1、引言
粉碎作業(yè)（包括破碎和磨碎）是當(dāng)代飛速發(fā)展的工業(yè)技術(shù)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。在各種金屬、非金屬、化工礦物原料及建筑材料等的加工過程中，粉碎作業(yè)要消耗大量的能源，特別是隨著低品位礦石開采量的增加和環(huán)保需要處理廢棄物再生量的增加，能源消耗還會(huì)逐漸增大。預(yù)計(jì)21世紀(jì)初，用于粉碎過程的能源消耗可達(dá)到15%。在使用碎磨流程的廠礦中，破碎和磨碎的設(shè)備費(fèi)、維修費(fèi)和能源消耗費(fèi)占總費(fèi)用的50%以上。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)黑色礦山、有色礦山、貴金屬礦山、化工、建材等行業(yè)，每年破碎礦石和各種物料約為18億噸；用電量250-300億kW-h，占全國(guó)總用電量的8% - 10%；鋼耗約占2 500 kt。物料粉碎過程中，由于在作業(yè)中產(chǎn)生發(fā)聲、發(fā)熱、振動(dòng)和摩擦等作用，使能源大量消耗。因而多年來界內(nèi)人士一直在研究如何達(dá)到節(jié)能、高效地完成破碎和磨碎過程。從理論研究到創(chuàng)新設(shè)備（包括改造舊有的設(shè)備）直至改變生產(chǎn)工藝流程。
目前，破碎理論、工藝和設(shè)備的研究主要著重于：①研究在破碎中節(jié)能、高效的理論，也力求找出新理論，突破人們已熟知的破碎三大理論；②研究新的非機(jī)械力高能或多力場(chǎng)聯(lián)合作用的破碎設(shè)備，目前還未見有工業(yè)化的設(shè)備供應(yīng)市場(chǎng)，只是處于研究階段；③改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備，這方面經(jīng)常是用戶根據(jù)自己的需要來進(jìn)行，而不見市場(chǎng)上大規(guī)模生產(chǎn)或研制新設(shè)備。
對(duì)于上述諸問題，由于國(guó)外礦山自20世紀(jì)80年代以來發(fā)展緩慢，使得這方面進(jìn)展不大，新設(shè)備較少。國(guó)內(nèi)由于國(guó)營(yíng)大型礦山投入極少，也沒有什么發(fā)展，而中、小礦山由于各地對(duì)礦物原料的需求不同，近幾年卻得到了一定的發(fā)展。
2、破碎理論
盡管破碎作業(yè)在礦山及其他工業(yè)中廣泛存在，但是關(guān)于破碎過程的理論知之甚少，許多破碎設(shè)備的設(shè)計(jì)完全基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因?yàn)槊枋銎扑檫^程中所有重要的工藝參數(shù)，從能量輸入破碎機(jī)到從
破碎機(jī)輸出，包括設(shè)備特性都還是相當(dāng)復(fù)雜的。相關(guān)參數(shù)很多，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的觀點(diǎn)看，需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便提供精確的單個(gè)參數(shù)影響的信息。
物料破碎是一個(gè)歷史悠久的話題。早在20世紀(jì)50年代，艾利斯一查爾默斯公司就開始大規(guī)模研究破碎機(jī)理，60年代得出具有重大意義的結(jié)論。隨著研究的深入，人們熟知了高功率的破碎作業(yè)(1]，可以用來改善能源效率和降低生產(chǎn)成本。B．H．Bergstrom在研究單顆粒破碎時(shí)發(fā)現(xiàn)，在空氣中一次破碎的碎片撞擊金屬板時(shí)明顯地產(chǎn)生二次破碎，一次破碎的碎片具有的動(dòng)能占全部破碎能量的45%。如能充分利用二次破碎能量，則可提高破碎效率。也有人指出，較小的持續(xù)負(fù)荷比短時(shí)間的強(qiáng)大沖擊，更有希望破碎物料。
