第一章破碎理论与设备.ppt

建材机械与设备,绪论,设备服务于工艺，设备决定工艺水平,工厂的每一条工艺生产线都是通过相应的机械设备来实现。工业生产的发展水平，很大程度上取决于机械设备的完善与先进程度。工业生产的技术进步，总是反映在工艺设备的技术进步上的。在建材行业中亦是如此。,本课程介绍无机非金属材料中建材工业生产过程中常用的机械设备，着重介绍机械过程的基本概念和典型的机械设备，包括粉碎理论及粉碎机械，筛分过程及筛分机械，颗粒流体力学及设备，混合过程及混合机械设备，仓流过程及贮料喂料设备、起重运输设备、热工设备等。,第1章破碎机械,一、用途破碎与筛分机械是工矿企业必备的工程机械。比如机制砂行业，它是加工生产各种规格碎石及砂料的机械设备，其作用是将大块岩石进行破碎、筛分分级，形成不同粒度的碎石、砾石等，广泛应用于公路、建筑、水利和矿业等领域的施工中。,二、分类1、破碎机械按破碎方式和结构特点，破碎机有颚式、锥式、辊式、锤式。2、筛分机械筛分机械按工作机构运动与否可分为不动式和活动式两大类。,三、国内外状况及发展趋势1、国内状况及发展趋势国产破碎与筛分机械的发展方向主要是采用和完善自动控制装置，提高产品的生产能力和降低能耗等等。2、国外状况及发展趋势破碎机的发展方向是：采用先进的自动控制技术、液压传动技术，改进破碎腔，使机械达到最佳的运行状况，提高功率因数和生产能力；筛分机械的发展方向是：采用完善的计算机全自动控制系统，使各个系统实现合理匹配，在保证整机具有最佳经济效益的前提下，使给定粒度的碎石产量最大。,本章主要内容：,1.概述2.破碎及粉碎理论3.鄂式破碎机4.反击式破碎机5.锤式破碎机6.圆锥破碎机,了解各种破碎方法及其所使用的范围；掌握破碎流程及破碎比等概念；了解目前主要使用的破碎机械。,学习要求：,1.概述用机械方法或非机械方法（电能、热能、原子能、化学能等）克服物料内部的内聚力而将其分裂的过程，称为粉碎。大块物料破碎成小块物料称为破碎；小块物料磨成细粉称为粉磨。破碎与粉磨统称为粉碎。相应地完成这些作业的机械，称为破碎机械和粉磨机械，或统称为粉碎机械。物料经粉碎后，比表面积增加，可提高化学反应速度和物理作用效果；几种不同固体物料的混合，在细粉状态下易达到均匀的效果；物料经粉碎后，便于干燥、传热、贮存和运输；物料经粉碎后，还可用于材料科学，环境保护和工矿等部门。,1、破碎作业在建材行业中的应用破碎是在外力作用下使物料变成小块的过程。在建筑材料生产中，粉碎作业是很重要的过程。例如：每生产1t水泥，需破碎和粉磨的物料量约4t左右。粉碎作业的情况直接关系着产品质量和产品成本。,1.概述,2、破碎作业的分类1）按作用不同分为:准备（前）破碎最终（后）破碎,1.概述,2）按破碎产物的粒度不同分为:粗碎、中碎、细碎与粉碎。,表1-1-1按产品粒度划分的破碎作业,3）按破碎作业所消耗的能量形式不同分为:机械能破碎:即用机械力破碎物料；非机械能破碎：即用电能、热能等破碎物料。建材行业主要是采用机械能破碎。,机械能破碎的五种基本形式：,1.概述,(a)挤压破碎：物料在两个工作面之间受到缓慢增大的压力作用而破碎。,1.概述,(b)劈裂破碎：用一个尖棱和一个带有尖棱的工作表面挤压矿石时，矿石将沿压力作用线的方向劈裂而破碎。,1.概述,(c)折断破碎：矿石受弯曲作用而破碎。,1.概述,(d)研磨破碎：矿石与运动的工作面之间存在相对运动而受到一定的压力和剪切作用，当剪切应力达到矿石的剪切强度时，矿石被粉碎。,1.概述,(e)冲击破碎：物料受到足够大的瞬时冲击力而破碎。其破碎效率高，破碎比大、能量消耗少。,1.概述,1.概述,3、矿石破碎的难易程度及破碎方法选择矿石破碎过程中所表现出来的抵抗外力的强度大小，称为矿石破碎的难易程度。它是衡量矿石可碎性的标准，主要取决于矿石的结构特性和矿物的结晶形态。影响矿石破碎难易程度的最主要因素是矿石的硬度。矿石的破碎方法主要根据矿石的物理机械性质、矿石块入料的尺寸和所要求的破碎比来选择。,1.概述,建材行业常引用可碎性系数定量地衡量矿物机械强度对破碎的影响，其表示方法如下：（1-1-1）,式中物料的可碎性系数；Qo某破碎机破碎中硬矿石的处理能力；Q1同一破碎机在同样条件下破碎指定矿石的处理能力。中硬矿石通常用石英代表，其可碎性系数与可磨性系数均为1。,矿石的硬度、可碎性系数及可磨性系数如表1-1-2所示。,1.概述,表1-1-2矿石硬度、可碎性系数和可磨性系数,1.概述,矿物破碎的难易程度与矿物的力学性质有关。不同矿物集合体之间的结合力比同种矿物内部的结合力要小；在同样的矿物集合体内，晶体面上的结合力比晶体内部的要小。一般来说，矿物粒度愈细愈难磨碎。矿物破碎的难易程度与矿物的脆性也有关系：1）破裂前无变形或变形很小的物料叫脆性物料；2）破碎时先变形而后碎裂的物料叫塑性物料。煤和大多数矿石都是脆性物料，煤属于软矿物。,矿石通常都是多种不同性质矿物的共生体，破碎时，不同矿物的破碎程度是不一样的。矿石的抗压强度最大，抗弯强度次之，抗磨强度再次之，抗拉强度最小。针对矿石这一机械强度特点，选择恰当的破碎方法，可以使破碎更加有效。,1.概述,4、破碎比及破碎产物的粒度特性在破碎过程中，入料粒度与产物粒度的比值叫做破碎比。破碎的能量消耗和处理能力均与破碎比有关。