1.緒論
粉碎是人類日常生活當(dāng)中不可缺少的獲得有價(jià)材料和各種礦物原料的重要手段。用于粉碎所需的基建費(fèi)用和生產(chǎn)費(fèi)用都相當(dāng)大。尤以電能消耗和設(shè)備磨損為主要指標(biāo)。專家們指出全世界每年在粉碎上所花電耗為總電能的3%。要求細(xì)的粉碎粒度，機(jī)械無故障運(yùn)轉(zhuǎn)以及設(shè)備微小磨損和節(jié)能是全世界粉碎工作者多年來共同研究的課題。而立軸沖擊式破碎機(jī)就是今年來逐漸興起的一種高效、可靠的破碎、粉碎設(shè)備。
1.1 立軸沖擊式破碎機(jī)簡介
立軸沖擊式破碎機(jī)(制砂機(jī))廣泛應(yīng)用于各種礦石、水泥、耐火材料、鋁礬土熟料、金剛砂、玻璃原料等高硬、特硬物料的中、細(xì)碎領(lǐng)域。在機(jī)制建筑砂、石料以及各種冶金礦渣的破碎中更是得到普遍使用，特別對中硬、特硬物料比其他類型的破碎機(jī)更具有優(yōu)越性，產(chǎn)量功效高。目前已經(jīng)替代錘式破碎機(jī)、對輥破碎機(jī)、棒磨機(jī)等傳統(tǒng)設(shè)備，成為制砂行業(yè)的主流設(shè)備。
圖1.1-1雙電機(jī)驅(qū)動的立軸沖擊破碎機(jī)
圖1.1-2 單電機(jī)驅(qū)動的立軸沖擊破碎機(jī)剖視圖
1.1.1 工作原理
立軸沖擊式破碎機(jī)由進(jìn)料斗、吊架、渦流破碎腔、葉輪體、主軸、底座、傳動裝置及電機(jī)部分組成。其工作原理是：物料由進(jìn)料斗進(jìn)入葉輪腔內(nèi)（途經(jīng)吊架處中心進(jìn)料管），由分料錐把物料以傘狀形式均勻地拋于葉輪流道內(nèi)，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪瞬間加速至 60 — 75 米 / 秒,從葉輪周圍的流道腔內(nèi)拋射出去，沖擊到渦流腔內(nèi)渦流襯層上，被物料襯層反彈，斜向沖擊到渦流腔的頂部，又改變其運(yùn)動方向，偏轉(zhuǎn)向下運(yùn)動，和葉輪流道腔內(nèi)拋出的物料形成連續(xù)的物料幕。這樣，一塊物料在渦流破碎腔內(nèi)受到兩次至多次破碎撞擊，被破碎的物料由下部排料口排出，經(jīng)循環(huán)篩分系統(tǒng)形成閉路，一般循環(huán)三次即可將物料破碎成為 4.75mm 以下。這種破碎機(jī)優(yōu)點(diǎn)是破碎比與耐磨襯板的磨損無關(guān)。由于這種特性，任何物料一無論其耐磨性能如何都可以很經(jīng)濟(jì)的使用轉(zhuǎn)子離心式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，獲得立方型顆粒含量.超過80%的高質(zhì)量產(chǎn)品。同時(shí)也提高了破碎面的比例。渦流腔內(nèi)部巧妙的氣流自循環(huán)，消除了粉塵污染。溢流給料并不需要增加破碎機(jī)的功率消耗和磨損費(fèi)用，溢流給料增加了破碎機(jī)腔內(nèi)部的顆粒密度，更有效的破碎更多的顆粒，提高了能量利用率。
圖1.1.1 破碎機(jī)破碎原理圖
1.1.2 結(jié)構(gòu)組成
立軸沖擊式破碎機(jī)主要由進(jìn)料斗、吊架、渦流破碎腔、葉輪體、主軸總成、底座、傳動裝置及電機(jī)等七部分組成。具體結(jié)構(gòu)見圖1.1.2（立軸沖擊式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)剖視圖）
圖1.1.2-1立軸沖擊式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)剖視圖