20世紀(jì)80年代，有人對(duì)沖擊力與擠壓力對(duì)顆粒層的破碎效果進(jìn)行研究后指出：在擠壓力和沖擊力兩種情況下得出的破碎結(jié)果比較表明，就能量利用率而言，擠壓力破碎是比較高的，其原因是在沖擊破碎情況下，由于沖擊力能轉(zhuǎn)化為破碎產(chǎn)品的動(dòng)能，從而損失了很大一部分應(yīng)力能。對(duì)于輕輕受力的顆粒層上的擠壓應(yīng)力有微小增加的情況，當(dāng)具有最小斷裂強(qiáng)度的顆粒被壓碎后，作用在未破碎的顆粒上的力就顯著增加，在顆粒層內(nèi)尚未出現(xiàn)保護(hù)作用之前，各顆粒隨著它們所受到的力的增加，依它們的強(qiáng)度大小而相繼破碎。
對(duì)于這種受壓的顆粒層，不應(yīng)該再繼續(xù)施力。因?yàn)樗┙o的能量很大部分不是由于顆粒和碎裂產(chǎn)品之間的摩擦，就是由于碎裂產(chǎn)品間的摩擦而消耗掉的。因此只有不再繼續(xù)施力，才能達(dá)到顆粒層較好的重復(fù)受力，并在各次施力間使顆粒層能夠松散。
能量的供給、顆粒的簇集條件和顆粒間的配比數(shù)，是決定破碎顆粒百分率的主要因素。不僅摩擦所耗的能量，而且所得到的碎裂產(chǎn)品的動(dòng)能也是來自外面所提供的剩余能量。這樣的能量損失是無法減少的。
我國(guó)胡景昆和徐小荷教授研究顆粒的粉碎時(shí)得出結(jié)論，靜壓粉碎效率為100%，單次沖擊效率在35%-40%。為了節(jié)約能量，提高粉碎效率，應(yīng)多用靜壓粉碎，少用沖擊粉碎。Schonert的研究表明，如果使大批脆性物料顆粒受到50 MPa以上的壓力，就能夠由“料層粉碎”節(jié)約出可觀的能量。目前“料層粉碎”理論已為粉碎界所公認(rèn)，根據(jù)料層粉碎理論研制的新設(shè)備有美國(guó)諾得伯格公司的旋盤圓錐破碎機(jī)，俄羅斯的慣性圓錐破碎機(jī)等。
用多碎少磨的原則指導(dǎo)研制以料層粉碎原理的新型破碎機(jī)是當(dāng)前的主要方向。1996年第四屆全國(guó)粉碎工程學(xué)術(shù)會(huì)議上鄧躍紅、張智鐵教授發(fā)表了《物料粉碎分形行為的研究》一文，作者認(rèn)為破碎理論的研究應(yīng)歸結(jié)為三個(gè)大的方面：①強(qiáng)度理論的研究；②破碎效果的評(píng)價(jià)；③破碎功耗的研究。長(zhǎng)期以來，粉碎理論的研究主要停留在經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用和統(tǒng)計(jì)推測(cè)上，人們了解粉碎的規(guī)律尚不明確、不系統(tǒng)。因而人們期待新理論的出現(xiàn)會(huì)給破碎領(lǐng)域帶來一次變革。
1982年B．Mandelrot提出分形理論應(yīng)用在巖石理論研究方面，而張智鐵教授把它應(yīng)用在破碎理論上。經(jīng)過研究，成功地運(yùn)用了分形理論推導(dǎo)了強(qiáng)度與缺陷分布分維數(shù)之間的關(guān)系，建立了粉碎顆粒粒度分布模型，找到了分維數(shù)、分布指數(shù)與破碎概率之間的關(guān)系，用顆粒表面分維數(shù)D，將3個(gè)功耗理論統(tǒng)一起來。
為了優(yōu)化顎式破碎機(jī)工作，馬少健和陳炳辰教授利用實(shí)驗(yàn)室小型復(fù)擺顎式破碎機(jī)，分別進(jìn)行單顆粒給料、窄粒級(jí)給料和混合粒級(jí)給料的破碎試驗(yàn)。研究結(jié)果是：①影響顎式破碎機(jī)產(chǎn)物粒度特性的因素除物料自身硬度外，還與給料粒度大小、組成、排礦口尺寸以及破碎腔內(nèi)物料的松散狀態(tài)有關(guān)；②在顎式破碎機(jī)破碎物料時(shí)，無論是料層破碎還是單顆粒破碎，給料粒度增大，產(chǎn)物粒度變小，因此生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)給料粒度選擇規(guī)格適宜的顎式破碎機(jī)和調(diào)節(jié)排料口尺寸；③料層破碎較單顆粒破碎更能降低破碎產(chǎn)物粒度。因此生產(chǎn)中應(yīng)盡量維持破碎機(jī)破碎腔內(nèi)適宜的料層，以減小破碎產(chǎn)物的粒度。
3、破碎機(jī)械
3.1顎式破碎機(jī)