破碎比通常由入料最大颗粒直径（Dmax）与产物最大颗粒直径（dmax）的比值来确定，即,1.概述,（1-1-2）,在工业应用中，由式（1-1-2）确定的破碎比并不能准确地描述破碎过程。因为粒度特性相同的物料经破碎后，虽然产物中的最大粒度是一样的，但破碎后粒度特性未必相同，如图1-1-2所示。,真实粉碎比：粉碎前后物料的平均粒度的比值，i=Dp/dp。,式中：Dp、dp根据粒度特性计算出的原料与产物的加权平均直径，mm；,原料和产物的各粒级产率（按筛分分析），；D、d原料和产物各粒级的算术或几何平均直径，mm。,平均粉碎比是进料平均粒径与出料平均粒度之比；公称粉碎比（度）：最大进料口宽度与最大出料口宽度之比；破碎机的平均粉碎比一般较公称粉碎比低。,建材过程中的破碎比一般比较小，一段破碎即可满足。如果产品粒度很细，故破碎比i值很大，往往需要进行多次（段）破碎，其总破碎比i等于各段破碎比的乘积。i=i1i2i3in=Dmax/dmax为了鉴定破碎机的破碎效果和检查破碎产品的质量，必须确定它们的产品粒度组成和粒度特性曲线。各种粉碎机械的粉碎比均有一定的范围，一般破碎机的粉碎比为36，近年来研制的立式反击式破碎机的粉碎比为401000，而磨机的粉碎比达3001000。对一定性质的物料，粉碎比是确定破碎机械或粉磨机械的主要依据。破碎级数，是指破碎机串联的台数；多级破碎，是指接连使用几台破碎机的破碎过程。,1.概述,1.概述,1.概述,根据图中的粒度特性曲线，可以比较各种矿石的破碎难易程度，检查破碎机的工作情况，比较各种破碎机的破碎效果。,这里的“细粒”是针对破碎产物粒度而言的：排料粒度要求大于和等于50mm的粗碎时，“细粒”是指013mm；排料粒度要求小于50mm的中碎和细碎，“细粒”是指00.5mm。,1）矿石粒度的影响,2）破碎粒度与破碎效率及能耗,3）选择性破碎,物料破碎过程随破碎粒度的变细，效率下降，能耗大幅度上升，被破碎颗粒粒度愈细，其抗破碎的能力愈强。,大多数物料的力学性质是不均匀的，粒度愈粗微裂缝愈多，机械强度愈差，愈易破碎。而粒度愈细则机械强度愈好，愈难破碎。,力学性质不均匀的物料在细磨过程中强度小的被磨细，强度大的则残留下来，这种现象称选择性破碎。,5、破碎产品的细度与性能,1.概述,4）破碎过程中细粒物料的凝聚现象,物料细磨时，表面积急剧增大，颗粒表面能增大，物料颗粒会自发地聚集在一起以降低表面能，即发生凝聚现象。,胶体分散体系是指分散相大小在1m到lnm之间的分散体系，具有明显的布朗运动现象。,6）随颗粒粒度变细，表面化学力增强，料浆的粘度增加，料浆的流动性及粒子的分散性变差。采用较稀的料浆浓度或使用化学药剂改变料浆系统的流动、凝聚等性质，才可抵消因颗粒变细而引起的细磨恶化的现象。,5）微细颗粒布朗运动的影响,1.概述,6、常用的破碎工艺流程建材行业有两种破碎系统。（1）开路破碎系统（2）闭路破碎系统,1.概述,（1）开路破碎系统开路破碎系统：一般是带有准备筛分作业，破碎产品不检查。,1.概述,（2）闭路破碎系统闭路破碎系统：一般是带有检查筛分。,1.概述,目前，我国水泥厂的石灰石一般采用开路流程，有时在中碎入料溜槽处加倾斜的固定格筛，起预先筛分、减轻堵塞与磨损、提高产量等作用。,一般用相对易碎指数来表示物料的易碎性。它是以标准物料单位产量的电耗为基准做相对比较而得出来的。某一物料的易碎系数Km是指采用同一台粉碎机，同一物料尺寸变化条件下，粉碎标准物料的电耗Eb(J/t)与粉碎风干状态下该物料的单位电耗E之比，即Km=Eb/E水泥工业中，一般选用中等易碎性的回转窑水泥熟料作为标准物料，标准物料的易碎系数取1，若被测物料的相对易碎系数大于1，则说明其易碎性好，比标准物料容易破碎。,7、破碎效果评定方法,已知某一种粉碎机粉碎某一种物料的生产能力Q，利用易碎系数，就可以求出这台粉碎机在粉碎另一种物料的生产能力Q1，即与易碎指数成正比。Q1/Q=Km1/Km,1.2破碎及粉碎理论,破碎及粉碎理论是研究物料在破碎过程中能量消耗与哪些因素有关，并确定外力破碎物料时所做的功的学说，也叫破碎的功耗学说。在工矿企业中，4060的动力消耗是在破碎和磨碎作业中，这必然引起人们的关注。破碎物料块所消耗的功，一部分使被破碎的物料变形，并以热的形式散失于周围空间；另一部分则用于形成新表面，变成固体的自由表面能。破碎过程的能量消耗与很多因素有关，如矿石的物理机械性质、矿石的形状、尺寸和湿度，还有破碎方法等。现有的破碎理论都没有完整地解释物料被破碎的实质，均有一定的局限性。目前，公认的破碎及粉碎理论有以下几种理论和假说。,1、面积假说破碎理论的面积假说是由德国学者PR雷廷格（PRRittinger）于1867年提出的。雷廷格认为：破碎过程是以减小物料颗粒尺寸为目的的，破碎过程将使物料的表面积不断增加。为此，物料破碎时，外力所做的功用于产生新表面，即破碎功耗与破碎过程中物料新生成表面的面积成正比，或破碎过程所消耗的功dA1与物料的新生表面积增量dS成正比。即：dA1K1dS(1-1-5)式中K1比例系数。,1.2破碎及粉碎理论,假设物料块的形状为立方体，边长为D，如顺着一个面把它破碎开，则新生成表面的面积为S=D2，式（1-1-5）可写为；dA1K1dS=K1dD22K1DdD破碎Q立方米物料时所作的单元功为：设原矿和破碎产物的平均直径为Dpj和dpj。