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破碎理论及破碎机的研究现状与展望
2012-08-21
破碎机是物料破碎的主要设备,被广泛应用于冶金、矿山、建材、筑路、化学和硅酸盐行业中。文中针对破碎理 论及各式破碎机的研究现状进行了分析和总结,并针对目前存在的问题,提出了破碎理论及破碎机的发展方向。
第 2 26卷 第 10期 0 0 9年 1 0月 机 JOURNAL OF MACH INE DESIGN 械 设 计 Vol. 26  No. 10 Oct.   2009 3 破 碎 理 论 及 破 碎 机 的 研 究 现 状 与 展 望 2 1 高 强 ,张 建 华 ( 1. 天 津 渤 海 职 业 技 术 学 院 机 电 工 程 系 ,天 津 300402; 2. 河 北 工 业 大 学 机 械 工 程 学 院 ,天 津 300130) 摘 要 :破 碎 机 是 物 料 破 碎 的 主 要 设 备 ,被 广 泛 应 用 于 冶 金 、矿 山 、建 材 、筑 路 、化 学 和 硅 酸 盐 行 业 中 。文 中 针 对 破 碎 理 论 及 各 式 破 碎 机 的 研 究 现 状 进 行 了 分 析 和 总 结 ,并 针 对 目 前 存 在 的 问 题 ,提 出 了 破 碎 理 论 及 破 碎 机 的 发 展 方 向 。 关 键 词 :破 碎 机 ;破 碎 理 论 ;展 望 中 图 分 类 号 : TD451 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1001 - 2354 (2009) 10 - 0072 - 04   利 用 外 力 将 大 颗 粒 变 成 小 颗 粒 物 料 的 过 程 称 为 物 料 破 碎 , γ ——— 比 例 系 数 。 其 使 用 的 相 应 设 备 称 为 破 碎 机 。破 碎 机 被 广 泛 用 于 冶 金 、矿 山 、 煤 炭 、水 利 、建 筑 、建 材 、环 保 和 化 工 等 行 业 ,据 资 料 的 统 计 分 析 ,在 大 型 选 矿 厂 ,用 于 破 碎 粉 磨 的 生 产 费 用 通 常 占 全 部 费 用 破 碎 质 量 为 Q 的 矿 石 所 需 的 功 为 : Q 3 d ( k1D2 ) dA1 =γ δ k2D (2) [1 ] 50%以 上 ,其 投 资 约 为 选 矿 厂 投 资 的 50% ~ 60% ,由 此 可 考 虑 到 给 矿 和 破 碎 产 物 为 混 合 粒 群 ,采 用 平 均 直 径 进 行 计 算 ,积 分 后 得 : 的 看 出 ,其 在 相 应 生 产 工 艺 中 起 着 极 其 重 要 的 作 用 ,更 为 重 要 的 是 ,破 碎 过 程 还 决 定 着 后 续 工 艺 能 否 有 效 能 进 行 。 A1 = K1Q [ 1 - 1 ] (3) Dp Do 随 着 我 国 经 济 的 高 速 发 展 ,这 些 行 业 每 年 所 需 经 过 碎 磨 工 艺 处 理 的 物 料 呈 现 几 何 级 数 增 加 ,物 料 碎 磨 的 作 业 日 益 显 示 其 重 要 性 。影 响 破 碎 过 程 的 因 素 有 很 多 ,都 与 破 碎 设 备 性 能 相 关 联 。因 此 ,设 备 性 能 的 优 劣 将 极 大 地 影 响 到 工 作 效 率 和 能 耗 的 高 低 。基 于 设 备 的 节 能 降 耗 ,提 高 碎 磨 设 备 工 作 效 率 ,不 断 优 化 碎 磨 作 业 , 从 而 提 高 相 关 工 业 部 门 的 经 济 效 益 ,深 入 研 究 破 碎 理 论 并 研 制 开 发 新 型 、高 效 、节 能 和 环 保 的 现 代 碎 磨 设 备 具 有 非 常 重 要 的 现 实 2 γ k1 式 中 : K1 = δ k2 ; Dp , Do ——— 破 碎 产 物 的 平 均 直 径 和 给 矿 的 平 均 直 径 。 田 中 达 夫 于 1954年 根 据 极 限 表 面 理 论 ,即 当 粉 碎 颗 粒 达 到 一 定 细 度 时 ,颗 粒 会 出 现 微 塑 性 变 形 , 颗 粒 会 发 生 锻 焊 或 焊 合 作 用 而 相 互 聚 合 长 大 ,使 颗 粒 变 粗 ,把 该 细 度 范 围 称 作 粉 碎 极 限 ,提 出 了 有 界 粉 碎 能 耗 理 论 ,如 式 (4)所 示 : s∞ - so [ 2- 6 ] 意 义 。文 中 对 破 碎 理 论 及 破 碎 机 的 研 究 现 状 进 行 了 分 析 ,并 A = K1 ln (4) 针 对 目 前 存 在 的 问 题 提 出 了 破 碎 机 的 发 展 方 向 。 T s∞ s 式 中 : KT ——— 比 例 系 数 ; s∞ , so , s——— 极 限 比 表 面 积 ,给 料 的 比 表 面 积 ,产 物 的 比 表 面 积 。 