19世紀(jì)40年代，北美的采金熱潮對(duì)顎式破碎機(jī)發(fā)展有重大的促進(jìn)作用。19世紀(jì)中葉，多種類型的顎式破碎機(jī)被研制出來，并獲得了廣泛的應(yīng)用。上個(gè)世紀(jì)末，全世界已有70多種不同結(jié)構(gòu)的顎式破碎機(jī)取得了專利權(quán)。
1858年，埃里·布雷克(EI．Blake)取得了制造雙肘板顎式破碎機(jī)的專利權(quán)。現(xiàn)在最常用的顎式破碎機(jī)是布雷克的顎式破碎機(jī)和更近代制造的單肘板顎式破碎機(jī)。顎式破碎機(jī)最大的弱點(diǎn)之一是它們?cè)谝粋�(gè)工作循環(huán)內(nèi)只有一半時(shí)間進(jìn)行工作。
20世紀(jì)80年代中期，國(guó)外一些廠家已能生產(chǎn)各種大型顎式破碎機(jī)，例如美國(guó)Fuller Traylor公司生產(chǎn)的重型顎式破碎機(jī)，規(guī)格為1 676 mm×2 134 mm，生產(chǎn)能力達(dá)1 200 t/h；德國(guó)PWH公司生產(chǎn)的最大雙肘板顎式破碎機(jī)的給料口為2 600 mm×1800 mm，生產(chǎn)能力達(dá)2 000 t/h；英國(guó)Babbitless公司生產(chǎn)的BCS系列顎式破碎機(jī)，其生產(chǎn)能力可達(dá)6 000 t/h。
20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)顎式破碎機(jī)的研制工作與改進(jìn)工作取得了一定的成果。北京礦冶研究總院的破碎機(jī)專家王宏勛教授和他的學(xué)生丁培洪碩士引用了“動(dòng)態(tài)嚙角”的概念，開發(fā)出GXPE系列深腔顎式破碎機(jī)，當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)引起了一定程度的轟動(dòng)。該機(jī)與同種規(guī)格的破碎機(jī)相比，在相同工況條件下，處理能力可提高2006 -3006，齒板壽命可提高1-2倍。該機(jī)采用負(fù)支撐零懸掛，具有雙曲面腔型。
第二代GXPE250×400破碎機(jī)在第一代的基礎(chǔ)上進(jìn)行了全面改進(jìn)，增大了破碎比，降低了產(chǎn)品粒度。最大給料粒度為220 mm，生產(chǎn)能力為5-16t／h，排料口調(diào)整范圍為10-40 mm，給料抗壓強(qiáng)度小于300 MPa。
PEY4060液壓保險(xiǎn)顎式破碎機(jī)，以液壓缸為過載保護(hù)裝置，正支撐、正懸掛、深破碎腔。該機(jī)最大給料粒度為340 mm，排料口調(diào)整范圍為30 – 100mm，生產(chǎn)能力為10-40 t/h。
多靈一沃森機(jī)械有限公司的戌吉華高級(jí)工程師集多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了目前國(guó)內(nèi)最大的1 200×1 500復(fù)擺顎式破碎機(jī)。表1是上海多靈一沃森公司的PEX系列顎式破碎機(jī)技術(shù)參數(shù)表。
3.2低矮型顎式破碎機(jī)
20世紀(jì)80年代美國(guó)Eagle破碎機(jī)股份有限公司為井下采礦使用設(shè)計(jì)了一種低矮型顎式破碎機(jī)，此機(jī)也可用于露天采石場(chǎng)或采礦場(chǎng)。最大破碎功率為260- 300 kW，破碎機(jī)的生產(chǎn)能力為1400 t/h。
北京礦冶研究總院林運(yùn)亮等人與上海多靈一沃森機(jī)械設(shè)備有限公司合作開發(fā)了PED低矮可拆式顎式破碎機(jī)。該機(jī)是一種適于井下作業(yè)特殊條件下的新型顎式破碎機(jī)。其特點(diǎn)是機(jī)械本身高度低，動(dòng)顎位置低，固定顎位于動(dòng)顎和偏心軸之間。
3.3外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)