将式（1-1-6）积分，即得破碎Q立方米物料时所需要的功。,1.2破碎及粉碎理论,（1-1-6）,1.2破碎及粉碎理论,由式（1-1-7）可知，当原矿的平均直径Dpj一定时，破碎功与破碎比减1之值成正比；如原矿的平均直径不同而破碎比相同，则破碎功与原矿的平均直径成反比。实践证明，当破碎比一定时，原矿粒度越小，破碎所需的能量越大。面积假说只能近似地计算破碎比很大时的破碎总功耗，也就是只能近似地用在磨矿机的磨矿中，因为它只考虑了生成新表面所需的功。,（1-1-7）,式中i为破碎比。,1.2破碎及粉碎理论,2、体积假说破碎的体积假说是由俄国学者吉尔皮切夫与德国学者基克（kick）提出的。体积假说认为：将几何形状相似的同类物料破碎成几何形状也相似的产品时，其破碎功耗与被破碎物料块的体积或质量成正比，或破碎过程所消耗的功dA2与破碎物料块的变形体积的微量dV成正比。即：dA2K2dVK2dD33K2D2dD（1-2-5）式中：K2比例系数。破碎Q立方米物料时的单元功：,（1-2-6）,破碎Q立方米物料所需之功：由式（1-2-7）可见，根据体积假说，破碎功只与破碎比有关。体积假说只能近似地计算粗碎和中碎的破碎总功耗，因为它只考虑了变形。,1.2破碎及粉碎理论,（1-2-7）,3、裂缝假说裂缝假说是由F.C.榜德（F.C.Bond）于1952年提出，它介于面积假说和体积假说之间的一种破碎理论。裂缝假说认为破碎矿石时，外力首先使物料块产生变形，外力超过强度极限以后，物料块就产生裂缝而破碎成许多小块。榜德提出的一个计算破碎功耗的公式为：Wi是理论上无限大的粒度破碎到80%可以通过100m筛孔宽时所做的功，它在一定程度上表示物料粉碎的难易程度，即可碎性或可磨性，也称为功指数。,1.2破碎及粉碎理论,(1-2-8),1.2破碎及粉碎理论,榜德认为：破碎物料时外力所做的功先是使物体变形，当变形超过一定限度后即产生裂缝，储存在物体内的变形能促使裂缝扩展并生成断面。输入功的有用部分成为新生表面上的表面能，其它部分成为热损失。因此，破碎所需的功，应考虑变形能和表面能两项，变形能和体积成正比，而表面能与表面积成正比。因此，根据榜德所作的解释，将质量m的矿物从D破碎到d所需的功耗A3为：,（1-2-9）,式中：K3综合比例系数。,榜德假说适用于破碎和磨碎。以上所介绍的三种破碎理论都有局限性和误差，都从某一个角度解释了破碎的某一阶段。面积假说只注意了新生表面积所需要的能量，而忽视了物料破碎前先出现变形和实际中物料又是非均质的。体积假说只考虑了破碎时的变形能，没有考虑到新生表面积的增加，同样具有片面性。裂缝假说是介于面积假说与体积假说之间，提出破碎功耗与D5/2成正比，但没有充足的理论根据，而且由于它是根据实际资料整理出的经验公式，所以具有一定的适用范围。,1.2破碎及粉碎理论,根据试验研究证实：粗碎时新生表面积不多，体积假说较为准确，裂缝假说结果不可靠；细碎时（破碎到10m以下时）裂缝假说求得的数据过小，此时新生表面积增加，表面能是主要的，面积假说较为准确；在粗碎与细碎之间的广泛范围内，裂缝假说比较适用，因为榜德的经验公式是根据一般破碎设备得出结论，所以在中等破碎比情况下与它大致相符。各假说在适合各自的粒度范围内与实际情况的误差不大，因而在应用时，应正确加以选择。其中，裂缝假说较有实际意义与应用价值。,1.2破碎及粉碎理论,51,1.粒径:所谓粒径，就是颗粒的直径、大小或尺寸。现实的粉体颗粒，如滑石粉、碳酸钙、水泥等颗粒，其形状是不规则的，粒径如何描述？实际上，迄今为止的任何一种粒度测量仪器，都是用现实颗粒同圆球颗粒相比较的方法测量颗粒大小的，即“如果颗粒是圆球，那么它应该是(等效于)这么大”。,1.3粒径及粒度分布,52,等效粒径具体有如下几种：1）等效散射粒径：与实际被测颗粒具有相同散射效果的球形颗粒的直径。激光粒度仪所测的粒径为等效散射粒径。2）等效沉速径：在相同条件下与实际颗粒沉降速度相同的球的直径。沉降法所测的粒径为等效沉速径，又叫Stokes径。3）等效投影面积径：与实际颗粒投影面积相同的球形颗粒的直径。显微镜法和图像法所测的粒径大多是等效投影面积直径。,2cm,4cm,2.等效粒径,等效粒径是指当一个颗粒的某一物理特性与同质的球形颗粒相同或相近时，就用该球形颗粒的直径来代表这个实际颗粒的直径。那么这个球形颗粒的粒径就是该实际颗粒的等效粒径。,53,不同原理的仪器，选择与其大小相关的物理性质或行为来度量其大小，例如，激光粒度仪选择颗粒对光的散射特性，沉降仪选择颗粒在液体中的沉降特性，筛分法选择颗粒能否通过筛孔，等等。由于不同仪器选择同一颗粒不同的物理性质作为等效时的参考量，因此用它们测量同一不规则颗粒时，结果可能是不同的。有时甚至同一种原理的仪器，测试条件不同，结果也可能不同，例如，筛分测量的结果同振筛的时间有关。,54,3.粒度分布粒径用来描述一个颗粒的大小。一种粉体样品的各个颗粒，大小互不相同，这时要用粒度分布才能较全面地描述样品颗粒的整体大小。定义：用特定的仪器和方法反映出的不同粒径颗粒占粉体总质量的百分数。有区间分布和累计分布两种形式。区间分布又称为微分分布或频率分布，它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。