1 破 碎 理 论 和 破 碎 机 的 研 究 现 状 Π . A. 列 宾 杰 尔 于 1962年 发 现 石 英 粉 碎 后 ,不 仅 存 在 极 限 比 表 面 积 ,也 存 在 塑 性 变 形 ,且 机 械 的 活 化 作 用 使 石 英 无 定 形 化 。 提 出 了 粉 碎 石 英 所 需 能 量 的 关 系 式 : 1 . 1  破 碎 理 论 的 研 究 现 状 针 对 破 碎 作 业 ,许 多 学 者 试 图 采 用 定 量 分 析 的 方 法 ,建 立 破 碎 理 论 假 设 ,揭 示 能 量 消 耗 与 物 料 粉 碎 状 态 之 间 的 内 在 联 ec s ec [ 7 ] ηΔ ε = (α ) ln ( so ) +α + (β l +σ ) s∞ (5) 系 。在 破 碎 理 论 的 研 究 上 ,主 要 有 三 大 粉 碎 功 耗 学 说 及 在 三 F F [ 3 ] 。 大 学 说 的 基 础 上 发 展 起 来 的 相 关 学 说 1) 面 积 学 说 。 式 中 :η ——— 机 械 效 率 ; ( Δ ε ——— 输 入 粉 碎 机 的 有 用 能 量 ; e——— 比 弹 性 变 形 能 ; Von R ittinger P R于 1867年 提 出 了 著 名 的 面 积 学 说 ,认 为 外 力 破 碎 物 体 所 做 之 功 将 转 化 为 新 生 表 面 积 上 的 表 面 能 ,故 粉 碎 能 耗 与 粉 碎 时 新 生 表 面 积 成 正 比 ,即 粉 碎 单 位 质 量 物 料 的 能 耗 与 新 生 的 比 表 面 积 成 正 比 ,如 式 (1) 所 示 : c——— 比 例 系 数 ; α F ——— 粉 体 形 状 系 数 ; β ——— 比 塑 性 变 形 能 ; l——— 无 定 形 层 的 厚 度 ; σ ——— 比 表 面 自 由 能 。 dA1 =γ dS (1) 式 中 : dA1 ——— 生 成 新 表 面 积 dS所 需 的 功 ; ural Gas Engineering, China U niversity of Petroleum (B eijing Cam pus) , B eijing 102249, China) coder be disp layed in the touching screen. U sing the servo2motor to control the traveling length of the embossing machine thus effectively lowered the failure rate of motor and enhanced the econom ic benefit and competitive strength of enterp rises. Abstract: A kind of new typed high p recision length control system of embossing machine was introduced. This device uses the serial communication system constituted by the p rogrammable controller and the touching screen to let the data collected by Key words: hot p ressing machine; PLC; touching screen Fig 7 Tab 0 Ref 4 “ J ixie Sheji”8773 3 收 稿 日 期 : 2009 - 06 - 23;修 订 日 期 : 2009 - 07 - 29 作 者 简 介 :高 强 (1963 - ) ,男 ,天 津 人 ,副 教 授 ,学 士 ,主 要 从 事 机 电 一 体 化 教 学 和 研 究 工 作 ,发 表 论 文 4篇 。 2 009年 10月 高 强 ,等 :破 碎 理 论 及 破 碎 机 的 研 究 现 状 与 展 望 73   面 积 学 说 着 重 在 物 料 破 碎 后 的 新 生 表 面 积 ,面 积 学 说 理 论 Tkavova K将 破 碎 过 程 看 作 一 个 物 理 化 学 过 程 来 研 究 ,认 为 破 碎 过 程 一 个 不 可 逆 的 热 力 学 过 程 。 1979年 首 次 从 热 力 学 的 角 度 研 究 了 破 碎 系 统 的 内 能 、熵 、自 由 焓 等 参 数 的 变 化 规 律 , 并 建 立 了 热 力 学 能 量 平 衡 方 程 式 : 认 为 破 碎 功 全 都 是 用 来 克 服 新 生 表 面 物 料 原 分 子 之 间 的 内 聚 力 。 