反击式破碎机排料口间隙与骨料级配的研究

王伟，赵大力，林辉，韩飞

1 前言

粗骨料一般指粒径在5mm 以上的碎石或卵石，是混凝土的重要组成部分。在混凝土中，不同粒径的骨料以不同级配组合在一起，构成了混凝土的基本骨架，其重量约占混凝土总重量的60%~70%[1]。一般而言，普通混凝土对物理力学性能没有特殊要求，骨料对混凝土性能的影响不太明显，一般只考虑骨料类型、重量占比和最大粒径。但随着工程规模的扩大和工程难度的增加以及人们对工程质量要求的提高，高性能混凝土的应用越来越广泛。骨料级配对混凝土的物理和工作性能有着重要的影响，具有良好级配的骨料，一方面能最大限度地减少混凝土孔隙率，减少水泥砂浆的用量，大大减小混凝土的收缩特性，保证大体积混凝土的尺寸精度，降低水泥的使用成本；另一方面，还可以在用水量相同的情况下，提高混凝土的和易性[2]及经济效益。反击式破碎机具有结构简单、成本低、工作可靠、适应性强等特点，是生产骨料的主要设备之一，应用十分广泛，本文简述了反击式破碎机工作原理以及排料口间隙对骨料级配的影响研究情况，供同仁参考。

2 反击式破碎机的工作原理

反击式破碎机破碎腔见图1，其工作原理如下：粒径为350mm 左右的岩石块由入料口进入反击式破碎机的破碎腔，在高速旋转的转子的冲击作用下，破碎成小块物料；小块物料沿切线方向被抛射向第一反击架和第二反击架上，进行二次破碎，然后又弹回板锤作用区，再破碎；此过程重复进行，直到物料直径小于排料口间隙S2时，物料从排料口排出。

图1 反击式破碎机破碎腔

通过调节反击式破碎机反击架与板锤之间的间隙，可改变物料粒度。当反击式破碎机破碎腔内进入不可破碎的大块物体时（如尺寸较大的铁块或木块），在不可破碎的物体的挤压下，第一反击架调整装置和第二反击架调整装置会自动退让，直到不可破碎物体排出破碎腔，即恢复原始位置，有效保护了破碎机。

3 反击式破碎机的主要参数调节

用于研究破碎机参数调节试验的破碎机型号为PF1315，其主要参数包括转子线速度和转速、入破碎机物料的最大粒径（350mm）、第一反击架与板锤之间的间隙S1、第二反击架与板锤之间的间隙（排料口间隙）S2。反击式破碎机主要参数的分析计算及调整如下。

3.1 转子线速度和转速的计算

反击式破碎机转子线速度对物料破碎比、成品骨料粒度、破碎机生产能力及耐磨件使用寿命等均具有较大的影响。合理的转子线速度是保证反击式破碎机高效工作的重要参数之一。破碎机转子线速度过高，将降低板锤、反击板等耐磨件的使用寿命，也会使物料被过度破碎，产生大量细粉；转子线速度过低，会大大降低反击式破碎机的破碎比、破碎效率和骨料产量。

一般中细碎反击式破碎机的转子线速度为20~45m/s[3]，为了较为精确地确定反击式破碎机的转子线速度，设计时可根据式（1）[4]计算得到。

式中：

v——转子线速度，m/s

μ——岩石的泊松比

g——重力加速度，9.8m/s2

γ——岩石的密度，kg/m3

σ——岩石的抗压强度，MPa

E——岩石的弹性模量，MPa

根据式（1）计算可得，本试验中PF1315型反击式破碎机转子线速度为36m/s。

反击式破碎机转子转速可根据式（2）计算得到：

式中：

n——转子转速，r/min

D——转子直径，1.3m

根据式（2）计算可得，PF1315型反击式破碎机的转子转速约为530r/min。

3.2 反击架与板锤间隙的调整

反击式破碎机反击架与板锤之间的间隙直接影响成品骨料的粒径大小和级配分布。当第二反击架与板锤之间的排料口间隙增大时，物料在破碎腔内的停留时间变短，板锤击打物料的次数减少，致使破碎机破碎比减小，成品骨料粒径较大，细颗粒占比减少；反之，当第二反击架与板锤之间的排料口间隙减小时，物料在破碎腔内停留的时间变长，板锤击打物料的次数增多，破碎机破碎比增大，成品骨料粒径较小，细颗粒占比增大。

只有合理设置第一反击架与板锤之间的间隙S1、第二反击架与板锤之间的间隙（排料口间隙）S2，才能使破碎机处于最佳工作状态。我们通过大量现场试验和生产经验总结得出，排料口间隙S2一般要求为成品物料最大粒径的1.2~1.5 倍；间隙S1可由经验式（3）计算得到：

D1为入破碎机物料的最大粒径。

根据式（3）计算出第一反击架与板锤之间的间隙S1和第二反击架与板锤之间的排料口间隙S2，一般能够保证破碎机处于最佳的运行状态。但以下原因也可能会导致S1和S2发生改变。

