沈俊萍，王宇峰，李恒栓，劉寧

洛陽大華重型機(jī)械有限公司

摘要： 本文針對傳統(tǒng)立式復(fù)合破碎機(jī)在結(jié)構(gòu)原理上存在的問題，進(jìn)行了分析和論述，突破傳統(tǒng)的思維模式束縛，對立式復(fù)合破進(jìn)行了結(jié)構(gòu)原理的大膽創(chuàng)新，開發(fā)了PFL-Ⅲ系列高效立式復(fù)合破碎機(jī)，闡述了其結(jié)構(gòu)原理、特點(diǎn)和應(yīng)用,由現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)驗(yàn)證了新結(jié)構(gòu)的技術(shù)先進(jìn)性，使立式復(fù)合破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和技術(shù)性能有了質(zhì)的飛躍，引領(lǐng)了行業(yè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。 

關(guān)鍵詞：PFL-Ⅲ系列高效立式復(fù)合破碎機(jī)；高效；直通式多級連續(xù)破碎腔。

Development PFL-Ⅲ Series Complex Vertical Impact Crushers

SHEN Junping，WANG Yufeng，LI Hengshuan，LIU Ning

Luoyang  Dahua Heavy Type Machinery CO.,LTD.

Abstract： This article analyzed and discoursed upon the existent deficiencies in the structure and principle of traditional complex vertical impact crushers. Breaking through the shackles of traditional thinking mode, it made a bold innovation on the structural principles of the vertical impact crushers, developed the PFL-III Series Complex Vertical Impact Crushers and elaborate on its structure, principle, features and application. The technical advantage has been validated by the data collected on site and conducted to the technological progress and advancement in crusher industry.

Keywords：PFL-Ⅲ Complex Vertical Impact Crushers with high efficiency；high efficiency；a multi-stage continuous crushing chamber by directly passing.

 

作者簡介：沈俊萍，女，1968年生，本科，工程師，主要從事礦山機(jī)械破碎機(jī)的研究與開發(fā)。

一、前言

隨著立式復(fù)合破碎機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，傳統(tǒng)形式的立式復(fù)合破碎機(jī)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、性能、適用范圍等方面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會發(fā)展的需要，目前市場上立式復(fù)合破碎機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中存在的主要問題是：復(fù)合破的上、下破碎腔之間設(shè)置有隔板，當(dāng)破碎機(jī)工作時，上、下破碎腔之間的隔板易產(chǎn)生堵料現(xiàn)象，造成物料通過量小、產(chǎn)量低、設(shè)備能耗大等問題；二是復(fù)合破的上、下甩料盤的筋形狀不合理，接近外邊緣的筋磨損很快，造成壽命短、材料利用率低，增加用戶的設(shè)備維護(hù)工作量和使用成本。［1］

針對這些疑難問題，我們認(rèn)真分析研究了國內(nèi)外細(xì)碎技術(shù)，突破傳統(tǒng)的思維模式束縛，對立式復(fù)合破進(jìn)行了結(jié)構(gòu)原理的大膽創(chuàng)新，開發(fā)了PFL-Ⅲ系列高效立式復(fù)合破碎機(jī)，解決了傳統(tǒng)復(fù)合破的存在問題和不足，使立式復(fù)合破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和技術(shù)性能有了質(zhì)的飛躍。

二、結(jié)構(gòu)分析與對策

傳統(tǒng)立式復(fù)合破碎機(jī)的甩料盤和破碎腔的問題分析如下：

1、甩料盤結(jié)構(gòu)的分析

對于甩料盤結(jié)構(gòu)的材料利用率低、不耐磨的問題，我們根據(jù)甩料盤的實(shí)際磨損特性，對甩料盤的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計。

老型PFL的甩料盤結(jié)構(gòu)如圖1所示：由于甩料盤的筋靠近圓周邊緣的切線速度比內(nèi)側(cè)要高、磨損要快，材料利用率很低（不足10%），甩料盤筋的形狀和磨損位置如圖1所示。

新型PFL-Ⅲ的甩料盤結(jié)構(gòu)如圖2所示：甩料盤由甩料筋和甩料襯板圓周交叉均布組成，甩料筋磨損后可做甩料襯板用；甩料筋的形狀也進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計，根據(jù)其工作磨損特性（切線速度大、磨損相對就快），甩料筋的形狀設(shè)計為由里到外逐漸加寬、加高（如圖2所示），以實(shí)現(xiàn)同步磨損、提高材料利用率的的目的。

