破碎机的最新发展(1)

破碎机的最新发展粉碎(包括破碎和磨碎)是当代飞速发展的经济社会必不可少的一个工业环节。在各种金属、非金属、化工矿物原料及建筑材料的加工过程中，粉碎作业要消耗巨大的能量，而且又是个低效作业。物料粉碎过程中，由于作业中产生发声、发热、振动和摩擦等作用，使能源大量消耗。因而多年来界内人士一直在研究如何达到节能、高效地完成破碎和磨碎过程。从理论研究到创新设备(包括改造旧有的设备)直至改变生产工艺流程。目前破碎理论、工艺和设备的研究主要着重于：(1)研究在破碎中节能、高效的理论，也力求找出新理论突破人们已熟知的破碎三大理论；(2)研究新的非机械力的高能或多力场联合作用的破碎设备，目前还没见有工业化的设备，只是研究阶段；(3)改进现有设备，这方面经常是根据用户自己需要来进行，而不见市场上大规模生产或研制新设备。对于上述诸问题，由于国外矿山自80年代以来发展缓慢使得这方面进展不大。国外新设备较少，国内由于国营大型矿山投入极少，也没有什么发展，而中小矿山由于各地原料的需求不等，近几年得到一定的发展。1破碎理论物料破碎是一个历史悠久的话题。早在20世纪50年代艾利斯－查尔默斯公司就开始大规模研究破碎工作，60年代得出具有重大意义的结论。随着研究的深入，人们熟知了高功率的破碎作业［1］，可以用来改善能源效率和降低生产成本。B．H．Bergstrom在研究单颗粒破碎时发现，在空气中一次破碎的碎片撞击金属板时明显地产生二次破碎，一次破碎的碎片具有的动能占全部破碎能量的45％。如能充分利用二次破碎能量，则可提高破碎效率。也有人指出，较小的持续负荷比短时间的强大冲击更有希望破碎物料。我国胡景昆和徐小荷研究颗粒的粉碎时得出结论，静压粉碎效率为100%，单次冲击效率在35%～40％左右。为了节约能量，提高粉碎效率，应多用静压粉碎，少用冲击粉碎。Schonert研究表明，如果使大批脆性物料颗粒受到50MPa以上的压力，就能够由“料层粉碎”节约出可观的能量。目前“料层粉碎的理论”已为粉碎界的公认，根据料层粉碎理论研制的新设备有美国诺德伯格公司的旋盘圆锥破碎机、俄罗斯的惯性圆锥破碎机等［2］。多碎少磨的原则指导研制以料层粉碎原理的新型破碎机是当前主要方向。1996年第四届全国粉体工程学术会议上邓跃红、张智铁发表了《物料粉碎分形行为的研究》一文［3］，作者认为破碎理论的研究应归结为3个大的方面：强度理论的研究、破碎效果的评价、破碎功耗的研究。长期以来，粉碎理论的研究主要停留在经验应用和统计推测上，人们了解粉碎的规律尚不明确、不系统。人们期待新理论的出现会给破碎领域带来一次变革。1982年B．Mandelrot提出分形理论应用在岩石理论研究方面，而作者把它应用在破碎理论上。经过研究，作者成功地运用了分形理论推导了强度与缺陷分布分维数之间关系，建立了粉碎颗粒粒度分布模型，找到了分维数、分布指数与破碎概率之间的关系，用颗粒表面分维数Ds将3个功耗理论统一起来。为了优化颚式破碎机工作，马少健和陈炳辰利用实验室小型复摆颚式破碎机，分别进行单颗粒给料、窄粒级给料和混合粒级给料的破碎试验［4］，研究结果是：(1)影响颚式破碎机产物粒度特性的因素除物料自身硬度以外，还与包括给料粒度大小、组成、排矿口尺寸以及破碎腔内物料的松散状态有关；(2)在颚破机破碎物料时，无论是料层破碎还是单颗粒破碎，给料粒度增大，产物粒度变小。因此，生产中应根据给料粒度选择适宜规格的颚式破碎机和调节排料矿口尺寸；(3)料层破碎较单颗粒破碎更能降低破碎产物粒度。因此生产中应尽量维持破碎机的破碎腔内适宜的料层，以减小破碎产物粒度。2破碎机械2.1颚式破碎机19世纪40年代，北美的采金热潮对颚式破碎机发展有很大的促进作用。19世纪中叶，多种类型的颚式破碎机研制出来并获得了广泛的应用。上个世纪末，全世界已有70多种不同结构的颚式破碎机取得了专利权。1858年埃里．布雷克(El．Blake)取得专利权，制造双肘板颚式破碎机(图1)，现在最常用的颚式破碎机是布雷克的颚式破碎机和更近代制造的单肘板颚式破碎机(图2)。