累计分布也叫积分分布，它表示小于或大于某粒径颗粒的百分含量。粒度分布的表示方法：表格法：用表格的方法将粒径区间分布、累计分布一一列出的方法。图形法：在直角标系中用直方图和曲线等形式表示粒度分布的方法。函数法：用数学函数表示粒度分布的方法。这种方法一般在理论研究时用。如著名的Rosin-Rammler分布就是函数分布。,55,表格法：用表格的方法将粒径区间分布、累计分布一一列出的方法。图形法：在直角座标系中用直方图和曲线等形式表示粒度分布的方法。函数法：用数学函数表示粒度分布的方法。这种方法一般在理论研究时用。如著名的Rosin-Rammler分布就是函数分布。,56,4.表示粒度特性的几个关键指标：D50：一个样品的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位径或中值粒径。D50常用来表示粉体的平均粒度。D97：一个样品的累计粒度分布数达到97%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占97%。D97常用来表示粉体粗端的粒度指标。其它如D16、D90等参数的定义与物理意义与D97相似。比表面积：单位重量的颗粒的表面积之和。比表面积的单位为m2/kg或cm2/g。比表面积与粒度有一定的关系，粒度越细，比表面积越大，但这种关系并不一定是正比关系。,1.4破碎机械的类型及用途,根据不同结构破碎机破碎成品粒度的不同，可分为：粗碎碎至100mm左右；中碎碎至30100mm；细碎碎至0.530mm。按结构和工作原理的不同，破碎机械分为如图所示的几种类型。,(1)颚式破碎机由于活动颚板2对固定颚板1作周期性的往复运动，物料在两颚板之间被压碎。适用于粗、中碎硬质物料或中硬质物料。(2)圆锥式破碎机外锥体1是固定的，内锥体2被安装在偏心轴套里，由立轴3带动作偏心回转。物料在两锥体之间受到压力和弯曲力的作用而被破碎。适用于粗、中、细碎硬质物料或中硬质物料。(3)辊式破碎机物料在两个作相对旋转的辊筒之间被压碎。适用于中、细碎中硬质和软质物料。,(4)锤式破碎机物料被快速旋转的锤子1所击碎，锤子1自由悬挂在转盘2上，并被其带动。适用于中、细碎中硬质物料。(5)反击式破碎机物料被高速旋转的转子2上刚性固定的打击板1击碎，并撞击到反击板上而进一步被破碎。适用中、细碎硬质和中硬物料。(6)轮碾机物料在旋转的碾盘2上被圆柱形碾轮1所压碎和磨碎，同时还有混合作用。耐火材料厂多用轮碾机粉碎原料。,(7)立式冲击破碎机物料受高速旋转的转子1和2上固定板锤的冲击和挤压作用而破碎成粗粒和细粒，并且撞击到衬板3上而进一步破碎。适用于中、细碎硬质及中硬质和脆性物料。(8)笼式粉碎机笼式粉碎机又称笼形磨，它是利用两个高速相对回转的笼子1、2对物料进行冲击粉碎的。适用于细碎和粗磨脆性及软质物料。玻璃工业中使用较多。,2颚式破碎机,在工业中应用的破碎设备种类繁多，其分类方法也有多种。按照使用的粒度范围可将破碎设备分为破碎机与粉磨机两大类。两者的根本区别是什么？破碎机可按工作原理和结构特征划分为：鄂式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机和冲击式破碎机。图为主要类型破碎和磨碎设备的原理示意图。,2.1颚式破碎机（Jawcrusher）的工作原理及类型俗称“老虎口”，是破碎硬物料最有效的设备。颚式破碎机经过100多年的实践和不断地改进，其结构已日臻完善。它具有构造简单、工作可靠、制造容易、维修方便等特点。所以，至今仍然是粗碎和中碎作业中最重要和使用最广泛的一种破碎机械。它不但在建材工业，也在冶金、煤炭、化工等工矿企业中被广泛地采用着。颚式破碎机主要用来破碎应力不超过200MPa的脆性物料。如铁矿石、金矿石、钼矿石、铜矿石、石灰石和白云石等。在建材工业中它主要用来破碎石灰石、水泥熟料、石膏、砂岩等。,机制砂生产线有给料机、破碎机、制砂机、振动筛和胶带传输机等设备组合而成。根据不同的工艺要求，各种型号的设备进行组合，满足不同工艺要求。,首先，石料由粗碎机（粗鄂式破碎机）进行初步破碎。然后，产成的粗料由胶带输送机输送至细碎机（细碎鄂式破碎机）进行进一步破碎，细碎后的石料进振动筛筛分出两种石子，满足制砂机进料粒度的石子进制砂机制砂，另一部分料返回再进细破。进制砂机的石子一部分制成砂，经洗砂机（可选）清洗后制成成品砂，另一部分进制砂机再次破碎，最终产出符合要求的各种砂料。,2.1颚式破碎机的工作原理及类型,在颚式破碎机中，动颚板绕悬挂心轴对固定颚板作周期性摆动。当动颚靠近固定颚板时，则位于两颚板间的矿石受压碎、劈裂和弯曲作用而破碎。当动颚离开固定颚板时，已破碎的矿石在重力作用下，经排矿口排出，所以物料的破碎是在两块颚板之间进行的。,鄂式破碎机工作时，活动鄂板对固定鄂板作周期性的往复运动，时而靠近，时而离开。当靠近时，物料在两鄂板间受到挤压、劈裂、冲击而被破碎；当离开时，已被破碎的物料靠重力作用而从排料口排出。,物料在颚式破碎机中的破碎是在两块颚板之间进行的。破碎机的可动颚板绕悬挂轴或可动轴对固定颚板作周期性地靠近和离开运动。当可动颚板靠近固定颚板时，位于两颚板间的物料受以挤压为主的作用力而破碎；当可动颚板离开固定颚板时，已破碎的物料在重力作用下由破碎机排料口排出。