杨连国 （江苏省徐州万和机械制造有限公司）
沈君麟 （苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司）
摘要：通过研究物料在破碎腔体中的几种受力形式，对非传统破碎受力的因素进行分析，常见的有物料在重力作用下通过破碎腔体和物料在风力作用下排出腔体等形式。受此启迪发明了非破碎受力以机械力作用下引导物料在腔体中运动，开发出高效节能的不用篦板精准控制出料细度细碎超细碎复合破碎机（万和破碎）。
关键词：非传统破碎受力、重力类型破碎机、风力类型破碎机、机械力类型破碎机、 细碎超细碎复合破碎机
一 、前言
物料通过破碎腔体的过程中一般要受到二种或者二种以上力的作用，目前对破碎机的研究一般偏重于对其破碎受力的分析，以及对其原理参数和结构进行优化。而对影响其通过破碎腔的非破碎受力研究偏少，如重力引导物料通过破碎腔的破碎机和风力引导物料通过破碎腔的破碎机等。基于对重力和风力类型破碎机的分析，以及立轴锤式破碎机到立轴复合破碎机创新过程的经验积累。试图结合两个方面的体会，探寻一条用非破碎受力分析方法解决破碎机研究新方法、新途径。受此启迪发明了非传统破碎受力为机械力，使物料在腔体内无限循环运动不断受到破碎力作用而破碎不用篦板精准控制出料细度的细碎超细碎复合破碎机（万和破碎）。
二、非破碎受力为机械力类型破碎机和细碎超细碎复合破碎机的产生
从重力类型破碎机和风力类型破碎机比较中可以知道，一般而言破碎受力方式在破碎机中是关键，而非破碎受力因素也是破碎机中的有机组成部分。在某些条件下，非破碎受力因素在物料通过粉碎腔体过程中使物料取得更明显破碎效果，且在一定条件下也是解决破碎方案的关键。确立以非传统破碎受力方式研究破碎设备，也是研究破碎的一条可行方法和途径。选择多年研究的立轴复合破碎机为着力点，以物料在破碎腔体內非破碎受力通过方式为突破口，寻找解决本人发明的在市场被广泛使用了三十几年的立轴复合破碎机（专利号：8920633.5/97247435.8）进行再创新。
（一）立轴复合破碎机回顾
1 .立轴复合破碎机的开发
为了向市场提供品质优良、性能稳定，尤其适合于细碎设备，我们的研究重点着重在耐磨材料和产品结构设计两个方面寻求突破。
1.1立轴复合破碎机耐磨材料的选择与开发
1.1.1 关于提高耐磨材料硬度问题
提高耐磨材料的硬度可提高耐磨件的寿命。我们曾与有关院所合作开发硬度值HRC＞60-65以上的耐磨材料，取得一定成效。但经生产实践还存在差距，而且，当其硬度提高一定幅度后，起耐磨效果并非随硬度的提高而成比例提高。另一方面，单纯大幅度提高耐磨材料硬度从成本角度讲也不合算。
1.1.2 改变耐磨材料内部金相组织
经观察比较，发现破碎硬质物料锤头磨损存在条状犁削沟槽痕迹，呈凿削磨损特征，而破碎软质石灰石锤头磨损表面光滑发亮，呈磨粒磨损特征。这是因为石灰石相对脆、软，易于裂解，而硬质物料不仅硬度高，而且磨凿性强。
从锤头材料金相组织来看，抗耐磨主要是碳化物必须镶在基体上。因此锤头上磨损表面出现的沟槽是硬质物料将锤头基体组织磨凿了，真正耐磨的碳化物不能起到应有的作用而脱落。
为此我们重新制定对策，即保证锤头硬度值HRC＞60-65，又着重通过配方和热处理工艺，实现碳化物组织细化，基体组织强化。经破碎检验，磨损状况大为改观，锤头寿命有了较大提高。
但是耐磨材料寿命的提高毕竟是有限的，而且要在技术上、工艺上有新的发现或突破，绝非一日之功。最现实的解决办法是在破碎机结构上寻找最佳的方式以弥补耐磨材料的磨损问题。
1.2 立轴复合破碎机的结构设计