这 一 理 论 在 较 大 破 碎 比 时 ,与 实 验 结 果 较 为 吻 合 。 ( 2)体 积 学 说 。 В. Л. 吉 尔 皮 切 夫 和 F. 基 克 (1885年 )认 为 ,外 力 粉 碎 物 料 所 作 的 功 ,完 全 用 于 使 物 料 发 生 变 形 ,当 变 形 能 储 至 极 限 ,物 料 即 被 破 坏 。 即 为 使 几 何 相 似 的 同 种 物 料 ,粉 碎 成 形 状 相 同 的 产 品 ,所 需 的 功 与 它 们 的 体 积 或 质 量 成 正 比 ,可 用 下 式 表 示 : A =Δ Um +Δ U i - Q (11) 式 中 :Δ Um ——— 被 破 碎 物 料 内 能 的 增 加 量 ; Δ U i ——— 粉 碎 介 质 内 能 的 增 加 量 ; Q ——— 热 损 失 。 dA2 = KdV (6) 1985年 加 巴 洛 夫 从 结 构 化 学 的 角 度 研 究 了 粉 碎 能 耗 问 题 , 建 立 了 关 系 式 : 式 中 : dA2 ——— 破 碎 体 积 为 dV的 物 体 所 需 要 的 功 ; K——— 比 例 系 数 。 N 1 N 2 a An = i∑=1j∑=1∫ijfij ( rij ) drij (12) 经 积 分 计 算 后 得 : 式 中 : An ——— 形 成 新 生 表 面 积 所 需 的 功 ; N1 ——— 构 成 i组 原 子 的 数 量 ; N2 ——— 构 成 j组 原 子 的 数 量 ; fij ( rij) ——— 原 子 间 的 相 互 作 用 力 ; r——— 原 子 间 的 距 离 。 A2 = K2Q [ lnDo - lnDp ] (7) 式 中 : K2 = 3δKDQ 体 积 学 说 以 弹 性 理 论 为 基 础 ,着 重 在 于 分 析 物 料 受 外 力 作 用 而 发 生 变 形 的 程 度 。 体 积 学 说 对 物 料 的 其 他 性 质 ,如 表 面 形 状 、质 地 等 未 考 虑 。 故 一 般 较 符 合 物 料 的 压 碎 和 击 碎 过 程 。 以 三 大 粉 碎 功 耗 学 说 为 代 表 的 传 统 破 碎 理 论 在 粉 碎 领 域 中 起 着 重 要 的 指 导 作 用 , 促 进 了 物 料 破 碎 技 术 的 发 展 。但 三 大 粉 碎 功 耗 理 论 都 有 各 自 的 适 用 范 围 , 具 有 一 定 的 片 面 性 , 已 不 能 满 足 破 碎 工 业 的 发 展 。因 此 ,建 立 完 整 的 、系 统 的 粉 碎 功 耗 理 论 ,全 面 揭 示 物 料 粉 碎 的 机 理 成 为 必 要 。 ( 3)裂 缝 学 说 。 1 952年 Bond F C根 据 一 般 碎 矿 和 磨 矿 设 备 得 到 的 实 验 数 据 ,建 立 了 经 验 公 式 : W i = W1 P ( 0 F ) P (8) 1. 2  破 碎 机 的 研 究 现 状 F - 破 碎 机 按 照 工 作 原 理 和 结 构 特 征 可 分 为 颚 式 破 碎 机 、旋 回 [ 式 中 : F——— 给 矿 的 80%能 通 过 方 筛 孔 的 宽 ; 8 ] 式 破 碎 机 、圆 锥 破 碎 机 、辊 式 破 碎 机 和 冲 击 式 破 碎 机 1) 颚 式 破 碎 机 。 。 P——— 破 碎 后 的 产 品 的 80%能 通 过 的 方 筛 孔 的 宽 ; ( W ——— 将 1 t粒 度 为 F的 给 矿 破 碎 到 产 品 粒 度 为 P所 消 耗 的 功 ; W i ——— 功 耗 指 标 。 美 国 人 B ake E W 发 明 了 颚 式 破 碎 机 ,由 于 其 结 构 简 单 、容 易 制 造 、工 作 可 靠 、使 用 维 修 方 便 等 优 点 ,在 矿 山 、冶 金 、建 材 、 筑 路 、水 利 、化 工 、煤 炭 多 种 行 业 中 得 到 广 泛 应 用 。 随 后 Bond F C对 建 立 的 经 验 公 式 进 行 进 一 步 的 解 释 :破 碎 矿 石 时 ,外 力 作 用 的 功 首 先 使 物 体 发 生 变 形 ,当 局 部 变 形 超 过 临 界 点 ,即 生 成 裂 口 ,裂 口 形 成 之 后 ,储 在 物 体 内 部 的 形 变 能 使 得 裂 口 扩 展 并 生 成 断 面 。 提 出 了 著 名 的 裂 缝 学 说 ,即 破 碎 物 料 所 消 耗 的 能 量 与 物 料 的 直 径 或 边 长 的 平 方 根 成 反 比 。 由 于 岩 矿 是 具 有 裂 缝 和 缺 陷 的 非 均 匀 固 体 ,因 此 岩 矿 实 际 承 受 的 极 限 破 碎 应 力 应 小 于 其 理 论 强 度 。 