北京礦冶研究總院饒綺麟教授于1999年研究成功了一種外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)。該機(jī)最大特點(diǎn)是將傳統(tǒng)的復(fù)擺顎式破碎機(jī)中的四連桿機(jī)構(gòu)作為動(dòng)顎的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，改為連桿作邊板，而動(dòng)顎僅是連桿上一點(diǎn)的延伸（圖1）。圖2為傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機(jī)，圖3為外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)。外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)在結(jié)構(gòu)上有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①這種新破碎機(jī)不像傳統(tǒng)的復(fù)擺顎式破碎機(jī)那樣有偏心連桿套環(huán)裝置，將偏心運(yùn)動(dòng)直接傳遞到動(dòng)顎上，而是通過邊板將偏心軸的運(yùn)動(dòng)傳到外側(cè)的動(dòng)顎上；②動(dòng)顎、定顎的位置與傳統(tǒng)的復(fù)擺顎式破碎機(jī)正好相反，動(dòng)顎和偏心軸位于破碎腔及定顎兩側(cè)，動(dòng)顎的往復(fù)運(yùn)動(dòng)為破碎機(jī)提供了可靠的進(jìn)料保障；③定顎由懸掛軸懸掛在機(jī)架上，其下部通過襯板與機(jī)架相連，調(diào)整襯板的位置，定顎繞懸掛軸旋轉(zhuǎn)以改變排料口大小，從而控制排料粒度；④破碎腔呈傾斜狀態(tài)；⑤負(fù)懸掛機(jī)構(gòu)，皮帶輪及飛輪不在設(shè)備的上部，而在設(shè)備的中部。
據(jù)上所述可以總結(jié)出外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)有以下三大特點(diǎn)：具有理想的動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡，外形低矮，偏心距小。
3.4新型顎式破碎機(jī)
圖4為一種新型顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)示意。其工作原理為：物料由進(jìn)料斗落入機(jī)內(nèi)，經(jīng)分離機(jī)構(gòu)將物料分散到四周下料。電動(dòng)機(jī)經(jīng)三角帶帶動(dòng)偏心軸，使動(dòng)顎上下運(yùn)動(dòng)而壓碎物料，達(dá)到一定粒度后進(jìn)入回轉(zhuǎn)腔。物料在回轉(zhuǎn)腔內(nèi)受到轉(zhuǎn)子及定顎的研磨而破碎，破碎物料從下料斗排出。該機(jī)通過松緊螺栓和加、減墊片，可調(diào)整進(jìn)出料粒度。采用圓周給料方式，給料范圍比顎式破碎機(jī)大，下料速度快且不會(huì)堵塞。與同等規(guī)格的顎式破碎機(jī)相比，其生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品粒度小、破碎比大。該機(jī)已正式生產(chǎn)。
3.5顎輥破碎機(jī)
將高效節(jié)能的顎式破碎機(jī)和對(duì)輥破碎機(jī)有機(jī)地結(jié)合在一起，研制出了顎輥破碎機(jī)，破碎原理示意如圖5所示。該機(jī)采用單電動(dòng)機(jī)或柴（汽）油機(jī)軀動(dòng)。當(dāng)整機(jī)放在拖車上被牽引拖動(dòng)時(shí)，便成為移動(dòng)式顎輥破碎機(jī)。該機(jī)的工作原理是：電動(dòng)機(jī)或柴（汽）油機(jī)驅(qū)動(dòng)下部對(duì)輥破碎機(jī)的主動(dòng)輥，主動(dòng)輥經(jīng)過齒輪帶動(dòng)被動(dòng)輥反向運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，主動(dòng)輥另一端經(jīng)三角帶傳動(dòng)，帶動(dòng)上部顎式破碎機(jī)工作。通過調(diào)整對(duì)輥破碎機(jī)的安全調(diào)整裝置，調(diào)整兩輥間的間隙，可得到最終要求的粒度。PEG150×250×4400及PEG250×400×+600顎輥破碎機(jī)的規(guī)格及技術(shù)性能如表2所示。顎輥破碎機(jī)具有破碎比大(i=15-16)、高效節(jié)能、體積小、質(zhì)量輕、驅(qū)動(dòng)方式多樣、移動(dòng)靈活、整機(jī)也可分開單獨(dú)使用等特點(diǎn)。特別適于深山區(qū)中小型礦山和建筑工地材料的破碎，也可作為“移動(dòng)式選廠”的配套破碎系統(tǒng)。
