MMD型轮齿式破碎机矿石破碎理论的突破

MMD型轮齿式破碎机矿石破碎理论的突破 刘伯元1杨传忠2 (1.中国非金属工业协会，北京100831；2.英国MMD北京办事处) MMD型破碎机采用先进的“剪切原理”破碎物料，而传统的破碎机是靠撞击挤压原理破碎物料。矿石本身固有的特性是抗压强度比抗剪强度高610倍，传统破碎机需要对物料施加巨大的挤压力才能将物料破碎，而MMD轮齿式筛分破碎机破碎物料只需要使用传统破碎机1/61/10的作用力。这样就决定了MMD轮齿式筛分破碎机在综合性能的各方面都优于传统破碎机，如：能耗低，可控制产品粒度，设备体积小，重量轻，工作效率高，可靠性高，设备结构简单，维修方便，工作时低粉尘，低噪音，低污染。 MMD轮齿式筛分破碎机以其优异的功能，可以高效地破碎各种湿、干、粘、软、硬矿石和岩石且不堵料。到目前已有2100多台设备在世界各地使用。 1 MMD型轮齿式破碎机的全新结构 MMD型轮齿破碎机不同于颚式破碎机平板与平板的挤压而是轮齿与轮齿的接触， 其全新结构体现在： (1) MMD型轮齿破碎机的工作原理基于使剪切力直接作用于岩石物料上，使力延着物料的薄弱易碎部位产生巨大破碎力使其破碎。为实现此目的，轮齿的齿形和尺寸都应符合剪力作用原则而设计为特殊齿形的大齿。 (2) 物料在两个齿之间以及与侧壁梳形板之间排出，所以产品在破碎后受此间隙控制，粒度均匀，不会产生过大粒度。在给料中或破碎过程中达到“合格”粒度的物料在机器中会很快被排出，不会“过粉碎”。这样机器就具有很好的筛分作用和粒度控制作用。故MMD型破碎机又可称为“破碎筛分机”。 (3) 机器具有一个突出低矮的机架，整个破碎机结构非常紧凑而简单。给排料、操作维修、更换易损零部件非常方便。MMD型破碎机能够将所有负荷和压力集中于机内，因此不需要笨重的底盘。从而节约了空间，降低了制造成本。 MMD型轮齿破碎机共有500mm、625mm、750mm、1000mm、1300mm、1500mm六个系列。每个系列有短箱型、标准箱型和长箱型三种不同工作长度。每一个规格的机器都可选用不同类型的轮齿以适应不同种类的岩石和不同粒度的要求。为适应中小企业，还开发了330mm、400mm和单轴式MMD轮齿式破碎机。 2 MMD型轮齿式破碎机与传统破碎机的比较 2.1 破碎理论 对矿物的破碎，长久以来人们的思想是这样一种概念：即通过对物料施加压力使物料产生变形。当这一变形所吸收的能量足以克服物料原子间的结合力时便产生原子间的位移，微观上称为晶格位移，在宏观上表现为裂碎，从而达到破碎物料的目的。在有目的地破碎物料的历史过程中人们陆续开发出各种各样的机械破碎设备装置，如颚式破碎机、旋回式破碎机、反击式破碎和锤式破碎机，至今还沿用着这些传统的破碎设备。破碎的基础理论并未发生变化。 随着人们对材料性能研究的不断深入以及测试试验手段的不断完善，逐步建立了现代材料力学科学，人们对材料性质和性能的认识发生了很大的变化。利用现代测试技术对岩石进行力学分析，人们发现岩石承受压力破坏的能力远远大于其承受剪切力破坏的能力。经测试，岩石的极限压应力是极限剪应力的610倍，是极限拉应力的24倍。长期以来人们破碎岩石采用挤压方法，很少采用更为合理的剪切、拉伸等方法，而MMD轮齿式破碎机是基于岩石的剪切破坏原理而设计的，也就是说通过给岩石施加一个剪切力使岩石承受剪切力和由剪切力产生的弯曲扭矩从而使岩石被剪断或折断。另一种重要的原因是大部分岩石本身存在晶格缺陷和纹理缺陷，使得当岩石在承受剪切力时极易沿缺陷、纹理、节面等方向断裂。MMD轮齿式破碎机在破碎理论上的突破，使其在性能上表现出很大的优势。 传统破碎机如旋回破碎机和颚式破碎机是靠工作部件运动时施加于被破碎物料上的冲击压力实现破碎的。反击式破碎机和锤式破碎机是靠两个直径很大的辊子对物料的挤压和碾磨作用而工作。