基 于 脆 性 物 料 的 尺 寸 效 应 及 韦 布 尔 的 统 计 推 断 , Holm s J A对 脆 性 物 料 的 破 碎 进 行 了 相 应 的 理 论 研 究 。 为 了 改 善 颚 式 破 碎 机 性 能 和 提 高 工 作 效 率 ,国 内 外 研 制 出 [ 9 ] 各 种 颚 式 破 碎 机 。主 要 有 :简 摆 双 腔 颚 式 破 碎 机 ,该 破 碎 机 不 仅 具 有 大 破 碎 比 、产 品 粒 度 细 ,而 且 使 间 歇 运 动 变 成 连 续 工 作 , 提 高 了 破 碎 机 工 作 效 率 ; 双 动 颚 颚 式 破 碎 机 , 该 破 碎 机 在 动 颚 破 碎 机 的 基 础 上 拆 除 了 破 碎 机 的 前 墙 , 由 2个 破 碎 机 对 置 而 成 ,并 在 偏 心 轴 上 设 计 了 一 对 开 式 齿 轮 , 保 证 了 两 动 颚 的 同 步 运 转 ,双 动 颚 颚 式 破 碎 机 具 有 可 强 制 排 料 、生 产 能 力 较 高 和 使 用 寿 命 较 长 等 特 点 ;外 动 颚 匀 摆 颚 式 破 碎 机 , 该 机 将 动 颚 与 连 杆 分 离 ,动 颚 为 连 杆 上 的 延 伸 部 分 , 因 此 改 变 机 构 参 数 即 可 调 整 动 颚 运 动 轨 迹 。连 杆 作 为 破 碎 机 的 边 板 , 并 把 动 力 传 递 给 动 颚 ,该 机 具 有 处 理 能 力 大 、外 型 低 、给 料 高 度 及 整 体 重 心 低 、破 碎 比 大 等 优 点 ;振 动 颚 式 破 碎 机 利 用 不 平 衡 振 荡 器 产 生 的 离 心 惯 性 力 结 合 高 频 振 动 对 矿 石 进 行 破 碎 , 具 有 破 碎 强 度 大 、破 碎 比 高 等 特 点 。 1 957年 Charles R I综 合 了 上 述 三 大 粉 碎 理 论 ,提 出 了 一 个 粉 碎 能 耗 的 普 遍 公 式 ,即 : dA = - C dx (9) N x 式 中 : C——— 与 粉 碎 机 械 有 关 的 系 数 ; x——— 物 料 粒 度 ; N ——— 与 物 料 特 性 有 关 的 系 数 。 积 分 可 得 : (2) 旋 回 式 破 碎 机 。 旋 回 式 破 碎 机 是 大 型 矿 石 破 碎 和 坚 硬 物 料 破 碎 的 典 型 设 D p dx A = D∫o - C xN (10) 当 N 分 别 取 2, 1和 1. 5时 ,就 可 分 别 得 到 Von Rittinger P R 备 ,广 泛 应 用 于 黑 色 、有 色 冶 金 、建 材 、化 工 和 水 利 等 行 业 。 旋 回 式 破 碎 机 由 上 机 架 构 成 定 椎 体 , 动 锥 安 装 在 主 轴 上 , 动 锥 和 定 锥 均 安 装 衬 板 , 构 成 破 碎 腔 , 由 电 动 机 通 过 传 动 装 置 带 动 动 锥 运 动 ,实 现 对 矿 石 的 连 续 破 碎 ,矿 石 靠 重 力 排 出 。由 于 旋 回 式 破 碎 机 采 用 连 续 破 碎 的 方 式 , 因 此 其 生 产 能 力 大 , 与 颚 式 破 碎 机 相 比 ,旋 回 式 破 碎 机 的 生 产 量 是 其 2倍 以 上 。因 此 ,旋 回 式 破 碎 机 主 要 具 有 大 破 碎 比 、高 产 量 、产 品 粒 度 细 、节 能 和 高 效 等 优 点 。 提 出 的 面 积 学 说 公 式 , В. Л. 吉 尔 皮 切 夫 与 F. 基 克 的 体 积 学 说 公 式 和 Bond F C的 裂 缝 学 说 公 式 。 由 于 面 积 与 体 积 破 碎 理 论 所 建 立 的 功 耗 数 学 模 型 过 于 简 单 ,不 能 全 面 反 映 物 料 粉 碎 的 实 际 情 况 ,而 Bond F C理 论 来 自 试 验 数 据 的 提 炼 与 总 结 ,故 物 料 粉 碎 的 能 耗 与 产 品 粒 度 的 关 系 也 较 符 合 实 际 情 况 。 ( 4)其 他 破 碎 理 论 。 7 4 机 械 设 计 第 26卷 第 10期 [ 10 ] : 日 本 神 户 、 德 国 目 前 , 旋 回 式 破 碎 机 的 制 造 商 有 Klupp、瑞 典 svedala、芬 兰 M etso等 。 大 粉 碎 功 耗 理 论 都 有 各 自 的 适 用 范 围 , 具 有 一 定 的 片 面 性 , 随 着 科 技 的 发 展 ,三 大 粉 碎 功 耗 学 说 所 代 表 的 传 统 破 碎 理 论 已 不 能 满 足 破 碎 工 业 的 发 展 。粉 碎 过 程 是 一 个 十 分 复 杂 的 物 理 化 学 过 程 。因 此 ,需 要 在 多 学 科 支 持 下 建 立 完 整 的 、系 统 的 粉 碎 功 耗 理 论 ,全 面 揭 示 物 料 粉 碎 的 机 理 。 ( 3) 圆 锥 破 碎 机 。 [11 - 13 ] 圆 锥 式 破 碎 机 可 用 于 破 碎 细 碎 和 中 碎 等 不 同 硬 度 的 物 料 ,是 一 种 连 续 作 业 ,效 率 较 高 的 破 碎 设 备 ,在 矿 山 企 业 中 应 用 非 常 广 泛 。 对 于 我 国 许 多 中 小 矿 山 矿 主 而 言 , 由 于 资 金 有 限 , 多 集 中 在 小 型 破 碎 机 的 研 究 上 ,而 业 内 人 士 一 致 公 认 国 际 上 的 破 碎 设 备 正 在 向 大 型 化 、高 产 、高 效 及 节 能 降 耗 等 方 向 发 展 。因 此 , 大 型 破 碎 设 备 ,如 大 型 旋 转 破 碎 机 、圆 锥 破 碎 机 市 场 基 本 被 国 外 公 司 占 领 。 弹 簧 式 圆 锥 破 碎 机 由 内 锥 、外 锥 和 动 力 部 分 组 成 , 利 用 安 装 在 主 轴 上 的 偏 心 套 驱 动 动 锥 做 旋 摆 运 动 ,动 锥 衬 板 时 而 靠 近 时 而 离 开 固 定 锥 衬 板 ,使 得 物 料 在 腔 内 不 断 被 挤 压 和 弯 曲 , 从 而 产 生 破 碎 。液 压 圆 锥 破 碎 机 简 化 了 破 碎 机 的 结 构 , 利 用 液 压 装 置 调 整 排 矿 口 ,目 前 液 压 圆 锥 破 碎 机 主 要 有 底 部 单 缸 、上 部 单 缸 、周 边 单 缸 、高 能 液 压 圆 锥 破 碎 机 等 多 种 形 式 。 中 信 重 工 公 司 研 发 出 大 型 高 效 新 型 液 压 圆 锥 破 碎 机 ,该 破 碎 机 不 仅 破 碎 腔 深 、进 料 粒 度 大 、产 能 高 、破 碎 粒 度 均 匀 , 而 且 能 耗 少 ,能 够 适 应 多 种 复 杂 、恶 劣 工 况 、坚 硬 岩 石 的 破 碎 作 业 。 目 前 ,破 碎 机 的 发 展 主 要 存 在 如 下 问 题 : ( 1) 应 用 新 型 耐 磨 材 料 较 少 。 目 前 ,破 碎 机 常 选 用 常 规 的 高 铬 铸 铁 、超 高 锰 钢 等 。实 际 上 破 碎 机 中 一 些 易 磨 损 件 应 采 用 较 好 的 新 型 耐 磨 材 料 ,可 有 助 于 提 高 破 碎 机 的 使 用 寿 命 。因 此 ,对 破 碎 机 中 关 键 部 件 ,采 用 新 型 的 耐 磨 材 料 应 该 是 破 碎 机 发 展 中 的 一 个 方 向 。 ( 4) 辊 式 破 碎 机 。 [14 ] 辊 式 破 碎 机 利 用 2个 转 动 的 圆 柱 形 棍 子 , 矿 石 受 到 挤 ( 2) 计 算 机 辅 助 设 计 水 平 较 低 。 压 和 磨 剪 的 作 用 破 碎 , 当 矿 石 达 到 粒 度 要 求 则 从 两 辊 之 间 排 出 。按 辊 子 数 目 ,辊 式 破 碎 机 分 为 单 辊 、双 辊 和 双 段 三 辊 、双 段 四 辊 4种 ,按 照 辊 面 形 状 ,分 为 光 面 辊 机 和 齿 面 辊 机 两 种 。辊 式 破 碎 机 具 有 结 构 简 单 、紧 凑 、轻 便 、工 作 可 靠 、调 整 破 碎 比 较 方 便 、可 对 含 水 物 料 进 行 破 碎 等 优 点 。 众 所 周 知 ,采 用 现 代 设 计 方 法 ,如 计 算 机 辅 助 设 计 ,可 以 提 高 产 品 的 性 能 和 可 靠 性 ,缩 短 产 品 开 发 周 期 ,提 高 产 品 竞 争 力 。 目 前 ,利 用 计 算 机 进 行 二 维 设 计 已 经 十 分 普 及 ,然 而 ,利 用 三 维 绘 图 软 件 , 如 Pro/E进 行 设 计 的 较 少 , 对 破 碎 机 的 关 键 部 件 采 用 有 限 元 软 件 ANSYS 进 行 分 析 的 较 少 , 利 用 运 动 学 软 件 ADAM S对 整 机 进 行 动 力 学 分 析 的 也 较 少 。因 此 ,利 用 计 算 机 对 破 碎 机 进 行 优 化 设 计 的 研 究 应 该 进 一 步 加 强 。 MMD 双 齿 辊 式 破 碎 机 是 英 国 MMD 公 司 开 发 的 一 种 新 型 破 碎 机 ,与 传 统 破 碎 机 相 比 ,该 机 采 用 “ 体 积 压 缩 原 理 ”,利 用 剪 切 和 张 力 的 作 用 破 碎 物 料 。MMD 的 双 齿 辊 破 碎 机 的 齿 又 高 又 大 ,直 接 影 响 到 物 料 通 过 两 辊 间 隙 时 的 速 度 、吃 料 与 排 料 能 力 , 而 且 辊 间 间 隙 也 比 普 通 辊 式 破 碎 机 的 大 得 多 。该 型 破 碎 机 体 积 小 、功 耗 低 ,生 产 率 高 ,出 料 粒 度 均 匀 ,特 别 适 于 矿 山 破 碎 作 业 。 ( 3) 破 碎 机 的 制 造 工 艺 水 平 较 差 。 破 碎 机 的 制 造 水 平 是 研 发 先 进 破 碎 机 的 基 础 条 件 ,而 目 前 矿 石 机 械 中 ,多 为 粗 放 式 的 加 工 工 艺 ,且 缺 少 先 进 的 加 工 设 备 , 这 将 难 以 保 证 破 碎 机 的 加 工 精 度 ,破 碎 机 的 使 用 寿 命 和 运 行 的 稳 定 性 也 将 难 以 保 障 。因 此 , 提 高 破 碎 机 制 造 工 艺 水 平 也 需 提 高 。 ( 5) 冲 击 式 破 碎 机 。 [ 15 ] 利 冲 击 式 破 碎 机 分 为 锤 式 和 反 击 式 两 种 , 锤 式 破 碎 机 用 高 速 旋 转 的 锤 子 冲 击 和 物 料 自 身 撞 击 到 衬 板 而 破 碎 ,当 物 料 达 到 粒 度 要 求 后 ,从 下 部 的 筛 条 缝 隙 中 排 出 , 锤 式 破 碎 机 适 用 于 中 细 碎 中 等 硬 度 及 脆 性 的 物 料 ,具 有 生 产 效 率 高 、破 碎 比 大 、 构 造 简 单 、尺 寸 紧 凑 、功 耗 较 少 、维 护 简 单 等 优 点 。 反 击 式 破 碎 机 由 转 子 高 速 旋 转 , 物 料 进 入 后 , 与 转 子 上 的 板 锤 撞 击 破 碎 ,然 后 又 被 反 击 到 衬 板 上 再 次 破 碎 , 从 出 料 口 排 出 。反 击 式 破 碎 机 将 打 击 、反 击 、离 心 冲 击 、剪 切 、研 磨 有 机 结 合 在 一 起 ,具 有 破 碎 效 率 高 , 出 料 细 而 均 匀 , 易 损 零 件 少 , 维 护 保 养 方 便 ,能 耗 低 等 特 点 。目 前 ,反 击 式 破 碎 机 分 为 立 式 和 卧 式 两 种 。 3 结 论 在 冶 金 矿 山 、建 材 、筑 路 、化 学 和 硅 酸 盐 行 业 中 , 破 碎 机 是 物 料 破 碎 的 主 要 设 备 。从 国 内 破 碎 机 的 现 状 及 发 展 前 景 来 看 , 国 内 破 碎 机 还 有 很 大 的 发 展 空 间 ,同 时 也 需 要 一 段 时 间 的 积 累 和 探 索 ,要 缩 小 差 距 并 赶 超 国 外 先 进 技 术 ,必 须 增 加 投 入 ,加 强 破 碎 基 础 理 论 的 研 究 ,提 高 耐 磨 材 料 性 能 ,提 高 制 造 工 艺 水 平 , 利 用 计 算 机 对 破 碎 机 进 行 优 化 设 计 的 研 究 ,借 以 提 高 产 品 性 能 和 可 靠 性 ,并 扩 大 使 用 范 围 ,是 积 极 参 与 竞 争 、开 发 中 国 破 碎 机 市 场 的 关 键 。 自 冲 击 破 碎 机 由 涡 动 破 碎 腔 、进 料 分 料 装 置 、转 子 旋 冲 器 、 动 力 传 动 装 置 、机 架 等 组 成 。自 冲 击 破 碎 机 是 利 用 石 料 与 石 料 之 间 的 冲 击 破 碎 。一 部 分 石 料 通 过 高 速 旋 转 装 置 获 得 动 能 , 另 一 部 分 则 通 过 落 下 的 石 料 冲 击 破 碎 ,在 破 碎 腔 内 的 石 料 形 成 石 料 自 衬 。自 冲 击 破 碎 机 最 显 著 的 特 点 主 要 表 现 在 破 碎 发 出 在 石 料 与 石 料 之 间 ,使 设 备 的 磨 损 损 耗 大 大 降 低 ,减 少 了 维 修 ,延 长 了 设 备 寿 命 。 针 对 目 前 物 料 破 碎 理 论 和 各 种 破 碎 机 的 研 究 现 状 进 行 了 分 析 和 总 结 ,并 针 对 目 前 存 在 的 问 题 , 提 出 了 破 碎 理 论 及 破 碎 机 的 发 展 方 向 。 参 考 文 献 [ [ 1 ]  瓦 伊 斯 别 尔 格 . 选 矿 前 矿 石 准 备 技 术 与 工 艺 新 进 展 [J ]. 国 外 金 属 矿 选 矿 , 2002 (9) : 34 - 39. 2 破 碎 理 论 及 破 碎 机 的 发 展 趋 势 2 ]  母 福 生 . 破 碎 理 论 的 研 究 现 状 及 发 展 要 求 [J ]. 硫 磷 设 计 与 粉 体 工 程 , 2006 (4) : 20 - 24. 以 三 大 粉 碎 功 耗 学 说 为 代 表 的 传 统 破 碎 理 论 在 粉 碎 领 域 中 起 着 重 要 的 指 导 作 用 ,促 进 了 物 料 破 碎 技 术 的 发 展 。然 而 ,三 [3 ]  母 福 生 . 破 碎 粉 磨 技 术 进 展 [J ]. 矿 山 机 械 , 2003 (4) : 6 - 8. 第 2 26卷 第 10期 0 0 9年 1 0月 机 JOURNAL OF MACH INE DESIGN 械 设 计 Vol. 26  No. 10 Oct.   2009 3 形 状 记 忆 合 金 在 结 构 阻 尼 性 能 优 化 中 的 应 用 1 , 2 3 2 杨 树 莲 ,任 勇 生 ,侯 志 强 ( 1. 