,2.2颚式破碎机分类,破碎机通常按给料口的宽度B的大小把颚式破碎机分为三类：大型颚式破碎机（600mm）；中型项式破碎机（300mm600mm）；小型颚式破碎机（600mm）。目前广泛应用的颚式破碎机有简单摆动颚式破碎机和复杂摆动颚式破碎机两种。颚式破碎机的规格用进料口宽度B(mm)和长度L(mm)来表示。例如：9001200颚式破碎机。,1）简单摆动颚式破碎机右图为国产1500（B）2100（L）型简单摆动颚式破碎机构造图。图中固定颚板1又是机架的前壁，可动颚板悬挂在悬挂轴11上，两块顶板上均镶有破碎齿板3和4。在垂直连杆7的下部装有前、后肘板8和9。,拉杆,该破碎机的活动颚1是固装在可回转的心轴5上，当偏心轴3回转时，连杆2也随着作上下运动，通过推力板4的作用，迫使活动颚板绕着悬挂轴作往复摆动。活动颚上各点的运动轨迹都呈弧线，其摆动距离：水平行程是上端为0.5s、下端为s；垂直位移是上端为0.15s、下端为0.3s。为此，该破碎机的破碎负荷集中在下部，活动颚板磨损不均匀，破碎机的生产能力较低。简单摆动颚式破碎机破碎比为36，一般做成大、中型，用作粗碎机。,2）复杂摆动颚式破碎机复杂摆动颚式破碎机结构如图1-1-12所示。与图1-1-11相比，复摆破碎机比单摆破碎机少了一根可动颚板的悬挂轴；可动颚板与连杆合为一个部件，没有垂直连杆；肘板也只有一块。复摆式破碎机的构造比简摆式破碎机的构造简单。但可动颚板运动却复杂了，当破碎机工作时，飞轮8带动偏心轴6转动，由于偏心轴的偏心作用，悬挂在它上边的可动颚板2在肘板9的制约下，相对于固定颚板往复地做一种复合摆动运动。,该机的活动颚1的顶部直接悬挂在偏心轴3上，其底部支撑在一端有固定铰接的推力板4上。当偏心轴转动时，直接带动了活动颚，活动颚上部的运动轨迹近似为圆形，底部因受推力板的约束，运动轨迹为圆弧形，中部为椭圆形。复杂摆动颚式破碎机动颚上部水平行程为下部的1.5倍，适合上部压碎大块矿石。它的垂直位移上部为2.5s、下部为3s。在破碎腔中矿石除受到颚板的挤压和弯曲作用外，还有研磨揉搓作用。,颚式破碎机破碎产物粒度的大小，是通过改变其排料口宽度来实现的。破碎齿板磨损后，其排料口宽度变大，破碎产物的粒度也变大，所以排料口宽度须定期调整。调整方法主要有两种：一种是垫片调整；另一种是楔块调整。,颚式破碎机工作时，在偏心轴上装有两个沉重的飞轮，在空转行程中，把能量储存下来；在破碎行程中再把能量释放出来，使得破碎机运转平稳。两种颚式破碎机在结构上差异造成它们运动特征的不同。规格相同时，复摆式破碎机的处理能力比简摆式大2030。复摆式破碎机破碎比i可达到10，简单摆动破碎机破碎比i为36。,2.3颚式破碎机的结构参数及工作参数的选择和计算,为了保证颚式破碎机运动的可靠性和经济性,在设计时必须正确地确定它的结构参数和工作参数,并以此作为计算零部件强度的基础。2.3.1结构参数的选择与计算2.3.1.1给矿口与排矿口的尺寸我国生产的颚式破碎机，给矿口长度：L=(1.251.6)B(2.1)对大型破碎机:L=(1.251.5)B中、小型破碎机：L=(1.51.6)B对小型破碎机，为了获得较高的生产率，L/B值可以选大一些，国外生产的小型破碎机就有L=(23.6)B的。,给矿口宽度：B=(1.11.25)Dmax(2.2)最大给矿粒度:Dmax=(0.750.9)B(2.3)排矿口最小宽度可按下式选定：对简摆颚式破碎机：e=dmax-s=1517B(2.4a)对复摆颚式破碎机：e=dmax-s=15110B(2.4b)式中：L给矿口长度,m；B给矿口宽度，m；Dmax最大给矿粒度，m;e排矿口最小宽度，m;dmax最大排矿粒度，m;s动颚的摆动行程(排矿口处的水平行程)，m。,2.3.1.2钳角破碎机的动颚与固定颚板之间的夹角称为钳角。当破碎物料时，必须使物料块既不向上滑动，也不从破碎机给矿口中跳出来。为此，钳角图2.7物料块受力分析应该保证物料块与颚板工作表面间产生足够的摩擦力以阻止物料被挤出去。为了确定角，应该分析当物料块被颚板挤压时作用在石块上的力的情况。,2.3.1.3动颚摆动行程s与偏心轴的偏心距r,动颚的摆动行程s是破碎机最重要的结构参数。在理论上，动颚的摆动行程应按物料达到破坏时所需之压缩量来决定。然而，由于破碎板的变形，及其与机架间存在的间隙等因素的影响，实际选取的动颚摆动行程远大于理论上求出的数值。由于物料在破碎腔由上向下逐渐变小，所以只要动颚上部摆动行程能够满足破碎物料需求的压缩量就可以。根据实验，破碎腔的上部摆动行程应大于0.01Dmax(Dmax为最大给矿粒度）。,2.3.1.4主要构件尺寸的确定,（1）破碎腔高度H（2）动颚轴承中心距给矿口平面的高度h（3）偏心距r对连杆长度l的比值（4）推力板长度K,2.3.1.5破碎腔的形状,破碎腔的形状有直线型和曲线型两种，如图所示。图中实线表示颚板闭合时位置，虚线表示颚板后退最远位置。,(a)直线型破碎腔；(b)曲线型破碎腔,2.3.2工作参数的选择与计算,2.3.2.1偏心轴的转数对于颚式破碎机，动颚的摆动次数由偏心轴的转速决定。在一定范围内，偏心轴转速增加，破碎机的生产能力相应的增加。但是，当动颚摆动超过一定限度时，再增加转速，生产能力增加十分缓慢，有时甚至还下降。