（1）当反击式破碎机工作一段时间后，板锤和反击板磨损严重，导致S1和S2尺寸增大。

（2）破碎机长时间在高负载状态下工作，引起反击架、反击架悬挂轴及机架变形，或者第一、第二反击架调整装置的螺栓、螺母松动，引起S1和S2减小，严重时可能造成反击架与高速旋转的转子产生碰撞，发生严重事故。

因此，生产人员应经常检测第一反击架与板锤之间的间隙S1、第二反击架与板锤之间的间隙（排料口间隙）S2，发现异常情况及时调整，以保证机器处于最佳工作状态。

根据式（3）及生产线运行状态，我们调整了PF1315反击式破碎机第一反击架与板锤之间的间隙S1和对应的排料间隙S2，具体数据如表1所示。

表1 S1和S2参数表

4 生产工艺流程

该试验研究的母岩为湖南某地区的石灰岩，通过以下三道工艺生产出粒径为0~31.5mm 的粗骨料。

（1）工序一：采用颚式破碎机将粒径为800~1 000mm 的石灰岩破碎成粒径为100~350mm 的物料。

（2）工序二：颚式破碎机生产出的物料进入PF1315 反击式破碎机进行二次破碎，生产出粒径为0~31.5mm的骨料。

（3）工序三：采用振动筛对反击式破碎机生产出的物料进行筛分，形成粒径为0~5mm、5~10mm、10~20mm、20~31.5mm、＞31.5mm 五种物料，其中0~5mm的石粉物料没有使用价值被废弃，＞31.5mm的物料通过返料皮带机再次输送到PF1315反击式破碎机重新破碎，直到粒径＜31.5mm为止。有价值的成品骨料为5~10mm、10~20mm、20~31.5mm粒径的物料。

PF1315 反击式破碎机的主要技术参数如表2所示。

表2 PF1315反击式破碎机的主要技术参数

5 成品骨料级配试验分析

为分析排料口间隙S2对成品骨料级配的影响，在保持反击式破碎机转子转速固定的条件下，调节排 料 口 间 隙S2分 别 为 60mm、50mm、40mm 和30mm，按照表1 数据对应调节第一反击架与板锤之间的间隙S1。分别在反击式破碎机出料皮带上对应均匀取料4次，每份样本的重量≮6.3kg，共取得4 份样本。按照GB/T 14685-2011《建设用碎石卵石》颗粒级配的试验方法对样本进行测试，测试结果如表3 所示。将表3 中的数据绘制成粒度曲线，如图2所示。

由表3和图2可以看出，排料口间隙越小，成品骨料中小颗粒的比例越高，成品骨料越细。其中粒径≤5mm 的骨料的比例随排料口间隙的减小而增多，一般情况下，粒径＜5mm 的骨料没有使用价值，将作为废料处理，粒径≥31.5mm的骨料随排料口间隙的减小而减少。当排料口间隙为30mm时，粒径≤5mm 物料占比 33.1%，粒径≥31.5mm 物料占比7.9%。排料口间隙增大时，大颗粒的比例增多，成品骨料变粗，粒径≤5mm的骨料减少，粒径≥31.5mm的骨料增多。当排料口间隙为60mm 时，粒径＞31.5mm的物料占35.5%，需通过返料皮带再返回到破碎机重新破碎；而粒径≤5mm的物料占比17.8%，石粉含量大大减少。

表3 不同排料口间隙S2对应的产品通筛率*

图2 不同排料口间隙S2对应产品粒度曲线图

由此可见，反击式破碎机排料口间隙对成品骨料的级配影响较大。排料口间隙过小，物料停留在破碎腔的时间较长，破碎比增大，物料被过度破碎，导致粒径＜5mm 的废料过多；此外，排料口间隙过小，还会导致板锤和反击板磨损严重，耐磨件寿命较短。排料口间隙过大，则物料在破碎腔的停留时间较短，物料不能得到充分破碎，导致返料量过多，降低生产效率；此外，排料口间隙会随着板锤和反击板的磨损而增大，影响产品粒度。因此，生产过程中要经常检查排料口间隙是否合适，以确保产品粒度满足要求。

本试验中，PE1315 反击式破碎机主要生产粒径＜31.5mm的骨料，最终排料口间隙设定为40mm，此时粒径＞31.5mm 的骨料占18.3%，通过返料皮带机返回破碎机重新破碎；粒径＜5mm的废料占26%；总产量为220t/h，生产线运行正常。

6 结语

（1）反击式破碎机排料口间隙对成品骨料级配有重要的影响。

（2）当排料口间隙减小时，成品骨料大颗粒较少，细颗粒较多，出粉率较高，反击式破碎机废料量增多，返料量减少，耐磨件寿命较短。

（3）当排料口间隙增大时，成品骨料大颗粒较多，细颗粒较少，出粉率较低，反击式破碎机返料量增多。

（4）采用反击式破碎机生产骨料时，应根据最大入料尺寸、出料粒度、岩石特性和生产线配置情况，合理调整排料口间隙，以获得质量较高的成品骨料。

（5）反击式破碎机排料口间隙会随着板锤和反击板的磨损或其他原因而发生改变，设备使用人员应定期检查排料口间隙是否为正常值，以保证机器高效运转，成品骨料级配符合要求。