山 东 工 商 学 院 计 算 机 基 础 部 ,山 东 烟 台 264005; 2. 海 军 航 空 工 程 学 院 研 究 生 管 理 大 队 ,山 东 烟 台 264001; 3 . 山 东 科 技 大 学 机 械 电 子 工 程 学 院 ,山 东 青 岛 266510) 摘 要 :文 中 研 究 了 通 过 嵌 入 N iTi - SMA丝 提 高 自 由 阻 尼 层 结 构 损 耗 性 能 的 方 法 。首 先 描 述 了 普 通 阻 尼 层 材 料 的 贮 能 模 量 及 损 耗 因 子 随 温 度 变 化 规 律 。基 于 一 维 SMA的 B rinson模 型 给 出 了 N iTi - SMA丝 受 限 回 复 应 力 的 计 算 公 式 ,建 立 了 含 N iTi - SMA丝 的 自 由 阻 尼 处 理 梁 结 构 损 耗 因 子 的 计 算 公 式 。通 过 数 值 计 算 揭 示 了 含 N iTi - SMA丝 的 聚 氨 脂 自 由 阻 尼 处 理 梁 的 耗 散 特 性 ,分 析 了 N iTi - SMA丝 含 量 及 阻 尼 层 厚 度 对 自 由 阻 尼 处 理 梁 耗 散 特 性 的 影 响 。结 果 表 明 ,埋 入 N iTi - SMA丝 之 后 ,阻 尼 结 构 的 损 耗 因 子 得 到 了 显 著 提 高 。 关 键 词 :形 状 记 忆 合 金 ;自 由 阻 尼 处 理 ;损 耗 因 子 ;弹 性 模 量 中 图 分 类 号 : TB 3; TH14 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 : 1001 - 2354 (2009) 10 - 0075 - 04   自 由 阻 尼 层 结 构 就 是 将 一 层 具 有 大 阻 尼 的 材 料 直 接 粘 附 的 特 性 是 具 有 形 状 记 忆 效 应 (SM E) ,以 及 与 之 相 关 的 超 弹 性 特 性 。在 实 际 应 用 中 通 过 将 SMA 丝 或 颗 粒 作 为 增 强 纤 维 嵌 入 树 脂 、金 属 及 复 合 材 料 的 基 体 中 ,组 成 由 SMA丝 、普 通 粘 弹 性 阻 尼 材 料 和 基 体 复 合 而 成 的 混 杂 复 合 材 料 阻 尼 结 构 ,利 用 SMA 丝 在 变 温 下 的 回 复 应 力 和 弹 性 模 量 变 化 可 以 自 动 修 改 结 构 的 刚 度 特 性 。由 于 自 由 阻 尼 层 处 理 的 损 耗 因 子 与 阻 尼 层 的 刚 度 (弹 性 模 量 ) 有 关 ,那 么 通 过 嵌 入 的 SMA丝 调 节 阻 尼 层 的 刚 度 性 能 就 可 以 改 善 自 由 阻 尼 层 处 理 的 损 耗 特 性 , 从 而 实 现 对 结 构 的 变 形 、噪 声 和 振 动 响 应 等 的 控 制 ,而 且 具 有 阻 尼 性 能 良 好 、质 量 轻 在 需 要 作 减 振 降 噪 处 理 的 机 器 零 件 或 结 构 件 上 ,当 结 构 产 生 弯 曲 振 动 时 ,阻 尼 层 材 料 随 基 本 层 一 起 振 动 , 在 阻 尼 层 内 部 产 生 拉 压 变 形 ,阻 尼 材 料 将 机 械 能 转 变 为 热 能 , 从 而 起 到 耗 能 的 作 用 。自 由 阻 尼 层 结 构 结 构 简 单 ,施 工 方 便 ,尤 其 对 结 构 复 杂 的 薄 壳 表 面 ,更 体 现 出 它 的 优 越 性 。进 行 结 构 阻 尼 处 理 的 最 根 本 目 的 是 使 设 备 具 有 良 好 的 阻 尼 减 振 效 果 ,而 衡 量 结 构 阻 尼 减 振 效 果 的 最 重 要 指 标 是 系 统 的 损 耗 因 子 。对 于 选 定 的 粘 弹 性 阻 尼 材 料 来 讲 ,材 料 本 身 的 损 耗 因 子 是 确 定 的 ,于 是 ,为 了 寻 求 自 由 阻 尼 处 理 结 构 最 佳 的 阻 尼 效 果 , 往 往 要 求 增 加 阻 尼 层 厚 度 , 这 必 定 是 以 结 构 质 量 的 增 加 为 代 价 的 。形 状 记 忆 合 金 (SMA ) 最 显 著 [ 1 - 4 ] 的 优 点 。 [ [ [ [ [ 4 ]  赵 昱 东 . 破 碎 机 械 在 金 属 矿 山 的 使 用 与 发 展 [J ]. 矿 业 快 报 , 2005 5) : 1 - 6. [15 ]  柴 增 田 ,于 立 国 . 破 碎 机 锤 头 生 产 工 艺 发 展 现 状 [J ]. 矿 山 机 械 , 2005 (1) : 24 - 26. ( 5 ]  李 爱 芝 ,黄 新 平 ,李 霞 ,等 . 