而其功耗却迅速上升，由于过高的偏心轴转速使破碎好的物料来不及由卸料口排出，反而影响了生产能力的提高。,颚式破碎机物料梯形截面棱柱体,2.3.2.2生产能力,颚式破碎机的生产能力是指在单位时间内能破碎物料的数量，也称为产量或生产率。颚式破碎机的生产能力是以动颚摆动一次，从破碎腔中排出一个松散的棱柱体的物料为计算依据。,2.3.2.3功率,在颚式破碎机的破碎过程中，其功率消耗与转数、规格尺寸、排矿口宽度、钳角大小以及被破碎矿石的物理机械性质和粒度特性有关。破碎机转速愈高，机械尺寸愈大，功率消耗愈大；破碎比愈大，功率消耗也愈大。但是，对功率消耗影响最大的还是矿石的物理机械性能。由于功率消耗与许多因素有关，现在尚无一个完整的理论公式能精确地计算出破碎机的功率消耗。,颚式破碎机的电动机功率也可采用下列公式计算:对于简摆颚式破碎机：N=10LHsn(2.19)对于复摆颚式破碎机：N=18LHrn(2.20)式中：H固定颚板的计算高度，m。,3锤式破碎机,3.1概述锤式破碎机是利用高速回转的锤头冲击物料，使其沿自然裂隙、层理面和节理面等脆弱部分而破碎的一种机械。锤式破碎机适用于破碎脆性、中硬、含水量不大的物料，在建材、化工、电力、矿业、冶金等工业部门广泛用来破碎石灰石、煤、页岩、石膏、白垩、石棉矿石、焦炭等。,锤式破碎机的破碎过程大致是当物料进入破碎机中,遭受到高速回转的锤头的冲击而破碎,破碎了的物料,从锤头处获得动能,从高速冲向架体内挡板,筛条,与此同时物料相互撞击,遭到多次破碎,小于筛条之间隙的物料,从间隙中排出,个别较大的物料,在筛条上再次经锤头的冲击,研磨,挤压而破碎,物料被锤头从间隙中挤出.从而获得所需粒度的产品。,例如，国产的16001600毫米单转子、不可逆、多排铰接锤头的锤式破碎机。它适用于破碎石灰石、煤、石膏或其它中等硬度的岩石。,3.1.1锤式破碎机的工作原理及应用,锤式破碎机的基本结构和破碎原理如图所示。主轴上用键固装转子2，在转子上挂装锤头3，锤头尺寸和形状是根据破碎机规格和物料粒度决定的。主轴、转盘、锤头组成的回转体称为转子。机架1内固装有破碎板4和篦条筛5。,1机架；2转子；3锤头；4破碎板；5篦条筛,物料进入破碎机中，受到高速回转的锤头冲击而破碎。物料从锤头处获得动能，以高速冲向破碎板4而被第二次破碎。粒度小的物料从篦条筛排出，粒度大的物料在篦条筛上再经锤头冲击、研磨、铣削而破碎。合格粒度由篦条筛排出。,3.1.2锤式破碎机的类型,锤式破碎机结构类型很多，按回转轴的数目不同可分为单转子式和双转子式；按锤头的排数分为单排式和多排式；按转子回转方向分为不可逆式和可逆式；按锤头装置的方式可分为固定锤式和活动锤式（固定锤式仅用于物料的细磨（锤磨机）。锤式破碎机类型见图3.2所示。,3.1.3锤式破碎机的优缺点,锤式破碎机优点：破碎比大（一般为1025，高者达50），生产能力高，产品均匀，过粉碎现象少，单位产品能耗低，结构简单，设备质量轻，操作维护容易等。锤式破碎机缺点：锤头和篦条筛磨损快，检修和找平衡时间长，当破碎硬质物料，磨损更快；破碎粘湿物料时，易堵塞篦条筛缝，为此容易造成停机（物料的含水量不应超过10%）。锤式破碎机的规格用转子直径D(mm)和转子长度L（mm）来表示。D是指锤头端部所绘出的圆周直径，L是指沿轴向排列的锤头有效工作长度。例如1000800的锤式破碎机，D=1000mm、L=800mm。,3.2锤式破碎机的构造及主要零部件,3.2.1锤式破碎机的构造图3.3为我国生产的16001600单转子、不可逆、多排、铰接锤头的锤式破碎机。该机器由传动装置、转子、篦条筛和机架等部分组成。,3.2.2锤式破碎机主要零部件,锤式破碎机的主要零部件有锤头、转子、篦条筛、内壁衬板、机架等。其中以锤头和篦条为常更换件，并在破碎过程中起主要作用。(1)锤头锤头是锤式破碎机的主要工作零件。,1.合理选择工作参数与结构参数。锤式破碎机主要是利用锤头冲击物料而粉碎，而且锤头的单位纯磨损与线速度的一次方至二次方成正比例关系，所以选择合理的线速度，保证产品粒度的前提下，尽可能降低转子回转速度。,2.提高锤头利用率，减少锤头更换时间。锤头的利用率，更换时间与其结构形式和其固定紧固方式有密切的关系。因此可以采用对称的结构形式，简单的紧固方式，大翻盖，大检修门机壳等方案，可以提高锤头的金属利用率，使寿命也有所增加。,3.堆焊硬质合金。锤头磨损到一定程度后，在磨损面上堆焊硬质合金也是一种有效的办法。4.提高锤头材质的耐磨性能。锤头的材质通常采用高锰钢，这对破碎中等硬度的物料是适用的，但在破碎硬物料时，锤头必须具有良好的耐蚀性，同时还必须具有较高的耐磨性能。,(2)转子锤式破碎机的转子由主轴、一组转子圆盘（或三角形、多角形挂锤体）和锤头组成。,1筛架；2篦条；3穿杆；4套管(3)篦条筛,(3)篦条筛,（4）安全装置,金属物对破碎机是极大的威胁，为了防止金属物进入破碎机内造成事故，一般破碎机都有安全装置。锤式破碎机的安全装置如图所示。在破碎机的主轴1上装有安全铜套2，皮带轮3套在铜套上，铜套与皮带轮则用安全销4连接。当破碎机内进入金属物或过负荷时，安全销即被剪断而起到保护作用。,1主轴；2安全铜套；3皮带轮；4安全销,3.3锤式破碎机的结构参数和工作参数的确定,3.3.1基本结构参数3.3.1.1转子的直径与长度转子直径一般根据给料块的尺寸大小来决定。