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破碎机破碎机破碎机
 
破碎机层压粉碎原理在破碎机上的应用(一)
关键字:破碎机,颚式破碎机,粉碎机,破碎设备

自1979年设计国内第一台细碎复摆型颚式破碎机以来,在短短的15年间,该产品已在全国水泥、建材等工业部门得到广泛的推广和应用,生产单位也有上百家之多。目前该型破碎机产品已形成完整的系列。此外,为适应不同的需求,还派生了若干新的规格,明磊重工集团公司现已成为国内生产这种破碎机规格最多,质量最佳的生产企业之一几年来,国内不少学者,对颚式破碎机的工作参数及结构参数的确定,都曾作过大量的论述与探索,但针对细碎(或称二段破碎或三段破碎)这一工况下,与粗碎相比在设计上应用哪些区分却探讨的不多。本文拟就此论题作一初浅的探讨。

一、传统设计方法
以往,设计颚式破碎机主要以传统的岩石机械力学为依据,即认为物料在破碎机的破碎腔内受到活动颚板相对固定颚板作往复运动产生的挤压、劈裂、弯曲、研磨等作用力。理论上,当活动颚板的摆动形成大小超过物料达到破碎时所需的压缩变形量时,物料就被破碎、在设计时,考虑到颚板的弯形、_工作机构和传动机构等零件间存在的间隙等因素的影响,实际上选取的动颚摆动形成S远远大于理论值,通常凭经验选取。此值是确定偏心轴偏心距大小的主要依据。
考虑到破碎腔是自上而下逐步减小,而物料在破碎腔内的充填度则是自上而下递增的,并在排料口端达到最大值,为了避免在排料口处造成物料过压实而引起机件因过载而损坏,对排料口处动颚行程的选取作了一定的限度。
此外,鉴于动颚水平行程分别由给料口与排料口逐步向破碎腔减小这一特性,为了保证动颚上部具有破碎给入大块物料所需的行程,同时又不致破坏上述行程与最小排料口间的约束关系,将肘板与动颚的支承点位置适当下移是适宜的。
根据有关试验资料表明,偏心轴转数与生产率和能耗有个相互制约的关系,即存在着某个合理转数或称转数的极限值,并推荐此值为300-400r/min之间(因为此值还受到动颚运动特性、愤性力、物料的物理性能与工作环境等因素的影响)。
综上所述,在传统设计中,对工作参数与结构参数确定,主要依据仍是岩石机械力学中传统的粉碎原理,把物料破碎过程视作以单颚粒粉碎机理为基础的粉碎过程。它抵注重外力与单个物料破碎时的相互关系,而忽视了物料间的相互粉碎作用。

二、粉碎原理进展
物料粉碎过程是一个非常复杂的自身尺寸不断变化的过程,它与诸多因素有着不可分解的关系;如:与物料自身有关的有:物料的物理与机械性能、外形、尺寸大小、自身缺陷等;外部条件则有物料的粒度组成、加载的性质和大小、物料群在破碎瞬间所处的环境与相互作用等。岩石机械力学,正是考虑了上述因素,并在两个方面进行了探索;一是岩石的物理性质,机械性能与粉碎难易度之间的关系;另一方面则是岩石在外力作用下,外界条件与岩石粉碎过程的相关规律。随着科学技术的迅速发展及粉碎机理研究工作的进一步深入开展,在传统的岩石机械力学的基础上,逐步发展为一种新的学说—粉碎物理学。它大大地扩大了这一领域的研究范围,并使这种理论逐渐退近物料的实际粉碎过程。这种学说主要包括以下几个内容:单顺粒粉碎与层压粉碎、选择性粉碎、粉碎极限等。本文就有关涉及论题的单颚粒粉碎与层压粉碎作一简单的叙述。
单颚粒粉碎的代表性理论— 裂缝学说是由A. A格里菲斯(Griffith)提出的。其主要观点是:在理想的情况下,如果施加的外力未超过待碎物料的应变极限时,则物料被压缩而作弹性变形;当除去载荷时,物料又会恢复原状而未被粉碎。鉴于固体物料内部存在着若干细微裂纹,则将产生应力集中,从而进一步扩展了原有微裂纹。它主要阐述了这样几个过程;由应力集中而引起原有裂缝的扩展、新产生的众多裂纹源,形成表面裂纹、导致颚粒粉碎新表面的生成。长期来,众多学者在材料力学的基础上,运用上述理论研究分析物料的粉碎过程,提出了各种有关粉碎过程与输入能量、物料潜能变化、粒度变化之间的关系的假说,即通常所说的破碎理论。
随着时间的推移和研究工作不断的进展,人们发现物料破碎时实际的强度要比理论值小,但破碎所耗费的能量却比理论预测的要高。美国学者S. H.佰格特龙在进行单颚粒粉碎实验时,利用特殊胶体物承接粉碎后飞溅出的碎片,经过计算得到碎片残余的破碎能,得知飞溅出碎片有45%的破碎能没有被利用。西德学者K.肖纳特(K. Schunert)对单颚粒粉碎进行动量试验研究后认为:如以单颚粒粉碎能量消耗利用率为100纬,则各种破碎机均不超过4000,而辊式破碎机则可提高达70%以上。上述情况,从不同侧面反应了同一趋势,即采用层压粉碎,可以提高能量的利用率。