水 泥 熟 料 破 碎 机 生 产 研 究 现 状 及 发 展 趋 势 [J ]. 机 械 工 程 师 , 2005 (3) : 12 - 13. Curren t sta tus and prospects on the study of crush theory and crusher 6 ]  郎 宝 贤 ,郎 世 平 . 国 内 外 破 碎 机 的 差 距 与 发 展 趋 势 [J ] . 矿 山 机 1 GAO Q iang , ZHANG J ian2hua 2 械 , 2004 (9) : 71 - 73. 7 ]  蔡 赟 烽 ,胡 明 振 , 刘 超 , 等 . 破 碎 理 论 与 数 学 模 型 发 展 综 述 [J ]. 黑 龙 江 科 技 信 息 , 2008 (4) : 48 - 49. ( 1. Department of Electro2Mechanical Engineering, Tianjin Bohai Institute of Vocational Technology, Tianjin 300402, China; 2. School of Mechanical Engineering, Hebei Polytechnic University, Tianjin 300130, China) 8 ]  连 钦 明 , 孙 成 林 ,王 清 发 . 破 碎 机 械 的 回 顾 与 展 望 [J ]. 有 色 矿 冶 , 2005 (7) : 45 - 46. [ [ 9 ]  郎 宝 贤 . 颚 式 破 碎 机 现 状 与 发 展 [J ]. 矿 山 机 械 , 2004 (1) : 9 - 10. 10 ]  夏 晓 鸥 ,罗 秀 建 ,唐 威 . 日 本 破 碎 设 备 制 造 发 展 概 况 [J ] . 国 外 金 属 选 矿 , 2000 (1) : 2 - 5. Abstract: The crusher is the main device for materials breaking and is beingwidely app lied to industries ofmetallurgical m ines, building materials, road construction, chem icals and silicate. Analysis and summary were carried out in this paper on the crushing theory and current status of research and aimed at the currently existed p roblem s the crushing theory and develop ing direction of crusher were put forward. [ [ [ [ 11 ]  郎 宝 贤 . 圆 锥 破 碎 机 现 状 和 发 展 方 向 [J ]. 矿 山 机 械 , 2001 (1) : 2 1 - 22. 12 ]  赵 昱 东 . 圆 锥 破 碎 机 的 新 发 展 [J ]. 中 国 钨 业 , 2004 (2) : 42 - 5. 13 ]  李 伯 奎 ,陈 前 亮 ,谷 勇 霞 . 单 缸 液 压 圆 锥 破 碎 机 的 现 状 及 发 展 趋 [J ]. 矿 山 机 械 , 2006 (4) : 14 - 15. 14 ]  赵 显 东 . 新 型 高 效 破 碎 设 备 综 述 [J ]. 矿 山 机 械 , 2004 (4) : 22 - 23. 4 势 Key words: crusher; crushing theory; p rospect Fig 0 Tab 0 Ref 15 “ J ixie Sheji”9396 3 收 稿 日 期 : 2008 - 12 - 05;修 订 日 期 : 2009 - 04 - 28 基 金 项 目 :山 东 省 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( Y2006F37) ;国 家 安 全 生 产 监 督 管 理 总 局 安 全 生 产 科 技 发 展 指 导 性 计 划 资 助 项 目 (08 - 122, 07 - 83) ;山 东 工 商 学 院 2008年 校 内 重 点 资 助 项 目 作 者 简 介 :杨 树 莲 (1966 - ) ,女 ,山 西 离 石 人 ,副 教 授 ,研 究 方 向 :振 动 分 析 与 控 制 ,系 统 检 测 及 故 障 诊 断 ,发 表 论 文 30余 篇 。 3
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