其中旋回破碎机和颚式破碎机工作时必须对物料施加非常大的破碎力，因而机器笨重，效率较低，能耗较高。对辊破碎机是不能用于粗碎和第二段破碎作业的，因其咬合矿石能力受限制，多用于细碎，产量低、辊表面磨损极为严重。反击式破碎机和锤式破碎机由于高速回转，锤头与打击板与物料高速撞击而产生强烈的磨损。上述传统破碎机的共同缺点是能耗高，处理能力低、强烈的磨损、大而笨重的机体都限制了大型化的发展。从工艺性能上讲，其最终产品粒度、形状和粉末生成率都难以控制。MMD轮齿破碎机单机处理矿石能力比传统破碎机高出15倍，占地面积仅为1/21/5，设备高度仅为1/31/7，可更换的齿套和齿尖使磨损大大降低。这一系列特点， 使MMD轮齿破碎机显示出众多的优越性。 其最大机型的最大给料尺寸可达1800mm，生产能力可达800014000t/h。 2.2 破碎机工艺性能比较 (1) 产品粒度比较 以MMD-750型4齿式破碎机与PXZ910/170旋回破碎机，15002100单衬板颚式破碎机为例，当处理能力为1000t/h时进行比较。 旋回破碎机：当量排料口为170mm，产品中+170mm约占15%，最大产品粒度为265mm，-25mm粒级占35%； 颚式破碎机：当量排料口为300mm，最大产品粒度为500mm，+170mm粒径约占30%。-25mm粒级含量占40%。 MMD破碎机：+170mm粒级含量约占5%，最大产品粒度为180mm，-25mm粒级含量约占18%。由此可见：MMD破碎机过大颗粒比上述两种破碎机分别少10%和25%。过细粉末分别少17%和22%。 (2) 单产能耗比较 经计算，旋回破碎机单产能耗为0.38kWh/t，颚式破碎机为0.66kWh/t，而MMD破碎机仅为0.22kWh/t(750型)，与之比较MMD分别比它们节能约40%和65%。 (3) 易损件利用率比较 旋回破碎机的定锥衬板和动锥衬板往往是在排料口磨损剧烈，而报废被磨部分的重量仅为总易损件重量的1%5%，也就是说利用率仅为1%5%。颚式破碎机高度相对于旋回破碎机要低，故其易损件利用率高于旋回式，据统计约为5%10%。锤式破碎机的锤头、对辊破碎机的辊套利用率也不会超过20%。而MMD破碎机因为它们的齿牙、齿套均可更换，故其利用率达50%以上。 3 MMD轮齿破碎机工作原理和性能特点 (1) 设备结构紧凑，体积小 MMD轮齿破碎机的工作原理是在两个相对转动的轴上安装有破碎齿， 两个轴上的扭矩传递到破碎齿上，破碎齿对物料施加作用力使其破碎。MMD轮齿破碎机的传动系统采用齿轮转动及液力耦合器消除过载负荷，因此其机架、传动零件结构简单，高度低，重量小，安装、搬运、维修方便。下表是几种破碎机外型尺寸比较。 几种破碎机外型尺寸和重量比较种类 种 类 MMD破碎机 颚式破碎机 旋回破碎机 反击式破碎机 处理能力(t/h) 1000 1000 1000 1000 入料料度(mm) 750 750 750 750 出料料度(mm) 250 250 250 250 长 6675 5885 2960 4200 宽 2330 3218 2930 2645 外型尺寸(mm) 高 1083 5376 5600 4170 重 量(t) 32 170 120 84 MMD破碎机的重要部件具有突出的技术性能：驱动装置有两种(单轮轴驱动和双轮轴驱动)。原动力可采用三相异步电机或液压电机；液体联轴节可使传动平稳并有过载保护作用；独特的齿轮箱设计，既要传送大的动力又有足够长的寿命。MMD专用齿轮箱的使用奉命大于2万h；箱体可分为短箱、标准箱和长箱三种。在箱体的侧壁设有耐磨板和梳形板，梳形板的形状与齿牙形状相匹配，材质与齿牙相同；轮齿是破碎机关键的工作部件，齿牙的形状和数量对机器工艺参数有着重要的影响。粗碎用的破碎机采用3齿、4齿和6齿式结构。