通過實(shí)踐證明，新型PFL-Ⅲ型甩料盤大幅度提高了材料利用率和壽命，材料利用率達(dá)50%以上，壽命比老型提高了近10倍，降低了用戶的使用成本和維修工作量。

2、破碎腔結(jié)構(gòu)的分析

目前大多立式復(fù)合破碎機(jī)的破碎腔結(jié)構(gòu)有兩種如圖3所示：a為上、下轉(zhuǎn)子圓柱形，b為上錐形、下圓柱形轉(zhuǎn)子，上、下轉(zhuǎn)子間的環(huán)形隔板或篦板將破碎腔分上、下兩部分，上下轉(zhuǎn)子圓周均布有錘頭，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子錘頭與反擊板之間形成環(huán)形間隙，且由上至下的間隙是由大到小，一般情況下，上部為中碎破碎腔，下部為細(xì)碎破碎腔。［2］、［3］

環(huán)形隔板或篦板的作用是：物料通過第一破碎腔破碎后，在環(huán)形隔板或篦板上自然形成堆積角，將物料導(dǎo)向下甩料盤，使其二次加速重復(fù)上一級的破碎過程。由于筒體高度的局限性，使上、下轉(zhuǎn)子間距較小，環(huán)形隔板或篦板距上轉(zhuǎn)子錘頭太近，不但形不成自然堆積角，反而經(jīng)常引起堵料和上錘頭的過度磨損。

下甩料盤的理論作用是：當(dāng)大塊物料通過上部腔的破碎作用后，碎至40mm左右，落到下甩料盤上獲得二次加速，使物料獲得足夠的能量并拋射到反擊板上實(shí)現(xiàn)沖擊破碎。若要實(shí)現(xiàn)沖擊破碎，物料必須獲得足夠的速度，對于沖擊破碎所需要的速度，目前國內(nèi)教材使用的公式是： 

                        ［4］

                          計算得：V = 31.8m/s。

式中：  V —— 礦石沖擊速度，m/s

     μ —— 礦石泊松比。（μ取0.25）

     γ —— 礦石密度，kg/m3。（γ取2400 kg/m3，）

     σ—— 礦石抗壓強(qiáng)度，Pa。（σ取160 MPa）

     E —— 礦石彈性模數(shù)。（E取80 GPa）

大多數(shù)礦石的泊松比為0.25左右，礦石的密度2200～3000 kg/m3，礦石的抗壓強(qiáng)度為160～250MPa，彈性模數(shù)為60～100GPa。

立式復(fù)合破碎機(jī)的下甩料盤的圓周切線速度υx一般為為28～40m/s，由于該處用于加速物料的下甩料盤是一個開式的盤狀結(jié)構(gòu)，物料在甩料盤上翻滾、滑動、摩擦現(xiàn)象嚴(yán)重（通過觀察甩料盤磨損情況，靠近邊緣的甩料筋磨損嚴(yán)重，且劃痕是接近“圓弧形”的拋物線狀），所以，甩料盤上物料的實(shí)際切線速度υx，要低于下甩料盤的圓周切線速度υx：

υx，=υx•β=（28～40）×0.7 = 19.6～28( m/s)

式中：υx，——物料的圓周切線速度，m/s。

    υx ——下甩料盤的圓周切線速度，m/s。（一般取28～40m/s）

    β ——物料的圓周切線速度系數(shù)。（一般取0.7）

由以上計算可知，下甩料盤上物料不能達(dá)到?jīng)_擊破碎所需的的切線速度，無法給物料提供足夠的推力使其獲得同轉(zhuǎn)子相同的切線速度，此時的下甩料盤充當(dāng)?shù)氖?ldquo;撒料器”，將落在其上面的物料撒向四周，起不到應(yīng)有的沖擊破碎作用。

立式復(fù)合破碎機(jī)的破碎過程是通過式破碎［5］，其破碎腔的設(shè)計理念要體現(xiàn)其破碎過程的通暢無阻，從而提高生產(chǎn)能力。根據(jù)以上分析，我們打破傳統(tǒng)的由隔板分為上、下兩破碎腔的結(jié)構(gòu)原理，將隔板去掉，為了使破碎粒度更細(xì)，增加了中轉(zhuǎn)子（如圖4所示），上、中、下轉(zhuǎn)子合并，與筒體反擊板形成直通式多級連續(xù)破碎腔，由上至下復(fù)合了打擊、反擊和擠壓、研磨的破碎形式，實(shí)現(xiàn)了物料的中碎、中細(xì)碎、細(xì)碎，使能量和空間得到充分利用，從而提高機(jī)器的性能。因其破碎過程為通過式破碎，物料的通過量大，通過速度快，因而產(chǎn)量就高，相對而言，能耗就少。此結(jié)構(gòu)不但可以解決堵料問題，減少了堵料引起的錘頭磨損，還取消了下甩料盤、降低筒體高度，充分利用破碎腔空間，達(dá)到最佳的破碎效果和提高產(chǎn)量。