(1) 進(jìn)料斗
進(jìn)料斗的結(jié)構(gòu)為一倒立的棱臺體（或圓筒體），進(jìn)料口設(shè)置耐磨環(huán)，從給料設(shè)備的來料經(jīng)給料斗進(jìn)入破碎機(jī)。
(2) 吊架
吊架安裝在渦流破碎腔的中間葉輪的上部，物料經(jīng)中心入料管進(jìn)入葉輪，被加速到較高速度拋射出去，不增加功率消耗，增加生產(chǎn)能力，提高破碎效率，同時(shí)對葉輪上端面也起到保護(hù)作用。
(3) 渦流破碎腔
渦流破碎腔的結(jié)構(gòu)形狀為上、下兩段圓柱體組成的環(huán)形空間，葉輪在渦流破碎腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，渦流破碎腔內(nèi)也能駐留物料，形成物料襯層，物料的破碎過程發(fā)生在渦流破碎腔內(nèi)，由物料襯層將破碎作用與渦流破碎腔壁隔開，使破碎作用僅限于物料之間，起到耐磨自襯的作用。觀察孔是觀察葉輪流道發(fā)射口處拋料頭的磨損情況及渦流破碎腔頂部襯板的磨損情況，破碎機(jī)工作時(shí)必須將觀察孔密封關(guān)嚴(yán)。分料器固定在渦流破碎腔的上部圓柱段。葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生氣流，在渦流破碎腔內(nèi)通過分料器、葉輪形成內(nèi)部自循環(huán)系統(tǒng)。
(4) 葉輪
葉輪是由特殊材料制作的空心圓柱體，安裝在主軸總成上端，用圓錐套和鍵聯(lián)接傳遞鈕距，高速旋轉(zhuǎn)，葉輪是沖擊破碎機(jī)的關(guān)鍵元件。物料由葉輪上部分料器的中心入料管進(jìn)入葉輪的中心。由葉輪中心的分料錐體將物料均勻的分配到葉輪的各個(gè)發(fā)射流道，在發(fā)射流道出口，安裝有特殊材料制成的拋料頭，可以更換。葉輪將物料加速到60-75m/s拋射出去，沖擊到渦流破碎腔內(nèi)的物料襯層，進(jìn)行強(qiáng)烈的自粉碎，在分料錐和耐磨塊之間裝有上、下流道板，保護(hù)葉輪不受磨損。
圖1.1.2-2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)剖視圖(5) 主軸總成
主軸總成安裝在底座上，用以傳遞電動機(jī)經(jīng)由三角皮帶傳來的動力及支撐葉輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。主軸總成由軸承座、主軸、軸承等組成。
(6) 底座
渦流破碎腔、主軸總成、電動機(jī)、傳動裝置均安裝在底坐上，底座結(jié)構(gòu)形狀，中部為四棱柱空間，四棱柱空間的中心，用于安裝主軸總成，兩側(cè)形成排料通道。雙電動機(jī)安裝在底座縱向兩端，底座可安裝在支架上，也可直接安裝在基礎(chǔ)上。
(7)傳動裝置
采用單電機(jī)或雙電機(jī)驅(qū)動的皮帶傳動機(jī)構(gòu)(75KW 以上,為雙電機(jī)傳動),雙電機(jī)驅(qū)動兩臺電動機(jī)分別安裝在主軸總成兩側(cè),兩電機(jī)皮帶輪用皮帶與主軸皮帶輪相連,使主軸兩側(cè)受力平衡,不產(chǎn)生附加力矩。
(8)支架
根據(jù)破碎機(jī)工作場所不同--露天作業(yè)或室內(nèi)作業(yè)，可以考慮配置支架或不配置支架。
(9)潤滑系統(tǒng)
采用特級潤滑脂（滴點(diǎn)290～320度）集中潤滑，潤滑部位為主軸總成上部軸承和下部軸承兩處，為使注油方便，用油管引到機(jī)器外側(cè)，用于油泵定期加油。
