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一、概論

慣性圓錐破碎機(jī)是原蘇聯(lián)列寧格勤選礦設(shè)計(jì)研究院（米哈諾布爾設(shè)計(jì)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(xì)碎設(shè)備。它以其先進(jìn)的破碎原理、獨(dú)立的設(shè)計(jì)思路、合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的性能，達(dá)到了當(dāng)今世界圓錐破碎機(jī)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(yuǎn)銷美、日和西歐各國。

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

(1)破碎比大，一般可達(dá)4~30;

(2)單位功耗低40%以上；

(3)可以帶負(fù)荷啟動(dòng)和停車；

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

(5)無需過載保護(hù)裝置。由于傳動(dòng)系統(tǒng)與破碎錐（動(dòng)錐）無剛性聯(lián)接，即使有不可破碎物體進(jìn)入破碎腔內(nèi)，也不會(huì)造成機(jī)構(gòu)的損壞；

(6)調(diào)節(jié)可變參數(shù)能夠達(dá)到預(yù)期要求的工藝效果（破碎比、粒度組成等），并能夠進(jìn)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(jì)效益。

可以說，慣性圓錐破碎機(jī)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(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其工作原理

1.慣性圓錐破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

慣性圓錐破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

破碎機(jī)機(jī)體安裝在隔振裝罝上。其工作機(jī)構(gòu)由破碎錐（內(nèi)錐）9和外錐7組成，兩個(gè)錐體工作面均鑲有保護(hù)襯板，其表面形成一個(gè)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(dòng)機(jī)通過三角皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)和撓性聯(lián)軸節(jié)來帶動(dòng)激振器旋轉(zhuǎn)。當(dāng)激振器旋轉(zhuǎn)時(shí)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(dòng)。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(dòng)；如果破碎腔內(nèi)有物料，則通過物料層滾動(dòng)，在滾動(dòng)的同時(shí)，隨物料層厚度變化伴隨有沖擊，從而對物料進(jìn)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(huì)引起破碎錐振幅的改變，當(dāng)破碎腔內(nèi)落入不可破碎物體時(shí)，破碎錐會(huì)暫時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，但不平衡體激振器會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以不會(huì)發(fā)生傳動(dòng)系統(tǒng)的破壞。

2.慣性圓錐破碎機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

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

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

由于破碎錐支承裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及破碎錐與傳動(dòng)件無剛性聯(lián)接，破碎錐不僅繞破碎機(jī)中心線做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且還繞自已的軸線旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，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(shí)的運(yùn)動(dòng)也不穩(wěn)定，每滾一周都伴隨有強(qiáng)烈的振動(dòng)。因此，破碎錐的運(yùn)動(dòng)是由以下三種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)組成。

進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)——破碎錐繞破碎機(jī)中心線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)——破碎錐繞自己的軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

章動(dòng)運(yùn)動(dòng)——破碎錐繞節(jié)線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)破碎腔內(nèi)沒有被破碎的物料時(shí)，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(dòng)。破碎錐在運(yùn)動(dòng)過程中不會(huì)繞節(jié)線旋轉(zhuǎn)，β角的大小保持不變，破碎錐無章動(dòng)運(yùn)動(dòng)，只有進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它相對機(jī)體只有兩個(gè)自由度，只要用兩個(gè)參變量ψ、φ就可以決定其相對機(jī)體的位置。

當(dāng)破碎腔內(nèi)有物料時(shí)，破碎錐通過物料層滾動(dòng)。此時(shí)，它不僅作進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，還作章動(dòng)運(yùn)動(dòng)。相對機(jī)體有三個(gè)自由度，要用三個(gè)參變量ψ、φ、β才能確定其相對于機(jī)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(dǎo)致破碎錐沿物料層滾動(dòng)的不穩(wěn)定，每滾動(dòng)周都伴隨著強(qiáng)烈的振動(dòng)。此時(shí)β角不斷發(fā)生變化，破碎錐即產(chǎn)生章動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

破碎錐是否存在章動(dòng)運(yùn)動(dòng)是慣性圓錐破碎機(jī)和偏心圓錐破碎機(jī)在運(yùn)動(dòng)學(xué)上最顯著的區(qū)別。

在慣性圓錐破碎機(jī)中，由于破碎錐和電機(jī)之間無剛性聯(lián)接，破碎錐的振椹即破碎錐的章動(dòng)角β不受傳動(dòng)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(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，破碎機(jī)擺動(dòng)頻率小，破碎力較小，振幅β角較小，因此啟動(dòng)力矩也小，帶負(fù)荷啟動(dòng)不會(huì)損壞機(jī)器。所以，慣性圓錐破碎機(jī)具有可以帶負(fù)荷啟動(dòng)和停車的優(yōu)點(diǎn)。

慣性圓錐破碎機(jī)破碎錐的擺動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于偏心圓錐破碎機(jī)破碎錐的擺動(dòng)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(dá)幾十次，遠(yuǎn)大于偏心圓錐破碎機(jī)。

慣性圓錐破碎機(jī)存在有章動(dòng)運(yùn)動(dòng)，破碎錐沿物料層每滾動(dòng)一周都伴隨有100多次的振動(dòng)。這種附加的強(qiáng)烈脈沖振動(dòng)強(qiáng)化了破碎作用。這也是它的破碎比遠(yuǎn)大于偏心圓錐破碎機(jī)破碎比的一個(gè)重要原因。

