破碎理论及破碎机的研究现状与展望

刘 国 杰

(太原热力公司，山西 太原　030009)



·机械与设备·

破碎理论及破碎机的研究现状与展望

刘 国 杰

(太原热力公司，山西 太原030009)

介绍了层压破碎与自冲击破碎的理论研究现状，论述了颚式破碎机、旋回式破碎机、圆锥破碎机以及冲击式破碎机的特点，提出了破碎理论和破碎机的发展趋势。

破碎理论，破碎机，发展趋势

0　引言

通过采用一定的外力作用，把相对较大的一些颗粒转化为相对较小的一些颗粒，这一过程就叫做破碎。在这一过程中所应用到的设备叫做破碎机。在我国的冶金行业、煤炭行业、建筑行业以及化工行业等多个领域内均会用到破碎设备。根据以往的统计数据来看，我国的选矿企业中，仅破碎与粉磨的物料所需的成本投入就占据了整个生产流程成本投入的一半以上，而对于破碎和粉磨设备的资金投入又占据了整个选矿企业资金投入的一半以上。所以，破碎工艺对于整个工业来说占据着关键的位置，而且破碎工艺也对整个生产工艺有着重大的影响。在社会与经济迅猛发展的过程中，冶金、煤炭等行业涉及破碎的物料总量趋于几何级数的扩张，而相应的破碎工艺也逐渐的凸现出自身的重要性。而在物料破碎时会受到多方面的因素作用，而且各种因素均和设备性能发挥有着密切的联系。所以，破碎设备自身性能好坏会在很大程度上影响着破碎设备的生产效率及自身的能耗多少。而以破碎设备的节约能源与资源消耗为出发点，以提升破碎设备的生产效率为目标，采取优化措施以改进破碎设备的运行状态，进而增加企业自身的经济效益，是未来破碎工艺的必然要求。同时对破碎的理论进行不断的深化探索，开发出更高效节能的破碎设备也是有着很大的现实意义的。

1　破碎理论研究现状

1.1层压破碎理论

在19世纪80年代初期，学者们在进行单颗粒的破碎实验时得出，当物料在空气里完成一次破碎时产生的碎片，在撞上金属挡板后会出现非常显著的二次破碎现象。在对单颗粒进行一次破碎时，其碎片所拥有的动能值是所有破碎所需能量总和的45%左右。所以，要是可以将二次破碎所具有的相应能量更加高效的利用起来，那将会极大地改善系统的工作效率。部分学者认为，采用相对小的、持续的作用其破碎效果要较作用时间短、而作用相对大的冲击具有更好的破碎效果。并且还针对冲击力以及挤压力所产生的料层破碎作用做了一定的探讨。结果表明：采用静压所达到的破碎效率是100%，而采用单次冲击的方式其破碎效率约为40%。因此，要想更大限度地减少能源消耗，同时改善系统效率，要尽量使用静压的方式对物料进行破碎，而避免采取冲击的形势对物料进行破碎。要是让大量的脆性材料粒子在50 MPa以上的压力下，可以通过料层粉碎而减少大量的能源消耗。而根据上述的两个观点所形成了相应的层压破碎理论。

1.2自冲击破碎理论

和层压破碎理论的形成时期相差无几，自冲击破碎理论也是在19世纪80年代初期，由著名学者布赖恩·巴特立以及吉木·迈克康纳建立的。以往的冲击破碎主要是通过旋转着的锤头，对所要破碎的物料进行直接的冲击，而所用到的锤头也会随着破碎的进行很快的被消耗。而自冲击破碎形式却是通过物料颗粒之间相互撞击而完成对于物料的破碎。其是让一些物料颗粒经由旋转设备而得到较高的动能，而让这些物料和另一些采取自由落体而倾倒下的物料形成一定的冲击，而被衬的内墙则是由部分的物料所组合而成的自衬式组件，这样就避免了设备自身出现较大的磨损问题。设备内部的自衬体不但使设备不易被损坏，同时自身也作为物料被破碎，这样使得整个系统达到了持续的破碎→形成相应的自衬体以及排料→再次破碎这一次循环过程。采用这种形式进行物料破碎可使物料拥有相对好的粒形，使得产品的针片状含量通常不大于10%。

2　破碎机的研究现状

2.1颚式破碎机

美国学者首次发明出了颚式破碎机。这种形式的破碎设备具有组成简易、便于生产、性能稳定以及便于维护等特征，被快速的应用于冶金、矿山、煤炭等多个领域中。而我国则是以其为原型对颚式破碎机进行了升级改造，使颚式破碎机具有更加优良的性能以及较高的生产效率。所研发改造的破碎机主要包含简摆双腔式、双动颚、外动颚均摆以及振动颚式等类型的颚式破碎机。