颚式破碎机最大的弱点之一是它们在一个工作循环内只有一半时间进行工作。图1布雷克颚式破碎机图2单肘颚式破碎机80年代以来，我国颚式破碎机的研制与改进取得了一定成果。如我国破碎专家王宏勋教授和他的学生丁培洪硕士引用了“动态啮角”的概念，开发GXPE系列深腔颚式破碎机，当时在国内引起一定的轰动。该机与同种规格破碎机相比，在相同工况条件下，处理能力可提高20%～25％，齿板寿命可提高1～2倍。该机采用负支撑零悬挂，具有双曲面腔型。第二代GXPE250×400负支撑在第一代的基础上进行了全面改进，增大了破碎比，降低了产品粒度，最大给料粒度为220mm，小时产量为5～16t，排料口调整范围为10～40mm，给料抗压强度小于300MPa。PEY4060液压保险颚式破碎机，以液缸为过载保护装置，正支撑、正悬挂、深破碎腔。该机最大给料粒度为340mm，排料调整在30～100mm之间，生产能力为10～40t／h。北京矿冶研究总院林运亮等人与上海多灵－沃森机械设备有限公司合作开发了PED低矮可拆式颚式破碎机。该机是一种适于井下作业特殊条件下的新型颚式破碎机。机械本身高度低，动颚位置低，固定颚位于动颚和偏心轴之间。多灵－沃森机械设备有限公司的戎吉华高级工程师集多年实践经验，设计了目前国内最大的1200×1500复摆颚式破碎机。表1是上海多灵－沃森公司的PEX系列颚式破碎机性能表。表1上海多灵－沃森机械设备有限公司PEX系列颚式破碎机性能规格150×600150×750150×900150×1200250×750250×900250×1000250×1200200×1000给粒口尺寸／长度／mm150150150150250250250250200宽度6007509001200750900100012001000mm／mm排料口／mm7～2010～4010～4010～4015～7040～8015～5015～7015～50＜10生产能力／(t／h)3～158～3512～4013～4513～050～9016～5216～7220～6012～50电机功率／kW7.5153030～3722372230～3737～4522机器质量／t1.03.05.598.154.56.915.36.78.85.22.2新型颚式破碎机图3为一种新型颚式破碎机结构简图，其工作原理是：物料由进料斗落入机内，经分离机构将物料分散到四周下料。电动机经三角皮带带动偏心轴，使动颚上下运动而压碎物料，达到一定粒度后进入回转腔。物料在回转腔内受到转子及定颚的研磨而破碎，破碎的物料从下料斗排出。该机通过松紧螺栓和加减垫片可调整进出料粒度。采用圆周给料，给料范围比颚破机大，下料速度快而不堵塞。与同等规格的颚破机相比，其生产能力大、产品粒度小、破碎比大，该机已正式生产［5］。1．飞轮2．偏心轴3．动颚4．定颚(机体)5．转子6．齿轮箱7．下料斗8．联轴器9．电机10．三角带11．皮带轮12．进料斗图3新型颚式破碎机表2颚辊式破碎机技术特性项目PEG150×250×400(移动式)颚辊破碎机PEG250×400×600(移动式)颚辊破碎机附注进料尺寸／mm125210排料尺寸／mm2～82～9生产能力／(t／h)2～64～19质量／kg不包括拖车组24005100包括拖车组28706300参考值外形尺寸／mm不包括拖车组1360×1120×16501785×2369×2670参考值包括拖车组3150×1650×20004750×2845×2900参考值电机型号Y160L－6Y250M－8功率／kW1530柴(汽)油机功率／kW1530转速／(r／min)150022002.3颚辊破碎机将高效节能的颚式破碎机和对辊破碎机有机的结合在一起，研制出了颚辊破碎机［6］，如图4所示。该设备采用单电机或柴(汽)油机驱动。当整机放在拖车上被牵引拖动时，便成为移动式颚辊破碎机(图5)。