由此開發(fā)出新結(jié)構(gòu)的PFL-Ⅲ系列高效立式復(fù)合破碎機(jī)。

三、PFL-Ⅲ系列高效立式復(fù)合破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)

1、用途

本機(jī)作為中硬物料的優(yōu)選細(xì)碎設(shè)備，用于破碎抗壓強(qiáng)度≤210MPa的巖石、礦石。如：石灰石、白云石、水泥熟料、鐵礦石、鉬礦石、鋁礦石、鵝卵石、磷礦石、銅礦石、燒結(jié)鎂砂、蛇紋石、生石灰、石膏、塊煤、沸石、砂巖等物料�？蓮V泛用于礦業(yè)、冶金、建材、耐材、水泥、煤炭、玻璃、化工、電力等行業(yè)。

2、結(jié)構(gòu)［1］(如圖4所示) 

本機(jī)是根據(jù)對物料進(jìn)行輸入能量逐級遞增和分級破碎的原理設(shè)計的。

本系列大型號破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子部由上、中、下三級轉(zhuǎn)子組成，中、小型號破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子部由上、下兩級轉(zhuǎn)子組成，以下結(jié)構(gòu)與工作原理按大型號破碎機(jī)介紹。

本機(jī)由電機(jī)傳動部、出料斗、機(jī)座部、底盤部、轉(zhuǎn)子部、筒體部、機(jī)蓋部等部件組成。電機(jī)為立式電機(jī)安裝在機(jī)座的一端，通過V帶驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸上裝有三個轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子位于筒體的中央，每個轉(zhuǎn)子的圓周裝有可調(diào)整間隙的錘頭，上轉(zhuǎn)子的頂面裝有甩料盤（由甩料筋和甩料襯板交叉均布組成）。機(jī)蓋上有兩個進(jìn)料斗；底盤固定在機(jī)座上，機(jī)座下方設(shè)有一出料斗。支撐主軸的兩個調(diào)心滾子軸承和一個推力軸承分別裝于機(jī)蓋和底盤的中央。筒體部由兩個對開的半圓筒體構(gòu)成，筒體上端聯(lián)接機(jī)蓋，下端聯(lián)接底盤，筒體可以打開，以便更換易損件和檢修；筒體內(nèi)壁安裝有上、中、下三層反擊板，分別包圍上、中、下轉(zhuǎn)子，并與轉(zhuǎn)子錘頭保持一定間隙。

3、工作原理［1］

工作時，固定在主軸上的轉(zhuǎn)子在電機(jī)驅(qū)動下按一定方向高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，塊狀物料由進(jìn)料斗落到甩料盤上，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的甩料盤筋的沖擊后，在離心力的作用下，被迅速拋向反擊板而產(chǎn)生撞擊。

物料經(jīng)反擊板上的斜面及重力作用下，沿斜下方被反彈到錐形轉(zhuǎn)子破碎腔，物料受到高速旋轉(zhuǎn)的上錘頭沖擊，使物料獲得足夠的動能后被拋向反擊板，并重復(fù)上述破碎過程，物料群在破碎腔內(nèi)互相撞擊得到再一次破碎，并在錐形空間做螺旋線下落。

物料進(jìn)入圓柱形轉(zhuǎn)子腔內(nèi)，對已破碎的顆粒進(jìn)一步細(xì)破碎、擠壓、研磨，再次重復(fù)上述破碎過程。如此高頻次的被上、中、下錘頭和反擊板的打擊、反擊、擠壓、研磨，使物料由大到小逐漸被破碎。由于物料在破碎腔內(nèi)受到錘頭和反擊板的沖擊，以及物料之間的相互碰撞，使物料沿其自然節(jié)理面、層理面發(fā)生破碎。當(dāng)破碎后的物料小于上轉(zhuǎn)子的排料間隙時，物料進(jìn)入中轉(zhuǎn)子破碎腔，進(jìn)行細(xì)碎。然后，物料進(jìn)入下轉(zhuǎn)子破碎腔，再次發(fā)生上述打擊、反擊、擠壓、研磨的破碎過程，所不同的是下轉(zhuǎn)子的錘頭圓周速度比第二級更高，物料所受的的的破碎力更大，間隙更小，擠壓、研磨的破碎效果更明顯，因此可使物料細(xì)碎得更小，最終被破碎成所要求的顆粒，排出機(jī)體。

