碎磨是礦物加工過程中的第一道工序，礦物只有被解離到一定的粒度，其有用成分才能被充分利用。而碎磨過程也是整個(gè)礦物加工過程中電耗、鋼耗等原材料消耗最大的工段，據(jù)專家估算，碎磨階段處理每噸原礦的電耗平均約為16.OkW h，占選礦廠總電耗的40%左右。因此碎磨工程領(lǐng)域的節(jié)能降耗意義重大，可產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在這一迫切需求下，多碎少磨理論已得到公認(rèn)，并有一系列相應(yīng)的新型破碎機(jī)涌現(xiàn)，其中立式?jīng)_擊破碎機(jī)以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和工作原理，使礦物實(shí)現(xiàn)了完全的自粉碎，碎后產(chǎn)品粒度可以達(dá)到- 4mm，從而充分體現(xiàn)了多碎少磨、節(jié)能降耗的思想。
立式?jīng)_擊破碎機(jī)最早是由新西蘭Tidco公司研制的，其Barmac高強(qiáng)度自襯型立式?jīng)_擊破碎機(jī)將轉(zhuǎn)子線速度提高到100m/s，從而實(shí)現(xiàn)了完全的自粉碎，這種設(shè)備集破碎、磨礦為一體，產(chǎn)品粒度細(xì)，金屬磨損輕微，過金屬能力強(qiáng)。北京礦冶研究總院研制的LCP5立式?jīng)_擊破碎機(jī)，主要技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到了Barmac的水平，而且破碎試驗(yàn)結(jié)果證明，其破碎效果也達(dá)到了Barmac立式?jīng)_擊破碎機(jī)的水平。
1、結(jié)構(gòu)和工作原理
LCP5立式?jīng)_擊破碎機(jī)是一種新型沖擊式超細(xì)碎設(shè)備．適用于各種金屬礦、非金屬礦、化工礦物、水泥、建材原料、筑路筑壩石料、冶金渣和人工砂等脆性物料的粉碎，并可用于一些其它設(shè)備難以適應(yīng)的場(chǎng)合，例如極硬而脆的物料、含較多漂流金屬的物料和要求鐵污染較少的物料。LCP5立式?jīng)_擊破碎機(jī)的設(shè)計(jì)中運(yùn)用了有限元計(jì)算、應(yīng)力測(cè)試等先進(jìn)科技手段，在制造過程中還采用了高強(qiáng)度合金鋼、新型耐磨材料、無損探傷、動(dòng)平衡等新材料和方法，其結(jié)構(gòu)合理，性能優(yōu)良。該設(shè)備的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高，圓周線速度可達(dá)100m/s，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。由于轉(zhuǎn)速高，物料沖擊強(qiáng)度大，粉碎效率也高，工作中不僅其轉(zhuǎn)子內(nèi)部可形成物料襯，而且轉(zhuǎn)子外的破碎腔處也可形成物料襯，使金屬磨損減少到最低限度。
該設(shè)備主要由轉(zhuǎn)子2、主軸系統(tǒng)4、機(jī)架6、電機(jī)5、皮帶傳動(dòng)裝置7、潤(rùn)滑系統(tǒng)8和電控系統(tǒng)等部分組成。主要結(jié)構(gòu)和安裝尺寸見圖1。
設(shè)備工作時(shí)，電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)裝置帶動(dòng)主軸和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。將- 35mm的物料從給料口給入設(shè)備中，一部分物料通過給料筒垂直向下，從轉(zhuǎn)子上部的給料口進(jìn)入轉(zhuǎn)子，然后從轉(zhuǎn)子的出口被高速拋出到破碎腔處。另一部分物料沿給料部的階梯形結(jié)構(gòu)下滑，直接瀑落到轉(zhuǎn)子外的破碎腔處。堆積在破碎腔處的物料形成自襯。從轉(zhuǎn)子的出口被拋出的物料一方面在破碎腔的物料襯上沖擊粉碎，另一方面與上部瀑落的物料和經(jīng)自襯渦動(dòng)的物料在破碎腔中反復(fù)撞擊，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和磨剝作用。粉碎后的物料從下部排出。粉碎過程示意圖見圖2。
2、轉(zhuǎn)子強(qiáng)度計(jì)算
LCP5立式?jīng)_擊破碎機(jī)的設(shè)計(jì)中運(yùn)用了有限元計(jì)算，對(duì)其關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)子部分的強(qiáng)度進(jìn)行了反復(fù)核算，把轉(zhuǎn)子優(yōu)化為三角形結(jié)構(gòu)。由于轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度屬于線彈性問題，所以可以采用結(jié)構(gòu)分析通用有限元程序SAP5對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)轉(zhuǎn)子體的形狀和載荷條件的周期性特點(diǎn)，采用1／3轉(zhuǎn)子體進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，而用偽單元來保證轉(zhuǎn)子體切剖邊界上節(jié)點(diǎn)位移的周期性條件。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分圖見圖3。
轉(zhuǎn)子體在工作中的受力比較復(fù)雜，有以下幾種負(fù)荷：
(1)轉(zhuǎn)子體自重在高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心慣性力；
(2)物料沿物料襯高速運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)物料襯產(chǎn)生的壓力；
