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一、概論

慣性圓錐破碎機是原蘇聯(lián)列寧格勤選礦設(shè)計研究院（米哈諾布爾設(shè)計研究院）從50年代開始，經(jīng)過了二十多年的不懈努力，研究成功的一種新型的超細碎設(shè)備。它以其先進的破碎原理、獨立的設(shè)計思路、合理的機械結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的性能，達到了當今世界圓錐破碎機的一流水平。在前蘇聯(lián)已經(jīng)得到了廣泛地推廣使用。其專利技術(shù)也遠銷美、日和西歐各國。

慣性圓錐破碎機與傳統(tǒng)圓錐破碎機相比，具有許多顯著的優(yōu)點：

(1)破碎比大，一般可達4~30;

(2)單位功耗低40%以上；

(3)可以帶負荷啟動和停車；

(4)工作狀態(tài)平穩(wěn)可靠，傳給地基的動負荷很小，不需要大且堅固的地基基礎(chǔ)；

(5)無需過載保護裝置。由于傳動系統(tǒng)與破碎錐（動錐）無剛性聯(lián)接，即使有不可破碎物體進入破碎腔內(nèi)，也不會造成機構(gòu)的損壞；

(6)調(diào)節(jié)可變參數(shù)能夠達到預期要求的工藝效果（破碎比、粒度組成等），并能夠進行 選擇性破碎和減少過粉碎；

(7)簡化粉碎流程，減少基建投資，提髙經(jīng)濟效益。

可以說，慣性圓錐破碎機為粉碎工藝的"以碎代磨"或"多碎少磨"的發(fā)展，提供了一種比較滿意的設(shè)備。

二、慣性圓錐破碎機的結(jié)構(gòu)特點及其工作原理

1.慣性圓錐破碎機的結(jié)構(gòu)特點

慣性圓錐破碎機的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

破碎機機體安裝在隔振裝罝上。其工作機構(gòu)由破碎錐（內(nèi)錐）9和外錐7組成，兩個錐體工作面均鑲有保護襯板，其表面形成一個逐漸向排礦方向收縮的破碎腔。在破碎錐軸上通過軸承裝有不平衡激振器4。電動機通過三角皮帶傳動系統(tǒng)和撓性聯(lián)軸節(jié)來帶動激振器旋轉(zhuǎn)。當激振器旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力，迫使支承在球面支承上的破碎錐繞球心擺動。如果破碎腔內(nèi)沒有被破碎的物料，破碎錐沿外錐的內(nèi)表面無間隙地滾動；如果破碎腔內(nèi)有物料，則通過物料層滾動，在滾動的同時，隨物料層厚度變化伴隨有沖擊，從而對物料進行破碎。破碎產(chǎn)品從排料口排出，排料口的大小可以通過調(diào)整環(huán)來調(diào)節(jié)。

在工作狀態(tài)下，破碎物料沿破碎腔的 阻力是不均勻的，會引起破碎錐振幅的改變，當破碎腔內(nèi)落入不可破碎物體時，破碎錐會暫時停止運動，但不平衡體激振器會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，所以不會發(fā)生傳動系統(tǒng)的破壞。

2.慣性圓錐破碎機的運動狀態(tài)

慣性圓錐破碎機機體不是直接固定在地基上，而是安裝在彈性支撐上。它的運動狀態(tài)是復雜的。一般情況下具有十個自由度。機體具有六個自由度一3個旋轉(zhuǎn)自由度，3個平移自由度。破碎錐相對機體有3個旋轉(zhuǎn)自由度。激振器相對于破碎錐有1個旋轉(zhuǎn)自由度。慣性破碎機的運動可以通過微分方程系統(tǒng)來描述，但解這個方程十分復雜。對于破碎機來說，最重要的是破碎體之間的相互運動，即破碎錐相對于外錐的運動。