3.慣性圓錐破碎機(jī)的破碎力

慣性圓錐破碎機(jī)的破碎力的組成與一般的破碎機(jī)相比有本質(zhì)的不同。在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的破碎機(jī)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(gè)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(gè)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(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)情況下（有負(fù)荷或無負(fù)荷）破碎力大小是不變的。

4.慣性圓錐破碎機(jī)的破碎原理

在慣性圓錐破碎機(jī)中，物料塊是在強(qiáng)力慣性振動(dòng)條件下，受到預(yù)先調(diào)定的破碎力作用，可以保證料層應(yīng)有的密實(shí)度，使顆粒全方位承受壓力，實(shí)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(dá)到物料顆粒間聯(lián)系的強(qiáng)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(qiáng)度限，不僅使料塊沿晶界破裂，而且還會(huì)使晶體本身遭到破壞，這樣不僅浪費(fèi)了能量，也會(huì)造成有害的過粉碎。為此，對于每種物料都要預(yù)先選定一個(gè)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(dá)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(huì)削弱料塊間的相互作用，而且粉末本身也會(huì)進(jìn)一步被破碎，造成過粉碎。然而，在慣性破碎機(jī)中，由于物料層受到強(qiáng)烈的振動(dòng)，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(dòng)都伴隨著100多次的振動(dòng)，所形成的脈沖力加速了破碎作用。

5.慣性圓錐破碎機(jī)的技術(shù)性能

迄今為止，慣性圓錐破碎機(jī)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(jī)工作參數(shù)對工藝指標(biāo)和功耗指標(biāo)的影響

慣性圓錐破碎機(jī)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(dòng)量，排礦間隙，破碎錐的擺動(dòng)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(yàn)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(jī)示范中心用КИД-300慣性圓錐破碎機(jī)，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(yù)燒料等多種物料進(jìn)行了試驗(yàn)，來探討工作參數(shù)的變化對破碎機(jī)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(jī)的排礦間隙2λ可在0~11mm范圍內(nèi)調(diào)整，偏心動(dòng)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(jī)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(dāng)偏心動(dòng)量Sd為70.7%時(shí)，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(jī)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(jī)破碎鎢礦和錫礦石的試驗(yàn)表明，當(dāng)偏心動(dòng)量不變，排礦間隙對產(chǎn)品粒度還是有很大影響的。同時(shí)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(dòng)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(dòng)中心到不平衡體重心旋轉(zhuǎn)平面的距離;Ib—錐體通過擺動(dòng)中心軸的慣性矩；d—錐體擺動(dòng)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(dòng)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(jī)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(dòng)量對處理量的影響

調(diào)節(jié)偏心動(dòng)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(dāng)排礦間隙一定時(shí)，隨著偏心動(dòng)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(shí)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(dòng)量對處理量影響試驗(yàn)結(jié)果。

5.偏心動(dòng)量對功耗的影響

偏心動(dòng)量的變化對破碎機(jī)的功耗影響很大，偏心動(dòng)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(jī)的實(shí)際總功耗隨偏心動(dòng)量的增加而增加，如圖4所示

因?yàn)槠�心�?dòng)量增大，處理量和功耗同時(shí)增加，所以對單位功耗影響不大（見表6及表7)。

6.偏心動(dòng)量對產(chǎn)品粒度組成的影響

用КИД-300慣性圓錐破碎機(jī)破碎大廠錫礦石和柿竹園鎢礦不對，當(dāng)排礦間隙不變時(shí)，偏心動(dòng)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(dòng)，一0.071mm占20?30%，一0.15mm達(dá)50%以上。

表8指出了偏心動(dòng)量及排礦間隙變化時(shí)，產(chǎn)品粒度P80變化情況。

圖5中曲線為破碎柿竹園鎢礦時(shí)不同偏心動(dòng)量時(shí)的產(chǎn)品粒度曲線。

7.破碎錐的擺動(dòng)頻率對處理量的影響

圖6指出破碎機(jī)處理能力與破碎錐的擺頻關(guān)系曲線，我們看出，當(dāng)偏心力矩不變的情況下，增加破碎錐頻率時(shí)，破碎機(jī)處理能力逐漸減少，但這種減少是非線性的，這是因?yàn)轭l率的增加同時(shí)會(huì)使離心力呈平方關(guān)系增大，導(dǎo)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(xì)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(jī)的工藝指標(biāo)和能耗指標(biāo)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(shí)間和運(yùn)動(dòng)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(biāo)。

四、結(jié) 論

慣性圓錐破碎機(jī)是一種新型高效的超細(xì)碎設(shè)備。它與傳統(tǒng)圓錐破碎機(jī)相比，以其破碎比大，單位功耗低，無需過載保護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)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(jī)中，物料是在強(qiáng)力慣性振動(dòng)條件下，受到預(yù)先調(diào)定的破碎力作用，可以保證料層應(yīng)有的密實(shí)度，使顆粒全方位承受壓力，實(shí)現(xiàn)層中破碎，既節(jié)能，又能達(dá)到選擇性破碎。慣性圓錐破碎機(jī)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(dá)到預(yù)期的工藝效果。