(3)物料襯在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)引起的離心慣性力；
(4)襯板在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)由自重產(chǎn)生的離心慣性力對(duì)上下板與側(cè)板交界處的作用力；
(5)耐磨體自重產(chǎn)生的離心慣性力對(duì)與它連接的出口板的作用力。
這些載荷隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速改變而不同，并且在同一轉(zhuǎn)速條件下不同節(jié)點(diǎn)處也不相同，在對(duì)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和厚度多次修正后，轉(zhuǎn)子內(nèi)的相當(dāng)應(yīng)力趨于均勻合理，最大應(yīng)力為：
空載超速試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速4365r/min，amax=164MPa
負(fù)載工作，轉(zhuǎn)速3446r/min，amax=130MPa
負(fù)載工作，轉(zhuǎn)速3031r/min，amax=100MPa
設(shè)備加工完成后，為了對(duì)轉(zhuǎn)子的性能和強(qiáng)度做進(jìn)一步的驗(yàn)證，采用電測(cè)法，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了應(yīng)力測(cè)試。電測(cè)法測(cè)定旋轉(zhuǎn)件應(yīng)力是工程研究、設(shè)計(jì)、排故中最為常見、成熟而又可靠的一種方法，其測(cè)試框圖見圖4。
測(cè)試結(jié)果證明，其應(yīng)力強(qiáng)度由大到小分布次序與有限元計(jì)算結(jié)果相符。在有限元計(jì)算的最大應(yīng)力處，當(dāng)轉(zhuǎn)速為3031r/min，其最大當(dāng)量應(yīng)力為amax=99. 9MPa，當(dāng)轉(zhuǎn)速3446r／min，其最大當(dāng)量應(yīng)力為amax - 152.6MPa，與有限元計(jì)算結(jié)果基本吻合。
設(shè)備規(guī)格和主要技術(shù)性能指標(biāo)見表1。
3、小型試驗(yàn)
為了解樣機(jī)的實(shí)際破碎效果，為工業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)，1998年在北京礦冶研究總院進(jìn)行了小型試驗(yàn)。受現(xiàn)場(chǎng)條件所限，破碎試驗(yàn)只能采用一段開路破碎流程。
試驗(yàn)采用轉(zhuǎn)速為2184r/min和2616r／min，相應(yīng)轉(zhuǎn)子圓周線速度分別為62.9m/s和75. 3m/s。這兩個(gè)轉(zhuǎn)速一般可滿足破碎需要，與Barmac破碎機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速相當(dāng)。Barmac破碎機(jī)的轉(zhuǎn)子最高圓周速度雖然也可達(dá)100m/s，但實(shí)際工作中一般也只用到60～70m/s。
試樣為大廠錫礦、洛陽石英砂巖、鋁土礦、鋼渣和廢磁塊等物料。主要物料的破碎試驗(yàn)結(jié)果見表2。
由表2可見，在2184r/min和2616r／min的轉(zhuǎn)速下，一段開路破碎不同硬度的物料，產(chǎn)品中心產(chǎn)生的合格粒級(jí)含量可達(dá)到31.89%～60.28%，破碎結(jié)果比較理想，如果采用閉路流程，產(chǎn)品粒度可達(dá)到超細(xì)碎和粗磨的要求。
將樣機(jī)LCP5立式?jīng)_擊破碎機(jī)與國(guó)際上最先進(jìn)的Barmac立式?jīng)_擊破碎機(jī)中近似規(guī)格的4800DUOPACTOR型產(chǎn)品的破碎效果進(jìn)行對(duì)比。后者的給料和產(chǎn)品粒度組成曲線見圖5。將LCP5在2616r/min轉(zhuǎn)速下破碎大廠錫礦和鋼渣的給料和產(chǎn)品粒度組成曲線繪制到圖5中，可得到圖6。從圖6分析可見，LCP5的產(chǎn)品粒度曲線基本上在Barmac的產(chǎn)品粒度范圍內(nèi)，鋼渣的破碎曲線還優(yōu)于Barmac的破碎曲線。由此可見，LCP5立式?jīng)_擊破碎機(jī)的破碎效果達(dá)到。
4、結(jié)語
1.LCP5立式?jīng)_擊破碎機(jī)是一種新型超細(xì)碎設(shè)備，具有產(chǎn)品粒度細(xì)、金屬磨損輕微、過金屬能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
2．設(shè)計(jì)中運(yùn)用了有限元計(jì)算，轉(zhuǎn)子強(qiáng)度達(dá)到了要求。．
3．制造中運(yùn)用了無損探傷、動(dòng)平衡、高強(qiáng)度合金鋼、耐磨新材料等。
4．制造完成后對(duì)轉(zhuǎn)子體進(jìn)行了應(yīng)力測(cè)試，進(jìn)一步驗(yàn)證了其結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度。
5．通過小型試驗(yàn)證明，其機(jī)械性能、碎效果都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，可作為超細(xì)碎或粗磨設(shè)備。
三門峽富通新能源銷售顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)、破碎機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