1.1.3 應(yīng)用領(lǐng)域
（1）采石
立軸沖擊式破碎機(jī)是公認(rèn)的用于鋪路瀝青、混凝土，標(biāo)準(zhǔn)砂石等的優(yōu)質(zhì)骨料生產(chǎn)設(shè)備。能夠破碎多種物料，特別是堅(jiān)硬、磨蝕性強(qiáng)的巖石。破碎機(jī)的高速撞擊破碎能夠以最低成本生產(chǎn)高等級產(chǎn)品，同時(shí)降低了噪音和改善了石料粒形，減少產(chǎn)品含水量，便于后續(xù)篩分作業(yè)。
（2）工業(yè)礦石
立軸沖擊式破碎機(jī)能夠有效控制產(chǎn)品級配、產(chǎn)量高、運(yùn)行成本低，并能生產(chǎn)大量細(xì)粒級產(chǎn)品，因此立軸沖擊式破碎機(jī)特別適應(yīng)于工業(yè)礦石的加工領(lǐng)域。
在工業(yè)礦石加工領(lǐng)域，高磨蝕性的工業(yè)礦石加工行業(yè)特別受歡迎?，F(xiàn)在，在鉆石礦，成為從工業(yè)脈石提取鉆石的高效設(shè)備；在水泥行業(yè)，也成為節(jié)約成本、增加產(chǎn)量，生產(chǎn)磨機(jī)給料的首選細(xì)碎設(shè)備。
（3）礦山
在一臺設(shè)備中同時(shí)具備了破碎和碾磨的功能了可以加工幾乎所有的堅(jiān)硬、高磨蝕性，脆性物料和粘性物料。立軸沖擊式破碎機(jī)產(chǎn)量高，能夠生產(chǎn)細(xì)粒產(chǎn)品，可用于生產(chǎn)磨機(jī)給料、燒結(jié)給料、準(zhǔn)浸料等領(lǐng)域，成為替代高成本、低效率的碎磨設(shè)備的理想選擇。
（4）廢料回收
由于人們環(huán)保意識的不斷加強(qiáng)，廢料回收產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，立軸沖擊式破碎機(jī)正在成為廢料回收領(lǐng)域的重要一員，廢料回收不僅僅限于建筑廢料的回收，還包括玻璃、爐渣和其它具有可再生經(jīng)濟(jì)價(jià)值的廢料。是加工此類廢料的理想方法，并且多種配置能夠應(yīng)用干多種不同領(lǐng)域。
2．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
2.1 國內(nèi)立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)發(fā)展概況
近幾年來，國內(nèi)VSI機(jī)也有極大發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1) VSI機(jī)的國內(nèi)制造商越來越多，且各家公司的新產(chǎn)品小斷推出，其產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量也在穩(wěn)步增長；
(2)機(jī)器的規(guī)格逐漸大型化。如鄭州一帆公司的葉輪直徑己達(dá)1 300 mm，處理能力相應(yīng)增大，且排料中成品砂的百分比含量也達(dá)到先進(jìn)水平，接近50%；
(3)比較規(guī)范化的產(chǎn)品，其綜合品質(zhì)穩(wěn)定，小少廠商對機(jī)器的振動、噪聲、粉塵等開始控制，且易損件的使用壽命提高，有廠商報(bào)導(dǎo)，在處理河卵石時(shí)其外刀的使用壽命己超過200 h；
(4)機(jī)器的品種增多，小僅有石打石和石打鐵，而且開式葉輪在個(gè)別公司開始采用，其導(dǎo)向板的壽命達(dá)到正常使用要求。由于上述的因素，國內(nèi)客戶開始信任國產(chǎn)的VSI機(jī)，在部分使用場合，如中硬物料處理，先進(jìn)的國產(chǎn)設(shè)備可以與進(jìn)口設(shè)備抗衡；