3.6大傳動(dòng)角顎輥破碎機(jī)
大傳動(dòng)角顎輥破碎機(jī)(機(jī)構(gòu)示意見圖6)克服了復(fù)擺顎輥破碎機(jī)的抬礦、機(jī)體高、主軸承受力大等缺點(diǎn)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：用較小的偏心距能得到較大的水平行程，因而可降低能耗，動(dòng)顎與給料口方向一致，從而排除復(fù)擺顎輥破碎機(jī)的抬礦作用。肘板置于動(dòng)顎給料口后部，使機(jī)器高度降低，適用于井下移動(dòng)式破碎機(jī)上。
原上海建材工業(yè)學(xué)院利用“固定容積”原理，推導(dǎo)出有獨(dú)特見解的修正高斯曲線方程，利用該方程設(shè)計(jì)出新一代PEX150×750 -A型細(xì)碎顎式破碎機(jī)，其破碎腔為“直線一外旋輪線一修正高斯曲線”型高深式破碎腔，如圖7所示。該機(jī)與國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品相比，具有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、破碎比大、產(chǎn)量高（提高20%左右）、噪音小、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。該產(chǎn)品已獲得國(guó)家專利，主要用于水泥、選礦、冶金、陶瓷、化工等行業(yè)各種磨機(jī)的預(yù)粉碎(細(xì)碎)
3.7雙動(dòng)顎顎式破碎機(jī)
沈陽黃金學(xué)院與遼寧紅透山機(jī)械廠聯(lián)合研制的SEP - 25型雙動(dòng)顎顎式破碎機(jī)，其破碎比可達(dá)12，與同規(guī)格舊型顎式破碎機(jī)相比，生產(chǎn)能力提高60% -100%，電耗降低30% -50%。北京礦冶研究總院也生產(chǎn)這種雙動(dòng)顎顎式破碎機(jī)。
3.8雙腔顎式破碎機(jī)
一種具有兩個(gè)破碎腔的雙腔顎式破碎機(jī)早已問世。該機(jī)是在雙工作行程狀態(tài)下運(yùn)行，不存在空行程的能量消耗，因而大大提高了處理礦量，單位功率大幅度降低，金屬消耗也明顯下降。該機(jī)的結(jié)構(gòu)示意見圖8。
3.9振動(dòng)顎式破碎機(jī)
振動(dòng)顎式破碎機(jī)是俄羅斯MexaH06p研制的。該機(jī)利用不平衡振動(dòng)器產(chǎn)生的離心慣性力和高頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)破碎。該機(jī)具有雙動(dòng)顎結(jié)構(gòu)，兩個(gè)振動(dòng)器分別作用在兩動(dòng)顎上，轉(zhuǎn)向相反并可實(shí)現(xiàn)自同步，使兩動(dòng)顎繞扭力軸同步振動(dòng)。通過扭力軸可以調(diào)整振幅來控制產(chǎn)品粒度。該機(jī)適用于破碎鐵合金、金屬屑、砂輪和冶金爐渣等難碎物料，可破碎的物料抗壓強(qiáng)度高達(dá)500 MPa。設(shè)備規(guī)格為80×300、100×300、100×1 400、200×1400和440×1200等。動(dòng)顎振動(dòng)頻率為13-24 Hz，功率為15 - 74 kW，破碎比可達(dá)4-20，現(xiàn)有數(shù)十臺(tái)設(shè)備已用于生產(chǎn)(11)。
4、圓錐破碎機(jī)
圓錐破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)概念早在1856年被提出。第一臺(tái)圓錐破碎機(jī)是在1880年由艾利斯——查爾默斯公司制造的，由發(fā)明人蓋茨(F. Gates)設(shè)計(jì)。該機(jī)用來破碎金礦石，其生產(chǎn)能力為4t/h，用3 kW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。圓錐破碎機(jī)的工作原理至今保持不變，但其結(jié)構(gòu)卻多被改進(jìn)，目前對(duì)圓錐破碎機(jī)的改進(jìn)已達(dá)到了極限。