破碎錐與電機之間無剛性聯(lián)接，做空間旋擺運動。它相對于機體的位置可用進動角ψ，自轉(zhuǎn)角φ和章動角β來確定。

由于破碎錐支承裝置的結(jié)構(gòu)特點及破碎錐與傳動件無剛性聯(lián)接，破碎錐不僅繞破碎機中心線做旋轉(zhuǎn)運動，而且還繞自已的軸線旋轉(zhuǎn)。同時，由于物料層在破碎腔內(nèi)分布不均勻，物料顆粒有大有小，破碎錐沿物料層滾壓時的運動也不穩(wěn)定，每滾一周都伴隨有強烈的振動。因此，破碎錐的運動是由以下三種旋轉(zhuǎn)運動組成。

進動運動——破碎錐繞破碎機中心線作旋轉(zhuǎn)運動；

自轉(zhuǎn)運動——破碎錐繞自己的軸線作旋轉(zhuǎn)運動；

章動運動——破碎錐繞節(jié)線作旋轉(zhuǎn)運動。

當破碎腔內(nèi)沒有被破碎的物料時，激振器產(chǎn)生的離心力將迫使破碎錐沿外錐的內(nèi)表面無間隙地滾動。破碎錐在運動過程中不會繞節(jié)線旋轉(zhuǎn)，β角的大小保持不變，破碎錐無章動運動，只有進動運動和自轉(zhuǎn)運動，它相對機體只有兩個自由度，只要用兩個參變量ψ、φ就可以決定其相對機體的位置。

當破碎腔內(nèi)有物料時，破碎錐通過物料層滾動。此時，它不僅作進動運動和自轉(zhuǎn)運動，還作章動運動。相對機體有三個自由度，要用三個參變量ψ、φ、β才能確定其相對于機體的位置。由于破碎腔內(nèi)物料分布不均勻，顆粒大小也不均勻，則導致破碎錐沿物料層滾動的不穩(wěn)定，每滾動周都伴隨著強烈的振動。此時β角不斷發(fā)生變化，破碎錐即產(chǎn)生章動運動。

破碎錐是否存在章動運動是慣性圓錐破碎機和偏心圓錐破碎機在運動學上最顯著的區(qū)別。

在慣性圓錐破碎機中，由于破碎錐和電機之間無剛性聯(lián)接，破碎錐的振椹即破碎錐的章動角β不受傳動系統(tǒng)的限制，是可以變化的，它的大小取決于物料層抗壓阻力與破碎力的平衡。破碎機剛啟動時，破碎機擺動頻率小，破碎力較小，振幅β角較小，因此啟動力矩也小，帶負荷啟動不會損壞機器。所以，慣性圓錐破碎機具有可以帶負荷啟動和停車的優(yōu)點。

慣性圓錐破碎機破碎錐的擺動頻率遠大于偏心圓錐破碎機破碎錐的擺動頻率，因此,在破碎過程中，物料在破碎腔中的被破碎次數(shù)達幾十次，遠大于偏心圓錐破碎機。

慣性圓錐破碎機存在有章動運動，破碎錐沿物料層每滾動一周都伴隨有100多次的振動。這種附加的強烈脈沖振動強化了破碎作用。這也是它的破碎比遠大于偏心圓錐破碎機破碎比的一個重要原因。

3.慣性圓錐破碎機的破碎力

慣性圓錐破碎機的破碎力的組成與一般的破碎機相比有本質(zhì)的不同。在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的破碎機中，破碎力與被破碎的物料的硬度及破碎腔內(nèi)物料的充滿程度有關(guān)。破碎力的大小取決于物料的變形程度，而物料的變形程度又取決于一個循環(huán)中物料的位移。位移量越大，變形量也就越大，破碎力就越大，反之就越小。物料在一個循環(huán)中的位移量是不定的，因此，物料的變形程度及產(chǎn)生的破碎力大小也具有偶然性。由于物料主要承受來自工作表面方向的壓力和彎曲作用力，物料之間的相互作用力很弱，破碎力大小又是不定的，所以這種破碎過程沒有選擇性。一方面大多數(shù)多相物料的相沒有解離，而另一方面又產(chǎn)生了局部過粉碎。