4、特點(diǎn)

⑴ 破碎比大。最大進(jìn)料粒度80～240mm，出料粒度：物料≤3mm占70%以上。

⑵ 產(chǎn)量高。其破碎過程為通過式破碎，由于物料的通過量大，通過速度快，因而產(chǎn)量就高。相對而言，能耗就少。

⑶ 高效、節(jié)能。本機(jī)與磨機(jī)配套使用，可使磨機(jī)產(chǎn)量提高40%左右，系統(tǒng)電耗下降30%左右。

⑷ 易損件采用高硬度、高韌性多元合金耐磨材質(zhì),磨損少，壽命長。錘頭與反擊板間距可實(shí)現(xiàn)微調(diào),確保產(chǎn)品粒度均勻,錘頭的利用率大大提高,壽命增加5倍左右。

⑸ 本機(jī)通過對轉(zhuǎn)子部及破碎腔的優(yōu)化設(shè)計，形成多級連續(xù)破碎腔，使能量和空間得到充分利用，從而提高機(jī)器的性能。

⑹ 獨(dú)特的甩料盤結(jié)構(gòu)，由甩料筋和甩料襯板圓周交叉分布組成，甩料筋磨損后可做甩料襯板用，大大提高了材料利用率，降低了使用成本。

⑺ 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),噪音低,振動小,密封性好。操作方便,占地面積小，安裝和維修方便。

四、PFL-Ⅲ系列立式復(fù)合破碎機(jī)的應(yīng)用

1、PFL-Ⅲ系列立式復(fù)合破碎機(jī)的性能參數(shù)如表1：

表1  PFL-Ⅲ系列立式復(fù)合破碎機(jī)的性能參數(shù)

Tab.1 The performance parameters of PFL-III Series Complex Vertical Impact Crushers.

2、應(yīng)用

我們針對PFL老型和PFL-Ⅲ新型立式復(fù)合破碎機(jī)，通過現(xiàn)場多家用戶應(yīng)用，對冶金石灰、白云石、石灰石三種物料進(jìn)行大量測試，測試結(jié)果如表2（以PFL-1500和PFL-1500Ⅲ型為例）：

表2   PFL-1500和PFL-1500Ⅲ型立式復(fù)合破碎機(jī)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

Tab.1 The date collected at worksite of PEF-1500 and PFL-1500Ⅲ Complex Vertical Impact Crushers.

從以上三種物料取樣測試結(jié)果可見，PFL-Ⅲ型立式復(fù)合破碎機(jī)的破碎效果明顯高于PFL老型：通過量更大，出料粒度更細(xì)，充分顯示了新結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。

五、結(jié)語

通過實(shí)踐驗(yàn)證，新型PFL-Ⅲ系列高效立式復(fù)合破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)性能和應(yīng)用效果以及運(yùn)行可靠性和人性化操控性方面，相對于傳統(tǒng)立式復(fù)合破碎機(jī)有明顯優(yōu)勢。同時，在中硬物料的白云石和石灰石細(xì)碎制砂方面有較大的潛在優(yōu)勢（≤4mm的物料占比均在80％以上），與專業(yè)制砂機(jī)相比（≤5mm的物料成品率占比30～40％），PFL-Ⅲ系列高效立式復(fù)合破碎機(jī)有其破碎比大、出料粒度細(xì)、相對能耗低和磨耗低等優(yōu)勢，深受用戶的青睞，所以，PFL-Ⅲ系列高效立式復(fù)合破碎機(jī)應(yīng)用于中硬物料制砂是發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)

[1]  沈俊萍，田懷芬，李恒栓. 高效立式復(fù)合破碎機(jī)[P].中國，發(fā)明，ZL 200610017870.5. 2008年10月29日

[2]  郎寶賢，郎世平. 立軸式破碎機(jī). 破碎機(jī)[M]：北京 冶金工業(yè)出版社，2008:247-249.

[3]  徐方庭，沈俊萍. PFL型高效節(jié)能立式復(fù)合破碎機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用[C]. 石灰石礦、白云石礦專業(yè)委員會暨科技信息交流大會 論文集，貴陽. 2001：第29篇.

[4]  曾洪茂，周恩浦. 沖擊破碎機(jī)沖擊速度、沖擊時間、和破碎力的確定[C]. 破碎機(jī)械研究設(shè)計與維修，礦山機(jī)械雜志社編輯出版，2009：1158。

[5]  褚瑞卿.  LPM型立式粉碎機(jī).  建材通用機(jī)械與設(shè)備[M]：武漢理工大學(xué)出版社.1995：63.