用以下三種方法可以提高圓錐破碎機(jī)的性能：①機(jī)器的動(dòng)平衡；②均勻給料；③改變破碎腔的形狀。目前圓錐破碎機(jī)的破碎比普遍可以達(dá)到7，實(shí)踐證明，改變腔型可以使破碎比達(dá)到12。因?yàn)楦淖兦恍涂梢允贡黄扑槲锪系牧鸭y主要發(fā)生在應(yīng)力集中處，故破碎機(jī)的能耗和磨損將大大降低，其壽命得到了延長(zhǎng)。
4.1細(xì)碎偏心圓錐破碎機(jī)
細(xì)碎偏心圓錐破碎機(jī)是在20世紀(jì)初發(fā)展起來，至今也沒有多大改變、最常用的破碎機(jī)。同其他破碎設(shè)備相比，它占用空間小、使用簡(jiǎn)便、能耗低、運(yùn)轉(zhuǎn)效率高（可達(dá)90%）。物料在細(xì)碎偏心圓錐破碎機(jī)破碎腔的平行帶中，受到兩次或三次撞擊后被破碎。
中碎圓錐破碎機(jī)破碎腔的平行帶長(zhǎng)度是動(dòng)錐直徑，而細(xì)碎偏心圓錐破碎機(jī)破碎腔中的平行帶長(zhǎng)度是動(dòng)錐直徑的1/6。
動(dòng)錐與定錐之間的最短距離決定了破碎機(jī)產(chǎn)品的最小尺寸。圓錐破碎機(jī)的主要技術(shù)條件是嚙角、旋轉(zhuǎn)速度和產(chǎn)量。嚙角必須小于摩擦角的1/2，并且多數(shù)破碎機(jī)為18°。
細(xì)碎偏心圓錐破碎機(jī)對(duì)于給礦量或者給料粒度組成的不均勻性非常敏感。物料在破碎腔內(nèi)均勻分布，非常重要。
研究者們?cè)缇椭赋觯诤窳现惺刮锪献运槭撬玫降淖钣邢Ｍ倪^程。這個(gè)過程在旋盤破碎機(jī)中很容易實(shí)現(xiàn)。與常規(guī)圓錐破碎機(jī)不同，在這種破碎機(jī)中物料的破碎是發(fā)生在擠壓層中，顆粒在料層中受擠壓時(shí)互相移動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)迅速地使顆粒的邊角破碎，并且最終使晶體破裂。應(yīng)該注意到破碎的應(yīng)變是難以確定的，因?yàn)樗c被破碎物料的強(qiáng)度、破碎機(jī)破碎腔的充填程度及其他一些因素有關(guān)。圖9給出了圓錐破碎機(jī)與旋盤破碎機(jī)腔型設(shè)計(jì)上的不同之處。旋盤破碎機(jī)襯板短且傾角小，當(dāng)頂角小于物料安息角時(shí)，在重力作用下物料流動(dòng)受阻，依靠動(dòng)錐運(yùn)動(dòng)將物料推出。產(chǎn)生高百分比細(xì)粒級(jí)產(chǎn)品應(yīng)歸結(jié)為旋盤破碎機(jī)采用的“料層粉碎”機(jī)理的腔型設(shè)計(jì)。
4.2慣性圓錐破碎機(jī)
慣性圓錐破碎機(jī)是我國(guó)與俄羅斯米哈諾布爾(MexaH06p)的合作產(chǎn)品，1992年國(guó)內(nèi)試制并推廣，國(guó)內(nèi)有關(guān)這方面的文章很多。該機(jī)屬高效、細(xì)碎破碎機(jī)，具有破碎比大、單位能耗低、襯板磨損小等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)有色礦山已開始應(yīng)用。中型礦山選礦廠一般采用KPI/I-1750慣性圓錐破碎機(jī)。
4.3 PZ - 450振動(dòng)圓錐破碎機(jī)
洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)院從20世紀(jì)90年代開始研制PZ - 450型振動(dòng)圓錐破碎機(jī)，該機(jī)采用全新結(jié)構(gòu)。它除了具有慣性圓錐破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外，還有以下特點(diǎn)：①采用干油潤(rùn)滑，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠；②動(dòng)錐擺動(dòng)頻率較高，提高了產(chǎn)量和破碎比。