通常转子直径与给料块尺寸之比为1.25，转子长度视机器生产能力的大小而定。转子直径与长度之比值,一般为0.72，物料抗冲击力较强时，应选取较大的比值。,3.3.1.2基本结构尺寸的确定,（1）给料口宽度和长度锤式破碎机的给料口宽度大于3dmax，dmax表示最大给矿块的尺寸。给料口长度与转子长度相同。（2）卸料口尺寸锤式破碎机的卸料口尺寸由篦条间隙来控制，而篦条间隙由产品粒度的大小来决定。中碎时产品平均粒度约为间隙的1/31/5，粗碎时约为间隙的1/1.51/2。（3）给料方式锤式破碎机要求给料块有一定垂直下落速度，故给料口一般都设置在机架上方。,3.3.1.3锤头质量的确定,（1）按动能定理计算锤头质量假设被破碎物料受冲击前的速度为零，锤头冲击前后圆周速度不变，则每一个锤头冲击时所产生的能量为E=1/2mv2式中：E锤头的功能，J；m锤头的质量，kg；v锤头的圆周速度，m/s。v=Dn/60式中：n转子的转速,r/min；D转子直径，m。将式（3.2）代入式（3.1），得E=1/2mDn602=m2D2n2/7200转子上全部锤头每转一次所产生的动能E为:E=K1K2E=m2D2n2K1K2/7200式中：K1转子圆周方向的锤头排数；K2转子横向每排的锤头个数。转子的转速为n时全部锤头所产生的动能是由电机供给的，故与电机功率相等。N=nE100060=nm2D2n2K1K2100060/7200式中：N电机功率，kW。由式（3.5）导出锤头质量为：m=43.2106ND2n3K1K2,(2)按动量定理计算锤头质量根据碰撞理论动量相等的原理计算锤头质量时，考虑到锤头打击物料后，必然会产生速度损失。如果锤头打击料块后，其速度损失过大，就会使锤头绕本身的悬挂轴向后偏倒，这时锤头由于速度减小而使动能减小，在下一次与物料相遇时，它会很快通过而破碎不了物料，因而会降低破碎机的生产能力和增加无用功的消耗。为了使锤头打击物料后产生的偏倒，能够由于离心力的作用在下次破碎物料前很快恢复到正常工作位置，就要求锤头打击物料后的速度损失不宜过大。根据实践经验，锤头打击物料后的允许速度损失随着破碎机的规格大小而变，一般允许速度损失为40%60%，即：v2=(0.40.6)v1(3.7)式中：v1锤头打击物料前的圆周速度，m/s；v2锤头打击物料后的圆周速度，m/s。,原则上转子的直径愈大，允许的速度损失愈大，反之则取偏小值。若锤头与物料为非弹性碰撞，且设物料碰撞前的速度为零，根据碰撞理论动量相等的原理可得下列方程：m0v1=m0v2+Mv2m0=v2M/(v1-v2)(3.8)式中：m0锤头折算到打击中心处的质量，kg；M最大物料块质量，kg。将式（3.7）代入式（3.8），得：m0=(0.71.5)M(3.9)m0仅仅是锤头的打击质量，锤头实际质量m应根据打击质量的转动惯量与锤头质量的转动惯量相等的条件进行质量代换。m=m0r/r0式中：r锤头打击中心到悬挂点的距离，m；r0锤头重心到悬挂点的距离，m。,(3)锤头打击中心的计算锤式破碎机是一种高速回转且靠冲击来破碎物料的机械。为了使其稳定运动，正常地进行工作，首先，必须使它的转子获得静力平衡和动力平衡。如果转子的重心不在它的几何中心线上，则产生静力不平衡现象。若转子中心线和几何中心线相交，则将产生动力不平衡现象。这两种不平衡现象，都会产生很大的惯性力和惯性力矩，从而使机器产生过大的振动，使机器的主轴、轴承和机架等部件受力情况恶化，降低零件的使用寿命。特别是在轴承上产生周期性的冲击负荷，使轴承发热甚至损坏。除了转子平衡问题外，还有由于锤头动力不平衡而引起的机器振动以及锤头打击物料时所产生的冲击力因素。所以，除了在制造上要保证转子的静力平衡和动力平衡外，还必须进行动力学计算。,1锤头；2销轴；3转子圆盘；4立轴,3.3.2主要工作参数的确定,3.3.2.1转子的转速锤式破碎机的特点是冲击破碎物料。为此，转子转速是破碎机的重要工作参数，它影响着破碎机的破碎效率、破碎比和生产能力。转子的转速可按下式计算：n=v/60D(3.12)转子的圆周速度v可以根据待破碎物料的性质按下式计算：v0.01g5/6E1/3(3.13)式中：g重力加速度，m/s2；物料密度，kg/m3；物料的抗压强度，Pa；E物料的弹性模量，Pa。,3.3.2.2生产能力,由于锤式破碎机的结构和破碎过程不同，所以计算其生产能力的公式也不同。理论上计算破碎机生产能力的公式是从篦条筛隙中可能通过的最大排料量计算的。锤式破碎机的产量与转子的长度、卸料篦条间隙的宽度、锤头的质量、转速、进料粒度、加料情况以及物料的物理性能因素有关。,3.3.2.3功率,锤式破碎机功率消耗与很多因素有关，但主要取决于物料的性质、转子的圆周速度、破碎比和生产能力。目前，锤式破碎机的电机功率尚无一个完整的理论计算公式。一般都是根据生产实践或实验数据，采用经验公式进行计算。N=kD2Ln(3.18)式中：N电机功率，kW；k经验系数,k=0.10.2，大型锤式破碎机取上限。,4反击式破碎机,4.1概述4.1.1反击式破碎机的工作原理和用途反击式破碎机的冲击破碎能力大，越来越广泛地应用在建材、冶金、选矿、化工等行业。反击式破碎机特别适合于破碎中等硬度的脆性物料，它可用来破碎石灰石、煤、砂岩、水泥熟料、铁矿石、铝矿石、钼矿石等物料的粗碎、中碎、细碎。