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破碎机的起源和发展历程

  破碎机的功耗学说,也称破碎理论,是研究破碎过程与破碎能量消耗关系的学说。虽然人类使用破碎工具已有上千年的历史,但提出破碎理论还是上个世纪的事情。由于破碎是物料粒度减小的过程,所以要对物料加外力以克服物料内部质点间的内聚力,也就是对物料做功,功转变形能,当变形达到极限时破碎才能发生。

  物料破碎是一个历史悠久的话题。早在20世纪50年代艾利斯-查尔默斯企业就开始大规模研究破碎工作,60年代得出具有重大意义的结论。随着研究的深入,人们熟知了高功率的破碎作业,可以用来改善能源效率和降低生产成本。B. H.Bergstrom在研究单颗粒破碎时发现,在空气中一次破碎的碎片撞击金属板时 明显地产生二次破碎,一次破碎的碎片具有的动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翼破碎物料。我国胡景昆和徐小荷研究颗粒的粉碎时得出结论,静压粉碎效率为100%,单次冲 击效率在35%~40%左右。为了节约能量,提高粉碎效率,应多用静压粉碎,少用冲击粉碎。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“料层粉碎的理论”已为粉碎界 的公认,根据料层粉碎理论研制的新设备有美国诺德伯格企业的旋盘圆锥破碎机、俄 罗斯的惯性圆锥破碎机等。

  多碎少磨的原则引导研制以料层粉碎原理的新型 破碎机是当前主要方向。1996年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》一文,编辑认为破碎理论的研究应归结为3个大的方 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变革。

  1982年B.Mandelrot提出分形理论应用在岩 石 理论研究方面,而编辑把它应用在破碎理论上。经过研究,编辑成功地运用了分形理论推导 了强度与缺陷分布分维数之间关系,建立了粉碎颗粒粒度分布模型,找到了分维数、分布 指数与破碎概率之间的关系,用颗粒表面分维数Ds将3个功耗理论统一起来。

  为了优化颚式破碎机工作,马少健和陈炳辰利用实验室小型复摆颚式破碎机,分别进行单颗粒给料、窄粒级给料和混合粒级给料的破碎试验,研究结果是:(1)影响颚式破碎机产物粒度特性的因素除物料自身硬度以外,还与包括给料粒度大小、组成、排矿口尺寸以 及破碎腔内物料的松散状态有关;(2)在颚破机破碎物料时,无论是料层破碎还是单颗粒破碎,给料粒度增大,产物粒度变小。因此,生产中应根据给料粒度选择适宜规格的颚式破碎机和调节排料矿口尺寸;(3)料层破碎较单颗粒破碎更能降低破碎产物粒度。因此生产中应尽量维持破碎机的破碎腔内适宜的料层,以减小破碎产物粒度。

  粉碎(包括破碎和磨碎)是当代飞速发展的经济社会必不可少的一个工业环节。在各种金属、非金属、化工矿物原料及建筑材 料的加工过程中,粉碎作业要消耗巨大的能 量,而且又是个低效作业。物料粉碎过程中,由于作业中产生发声、发热、振动和摩擦等作 用,使能源大量消耗。因而多年来界内人士一直在研究如何达到节能、高效地完成破碎和磨碎过程。从理论研究到创新设备(包括改造旧有的设备)直至改变生产工艺流程。

  目前破碎 理论、工艺和设备的研究主要着重于:(1)研究在破碎中节能、高效的理论,也力求找出新 理论突破人们已熟知的破碎三大理论;(2)研究新的非机械力的高能或多力场联合作用的破碎设备,目前还没见有工业化的设备,只是研究阶段;(3)改进现有设备,这方面经常是根 据用户自己需要来进行,而不见市场上大规模生产或研制新设备。

  破碎过程是复杂的,因此即使在适用的范围内其结果也只是近似的,还须用实际资料加以校虽然如此,但这些功耗学说还是将物料强度,入料粒度、排料粒度及功耗等重要指标联系起来了,在一定程度上反映了破碎过程的实质,只要认清它们的重要性及不足,正确运用,就可以为分析研究破碎过程提供理论依据和方法。

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