黃登鋒

摘要：生陽極專用顎式破碎機可用于電解鋁廠殘極處理車間，是一種對整塊的焙燒廢塊和生廢塊進行破碎的一種破碎設備。目前該行業(yè)通常使用的油壓機進行破碎，但存在生產(chǎn)率低，維護成本高的問題。而使用顎式破碎機存在生陽極摩擦系數(shù)小的問題。本文通過對破碎機排料口以及齒板斷面形狀進行優(yōu)化設計，提高了破碎效率，節(jié)約了設備成本。

關鍵詞：生陽極;顎式破碎機;破碎機排料口;齒板斷面形狀

0 引言

多年來，國內(nèi)炭素行業(yè)在破碎大生陽極塊、熟料殘極塊的破碎工藝一直都是選用500T油壓機，而500T油壓機每小時最大產(chǎn)量只能壓三到四塊700mm×700mm×1700mm殘極塊;設備故障率高，維修成本太高，使用直板腔顎式破碎機后，效率提高了很多，由原來500T油壓機的每小時3～4塊的產(chǎn)量驟增到每小時可破碎10～12塊，產(chǎn)量幾乎翻一番。但用直板腔普通顎式破碎機來破碎未經(jīng)焙燒的生陽極塊效果較差。其根本原因為生料塊摩擦系數(shù)低，物料在破碎腔內(nèi)嚴重打滑，物料只在腔內(nèi)滾動，不下料。本文通過對破碎機排料口寬度以及齒板斷面形狀進行優(yōu)化設計，提高了破碎效率，節(jié)約了設備成本。

1 破碎機排料口最小寬度的設計

排料口寬度尺寸的選擇對破碎機產(chǎn)能、能耗和齒板的磨損有著直接的影響。排料口寬度的表示方法在行業(yè)內(nèi)還沒有統(tǒng)一。目前，國內(nèi)對排料口寬度的定義一般是指在破碎機齒板底部，當動齒板和定齒板距離最小時，一齒板的齒頂同另一齒板齒底間的最小距離。國外則一般以動、定齒板相互距離最大時的尺寸表示排料口寬度。蘇聯(lián)的顎式破碎機標準中就規(guī)定排料口寬度為開口是距離尺寸。

排料口的最小寬度必須保證物料在破碎腔的下部不產(chǎn)生過壓現(xiàn)象，也就是不造成排料口堵塞。合理的排料口最小寬度可以按下面方法確定。

如圖所示，假設動齒板做平移運動，忽略動顎在擺動過程中嚙角變化的影響和物料與齒板間的摩擦力對排料了影響。破碎產(chǎn)品依靠自重進行自由落體。

當顎式破碎機以臨界轉速運轉時，從閉口邊的極限位置BB1后退到開口邊的極限位置CC1，端面為AA1BB1的梯形棱柱體的物料落下后，其上的物料將繼續(xù)填充滿ACC1A1的破碎腔。此時物料的填充密度為μ₂。當動顎從CC1擺動到BB1位置時，位于挺行ACC1A1棱柱體內(nèi)的松散物料，經(jīng)破碎壓縮后成為ABB1A1的梯形棱柱體，此時物料的填充密度為μ₁，但物料的重量保持不變。

斷面ABB1A1梯形棱柱體的體積為V₁;

斷面ACC1A1梯形棱柱體的體積為V₂;

因為兩個棱柱體內(nèi)質(zhì)量相等，可得：

V_1μ1=V_2μ2（1）

物料在破碎腔內(nèi)的充填密度從上到下是逐漸加大的，在排料口處達到最大值。

給料中的物料粒度或和在破碎腔內(nèi)破碎后的粒度都不是均勻的。當動顎板移動到極限位置時，各種不同粒度的物料在對應的水平面被夾緊。在夾緊面內(nèi)，細物料決定了物料間的空隙率。通常情況下空隙率在50%左右，當動顎板做破碎運動時，破碎腔內(nèi)物料被夾緊，空隙率減小。

設物料的相對填充密度為：

通常取μ=0.65～0.7。

通過公式（2）可以看出，排料口的最小寬度與動顎下部水平行程和物料相對填充密度有關。動顎的行程對物料的破碎效果有著直接的影響。動顎上部行程必須滿足對物料的壓縮量，下部行程不需太大。

動顎行程可按下式計算：

S=0.035B（3）

式中：B為給料口寬度。

2 齒板橫向端面形狀選擇

破碎板的橫向斷面形狀對破碎機的產(chǎn)能，破碎粒度和產(chǎn)品性狀有著重要的影響。顎式破碎機的齒板橫向端面形狀大概有三種形式。即兩齒板齒峰相對，齒峰齒谷相對及平面齒板。動齒板齒尖作用在物料上，使物料產(chǎn)生局部破碎后劈裂。物料由于齒尖的劈碎作用，受力面產(chǎn)生強烈的張應力，支撐面產(chǎn)生彎曲壓應力。力P的水平分力等于P/2。這個力在斷裂面引起均勻分布的拉應力、剪應力及彎曲應力.。當動、定齒板齒尖作用在同一直線上時，物料兩面同時受劈力，斷面上受有均勻分布的張應力，其值為：

由式（4）可知，作用在物料上的應力雖然增加了，但破碎力也增大了。

如已知物料的抗劈強度6。，由公式可計算破碎力P。根據(jù)試驗，物料的抗劈強度與物料的抗張強度相近，且知：

抗張強度σ_a=（1/15～1/26）抗壓強度;

抗彎強度σ_n=（1/6～1/11）抗壓強度;

抗剪強度τ=（1/13～1/30）抗壓強度。

立方體物料的邊長為W=600mm，齒板齒距Z=115mm，物料抗壓強度，則抗張強度σ_a

當采用齒尖相對的齒板時，破碎力為P₂=σ_aW²g=684000N

當采用光滑破碎板時，破碎力為P₃=_σBW²g=18000000N

3 結論

本文所介紹的破碎機關鍵技術在于對生陽極物料的破碎，根據(jù)生陽極塊摩擦系數(shù)小等的性質(zhì)通過理論計算確定了可以防止其打滑的排料口大小參數(shù)和齒板橫向斷面的形式選擇做了介紹。實際上，應力狀態(tài)極為復雜，采用相同的計算公式進行比較，其結果可供參考。由上述結果可以得知，光滑的破碎板破碎物料時，所需的破碎力最大。而齒尖與齒谷相對的結構形式破碎物料所需的破碎力最小，并且由于我們所需破碎的生陽極塊摩擦系數(shù)小，采用該種形式更能“咬住”物料，防止打滑，更利于破碎。

參考文獻

[1]劉樹英.破碎粉磨機械設計[M].東北大學出版社，2001.