慣性圓錐破碎機的破碎力與被破碎物料的硬度及破碎腔中物料充填程度無關(guān)，它是由激振器產(chǎn)生的離心力和破碎錐的離心力組成的。調(diào)整激振器的偏心重塊，可以得到針對任何工作條件所需的破碎力。在正常運轉(zhuǎn)情況下（有負荷或無負荷）破碎力大小是不變的。

4.慣性圓錐破碎機的破碎原理

在慣性圓錐破碎機中，物料塊是在強力慣性振動條件下，受到預先調(diào)定的破碎力作用，可以保證料層應(yīng)有的密實度，使顆粒全方位承受壓力，實現(xiàn)層中破碎。

破碎力的大小直接關(guān)系到料塊的破碎效果。破碎力過小，沒有達到物料顆粒間聯(lián)系的強度限，物料就不能破碎。如果破碎力值過大，超過了顆粒間聯(lián)系的強度限，不僅使料塊沿晶界破裂，而且還會使晶體本身遭到破壞，這樣不僅浪費了能量，也會造成有害的過粉碎。為此，對于每種物料都要預先選定一個合適的破碎力值，使料塊只能按'晶界破裂，而不至于使晶奮本身破壞，達到選擇性破碎。

在破碎過程中，料塊表面粘結(jié)著很多粉末，這些粉末不僅會削弱料塊間的相互作用，而且粉末本身也會進一步被破碎，造成過粉碎。然而，在慣性破碎機中，由于物料層受到強烈的振動，就可以淸除掉這些粉末，從而既提高了料塊間的破碎作用，又避免了這些粉末的過粉碎。

應(yīng)該提出的是，破碎錐每周擺動都伴隨著100多次的振動，所形成的脈沖力加速了破碎作用。

5.慣性圓錐破碎機的技術(shù)性能

迄今為止，慣性圓錐破碎機已經(jīng)有10種規(guī)格，其技術(shù)性能見表1。

三、慣性圓錐破碎機工作參數(shù)對工藝指標和功耗指標的影響

慣性圓錐破碎機的工作狀態(tài)對破碎的工藝效果有非常大的影響，而它的工作狀態(tài)與工作參數(shù)有直接的關(guān)系，其中包括偏心靜止動量，排礦間隙，破碎錐的擺動頻率以及破碎腔的形狀等。對破碎不同的物料，不同的產(chǎn)品粒度要求，需通過試驗來確定其最佳工作狀態(tài)。我們在北京礦冶研究總院的慣性圓錐破碎機示范中心用КИД-300慣性圓錐破碎機，對柿竹園多金屬礦的礦石和大廠92#脈的錫礦石以及鐵氧體預燒料等多種物料進行了試驗，來探討工作參數(shù)的變化對破碎機的功耗，處理能力及產(chǎn)品粒度組成的影響。КИД-300慣性圓錐破碎機的排礦間隙2λ可在0~11mm范圍內(nèi)調(diào)整，偏心動量Sd可以在0~100%范圍內(nèi)調(diào)整。

1.排礦間隙對處理量的影響

КИД-300慣性破碎機處理量可在400?2500kg/h的很大范圍內(nèi)變化。排礦間隙變化對其影響很大，如圖2所示。

當偏心動量Sd為70.7%時，隨著排礦間隙的增大，其產(chǎn)率增加的很大。

2.排礦間陳對功耗的影響

因排礦間隙增大處理量增加，破碎的礦石童也就增加，所以破碎機的總功耗增加。相反地，排礦間隙越大，單位功耗越低（表2和表3)。

3.排礦間隙對產(chǎn)品粒度組成的影響

用КИД-300慣性圓錐破碎機破碎鎢礦和錫礦石的試驗表明，當偏心動量不變，排礦間隙對產(chǎn)品粒度還是有很大影響的。同時破碎比的變化也很大，為8?30。

圖3中1為排礦間隙3mm, 2為5mm, 3為7mm, 4為9mm, 5為11mm。

排礦間隙雖然是可以調(diào)整的，但為了保證破碎錐（內(nèi)錐）沿外錐滾動過程的穩(wěn)定性，它不應(yīng)該超過一定值，即稱為臨界間隙Sk。

式中L—錐體擺動中心到不平衡體重心旋轉(zhuǎn)平面的距離;Ib—錐體通過擺動中心軸的慣性矩；d—錐體擺動中心到破碎腔出口邊緣之間的距離；Sc—不平衡體的靜力矩; K—滾動的穩(wěn)定性系數(shù)，約等于3。臨界值的物理意義：可以看成是激振器從電機傳給錐體的功率正好可以抵消破碎過程所消耗的功率。

