論破碎機(jī)的發(fā)展趨勢
  摘要敘述了破碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢：大型化、自動化和采用現(xiàn)代技術(shù)提高產(chǎn)品性能和可靠性。重點介紹了顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、沖擊式破碎機(jī)和輥壓機(jī)。
  關(guān)鍵詞破碎機(jī)現(xiàn)狀發(fā)展趨勢
  1引言
  物料的破碎是許多行業(yè)(如冶金、礦山、建材、化工、陶瓷筑路等)產(chǎn)品生產(chǎn)中不可缺少的工藝過程。由于物料的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)差異很大，為適應(yīng)各種物料的要求，破碎機(jī)的品種也是五花八門的。就金屬礦選礦而言，破碎是選礦廠的首道工序，為了分離有用礦物，不但分為粗碎、中碎、細(xì)碎，而且還要磨礦。因為磨礦是選礦廠的耗能大戶(約占全廠耗電的50％)，為了節(jié)能和提高生產(chǎn)效率，所以提出了“多碎少磨”的技術(shù)原則。這使破碎機(jī)向細(xì)碎、粉碎和高效節(jié)能方向發(fā)展。另外隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，破碎機(jī)也向自動化方向邁進(jìn)(如國外產(chǎn)品已實現(xiàn)機(jī)電液一體化、連續(xù)檢測，并自動調(diào)節(jié)給料速率、排礦口尺寸及破碎力等)。隨著開采規(guī)模的擴(kuò)大，破碎機(jī)也在向大型化發(fā)展，如粗碎旋回破碎機(jī)的處理能力已達(dá)6000t／h。至于新原理和新方式的破碎(如電、熱破碎)尚在研究試驗中，暫時還不能用于生產(chǎn)。對粗碎而言，目前還沒有研制出更新的設(shè)備以取代傳統(tǒng)的顎式破碎機(jī)和旋回式破碎機(jī)，主要是利用現(xiàn)代技術(shù)，予以改進(jìn)、完善和提高耐磨性，達(dá)到節(jié)能、高效、長壽的目的。細(xì)碎方面新機(jī)型更多些。總的來看，值得提出的有：顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、沖擊式破碎機(jī)和輥壓機(jī)。
  2顎式破碎機(jī)
  傳統(tǒng)的顎式破碎機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、制造容易、維修方便、價格低廉、適用性強(qiáng)等優(yōu)點，所以在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。其缺點是非連續(xù)性破碎、效率較低，破碎比較小，給礦不均勻引起顎板磨損不均勻等。針對其缺點，各國都在以下幾方面加以改進(jìn)：優(yōu)化結(jié)構(gòu)與運(yùn)動軌跡；改進(jìn)破碎腔型，以增大破碎比，提高破碎效率，減少磨損，降低能耗，現(xiàn)已普遍應(yīng)用高深破碎腔和較小嚙角；改進(jìn)了動顎懸掛方式和襯板的支承方式，改善了破碎機(jī)性能；顎板采用了新的耐磨材料，降低了磨損消耗；提高了自動化水平(可自動調(diào)節(jié)、過載保護(hù)、自動潤滑等)。同時也出現(xiàn)了一些新的機(jī)型，如雙腔雙動顎式破碎機(jī)，其破碎比可達(dá)20～50，排料口調(diào)節(jié)方便，產(chǎn)量大；雙腔回轉(zhuǎn)破碎機(jī)，兼有顎式破碎機(jī)與圓錐破碎機(jī)的性能，其產(chǎn)量較同規(guī)格的顎式破碎機(jī)高50％。還有篩分顎式破碎機(jī)，把篩分和破碎結(jié)合為一體，不僅可簡化工藝流程，且能及時將已達(dá)粒度要求的物料從破碎腔中排出，減輕了破碎機(jī)的堵塞和過粉碎，提高了生產(chǎn)能力，降低了能耗。在大型化方面國內(nèi)外都已生產(chǎn)1500mmX2100mm規(guī)格的顎式破碎機(jī)。