現(xiàn)代生產(chǎn)對(duì)圓錐破碎機(jī)的要求是：①單位時(shí)間內(nèi)固定流量要高；②較大的破碎比；③最終產(chǎn)品粒度的品質(zhì)易于調(diào)節(jié)；④能耗低；⑤維修、潤(rùn)滑簡(jiǎn)單、方便。按這五個(gè)方面而生產(chǎn)的滾柱軸承圓錐破碎機(jī)，采用傾斜安裝滾柱軸承，不承受太大的力矩。
4.4圓錐破碎機(jī)腔型改造問題
北京礦冶研究總院研制了新的φ900液壓圓錐破碎機(jī)(20)。該破碎機(jī)改進(jìn)了腔形，因而產(chǎn)品粒度減小（排礦口5-15 mm時(shí)，產(chǎn)品粒度10 mm左右）；采用改進(jìn)的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，操作調(diào)整都較方便；由于給料口大，入料粒度可達(dá)60 mm，故中、小型選礦廠可用來代替中、細(xì)碎破碎機(jī)，從而簡(jiǎn)化了破碎流程。
北京冶金設(shè)備研究院在分析國(guó)外各種不同圓錐破碎機(jī)的基礎(chǔ)上研制了新腔型的破碎機(jī)。據(jù)報(bào)道，新腔型破碎機(jī)產(chǎn)品粒度組成大大改善。圖10為美國(guó)Allis公司H系列圓錐破碎機(jī)的腔型。
烏拉爾機(jī)械研究院和圣彼得堡米哈諾布爾研究院研究出新型圓錐破碎機(jī)的腔型，它包括兩種破碎機(jī)模式：?jiǎn)晤w粒粉碎和料層粉碎。這些模式各有優(yōu)點(diǎn)，將其結(jié)合在一個(gè)破碎腔中，可獲得更好的性能。改進(jìn)設(shè)計(jì)(圖11)的主要目的是生產(chǎn)更細(xì)的物料及減少襯板質(zhì)量，新腔型可替代細(xì)碎偏心圓錐破碎機(jī)的普通襯板。
這種新破碎腔也由動(dòng)錐襯板1和定錐襯板2構(gòu)成，破碎腔包括均勻給料的預(yù)備區(qū)和破碎平行區(qū)。平行區(qū)表面上的小破碎室3形成空腔，這些空腔沿錐面呈多環(huán)狀分布，形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)。這些空腔可制成截棱錐，也可制成截圓錐或截六角形。用大量的經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn)方法對(duì)蜂窩狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)。空腔的總面積應(yīng)為平行帶面積的25% - 40%，若面積小于25%，則空腔不起作用；若超過40%，則襯板壽命會(huì)縮短（空腔之間的襯板破裂）。空腔的深度為平行帶襯板厚度的50% - 70%。就襯板磨損而言，若空腔深度小于50%，則空腔不起作用（除襯板使用初期）；若空腔深度超過截面厚度70%，則襯板強(qiáng)度減弱，壽命縮短。
當(dāng)圓錐破碎機(jī)工作時(shí)，有襯動(dòng)錐在有襯定錐內(nèi)回轉(zhuǎn)。物料的破碎是靠動(dòng)錐將它壓向定錐完成的。被破碎的物料在上面物料的壓力和重力作用下排出。破碎過程分為兩個(gè)階段：第一階段物料進(jìn)入預(yù)備區(qū)，礦石在上部礦石的壓力和重力作用下均勻地移動(dòng)到平行帶；第二階段即在平行帶中完成破碎。這里，物料破碎是一個(gè)復(fù)雜的過程，發(fā)生在空腔內(nèi)的破碎是由空腔內(nèi)部的壓力產(chǎn)生的壓縮過程引起的。緩慢壓縮過程比沖擊或其他單塊破碎方法效益高（單位能耗獲得更大的破碎比）。由于能量緩慢施加，作者認(rèn)為，在物料破碎之前，極限應(yīng)變能量不可能超過沖擊破碎所需的能量。也可在研磨和剪切作用下，物料在空腔和襯板上表面之間的地帶被破碎。
在這種腔型設(shè)計(jì)中，能量利用更充分，細(xì)粒產(chǎn)品產(chǎn)量提高5%- 10%。此外，空腔中被破碎的物料相當(dāng)于一個(gè)保護(hù)層，可減少襯板費(fèi)用20%。
5、單齒輥破碎機(jī)