颚辊破碎机的工作原理是：电机或柴(汽)油机驱动下部对辊破碎机主动辊部，主动辊部经过桥式齿轮带动被动辊部反向运转。同时，主动辊部另一端经胶带传动带动上部颚式破碎机工作。通过调整对辊破碎机的安全调整装置，调整两辊间的间隙，可得到最终要求的粒度。PEG150×250×400及PEG250×400×600颚辊破碎机的规格及技术性能如表1所示。颚辊破碎机具有破碎比大(i＝15～16）、高效节能、体积小、重量轻、驱动方式多样和移动灵活、可整机也可分开单独使用等特点。特别适于深山区中小型矿山和建筑工地材料的破碎，也可作为“移动式选厂”的配套破碎系统。1．颚式破碎机2．破碎物料3．对辊破碎机4．减振弹簧图4颚辊破碎机破碎原理图1．深腔曲线型颚式破碎机2．对辊破碎机3．驱动装置4．拖车5．传动装置图5(移动式)颚辊破碎机结构图2.4大传动角颚辊破碎机一种大传动角颚辊破碎机克服了复摆颚辊破碎机的抬矿、机体高、主轴承受力大等缺点，它具有如下优点：用较小的偏心距能得到较大的水平行程，因而可降低能耗，动颚与给料口方向一致(图6)，从而排出复摆颚辊破碎机的抬矿作用。肘板置于动颚给料口后部，使机器高度降低，适于井下移动式破碎机上［7］。图6大传动角新型颚式破碎机机构简图原上海建材工业学院利用“固定容积”原理，推导出有独特见解的修正高斯曲线方程，利用该方程设计出新一代的PEX－150×750－A型细碎颚式破碎机，该设备的破碎腔为“直线-外旋轮线-修正高斯曲线”型高深式破碎腔，如图7所示。该机与国内同类产品相比，具有运转平稳、破碎比大、产量高(提高20%左右)、噪音小、运行费用低等特点。该产品已获得的国家专利，主要用于水泥、选矿、冶金、陶瓷、化工等行业各种磨机的预粉碎(细碎)［8］。图72.5双动颚式破碎机［9］沈阳黄金学院与辽宁红透山机械厂联合研制的SEP－25型双动颚式破碎机，其破碎比可达12，与同规格旧型颚式破碎机对比，生产能力提高60%～100％，电耗降低30％～50％。北京矿冶研究总院也生产双动颚式破碎机。2.6双腔颚式破碎机另一种双腔颚式破碎机具有两个破碎腔，可在双工作行程状态下运行，不存在空行程的能量消耗，因而大大提高了处理矿量，单位功率大幅度降低，金属消耗也明显下降［10］。1-固定颚板a；2-活动颚板a；3-动颚；4-偏心轴；5-摇杆；6-活动颚板b；7-固定颚板b；Ⅰ-破碎腔a；Ⅱ-破碎腔b图8双腔颚式破碎机结构示意2.7振动颚式破碎机振动颚式破碎机是俄罗斯MexaHoδρ研制的。该机利用不平衡振动器产生的离心惯性力和高频振动实现破碎。具有双动颚结构，两个振动器分别作用在两动颚上，转向相反并可实现自同步，使两动颚绕扭力轴同步振动。通过扭力轴可以调整振幅从而控制产品粒度。适用于破碎铁合金、金属屑、砂轮和冶金炉渣等难碎物料，可破碎的物料抗压强度高达500MPa。设备规格为80×300、100×300、100×1400、200×1400、和440×1200等。动颚摆频率为13～24Hz，功率15～74kW，破碎比可达4～20，现已有数十台设备用于生产。结构见图9［11］。表3双腔与单腔颚式破碎机的性能参数破碎机给料口尺寸b×l／mm最大给料粒度／mm排料口／mm生产能力／（m3．h－1）电机功率／kW单位功率／（kW．h．m－3）金属单耗／（t．h．m－3）机重／kg双腔(2PE250×400单腔(PE250×400)250×400250×40021021040±20(开边)40±20(开边)167.518.518.51.161.160.280.4450030001-机座；2-颚板；3-不平衡振动器；4-扭力轴图9振动颚式破碎机3单齿辊破碎机针对用于粉碎煤的单齿轮破碎机存在效率低、结构复杂、受力不均匀等特点，华北工学院开发了新一代915单齿辊破碎机［12］。这种破碎机有两种结构型式：第一种结构型式如图10所示，这种结构型式是将原来的拉力弹簧改为推力弹簧，弹簧弹力为490kN；拉杆铰接在颚板上，两端带有M100×4螺纹，分别装