层压粉碎不同于单顺粒粉碎。它可理解为物料群在破碎机破碎腔内破碎与单颚粒粉碎间的区别;层压粉碎是在单顺粒粉碎基础上,进一步考虑了物料群破碎过程中顺粒间的相互作用或料层间的相互作用。根据有关资料介绍,层压粉碎与单颚粒粉碎有个数量的界限,如容体中固体容积占10%时,表现为单顺粒粉碎行为;超过45写时,则为层压粉碎行为。

此处,有资料认为,料层数大于6时,才符合层压粉碎条件。目前,对层压粉碎机理研究还待进一步充实与完善,比较趋于共识的有如下几个方面:

(1)层压粉碎有一个极限粉碎概率
这一点也是它与单颚粒粉碎的不同之处。它不象单颚粒粉碎那样,只要轴人能量所产生的应力超过待碎粒子的极限应力时,该粒子就被粉碎,而物料群发生粉碎时,先前粉碎的细粒物料对粗粒物料可能产生缓冲或保护的效应,而使其免遭粉碎,并就导致粉碎概率下降至某个极限值。
(2)幻为要取得最佳粉碎效果,物料在破碎腔内必须存在一个相应的松散度。有资料别名,其值为40%并进一步提出压实后的松散度16%为最佳。这祥就意味着物料在粉碎过程中具有一个被压缩过程,其过程与物料群的孔隙度密切有关。
(3)层料粉碎的应力— 应变与施载体(或称工作机构)的形状有关。据资料介绍,在层压粉碎时,当应力达到某个极限值时,不同几何形状的施载体所引起的应变是有差异的。其中,以平板与平板为最小,而球体与球体为最大。
(4)层压粉碎时,存在一个适度的比能耗。

据资料介绍,在层压粉碎过程中,给料量过大或过小对会导致单位质量能耗过高;层压粉碎时,以料层数为6-10层的比能耗为最小;慢速施载比快速施载的粉碎概率要大,故比能耗低;在同一输入功的条件下,平板与平板,柱与柱间接触时,能量利用率高;当物料群在压实时要不失时机卸载,并在料群松散后及时重新施载再压实物料群,可以有效提高能量的利用率。

综上所述,层压粉碎时,w粒的受力状态和单颚粒破碎时不同,料层中顺粒受力状态比较复杂且与诸多因素有关,例如,施载的特性(载荷的静动型式、施载强度以及作用时间等)、料层的粒度组成、料层的堆积结构、料层的松散度等等,而料层的粉碎效果还与物料的特性(包括顺粒的力学特性、物理特性及几何特性等)有关。为此,在破碎机设计使,在对有关的工作参数、结构参数以及机型的确定时,必须根据上述特点作相应的变动。

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