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第一章绪论

破碎是当代飞速发展的工业矿物加工领域中一个重要的环节,破碎机就是矿山机械中应用非常广泛的一种设备。在各种金属、非金属、化工、建材、电力等工业部门占有非常重要的地位。从经济角度来讲,在选矿厂,破碎与磨碎作业的生产费用占全部选矿费用的40%以上,设备投资占总投资的60%左右。从能源与环保角度讲,破碎作业要消耗巨大的能量,物料破碎过程中由于作业中产生发声、振动、摩擦、粉尘等,使能源大量消耗,作业环境严重污染。因而多年来国内外的界内人士一直在研究如何达到节能、高效地完成破碎过程,从理论研究到新产品研制(包括改造旧的设备)直至改变生产工艺流程,以求达到节约投资、低耗能、少污染、高效率、过粉碎量小、产品粒度均匀并满足与之相配套的新设备、新技术系统的工艺要求。
煤矿是破碎机应用最广泛的行业,露天煤矿的原煤破碎和选煤厂入厂原料的预处理都离不开破碎设备。由于煤炭属中硬岩石并具脆性以及破碎技术经过长期的发展,所采用的破碎设备包括:鄂式破碎机、旋转式破碎机、锤式和环锤式破碎机、反击式破碎机、选择性破碎机、齿辊式破碎机等。最近 10多年来,破碎技术取得了较重大的进展,随着人们对破碎过程认识的不断深入,新的破碎方法和破碎设备不断涌现,各国不断把新工艺、新技术、新材料用于自己的破碎机工业,产品可靠性不断提高,在产品的耐磨损、减少过粉碎量、严格控制碎后产品的粒度等方面都取得了有效的进展。特别是煤用齿辊式破碎机以其制造简单、维修方便、低能耗、成本低、高破碎能力和经久耐用等优点,无论是从产品的结构、技术性能还是工业应用都成为煤用破碎机的佼佼者。1858年埃里
·布雷克(EL·Blake)取得专利权,制造双肘板鄂式破碎机。19世纪40年代,北美的采金热潮对鄂式破碎机的发展有很大的促进作用,19世纪中叶,多种类型的鄂式破碎机研制出来并获得广泛的应用,上个世纪末,全世界己有70多种不同结构的鄂式破碎机取得专利权。并由此引发了对破碎理论的较深入研究,但一直未形成规模。直到20世纪50年代,艾利斯一查尔默斯公司才开始大规模研究破碎工作。60年代得出重大意义的结论。随着研究的深入,人们知悉了高功率破碎作业可以用来改善能源效率和降低成本冈。现代最常用的鄂式破碎机是布雷克的鄂式破碎机和更近代制造的单肘板鄂式破碎机。鄂式破碎机的最大弱点就是它们在一个工作循环内只有一半时间工作。B " H * Bergstrom在研究单颗粒破碎机时发现,在空气中一次破碎的碎片撞击金属板时明显产生二次破碎,一次破碎的碎片具有的功能占全部破碎能量的45%,如能充分利用二次破碎能量,则可提高
破碎效率。也有人指出,较小的持续负荷比短时间的强大冲击更有希望破碎物料。Schonert研究表明,如果使大批脆性物料颗粒受到50Mpa以上的压力,就能够由“料层粉碎”节约出可观的能量。目前的“料层粉碎的理论”己为粉碎界所公认,根据料层理论研制的新设备有美国诺德伯格公司的旋盘圆锥破碎机、俄罗斯的惯性圆锥破碎机等等。
1982年B·Mandelrot提出分形理论应用在岩石理论研究方面。进入80年代以来,我国对破碎理论和破碎机的研究才有较重要的关注并取得了较大的成果。如我国的破碎机专家王宏勋教授提出了“动态啮角”的概念,开发了GXPE系列深腔鄂式破碎机,当时在国内引起一定的轰动。该机与同种规格破碎机相比,在相同的工况条件下,处理能力可提高20%-25%,齿板寿命可提高1-2倍。北京矿冶研究总院林运亮等人与上海多灵一沃森机械设备有限公司合作开发了PED低矮可拆式鄂式破碎机,该机是一种适用于井下作业特殊条件下的新型鄂式破碎机。设备本身高度低,动鄂位置低,固定鄂位于动鄂和偏心轴之间。多灵一沃森机械设备有限公司设计了目前国内最大的 1200 x 1500复摆鄂式破碎机。1996年第四届全国粉体工程学术会议上邓跃红、张智铁发表了《物料粉碎分形行为的研究》,作者认为破碎理论的研究应归结为三大方面:强度理论的研究,破碎效果的评价,破碎功耗的研究。长期以来,粉碎理论的研究主要停留在经验应用和统计推测上,人们了解粉碎的规律尚不明确、不系统,人们期待新理论的出现会给破碎领域带来一次革命。
回转式破碎机最初见于60年代的联邦德国,由于国外大型矿山要求大型机械,而刚刚问世的回转式破碎机没有得到发展。80年代初期,由于中小型矿山的迅速发展,我国有些研究工作者开始对回转破碎机进行进一步的研制。众所周知,破碎设备的好坏主要取决于破碎腔的设计,破碎腔能够体现设备的生产能力、功耗、钢耗及破碎产品质量等重要性能指标等。回转式破碎机具有变啮角、高密度破碎、依次渐进破碎、高频破碎和强制排料等优点。
旋盘圆锥破碎机、惯性圆锥破碎机