由于反击式破碎机破碎效果显著，在一些中小型厂矿里，可替代颚式、辊式和圆锥式破碎机。,1反击板；2打击板；3转子,反击式破碎机的工作原理与锤式破碎机基本相同，它们都是利用高速冲击作用破碎物料的。但结构与工作过程却各有差异，反击式破碎机工作原理见图4.1。,反击式破碎机在破碎过程中，物料在设定的流道内沿第一、第二反击板经一定时间和一定长度的反复冲击路线使物料破碎，下方的均整篦板起确定出料粒度大小的作用。物料的破碎是在板锤冲击下进行，随后是在抛击到反击板上进一步破碎，同时料块群在空中互相撞击而得到粉碎。,4.1.2反击式破碎机的优缺点,反击式破碎机与其他形式破碎机比较:具有以下优点：(1)破碎效率高，能量消耗低，一般为0.51.3kWh/t。因物料抗冲击强度比抗压强度小十几倍，所以反击式破碎机比颚式破碎机节省能量1/3，比辊式破碎机节省能量1/24/5。(2)破碎比大，一般在20左右，高者可达5060，甚至更大，这样，可以减少破碎段数，简化生产流程，节省投资，降低生产成本。（3）设备的构造简单，便于制造，操作维修也较简便。（4）具有选择性破碎特点，即密度大的物料破碎后粒度小；密度小的物料破碎后粒度大。有利于矿物的选别。（5）设备自重轻，工作时没有明显的不平衡振动，不需笨重的设备基础。反击式破碎机的缺点：（1）板锤和反击板磨损较快，更换较频繁，尤其在破碎坚硬物料时，磨损更快。（2）在运动时噪声大、粉尘大，产品中有过大块。对含水、含泥的物料适应性差。在南方雨季易堵塞，堵塞后清除极为困难。,4.1.3反击式破碎机的分类,反击式破碎机按其结构特征，可分为单转子和双转子两种类型，其详细分类见图4.2。,4.2反击式破碎机的构造,4.2.1单转子反击式破碎机的构造,4.2.2双转子反击式破碎机的构造,1链幕；2、8悬挂轴；3机体；4第一道转子；5第一道反击板；6螺杆；7方截面轴；9分腔反击板；10压缩弹簧；11第二道转子；12第二道反击板；13、14调节弹簧；15、18均整篦板；17固定反击板；16、19板锤；20三角皮带；21、22电动机；23液力联轴器；24挠性联轴器,4.2.4反击式破碎机的主要零部件,4.2.4.1转子反击式破碎机的转子结构形式有整体式、组合式和焊接式三种。反击式破碎机的转子必须具有足够的质量以适应破碎大块物料的需要。破碎机的转子大都采用整体式的铸钢结构，这种转子转动惯量大，坚固耐用，便于安放板锤，能满足破碎工作的要求。对小型反击式破碎机也可采用钢板焊接结构，这种转子制造方便，容易得到平衡，但强度和耐用性较差。,4.2.4.2板锤,反击式破碎机的板锤都是固定在转子上，它是破碎机的重要零件，要求安装牢固，便于更换，并用抗冲击性能良好的材料制造。国内多用高锰钢、中碳合金钢、轴承钢锻造。有些厂家在碳钢板锤上用“上焊64”和“上焊64A”焊条堆焊一层，或者利用高锰钢焊条在高锰钢制的板锤上堆焊一层金属材料制成。,4.2.4.3反击板,反击板的作用是承受被板锤击出物料在其上冲击破碎，并将破碎后的物料重新弹回破碎区，再次进行破碎。反击板的形状和结构对破碎效率影响很大。,4.3反击式破碎机主要参数的确定,4.3.1基本结构参数4.3.1.1基本结构尺寸的确定（1）给料口宽度和长度反击式破碎机给料口宽度B0.7D，D为转子直径。给料口长度L与转子长度相同。（2）排料口尺寸反击式破碎机的基本结构尺寸反击式破碎机的排料口尺寸为:s1min0.1D，s2min0.01D(见图4.11示)。（3）给料方式与给料导板的倾角反击式破碎机的工作特点是要求入料块沿导板滑入。因此，给料导板的倾角不应小于50，否则会引起料块的堆积。给料导板的卸载点通常位于板锤回转30左右处（与水平线夹角），冲击效果较好。角度过小，即卸载点过低时，料块易堆积，从而导致板锤和转子体的磨损加剧。（4）反击板的悬挂位置反击板的悬挂位置直接影响设备的处理能力，角小，则料块在锤击区的冲击破碎次数增多，可以获得较大的破碎比。通常065,r=(0.170.2)D,=5565，=12。,4.3.1.2转子的直径与长度转子直径一般与入料块尺寸有关。要破碎物料，就需要有足够大的冲击能量，也就是要有一定的转子直径才行。根据实践资料统计，入料块与转子直径的关系可按下列经验公式来确定。d=0.54D-60(4.1)式中：d最大给料粒度，mm；D转子直径，mm。上式用于单转子计算，其计算结果还得乘以2/3。转子的长度主要根据破碎机生产能力的大小而定。根据统计资料，转子的长度L与直径D之比，一般为0.51.2。L/D比值较小时，机体结构平稳性较差，这种机器只能用于物料硬度小、处理能力要求不高的单转子反击式破碎机上。,4.3.1.3板锤数目板锤数目与转子直径有关，当转子直径较小，板锤数目就少。通常转子直径小于1m时，可装设3个板锤；转子直径为11.5m时，可装设46个板锤；转子直径为1.52m时，可装设610上板锤。物料硬、粉碎比大时，板锤数可多些。,4.3.2主要工作参数的确定,4.3.2.1转子的转速转子的圆周速度对破碎机的生产能力、产品粒度和粉碎比的大小起着决定性作用。实践证明，随着转子圆周速度的提高，生产能力和粉碎比都显著增加，产品粒度朝着细的方向变化，其中进料块度大的细度变化更为显著。但是随着转子