  3圓錐破碎機(jī)
  傳統(tǒng)的圓錐破碎機(jī)(含旋回式)都優(yōu)化了破碎腔，提高了產(chǎn)量，并可配備自動調(diào)節(jié)排礦口的裝置或控制器。有代表性的是昆鼎重機(jī)設(shè)計生產(chǎn)的新一代高能高效HP系列圓錐破碎機(jī)，采用了層壓破碎原理粉碎物料，實現(xiàn)了選擇性破碎。與傳統(tǒng)式的比較，它的擺動幅度大，轉(zhuǎn)速高，因此產(chǎn)量大，能耗低，以銅套取代傳統(tǒng)的滾珠軸承，故障率低，壽命長；機(jī)器重量小(反映了設(shè)計與制造工藝綜合水平的先進(jìn)性)，具有保護(hù)和自動調(diào)整機(jī)構(gòu)，可實現(xiàn)計算機(jī)自動控制。此外，還值得提出的是水沖式圓錐破碎機(jī)和慣性圓錐破碎機(jī)。
  水沖式圓錐破碎機(jī)的主要特點是：物料進(jìn)入破碎機(jī)破碎時加水沖洗，以加大物料從破碎腔排出速度，減少經(jīng)破碎形成的細(xì)顆粒在破碎腔中構(gòu)成料層“襯墊作用”。該機(jī)產(chǎn)量高，產(chǎn)品粒度細(xì)，可開路破碎，不需粉碎倉，直接進(jìn)入球磨機(jī)。這是諾得伯格公司的專利，其破碎機(jī)與球磨機(jī)配成的碎磨系統(tǒng)，不但產(chǎn)量高，而且投資少、耗能少、成本低(實踐表明，破碎機(jī)產(chǎn)量可提高50％，能耗降低25％，產(chǎn)品粒度可達(dá)6～8mm，大大提高了球磨機(jī)產(chǎn)量)。
  慣性圓錐破碎機(jī)與一般圓錐破碎機(jī)在結(jié)構(gòu)上的不同點是：機(jī)體坐落在隔振裝置上，動錐軸插入帶有激振器的軸套中，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過傳動機(jī)構(gòu)給固定在軸套中的激振器，激振器旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生慣性力(同時具有高頻振動性質(zhì))，使動錐繞球面支承的球心作旋擺運(yùn)動。當(dāng)破碎腔內(nèi)無物料時，動錐將沿定錐內(nèi)表面滾動；當(dāng)破碎腔內(nèi)有物料時，動錐沿料層滾動而進(jìn)行破碎。內(nèi)錐這種不同形式的位移，是由于在這種機(jī)器中沒有內(nèi)錐圓周振動振幅的運(yùn)動學(xué)限制，在工作狀態(tài)下，由于破碎物料沿破碎腔的阻力不均勻性，內(nèi)錐可以改變其振幅，當(dāng)機(jī)器中落入不可破碎的物體時不會發(fā)生傳動系統(tǒng)的損壞，這是該機(jī)器的一大特點。與一般圓錐破碎機(jī)相比，第二個特點是破碎力與被加工的物料性質(zhì)無關(guān)，破碎力的值是不變的(一般偏心圓錐破碎機(jī)破碎力的大小取決于物料的變形程度)。慣性圓錐破碎機(jī)通過向物料層施加嚴(yán)格定量的由慣性力造成的壓力，可以將物料層適當(dāng)壓實，使物料承受全方位的擠壓，物料顆粒之間的相互作用，從而實現(xiàn)“料層粉碎”。同時在由慣性力引起的強(qiáng)烈脈動沖擊作用下，物料在破碎腔中承受變方位的擠壓、剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。破碎后的物料具有最低的過粉碎，從而實現(xiàn)了物料的“選擇性破碎”。由于上述的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，慣性圓錐破碎機(jī)與傳統(tǒng)圓錐破碎機(jī)相比，有以下一些優(yōu)點：(1)具有良好的“料層選擇性破碎”作用，使單位破碎比功耗約低40％；(2)破碎比大，產(chǎn)品粒度可調(diào)(能方便地調(diào)節(jié)所需破碎比4～30)，防止過粉碎，簡化了工藝流程；(3)產(chǎn)品粒度幾乎與襯板磨損無關(guān)；(4)具有良好的過鐵性能，無需過載保護(hù)裝置；(5)應(yīng)用范圍廣，可破碎任何硬度下的脆性物料(包括金屬廢料在內(nèi))。
