破碎机结构设计

第1章绪论(破碎机械概述)

1.1破碎机械用途及破碎理论

1.1.1破碎机械概念

破碎机械是对固体物料施加机械力，克服物料的内聚力，使之碎裂成小块物料的设备。

1.1.2破碎机械用途

破碎机械是原料、材料、燃料、电力和钢铁等基础工业部门生产过程中的主要设备之一。在矿山工程和建设工程上，破碎机械多用来破碎爆破开采所得的天然石料，使之成为规定尺寸的矿石或碎石。在硅酸盐工业中，固体原料、燃料和半成品需要经过各种破碎加工，使其粒度达到各道工序所要求的尺寸，以便进行进一步加工操作。

通常的破碎过程有粗碎、中碎、细碎三种，其入粒度和出粒度如表1-1所示。所采用的破碎机械相应地有粗碎机、中碎机、细碎机三种。

制备水凝、石灰时，细碎后的物料，还需要进一步粉末。按照粉磨程度，可分为粗磨、细磨、超细磨三种。

表1-1 物料粗碎、中碎、细碎的划分（mm）

粉磨粗磨，物料粉磨到0.1mm左右细磨，物料粉磨到60um左右超细磨，物料粉磨到5um左右

所采用的粉磨机相应地有粗磨机、细磨机和超细磨机三种。

在加工过程中，破碎机的效率比粉磨机高得多，先破碎再洗磨，能显著地提高加工效率，也降低电能消耗。

工业上常用物料破碎前的平均粒度D与破碎后的平均粒度d之比来衡量破碎过程中物料尺寸变化情况，比值i称为破碎比（即平均破碎比）。破碎比是破碎机主要参数之一。

i=D/d

为更简易地表示物料破碎程度和比较各种破碎机的主要性能，也可以用破碎机的最大进料口尺寸与最大出料口尺寸之比来作为破碎比，称为标称破碎比。

在实际破碎加工时，装入破碎机的最大物料尺寸一般总是小于容许的最大进料口尺寸，所以，平均破碎比只相当于标称破碎比的0.7～0.9。

每种破碎机的破碎比有一定限度，破碎机械的破碎比一般是i=3～30。如果物料破碎的加工要求超过一种破碎机的破碎比，则必须采用两台或多台破碎机串连加工，称为多级破碎。多级破碎时，原料尺寸与最终成品尺寸之比，称总破碎比i0，如果各级破碎的破碎比各是i1、i2、……i n,则总破碎比i0为

i0=i1i2i3……i n

1.1.3破碎理论

各种矿石的机械性能是各不相同的，如表1-2所示，然而矿石的抗压强度均大于其抗弯强度或抗拉强度。

表1-2 各种矿石的物理机械性能

矿石性质矿石种类压碎强度极限

δB kg/cm2

普氏硬度系数f

中硬矿石

花岗岩

纯褐铁矿

正长石

大理石

致密砂岩

1200～1500

1250

1250～1560

500～1500

1600

12～15

高于中硬矿

石半假象赤铁矿

灰绿岩

闪长石

片麻岩

1580～1955

1800～2400

2000

1720～2200

15～18

极硬矿石

石英岩

闪长岩

班岩

铜矿石

铁磁铁矿

玄武岩

花岗长英岩

1980～2180

1800～2400

1530～2800

1500～2800

2340

2000～300

3500

18～20

目前，在工程上采用的破碎和磨碎方法，主要是借助机械的作用力。最常见的有以下几种类型。

1）挤压破碎如图1-1所示，是利用两破碎工作面靠近时对物料施加压力，使其破碎作用力逐渐加大。

2）劈裂破碎如图1-2所示，是利用尖齿楔入物料时产生的劈力，力的作用较为集中，使物料沿劈裂面破碎成两块，并在劈力作用点处产生局部破碎。

图1-1

图1-2

3）折断或弯曲破碎如图1-3所示，在破碎工作面之间的物料，如同承受集中负荷两支点（或多支点）梁。除在作用点处受劈力之外，主要是使物料受弯曲力而破碎。

图1-3

4）磨碎如图1-4所示，它是破碎工作面在物料上相对滑动，对物料施加剪切力。这种力作用于物料的表面部分，因此适用于细物料的磨碎。

图1-4

5）冲击破碎如图1-5所示，冲击力瞬时作用于物料上，物料急剧粉碎。

破碎、磨碎机械，往往是以一种方法为主，以其他一种或两种方法为辅来破碎物料。

图1-5

现有的破碎理论，均有一定的局限性，没有完全地解释矿石破碎的实质。同时，也未总结出适用于工业生产，能切实指导生产实践的数学理论。目前，比较主要的几种破碎理论是：面积假说、体积假说和裂缝假说。

面积假说：破碎物料时消耗的功（W）与被破碎物料所增加的表面积（S）成正比。应用本假说只有在脆性物料的细磨过程中才能得出与实际相近的结果。

体积假说：把物料破碎成几何形状相似的小颗粒，所需功耗与被破碎物料的体积或重量成正比。此假说对于弹性或脆性物料，在粗碎或中碎时，计算结果比较接近实际。

裂缝假说：此种假说介于前两种假说之间，又称为第三破碎理论。

破碎机械所施加的机械力，可以是挤压力、劈裂力、弯曲力、剪切力等，在一般机械中大多是两种或两种以上机械力的综合。对于坚硬的物料和塑性的物料，适宜采用产生冲击和劈裂作用的机械；对于粘性和韧性的物料，适宜采用产生挤压和碾磨作用的机械。

1.2破碎机械的分类和运用范围

1.2.1分类

根据机械的工作原理和结构特征，目前在工业生产上广泛使用的破碎机械有：颚式破碎机、圆锥破碎机、旋回式破碎机、锤式破碎机、辊式破碎机等。

粉磨机械常用的类型有：球磨机、棒磨机、振动磨机、无介质磨机、喷射式磨机等，它们的总破碎比可达1000以上。

1.2.2运用范围

各种破碎机械的结构和作用不同，其运用范围也不全相同。

颚式破碎机和圆锥破碎机适合于破碎非常坚硬的岩石（极限抗压强度在150～250MPa）；

旋回式破碎机适合于破碎坚硬（极限强度在100MPa左右）的岩石；

锤式破碎机适合于破碎中等硬度的脆性岩石（极限强度在100MPa以下）；

辊式破碎机适合于破碎中等硬度的韧性岩石（极限强度在70MPa左右）。

1.2.3各种破碎机械的主要破碎作用

颚式破碎机、圆锥破碎机和辊式破碎机等，以挤压作用为主；

锤式破碎机和反击破碎机等，以冲击作用为主；

轮碾机和辊式磨机等，以挤压作用为主；

球磨机、棒磨机、振动磨机在喷射机等，以磨削兼撞击作用为主；

表1-3 破碎机械类别总表

1.3 破碎机械发展现状

破碎机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，目前还未有研制成型，正处于研究阶段；(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，而中型小矿山由于各地原料的需求不等，近几年得到一定的发展。

1.4破碎机械市场前景

破碎机械亦属于矿山、冶金专用设备。据相关资料，我国国内矿山、冶金和专用设备制造业2006年的总资产额是24044239.8万元，较上一年度增加了23.47%。

在未来几年内，随着中国整体经济的不断升温。中国的矿山、冶金设备制造这一行业在广泛吸纳各方面资金和技术的情况下，在国家大搞四化建设拉动内需的宏观政策的操控下，在越来越趋于灵活机动的市场机制的引导下，国内的矿山、冶金专用设备制造业完全有望再更上一个新台阶。