目前，國內(nèi)市場上的VSI機(jī)從技術(shù)層面上可劃分為三種:自行開發(fā)的產(chǎn)品(包括仿制的)、中外合作產(chǎn)品和全部進(jìn)口的產(chǎn)品。當(dāng)砂石場生產(chǎn)規(guī)模越來越大之后，進(jìn)口設(shè)備的價(jià)格相對較高，己小成為客戶購買的阻力。而阻力來自使用的高成木和洋設(shè)備的難侍候。中外合作產(chǎn)品進(jìn)入國內(nèi)市場較晚，由于技術(shù)成熟，且易損件己國產(chǎn)化，中方合作者能為客戶選型把關(guān)，提供較良好的售后服務(wù)，彌補(bǔ)全進(jìn)曰設(shè)備的弊病，故顯示較強(qiáng)的市場競爭力。國內(nèi)自主開發(fā)產(chǎn)品盡管仿制而來，如果僅憑價(jià)格優(yōu)勢，小在技術(shù)上、質(zhì)量上與時(shí)俱進(jìn)，雖然目前市場上銷售數(shù)量占優(yōu)，但前景不容樂觀。
2.2 國外立軸式?jīng)_擊破碎機(jī)發(fā)展概況
立軸沖擊式破碎機(jī)(VSI)的一個(gè)重要市場促進(jìn)因素是提供立方體形的碎石，滿足超級鋪設(shè)材料的規(guī)范。在被集料經(jīng)營商廣泛認(rèn)可之后，當(dāng)前VSI的用戶和制造商正環(huán)繞著更滿意的形狀或更有收益的碎石來推VSI的應(yīng)用。
大型化的VSI機(jī)，具有靈活的機(jī)械性能、好的耐磨材料和零件設(shè)訓(xùn)、以及更有效的粉塵控制系統(tǒng)等，正推動VSI機(jī)在第四級、第二級甚至第二級(破碎)同路中的應(yīng)用，接近臥式反擊式破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)的水平。
改進(jìn)磨損率，是每一個(gè)VSI機(jī)制造商的首要目標(biāo)。通過給料管、分配板、轉(zhuǎn)子和導(dǎo)向板臺的綜合設(shè)訓(xùn)，來增加通過破碎機(jī)物料的處理量，以及通過在高磨損表面澆鑄復(fù)合陶瓷和鎢來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。此外，制造商己經(jīng)致力于制造更易獲得和更牢固的耐磨件替代品。
以下概述多個(gè)制造商宣稱他們在設(shè)訓(xùn)和操作上與其他VSI機(jī)的不同處。
(1) Cemeo
Cemeo公司7種VSI型號系統(tǒng)的頂端是Turho160, Turho175。重達(dá)77,000磅(約35t)的Turho175是一種“導(dǎo)向板與反擊板”的機(jī)器，石料槽可選擇，其導(dǎo)向板臺可以裝3一5個(gè)導(dǎo)向板，每件重136磅(62kg)的導(dǎo)向板，據(jù)稱，僅需2個(gè)螺栓固定，小需要其他固定來抗離心力和破碎力。通過速度和沖擊距離能夠變化來得到最好的破碎效果。該公司稱2臺Turbo 175 機(jī)器分別裝置800~1000馬力的動力，其通過量在800~1300t/h之間，己經(jīng)運(yùn)行1年以上。Turbo 160有相似的處理能力，但僅56000磅重，恰好滿足移動式。這兩種機(jī)器在處理石灰石時(shí)允許最大給料邊長均為7"(約180 mm )，Cemco公司正在Turbo 175機(jī)器上試驗(yàn)陶瓷導(dǎo)向板。
(2) Impact Service Corp