  4沖擊式破碎機(jī)
  沖擊式破碎機(jī)品種很多，近來發(fā)展迅速的有反擊式破碎機(jī)和立式?jīng)_擊破碎機(jī)。
  4.1立式?jīng)_擊破碎機(jī)
  由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、造價低廉、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、高效節(jié)能等優(yōu)點，廣泛用于建材、煤炭、食品、化工等部門。其缺點是轉(zhuǎn)子襯板磨損過快，維修較困難。20世紀(jì)90年代以來，由于各種技術(shù)進(jìn)步，得到了快速發(fā)展，是變化最大的一種破碎機(jī)。首先在轉(zhuǎn)子方面，有的廠家仍在轉(zhuǎn)子上貼滿耐磨襯板，有的則推出一種敞開式并配上大塊反擊板，與立軸反擊式破碎機(jī)有些類似，既簡潔又耐磨。其次用一圈密排反擊板取代原來的承料槽，提高了破碎效果。因該型破碎機(jī)的關(guān)鍵是高轉(zhuǎn)速軸承(因無高速旋轉(zhuǎn)，就沒有足夠的慣性力)，除提高制造質(zhì)量外，還設(shè)計成可整體拆卸的主軸，以便于更換。還采用了稀油潤滑，以提高軸承的許用轉(zhuǎn)速和使用壽命。為便于維修，新產(chǎn)品都帶有液壓開蓋機(jī)構(gòu)，以便快速更換內(nèi)部的轉(zhuǎn)子或襯板、反擊板、主軸等?，F(xiàn)已擴(kuò)大到各類礦山使用(主要用于細(xì)碎或超細(xì)碎)，據(jù)某礦山統(tǒng)計，比圓錐破碎機(jī)單位電耗低17.4％，重量輕71.3％。
  4.2反擊式破碎機(jī)
  該機(jī)型的優(yōu)缺點與立式?jīng)_擊破碎機(jī)近似。新型的反擊式破碎機(jī)已不同于傳統(tǒng)的反擊式破碎機(jī)，只能破碎中軟物料，它能破碎抗壓強(qiáng)度300MPa以上的硬物料。其最主要的發(fā)展是在腔型設(shè)計上。第一級反擊架采用整體錳鋼件，以增加其質(zhì)量，加大大塊物料的破碎效果。第二級反擊架盡可能靠后，而且下端排放口接近轉(zhuǎn)子水平線。反擊式破碎機(jī)的制造關(guān)鍵是板錘，國際上普遍采用含Cr26的高鉻鑄鐵材料。為了延長使用壽命，要求鑄鐵芯部硬度與表面硬度一致。因此，熱處理要求較高，既要內(nèi)外達(dá)到規(guī)定硬度，又不能太硬，以免打擊時碎裂。近來該機(jī)型在移動式破碎站上有取代顎式破碎機(jī)的趨勢(在同樣破碎比和處理量條件下，它比顎式破碎機(jī)重量輕，且可方便地置于移動式車架上)。
  5輥壓機(jī)
  輥壓機(jī)是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的高效節(jié)能設(shè)備。形式上很像傳統(tǒng)的對輥破碎機(jī)，但實質(zhì)上有兩點不同：一是輥壓機(jī)實施的是準(zhǔn)靜壓破碎，它與沖擊粉碎方式相比，節(jié)省能量約30％；二是它對物料實施的是料層粉碎，是物料與物料之間的相互粉碎，粉碎效率高，物料間的擠壓應(yīng)力可通過輥子壓力來調(diào)節(jié)。輥間壓力一般可達(dá)150~300MPa，破碎產(chǎn)品可達(dá)2mm，實現(xiàn)了“多碎少磨”。該機(jī)型開始用于水泥工業(yè)，其增產(chǎn)節(jié)能帶來的經(jīng)濟(jì)效益引起了國際水泥界的極大興趣與關(guān)注。