009,China)

This paper introduced the theory research present situation of layer press crushing and impact crushing, discussed the characteristics of page crusher, gyratory crusher, cone crusher machine and impact crusher, put forward the development trend of crushing theory and crusher.

crushing theory, crusher, development trend

1009-6825(2016)21-0212-02

2016-05-12

劉國杰(1982- )，男，工程師

TU633

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