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立式冲击破碎机研制及试验 杨 俊 平 摘要介绍一种新型超细碎设备 立式冲击破碎机， 其设计和制造中运用了有限元 计算、 应力测试、 无损探伤、 动平衡、 高强度合金钢等新技术和新材料， 整机结构合理， 性能优良， 具有产品粒度细、 磨损小、 过金属能力强等优点。通过小型试验证明， 其机械性能和破碎效果都 达到了国际先进水平。 关键词 立式冲击破碎机 有限元优化应力测试小型试验 碎磨是矿物加工过程中的第一道工序， 矿物只有被解离到一定的粒度， 其有用成分 才能被充分利用。而碎磨过程也是整个矿 物加工过程中电耗、 钢耗等原材料消耗最大 的工段， 据专家估算， 碎磨阶段处理每吨原 矿的电耗平均约为 ， 占选矿厂总 电耗的 左右。因此碎磨工程领域的节 能降耗意义重大， 可产生巨大的社会效益和 经济效益。在这一迫切需求下， 多碎少磨理 论已得到公认， 并有一系列相应的新型破碎 机涌现， 其中立式冲击破碎机以其独特的结 构和工作原理， 使矿物实现了完全的自粉 碎， 碎后产品粒度可以达到 ， 从而充 分体现了多碎少磨、 节能降耗的思想。 立式冲击破碎机最早是由新西兰 公司研制的， 其 高强度自衬型立式 冲击破碎机将转子线速度提高到 ， 从而实现了完全的自粉碎， 这种设备集破 碎、 磨矿为一体， 产品粒度细， 金属磨损轻 微， 过金属能力强。北京矿冶研究总院研制 的 立式冲击破碎机， 主要技术性能指 标达到了 的水平， 而且破碎试验结 果证明， 其破碎效果也达到了 立式 冲击破碎机的水平。 结构和工作原理 立式冲击破碎机是一种新型冲 击式超细碎设备， 适用于各种金属矿、 非金 属矿、 化工矿物、 水泥、 建材原料、 筑路筑坝 石料、 冶金渣和人工砂等脆性物料的粉碎， 并可用于一些其它设备难以适应的场合， 例 如极硬而脆的物料、 含较多漂流金属的物料 和要求铁污染较少的物料。 立式冲 击破碎机的设计中运用了有限元计算、 应力 测试等先进科技手段， 在制造过程中还采用 了高强度合金钢、 新型耐磨材料、 无损探伤、 动平衡等新材料和方法， 其结构合理， 性能 优良。该设备的转子转速高， 圆周线速度可 达 ， 达到了国际先进水平。由于转 速高， 物料冲击强度大， 粉碎效率也高， 工作 中不仅其转子内部可形成物料衬， 而且转子 外的破碎腔处也可形成物料衬， 使金属磨损 减少到最低限度。 该设备主要由转子、 主轴系统、 机架 、 电机、 皮带传动装置、 润滑系统和电 控系统等部分组成。主要结构和安装尺寸 见图。 设备工作时， 电机通过皮带传动装置带 动主轴和转子旋转。将 的物料从 给料口给入设备中， 一部分物料通过给料筒 垂直向下， 从转子上部的给料口进入转子， 然后从转子的出口被高速抛出到破碎腔处。 另一部分物料沿给料部的阶梯形结构下滑， 北京矿冶研究总院工程师 北京西外 万方数据 直接瀑落到转子外的破碎腔处。堆积在破 碎腔处的物料形成自衬。从转子的出口被 抛出的物料一方面在破碎腔的物料衬上冲 击粉碎， 另一方面与上部瀑落的物料和经自 衬涡动的物料在破碎腔中反复撞击， 产生强 烈的冲击和磨剥作用。粉碎后的物料从下 部排出。粉碎过程示意图见图。 图 立式冲击破碎机设备结构和 安装尺寸 给料口；转子；破碎腔；主轴系统； 电动机；机架；传动装置；润滑系统 图粉碎过程示意图 转子强度计算 立式冲击破碎机的设计中运用 了有限元计算， 对其关键部件转子部分的强 度进行了反复核算， 把转子优化为三角形结 构。由于转子的强度属于线弹性问题， 所以 可以采用结构分析通用有限元程序 对其进行计算。根据转子体的形状和载荷 条件的周期性特点， 采用 转子体进行应 力计算， 而用伪单元来保证转子体切剖边界 上节点位移的周期性条件。结构网格划分 图见图。 图转子有限元计算结构网格划分图 转子体在工作中的受力比较复杂， 有以 下几种负荷 （） 转子体自重在高速转动时产生的离 心惯性力； （） 物料沿物料衬高速运动时对物料衬 产生的压力； （） 物料衬在高速旋转时引起的离心惯 性力； （） 衬板在高速旋转时由自重产生的离 心惯性力对上下板与侧板交界处的作用力； （） 耐磨体自重产生的离心惯性力对与 它连接的出口板的作用力。 这些载荷随转子的转速改变而不同， 并 且在同一转速条件下不同节点处也不相同。 