ISC公司最新的VSI機(jī)為130型，重86976磅(不包括電機(jī))，具有"130"(約3,300 mm)直徑的大圓桶和"61.25"直徑的轉(zhuǎn)臺，裝有266磅的導(dǎo)向板，ISC公司還介紹大轉(zhuǎn)臺的103型.70型和82型VSI機(jī)。103型的轉(zhuǎn)臺直徑54.5具有4個(gè)螺栓導(dǎo)向板緊固系統(tǒng)，在導(dǎo)向板的背面設(shè)有垂直鎖緊銷a ISC公司認(rèn)為這種新設(shè)訓(xùn)將允許更大的給料規(guī)格和更快的轉(zhuǎn)臺速度，70型和82型具有"48.5"的直徑轉(zhuǎn)臺，最多可裝7塊導(dǎo)向板來得到最細(xì)的產(chǎn)品，據(jù)ISC認(rèn)為，較大直徑的轉(zhuǎn)臺增加了導(dǎo)向板空間，可以減少每噸產(chǎn)品的拖動電流，可以增加通過量和降低成木。該公司為增加耐磨件壽命，正進(jìn)行系列的轉(zhuǎn)臺導(dǎo)向板、反擊板、內(nèi)帶鑲嵌式陶瓷的給料盤等研發(fā)。
(3) Kolbeng一Pioneer
該公司五種型號VSI機(jī)處理最人給料規(guī)格從"2"到"6"。其中二種型號(機(jī)器)既可以是標(biāo)準(zhǔn)型(導(dǎo)向板與反擊板)半一體型(閉合轉(zhuǎn)子與反擊板)也可以是全一體型(閉合轉(zhuǎn)子與混合巖石槽)結(jié)構(gòu)。該公司這種獨(dú)有的混合石料槽融合了“石打石”和“石打鐵”的破碎方式。在反擊板前面的沖擊區(qū)域，物料收集到石料槽上提供抗磨蝕性的保護(hù)。該公司認(rèn)為，反擊板從背面支撐所積聚的物料以增加破碎效果。該公司的VSI機(jī)可采用導(dǎo)向板轉(zhuǎn)臺或閉合轉(zhuǎn)子，閉合轉(zhuǎn)子的所有耐磨件全部螺栓緊固，包括可更換的碳化物條(外刀)。轉(zhuǎn)臺采用銷固定或螺母固定的導(dǎo)向板和可更換的襯板。
(4) Metso Minerals
該公司提供二個(gè)系列產(chǎn)品，巴馬克VSI破碎機(jī)為應(yīng)用的需要有“石打石”或“閉合轉(zhuǎn)子與反擊板”構(gòu)造。巴馬克的B系列產(chǎn)品具有一個(gè)閉合轉(zhuǎn)子和石料槽，以及一個(gè)瀑落的給料系統(tǒng)，轉(zhuǎn)移部分給料直接進(jìn)入破碎腔而繞過轉(zhuǎn)子。在破碎機(jī)運(yùn)行中，瀑落物料可由手動或自動插板系統(tǒng)調(diào)整。破碎機(jī)的其他調(diào)整還包括轉(zhuǎn)子速度和直徑，選擇破碎腔的中空環(huán)。操作控制系統(tǒng)可顯示振動和軸承、電機(jī)溫度。B系列的7種型號最大給料規(guī)格從3/4"到3"之間。美卓VI系列VIS機(jī)的4個(gè)型號允許最大給料規(guī)格從1.0"(閉合轉(zhuǎn)子)到6"(開式轉(zhuǎn)子)在同一種淚L架內(nèi)，可由開式轉(zhuǎn)子和反擊板變到NJ式轉(zhuǎn)子和石料槽。美卓VI系列獨(dú)有的圓柱形反擊板，當(dāng)半面磨損時(shí)可轉(zhuǎn)換。美卓公司稱:空氣流量的減少和在破碎機(jī)頭罩內(nèi)的再循環(huán)，使VI系列設(shè)計(jì)減少粉塵的排放。
(5) REMCO