齿牙可做成整体形和套齿两类，齿套可分标准型和重型两种，其材质为MMD公司研制的专用耐磨材料。对于第二段破碎用的齿牙，可采用弓形铸造齿牙板；破碎砧是为了严格控制产品粒度而安装的。破碎机工作时，物料从机器进入破碎腔(箱体)中，给料中含有合格粒级的产品迅速通过齿牙间隙和梳形板间隙排出，大块的物料被旋转的轮齿对夹住，受冲击剪切和冲击拉伸而破碎。破碎后合格产品快速排出，尚余有小部分不合格产品，在破碎砧处最终得到粉碎。大齿牙式轮齿破碎机，两根轮齿轴要相向旋转。细齿牙、方形齿牙板破碎机可以相向或相反运动。 (2) 运转平稳，噪音低 由于MMD轮齿破碎机仅靠作用在两个齿辊上的剪切力破碎物料， 其反作用力作用于机架上形成内力，因此除设备自身的重力外，对基础的附加动负荷仅为物料破碎时产生的平衡冲击力和低速旋转的破碎轴的压力不平衡产生的离心力。事实上这两种力非常小，因此支承破碎机的基础所承受的附加动荷非常小。 MMD破碎机齿辊的转速相对较低， 由破碎轴的动不平衡产生的对破碎轴轴承的附加动载荷与反击式和锤式破碎机相比很低。因此轴承的寿命和轴的疲劳寿命大大提高。而且由于滚齿式破碎机的转速相对较低，其机械振动状况明显优于反击式破碎机。工作时其粉尘小、噪音低。 (3) 有效控制输出粒度，磨损量小 在MMD破碎机工作时，物料经破碎齿第一次破碎及第二次破碎后，经破碎机齿与齿之间以及破碎齿与侧梳齿之间排出。产品的粒度受此间隙的控制不会排出过大粒度的矿石。 给料中小于输出粒度的物料进入破碎机后将不会进一步破碎而是直接被排出，只有大于合格粒级的物料才被破碎。显示出良好的筛分作用和粒度控制能力。 在物料破碎过程中，MMD破碎机的破碎方式为剪切破碎，其所需的作用力较小，再加上其筛分作用仅破碎需要破碎的矿石，因此所消耗的能量低。 MMD破碎机磨损小的原因是在辊齿之间允许小尺寸物料直接通过机器落下，这就减少了磨损。 (4) 机器结构简单，可靠性高，维护量小 MMD破碎机与传统破碎机相比结构简单。传动系统包括减速器，液力耦合器及变频电机均为成熟技术，部件的可靠性高。主要工作件轮齿已在世界各国注册专利，轮齿的可靠性与耐磨性已得到各国的验证。 由于剪切力要远小于挤压力，因此其需要维修更换的零部件重量就小得多。 (5)保护功能完善，故障排出时间短MMD破碎机除了具备液力耦合器消除冲击负荷的保护功能外，还具有一级自动失速保护，其保护原理为：当有铁块或其他不可破碎的物料进入破碎腔内时，破碎轴停止转动，失速保护装置拾取停止信号后给主电机接触器发送信号使主电机在设定的很短时间内停机。此时给料系统停止给料，然后可设定自动或手动反转电机使破碎轴反向旋转，破碎机内的物料被排出，停车后将异物清除，然后正常运转破碎机。 4 MMD破碎机的应用和经济效益 自第一台MMD破碎机问世以来，至今已有2100多台机器在世界60多个国家得到应用。中国自1991年以来，已有50多台破碎机分别应用于安太堡煤矿，大同煤矿，盘江老屋矿和准格尔煤矿并得到用户好评。 4.1 MMD破碎机的应用情况 (1) 金属矿山：MMD型破碎机在铀矿、金矿和含金矾土矿、镍矿、铜矿、铅锌矿等金属矿山都有大量的应用； (2) 煤矿：煤矿是最大的用户，约占总数的50%，在中国主要集中在新建大型煤矿使用； (3) 石料： 碎石业更适合于使用MMD机器， 特别是移动式破碎机更适合于石料开采， 在英国、澳大利亚都采用MMD-750轮胎车牵引全移动式破碎机； (4) 水泥工业：水泥厂采用MMD破碎机很普遍； (5) 非金属矿：MMD型破碎机对重质碳酸钙、粘土矿、石膏矿等物料的破碎更适合，它不存在堵塞给料口和排料口的问题； (6) 市政工程：MMD破碎机还可以用来加工城市的废料和垃圾以及各种难碎的物料如玻璃、旧轮胎等。 4.2 经济效益浅析 MMD破碎机的优越性必然给破碎工厂设计、生产、管理和维护带来积极有利的影响，带来环保节能的效果，还