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，國外為了擴(kuò)大輥壓機(jī)的應(yīng)用范圍(用于堅硬物料)和提高其可靠性，都在不斷地改進(jìn)自己的產(chǎn)品，主要表現(xiàn)在以下三個方面：一是提高輥面的耐磨性，如德國洪堡公司將壓輥表面堆焊耐磨層改為柱釘式輥面，柱釘?shù)挠捕冗_(dá)到刀具的硬度，使其具有更高的抗耐磨能力(這是該公司的專利)，克魯普公司則采取金屬耐磨塊組合鑲嵌式壓輥，來提高其耐磨性；二是壓輥軸承的改進(jìn)，由于該機(jī)軸承要承受巨大的靜載荷和沖擊載荷，原來用的雙列向心球面滾子軸承壽命很短，改為多排滾柱軸承(洪堡公司是四排)后，可承受巨大的徑向力，軸向力則由雙作用止推軸承承受，軸承座本身具有調(diào)心功能；三是控制系統(tǒng)的改進(jìn)，使其達(dá)到自動化(包括控制與監(jiān)測)，德國洪堡公司開發(fā)的ROLVIS控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)該機(jī)的自動化，并可調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程。改進(jìn)后的輥壓機(jī)已開始用于金屬礦山，如智利LosColorados鐵礦選廠使用德國KHD洪堡·威達(dá)克公司的RPBRl6-170／180型輥壓機(jī)作細(xì)碎用，給料量為1680t／h，給料最大粒度為65mmX65mmX65mm，至今已運(yùn)轉(zhuǎn)2年，其生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)表明，輥壓機(jī)技術(shù)比常規(guī)的細(xì)碎技術(shù)具有很大的優(yōu)越性：與圓錐破碎機(jī)相比，處理量提高27.2％，單位能耗降低21％，生產(chǎn)費(fèi)用降低8％，產(chǎn)品粒度大約在3mm至325目之間。其網(wǎng)格柱釘式板襯使用壽命約12000h(每1000h磨損o.6mm)。這證明了該機(jī)型用于鐵礦選廠也是成功的。我國東北大學(xué)與昆鼎重型機(jī)器廠協(xié)作開發(fā)的輥壓機(jī)的樣機(jī)(生產(chǎn)能力為100t／h)在唐山某鐵礦試驗，也取得了較好的效果。
  6結(jié)束語
  上述各式破碎機(jī)我國均有產(chǎn)品或樣機(jī)，只是在質(zhì)量與性能方面還有很大差距。如我國PE750X1000型顎式破碎機(jī)與美國HR公司的800X1100型顎式破碎機(jī)(規(guī)格略大于我國的)相比，機(jī)重分別為28000kg和18000kg。HR公司的產(chǎn)品重量輕得多，它反映了其設(shè)計與制造工藝綜合水平比我國高得多。從前機(jī)架軸承和動顎軸承的尺寸(外圓X內(nèi)孔X厚度)也可看出差距。我國PE750X1000型顎式破碎機(jī)的機(jī)架與動顎軸承尺寸均為620mmX380mmX194mm，而美國HR公司800X1100型顎式破碎機(jī)的機(jī)架與動顎軸承尺寸分別為460mmX260mmX180mm和460mmX280mmX146mm。國外生產(chǎn)的軸承比我國的小得多，而且壽命還長。此外在耐磨材料、熱處理工藝及自動化程度上與國外也都存在不小差距。圓錐破碎機(jī)的發(fā)展應(yīng)著眼于采用選擇性破碎方式和高能化圓錐破碎機(jī)，并努力實現(xiàn)計算機(jī)自動控制。
  要縮小差距并迎頭趕上和超過國外先進(jìn)技術(shù)，就必須增加技術(shù)投入。引進(jìn)國外先進(jìn)的破碎技術(shù)和裝備，無疑對我國破碎機(jī)的質(zhì)量和技術(shù)都有著重大的意義，但引進(jìn)的關(guān)鍵在于消化、吸收，并將其國產(chǎn)化。有條件做自行研究開發(fā)的單位，要重視提高產(chǎn)品質(zhì)量，包括配套產(chǎn)品的質(zhì)量，以使我國的產(chǎn)品在國際市場上占有一席之地。