該公司的巖石土和制砂土VSI機(jī)系列的“石打石”和ST/AR的“石打反擊板”VSI機(jī)許可給料量高達(dá)1500t/h，給料規(guī)格達(dá)4"。作為第二級或第四級同路的典型設(shè)備，機(jī)器所需動力從60馬力到1500馬力。該公司轉(zhuǎn)子可采用3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)或6個(gè)插入式設(shè)訓(xùn)的出口，小用螺栓安裝的鎢鋼片容易更換。該公司稱，硬質(zhì)的AR鋼替換頂部和底部耐磨盤減少了轉(zhuǎn)子體修理時(shí)焊接的工作量。4個(gè)或5個(gè)導(dǎo)向板轉(zhuǎn)臺也可采用ST/AR型。
ST/AR型(帶同轉(zhuǎn)頂蓋/反擊板圈)破碎機(jī)具有可翻轉(zhuǎn)的反擊板，設(shè)置在能上升或卜降的多個(gè)位置的反擊板圈上，以增加反擊板允許磨損量。所有的ST/AR型式都能從反擊板圈轉(zhuǎn)換為石打石腔型。該公司建議反擊板僅僅在物料含有磨蝕性成分小于15%時(shí)使用。15%指作巖石化學(xué)分析時(shí)硅、l和鐵的總的百分比
2.3 國內(nèi)外產(chǎn)品差距
對照國內(nèi)外主要VSI制造商所提供的產(chǎn)品性能，國產(chǎn)機(jī)與國外主要公司產(chǎn)品的差距是全方位的，主要表現(xiàn)在下列幾方面。
1.客戶服務(wù)
客戶服務(wù)，特別是售前的選型服務(wù)上。大多數(shù)國內(nèi)制造商目前開發(fā)的產(chǎn)品，基礎(chǔ)是仿制，往往“知其然而不知其所以然”。而對不同的客戶情況，由于缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，常常以小變應(yīng)萬變。造成同樣機(jī)器，不同客戶使
用效果不一樣?？蛻舻钠扑楹Y分系統(tǒng)的缺陷也會影響VSI機(jī)的使用。例如:當(dāng)系統(tǒng)未配置除鐵器時(shí)，鐵件進(jìn)入將損壞機(jī)器，當(dāng)系統(tǒng)供料粒度超過允許值時(shí)，會引起不正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)進(jìn)料中含有過多水分時(shí)，易損件將加劇磨損。當(dāng)進(jìn)料無法調(diào)節(jié)時(shí)，其小均勻性將影響機(jī)器的制砂效果等等。這些客戶必須注意的事項(xiàng)，國內(nèi)制造商往往不能像他們的國外同行那樣，在客戶選型時(shí)詳細(xì)說明，從而也損害了國產(chǎn)VSI機(jī)聲譽(yù)。
2.產(chǎn)品規(guī)格和性能
在產(chǎn)品規(guī)格和使用性能上，特別在機(jī)器的大型化方面。將國外大規(guī)格的VSI機(jī)與國內(nèi)最大制造規(guī)格相比在產(chǎn)品大型化上的差異，是設(shè)訓(xùn)水平、制造商能力和國內(nèi)配套件性能(如軸承)等方而的綜合反映。例如: 轉(zhuǎn)子體的上下面采用圓錐環(huán)緊固定位。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中不能絲毫松動，在名義尺寸600 mm直徑時(shí)其上下錐面同心度公差神戶制鋼廠設(shè)計(jì)為0.02 mm，這一設(shè)計(jì)要求對制造商的加工能力是一個(gè)考驗(yàn)。
3.機(jī)器的使用壽命
沖擊式破碎機(jī)的使用壽命原來就比其他類型的破碎機(jī)低，如顎式、圓錐式等。而立軸沖擊式又比臥式?jīng)_擊式使用工況更惡劣。因此，機(jī)器零部件的使用壽命，是VSI機(jī)制造商的生命線，在相仿的使用工況下，對零件壽命作一對照(見表2.3.1)
表2.3.1零件壽命對比表
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