針對(duì)用于粉碎煤的單齒輪破碎機(jī)存在效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受力不均勻等缺點(diǎn)，華北工學(xué)院開發(fā)了新一代聲915單齒輥破碎機(jī)。這種破碎機(jī)有兩種結(jié)構(gòu)形式：第一種結(jié)構(gòu)形式如圖12所示，是將原來的拉力彈簧改為推力彈簧，彈簧彈力為490 kN；拉桿鉸接在顎板上，兩端帶有M100×4螺紋，分別裝有兩個(gè)旋緊螺母；左端螺母用于調(diào)整顎板位置，即出料口間隙，右端螺母用于調(diào)整彈簧彈力。拉桿插在裝于機(jī)體的支座上，支座孔為上下可調(diào)的長(zhǎng)方形，用以調(diào)整成品的出料粒度。這種結(jié)構(gòu)降低了機(jī)體高度，縮短了拉桿長(zhǎng)度，使結(jié)構(gòu)更為緊湊。第二種結(jié)構(gòu)如圖13，這種結(jié)構(gòu)形式是利用顎式破碎機(jī)的楔形調(diào)整機(jī)構(gòu)和雙輥破碎機(jī)的主動(dòng)輥軸相結(jié)合，吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，如：進(jìn)料口大，輥?zhàn)颖砻婵裳b有不同尺寸的破碎齒板，顎板上鑲有可更換的耐磨襯板，出料口大小可通過推力板上的長(zhǎng)方形螺孔調(diào)整。與同規(guī)格的顎式破碎機(jī)或雙輥破碎機(jī)相比，這類設(shè)備的破碎能力可增大幾倍，效率可提高30%。現(xiàn)已調(diào)試出F915×1 000單齒輥破碎機(jī)，生產(chǎn)能力達(dá)140 t/h，最大進(jìn)料口尺寸為500 mm，出料粒度為50-100mm，產(chǎn)品粒度比較均勻。同時(shí)，由于這種結(jié)構(gòu)的破碎機(jī)有預(yù)碎和破碎兩個(gè)區(qū)域，破碎后的物料受齒輥撥動(dòng)而被強(qiáng)制排出機(jī)體外，所以更適用于處理較粘的潮濕物料。
6、振動(dòng)式破碎機(jī)
隨著振動(dòng)理論和實(shí)踐的發(fā)展，各種利用振動(dòng)力進(jìn)行工作的機(jī)構(gòu)設(shè)備得到普遍應(yīng)用。近年來有人研究利用慣性振動(dòng)力對(duì)礦物進(jìn)行破碎或粉磨的設(shè)備，這類設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)如下：
1、破碎力為非剛性力，運(yùn)動(dòng)件的止點(diǎn)由力的大小和破碎物料的性質(zhì)決定，是可變的，因此易損件的磨損對(duì)出料粒度影響很小。且重要的是當(dāng)鐵塊等難破碎物混入破碎機(jī)時(shí)，不會(huì)對(duì)機(jī)器造成損壞，若尺寸不是很大時(shí)，不用停車，難破碎物可隨機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)自動(dòng)排出機(jī)外：
2、由于可以通過調(diào)整慣性力的大小，使設(shè)備獲得足夠的破碎力對(duì)物料實(shí)施破碎，而基本不提高物料與易損件的切向速度，因而特別適合對(duì)水泥熟料、金礦石等磨琢性強(qiáng)和中硬以上物料的破碎；
3、破碎機(jī)在共振點(diǎn)工作，裝機(jī)功率僅相當(dāng)予同等產(chǎn)量其他機(jī)型，可大幅度降低運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。該機(jī)的工作原理如下：擺輥由擺桿通過底部鉸支軸支撐，并和4條一頭固定在機(jī)架上的彈簧組成振動(dòng)系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)通過V型帶帶動(dòng)主軸上的偏心塊轉(zhuǎn)動(dòng)，從而給予系統(tǒng)慣性激振力使其產(chǎn)生振動(dòng)。物料從進(jìn)料斗進(jìn)入機(jī)內(nèi)，受到振動(dòng)的擺輥沖擊擠壓而破碎。該機(jī)可適用于110-200 MPa或普氏硬度f=16 - 20的硬礦石或燒結(jié)礦的中細(xì)碎礦。
相關(guān)破碎機(jī)產(chǎn)品：
1、
顎式破碎機(jī)
2、
圓錐破碎機(jī)
3、
雷蒙磨粉機(jī)