4.偏心動量對處理量的影響

調(diào)節(jié)偏心動童可以控制激振器的離心力， 一般是通過調(diào)整激振器內(nèi)的偏心重塊的位置來設(shè)定所需激振器的離心力，也即破碎錐的破碎力的大小。當排礦間隙一定時，隨著偏心動量的增加，即破碎力的增加，使被破碎物料層的單位壓力增大，提高物料層的壓實程度，增加了物料被破碎的可能性，從而提高了處理量。

表4及表5分別為大廠和柿竹園偏心動量對處理量影響試驗結(jié)果。

5.偏心動量對功耗的影響

偏心動量的變化對破碎機的功耗影響很大，偏心動量增大，增加了不平衡體的慣性阻力，加大了破碎力，也就增加了總功耗，所以，破碎機的實際總功耗隨偏心動量的增加而增加，如圖4所示

因為偏心動量增大，處理量和功耗同時增加，所以對單位功耗影響不大（見表6及表7)。

6.偏心動量對產(chǎn)品粒度組成的影響

用КИД-300慣性圓錐破碎機破碎大廠錫礦石和柿竹園鎢礦不對，當排礦間隙不變時，偏心動量的變化對產(chǎn)品粒度的影響不太大，如圖5所示。破碎比在14?18之間波動，一0.071mm占20?30%，一0.15mm達50%以上。

表8指出了偏心動量及排礦間隙變化時，產(chǎn)品粒度P80變化情況。

圖5中曲線為破碎柿竹園鎢礦時不同偏心動量時的產(chǎn)品粒度曲線。

7.破碎錐的擺動頻率對處理量的影響

圖6指出破碎機處理能力與破碎錐的擺頻關(guān)系曲線，我們看出，當偏心力矩不變的情況下，增加破碎錐頻率時，破碎機處理能力逐漸減少，但這種減少是非線性的，這是因為頻率的增加同時會使離心力呈平方關(guān)系增大，導致破碎錐的振幅加大，從而減弱了擺頻對降低處理量的影響。

8.破碎錐擺頻對產(chǎn)品粒度組成的影響

在激振器的偏心力矩不變的情況下，增加破碎錐的旋擺頻率可使破碎比有明顯的增加，產(chǎn)品的粒度下降，提高了破碎產(chǎn)品中細級別（-1.25mm)的產(chǎn)率，幅度為28?45%。

9.破碎腔形對工藝效果的影響

破碎腔的幾何形狀對破碎機的工藝指標和能耗指標都有很大影響。腔形的變化將影響到顆粒在破碎腔內(nèi)的停留時間和運動軌跡、破碎比，產(chǎn)品粒度組成等都將隨之發(fā)生變化。合理的腔形，可在降低必要的破碎力和單位能耗的條件下，大大提高其工藝指標。

四、結(jié) 論

慣性圓錐破碎機是一種新型高效的超細碎設(shè)備。它與傳統(tǒng)圓錐破碎機相比，以其破碎比大，單位功耗低，無需過載保護等諸多優(yōu)點引起了人們的極大關(guān)注。它的結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)越。它的破碎力是主要由激振器在一定轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的離心慣性力來決定，其大小與被 破碎物粒的性質(zhì)無關(guān)，在破碎過程中大小不變。在慣性圓錐破碎機中，物料是在強力慣性振動條件下，受到預先調(diào)定的破碎力作用，可以保證料層應(yīng)有的密實度，使顆粒全方位承受壓力，實現(xiàn)層中破碎，既節(jié)能，又能達到選擇性破碎。慣性圓錐破碎機的工作參數(shù)對其破礁效果都有不同的影響，所以，可以通過比較簡單的方法調(diào)整其工作參數(shù)，達到預期的工藝效果。