在对转子的结构和厚度多次修正后， 转子内 的相当应力趋于均匀合理， 最大应力为 空载超速试验， 转速 ， 负 载 工 作，转 速 ， 负 载 工 作，转 速 ， 设备加工完成后， 为了对转子的性能和 强度做进一步的验证， 采用电测法， 对转子 进行了应力测试。电测法测定旋转件应力 是工程研究、 设计、 排故中最为常见、 成熟而 万方数据 又可靠的一种方法， 其测试框图见图。 应变计 集流器 接线箱 通用数字测量仪 图应力测试框图 测试结果证明， 其应力强度由大到小分 布次序与有限元计算结果相符。在有限元 计算的最大应力处， 当转速为 ， 其 最大当量应力为 ， 当转速 ， 其最大当量应力为 ， 与有限元计算结果基本吻合。 设备规格和主要技术性能指标见表。 表设备规格和主要技术性能指标 名称和参数技术性能指标 规格 （转子相当直径）（ ） 转子最高工作转速 （ ） 转子最高圆周速度 （ ） 给料粒度 （ ） 电动机 型号 功率 （ ） 转速 （ ） 处理能力 （ ） 外形尺寸 （长宽高）（） 小型试验 为了解样机的实际破碎效果， 为工业生 产提供依据， 年在北京矿冶研究总院 进行了小型试验。受现场条件所限， 破碎试 验只能采用一段开路破碎流程。 试验采用转速为 和 ， 相应转子圆周线速度分别为 和 。这两个转速一般可满足破碎 需要， 与 破碎机的实际工作转速相 当。 破碎机的转子最高圆周速度虽 然也可达 ， 但实际工作中一般也只 用到 。 试样为大厂锡矿、 洛阳石英砂岩、 铝土 矿、 钢渣和废磁块等物料。主要物料的破碎 试验结果见表。 由表可见， 在 和 的转速下， 一段开路破碎不同硬度的物 料， 产品中新产生的合格粒级含量可达到 ， 破碎结果比较理想， 如 果采用闭路流程， 产品粒度可达到超细碎和 粗磨的要求。 图 “ “ 型立式 冲击破碎机给料和产品粒度组成曲线 给料；产品， 极软物料；产品， 软物料；产 品， 中硬物料； 产品， 硬物料；产品， 极硬物料 图 与 破碎机产品粒度 对比曲线 破碎机给料； 破碎极硬矿石产 品； 破碎极软矿石产品； 破碎大厂 锡矿给料； 破碎大厂锡矿产品； 破 碎钢渣给料； 破碎钢渣产品 将样机 立式冲击破碎机与国际 上最先进的 立式冲击破碎机中近似 规格的 “ “ 型产品的破碎 效果进行对比。后者的给料和产品粒度组 成曲线见图。将 在 转速 下破碎大厂锡矿和钢渣的给料和产品粒度 组成曲线绘制到图中， 可得到图。从图 分析可见， 的产品粒度曲线基本上 在 的产品粒度范围内， 钢渣的破碎 曲线还优于 的破碎曲线。由此可 见， 立式冲击破碎机的破碎效果达到 （下转第 页） 万方数据 生产实践 在试验研究的基础上， 改造原流程。原 流程为一段磨矿， 中矿顺序返回流程； 改造 后的流程为一段磨矿， 粗精矿再磨的阶段磨 矿流程。两个流程的综合生产指标对比见 表。 表结果表明， 流程改造后， 萤石精矿 质量有所提高的情况下， 萤石回收率提高 。但是， 由于现场供矿为多点配矿， 原矿 性质变化较大， 所以， 流程改造后的生产指 标与试验指标有一定差距， 尚待进一步探 索。 表改造前后综合生产指标对比 （） 流程名称产率 品位 回收率 原流程 精矿 尾矿 原矿 改造后流程 精矿 尾矿 尾矿 原矿 结语 采用一段粗磨 （ ） 、 粗精 矿再磨的阶段磨矿流程是合理的， 是降低萤 石精矿的有效措施。 采用酸性水玻璃不仅使二氧化硅和 矿泥在弱酸性条件下得到很好的抑制， 而且 使萤石矿物的可浮性有所提高， 减少了捕收 剂的用量， 为产出高质量的萤石精矿创造了 有利的条件。 由于现场供矿为多点配合， 原矿性质 变化较大， 所以， 生产指标与试验指标仍有 一定差距， 有待进一步探索。 （上接第页） 表主要物料破碎试验结果 （） 内容大厂锡矿洛阳石英砂岩铝土矿钢渣废磁块 转速 （ ） 转子圆周速度 （ ） 给料粒度 （ ） 要求合格产品粒度 （ ） 给料中合格粒级含量 （） 产品中合格粒级含量 （） 新产生合格粒级含量 （） 注 废磁块给料由 和弧形 的不带磁性的磁块组成。 了 设备水平。 结语 立式冲击破碎机是一种新型 超细碎设备， 具有产品粒度细、 金属磨损轻 微、 过金属能力强等优点。 设计中运用了有限元计算， 转子强度 达到了要求。 制造中运用了无损探伤、 动平衡、 高 强度合金钢、 耐磨新材料等。 制造完成后对转子体进行了应力测 试， 进一步验证了其结构和强度。 通过小型试验证明， 其机械性能、 破 碎效果都达到了国际先进水平， 可作为超细 碎或粗磨设备。 万方数据