1)简摆双腔颚式破碎机。此种类型的破碎机可以获得相对大的破碎比例，所生产的产品颗粒较细，同时将间歇式的破碎过程升级为连续式的破碎过程，极大地改善了系统的破碎效率。2)双动颚式破碎机。此种类型的破碎机将设备的前墙去除，而且设置为双破碎机形式，对置组合。同时，在相应的偏心轴上安装上一对开式齿轮，这样就确保了动颚可以同步的工作，不仅实现了物料的强制排出，也使系统的破碎能力大大提升，同时也在一定程度上增加了系统的服役周期。3)外动颚均摆式破碎机。此种类型的破碎机把动颚和相应的连接杆分开来，使得系统通过对机构参数的调节来控制动颚的运动。此种类型破碎机拥有相对大的破碎力，并且设备的高度不大，这样也相应的降低了给料高度，使系统的破碎比有所提升，同时也极大地节约了破碎所需的能源消耗。4)振动颚式破碎机。此种类型的破碎机借助于不平衡的震动装置所形成的离心力，同时加上所产生的高频率的震动来完成对物料的破碎，可以获得相对高的破碎比，同时也拥有较高的破碎强度。

2.2旋回式破碎机

此类设备主要用于破碎相对坚固的材料，大多在有色冶金、建材等领域内运用。旋回式破碎机通过自身带有的上机架形成稳定的锥体，而动锥则设置在设备的主轴位置上，锥体上全部安装有相应的衬板衬料，并形成破碎物料的内腔。在电动机的带动下，使相应的动锥实现一定的运转，从而达到对相应物料连续破碎的目的。同时，所破碎的物料依靠自身重力而排到设备外部，这使物料进行破碎时采取连续作业，所以具有相对大的破碎效率。和颚式破碎机相比而言，其所拥有的生产能力是各颚式破碎机所拥有生产能力的2倍多。所以，旋回式破碎机因自身拥有较大的破碎比值、较高的产能以及相对少的能源消耗等特征而被广泛的应用。

2.3圆锥破碎机

这种类型的破碎机能够用于破碎一些细碎以及中碎的、硬度差异性大的物料，可以实现连续的生产，并且破碎效率也相对要高，被各种矿产的开采所使用。圆锥破碎机包含有内、外锥以及相应的动力结构，通过设置在主轴之上的偏心装置而带动相应的动锥完成旋转，而动锥所对应的内衬不断的往复的靠近与离开固定的内衬，让其中的物料受到一定的压力和弯曲作用，实现对物料的破碎。而我国对圆锥破碎增设了液压装置，可以让排料口实时地进行调整，这样不仅增大了破碎容量，也提升了物料的进击颗粒粒径值，具有效率高、破碎均、节能化等优点。

2.4冲击式破碎机

冲击式破碎机原理又可以划分成锤式破碎以及反击式破碎两个形式。采取锤式的方式是通过高速运动的锤头，对物料进行冲击以及物料被撞到内衬上所形成的撞击来完成对物料的破碎。在物料被破碎一定程度时，就会经过设备下方的筛条而排出系统外。而反击式破碎的方式则是物料在高速运动转子作用下，而被撞击到内衬上与衬体形成撞击，从而将物料破碎。现阶段，最受关注的应当为自冲击式破碎方式，其是让部分的物料经由相应的设备而具有很大的动能，而另一些物料则自由的下落，并于前者形成冲击，同时破碎腔里还具有相应的物料衬体，使物料在破碎腔内互相之间不断的冲击而完成破碎作用。这样的破碎方式可以明显地降低设备的耗损，并且利于后期的设备维护。

3　破碎理论和破碎机的发展趋势

不同的破碎理论以及破碎设备在各个领域中均发挥着非常重要的作用，并且也不断地推动破碎工艺的创新与进步。不过，不同的破碎理论依然有着自我的局限性，而破碎工艺又具有复杂性的特点，因此使得目前破碎理论逐步的无法适应快速发展的迫切要求，所以必须形成多学科融合的、全面的、系统的破碎理论基础，以更加整体的、细致的对物料破碎本质加以探索。目前，关于破碎设备的研发不断的朝着大型化、智能化、节能化的目标前进，所以我们也应当不断的研发新型的耐磨材料，并逐步提升破碎设备的信息化程度，这样才可以更好的促进我国破碎工艺的发展。

[1]韩宇杰,隋宝峰,王桂清,等.论现代破碎理论与破碎设备[J].山东工业技术，2015(1)：21-22.

[2]程相文，李明昊，郑明.基于层压破碎理论的液压圆锥破碎机定锥强度分析[J].矿山机械，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

刘国杰(1982- )，男，工程师

TU633

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