PCL400破碎机设计-毕业设计

1 绪论

现代破碎理论与国内破碎设备的发展

矿业是国民经济中的基础产业，它与国民经济的发展息息相关。矿物加

工是矿业的一个非常重要的环节，它不但要为其他领域提供原材料，而且还

要为自身的可持续发展提供机遇。粉碎是矿物加工中不可缺少的一种工艺过

程，粉碎的任务是提供具有一定粒度、粒度组成和充分解离而又不过粉碎的

加工原料，以便下一步的加工、处理和使用。当今世界矿物加工领域中破碎、

磨矿能耗约占整个选矿过程能耗的40%～60% ，据资料表明，20世纪90年代

以来世界上约12%的电能用于粉碎物料。破碎、磨矿的节能降耗成了选矿领

域降低成本、增加经济效益的重要手段之一。而破碎理论的成熟是破碎机实

现节能降耗的先决条件，因而破碎设备的发展依赖于破碎理论的发展。

1.1 破碎理论

1.1.1 破碎理论综述

（1） 早期破碎理论

19世纪中叶，许多学者就粉碎能耗的关系问题纷纷提出自己的看法，其

中最著名的有雷廷格(Rittinger)的“面积说”，基克(Kick)的“体积说”

和庞德(Bond)的“裂缝说”，他们的数学表达式可以写成：

1dA =rds(Rittinger 理论) (1-1)

2dA =kdv(Kick 理论) (1-2)

i ωω=(Bond 理论) (1-3) 而这三大理论的表达式，可以统计地由沃克公式表示为：

C n dx dE x =- (1-4)

式中C 为与物料性质及设备性能有关的参数,n 为与破碎程度有关的指数,

负号表示粉碎消耗能量。当 n=2时，积分上式得雷廷格公式；令n=1.5而后

积分，得邦德公式；n=1时的积分结果即基克公式。三大理论表达式右边粒

度的表示法，“面积说”采用调和平均径；“体积说”采用加权几何平均径；

而“裂缝说”采用80%所有通过的方孔筛宽的尺寸来表示。他们采用的粒度

都是靠经验确定的。实际运用中，这三大理论各自仅反映粉碎过程的某一阶

段，互不矛盾。对于粗粒物料的粉碎过程，“体积说”比较接近于实际；对

于细粒物料，“面积说”与实际过程较吻合；“裂缝说”使用于中等粒度的粉碎过程。

（2）层压破碎理论

在上世纪8O年代，人们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。同时在对冲击力与挤压力对颗粒层的破碎效果进行研究后得出结论：静压粉碎效率为100%，单次冲击效率为35%～40%。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。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。基于这两个认识形成了层压破碎理论，与传统的挤压破碎理论不同，传统的挤压破碎认为石料的破碎是基于单颗粒发生在颗粒与衬板之间。层压破碎认为石料颗粒的破碎不仅发生在颗粒与衬板之间，同时也大量发生在颗粒与颗粒之间。其特征是在破碎室的有效破碎段形成高密度的多个颗粒层，将充足的破碎功作用于石料颗粒群，在充分发挥层压破碎的同时充分利用了石料破碎过程中所产生的强大碎片飞动能对相邻石料进行再破碎，获得极高的破碎率。即便是比较大的排料口间隙也能大量生产细粒产品。料层石料颗粒之间的相互挤压，实现了选择性破碎，使那些强度低的针、片石料在层压破碎中首先破碎，故能产生优粒形含量很高的石料产品(针片状含量≤15%)。颚式破碎机是在这一理论的指导下应运而生的代表性破碎设备。

（3）自冲击破碎理论及自冲击破碎机

自冲击破碎理论是上世纪8O年代初，新西兰BARMAC公司的布赖恩·巴特立和吉姆·麦克唐纳提出的。传统的冲击破碎机是靠旋转的板锤直接冲击石料，对石料破碎并给石料破碎所需动能，板锤在破碎石料的过程中自己也在快速消耗。与传统的冲击破碎方式不同，自冲击破碎则是石料与石料之间的冲击破碎，一部分石料通过高速旋转装置获得动能，与另一部分伞状以瀑落而下的石料冲击破碎，在破碎腔内一部分石料形成自衬式工作部件，使机器本身不受磨损。石料自衬保护了易损零部件，而本身又是被破碎物料。石料在工作时实现了不断破碎——形成石衬与排料一一再破碎的循环破碎、排料过程。破碎过程是一种选择性破碎，石料产品针片状含量可≤1O%。自冲击破碎机由涡动破碎腔、进料分料装置、转子旋冲器、动力传动装置、机架等组成。石料通过给料装置进入转子中心，转子高速回转，中心石料受离心力作用而飞溅，像子弹一样，与另一部分以伞状瀑落方式分流而下，在和转子

周围环形石料相碰击而产生第一次“石打石”自破碎，并共同飞溅到反击石衬环上而产生第二次“石打石”自破碎(如图1-1)。设备内壁和转子出流喷射口侧壁在运转中自形成抛物紧贴自衬层，使设备部件无磨损。石料在相互打击后，又会在转子与壳体之间破碎腔内再次作回转弧的回流运动，而形成多次“石打石”自破碎。破碎过程中，在物料颗粒之间传递能量，可使激烈的冲击摩擦转变为温和的研磨。颗粒受到阻力，在消耗能量的同时被击碎，直到能量全部消耗掉为止，最后脱离破碎腔，经排料口排出。物料的破碎过程是物料颗粒之间的能量交换，从而提高了能量的利用率。自冲击破碎机最显著的特点主要表现在破碎发生在石料与石料之间，使设备的磨损损耗大大降低，减少了维修次数，延长了设备使用寿耗大大降低，减少了维修次数，延长了设备使用寿命。同时产品粒度等级不因机件的磨损而改变，破碎效率也保持恒定。破碎机的内部本身形成空气流通系统，因此它对周围的环境污染很小。由于细小的物料颗粒所具有的动能小，破碎的可能性也很小，从而可以避免过粉磨现象的产生。自冲击破碎机选择性破碎，可生产优形粒料，是一种高能量利用率设备。自冲击破碎机主要是用于路用碎石系统的三级或四级破碎，生产中、细碎石和砂，也可降低转子的速度而用于粗细石料的整形以提高产品立方体颗粒含量。

图1-1

1.1.2 破碎理论的发展

随着矿产资源大量的开采利用，有色冶金、黑色冶金、化工、轻工等矿产资源日趋贫化，开采量大幅增加，建材、路、桥、坝用到的矿石量也迅猛增大。使物料加工的第一道工序——粉碎作业显得尤为重要。据统计，粉碎作业的耗电占到选矿厂总耗电量的50％以上。如何合理利用能源、节约能源，使能源利用保持可持续发展是我们研究的重要课题。为此，探索物料粉碎状态与能量消耗之间的内在联系，指导制造更有利于粉碎、更节能的粉碎设备