立轴复合破碎机的新型结构设计是我公司经过20多年的努力，不断渐进发展，结构上从不完善到完善，机理上从不成熟到成熟而实现的。
1.2.1立轴复合破碎机的诞生
在借鉴国内外各种破碎机资料，尤其是在立轴锤式破碎机的基础上研究其破碎的特点，开发了立轴复合破碎机。
将反击破碎形式创造性地运用到立轴破碎机中，并将PCL型立轴锤式破碎机的衬板设计成特殊结构的反击板，圆盘和锤头的转子型式设计成带有甩料盘的反击式破碎机转子。这是第一代的“立轴反击破碎机”。
该机的基本工作原理为：物料在自重作用下轴向进入破碎机腔体内，落到高速旋转的转子的甩料盘上，物料经甩料盘被高速抛出与筒体内反击板相碰撞，被反弹进入锤击区域。由于反击板特殊构造，具有倾斜的反击面，使与之相碰撞，被反弹的物料具有向下内聚的功能。从而使物料在锤击区域内环转子四周按“Z”字型线路受到板锤和反击板的打击和反击，最后物料被排出腔体。由于物料在腔体内受到打击和反击机会和次数极大增加，强化了对物料的粉碎。
1.2.2 改进型立轴反击破碎机
从实践结果看，第一代立轴反击破碎机并非十全十美。例如物料未能完全实现环转子四周按“Z”字型轨迹运动，而是受到料与料相碰撞等其它因素的影响，有些物料有可能在轴向方向运动，有可能未经充分粉碎而从轴向窜出腔体。
经过充分地分析研究，我们将单一破碎腔改为双破碎腔，将一机体单级粉碎改为二级粉碎，并着重设置了隔板导向装置，使物料改变了运动方向既起到防止窜料，又极大地改善了物料破碎效果，即调整非破碎受力方式也可以提高破碎效果的目的。这就是改进型的第二代立轴反击式破碎机。
1.2.3 立轴复合破碎机
第三代立轴反击破碎机的开发成功，首先得益于观念的更新和认识的细化。一般总认为要提高单机锤头的使用寿命，似乎必须或只能在材料上做文章，其实这个认识并不全面。一般而言，锤头的耐磨与锤头的寿命是密不可分的，但二者又是有区别的，耐磨是针对材料而言，寿命是针对使用而言。换句话说，只要能保证锤头与反击板之间的间隙保持在一个合理范围，当这种状态持续时间越长，其锤头的使用寿命就会越长。因此，重要的是通过特殊的结构设计使锤头始终保持这样的使用状态也就可延长锤头的使用寿命。观念的转变带来设计指导思想的转变，我们对其结构又作了重大改进，实现了锤头与反击板之间间隙可调。“可调节”装置使上述新观念得以在实践中取得完美的实现，并赋予了“耐磨”新的理念。
具体作法是将立轴反击破碎机的转子上端沿径向开设若干个沟槽，板锤安装在其上，板锤与反击板之间的间隙由一组安装在转子上的调整片控制，若板锤磨损了，或反击板磨损了，则根据磨损量的大小可从转子上减少调整板的厚度和数量，以继续保持板锤与反击板之间的合理间隙，充分发挥耐磨材料有效使用率，这样既保障了产品出料细度，又极大地延长了板锤的使用寿命。
（二）细碎超细碎复合破碎机的发明
立轴锤式破碎机物料在自重作用下垂直下落过程中，经多排锤头打击破碎排出腔体。为了提高其耐磨件使用寿命和改善其产品细度，我们分析了其破碎受力状况下，改变了磨件结构（尺寸形状），延长了耐磨件使用寿命，改变了物料单一垂直下落运动方向，同时也改善了出料细度。二十年来立轴复合破碎机被广泛使用，其基本结构形式在传统的破碎受力分析模式下也没有改变。为了进一步提高产品细度，满足市场需求，我们通过对重力类型和风力类型破碎机进行分析，认识到非破碎受力在引导物料在腔体运动形式的重要性，在不改变其破碎受力状况下，改变其引导物料的运动形式，也可以改变破碎效果，而且还可以获得意想不到的效果。在立轴复合破碎机研究的过程中，改变物料运动导向同样也改善破碎效果，结合重力类型和风力类型的破碎机非破碎受力的分析，确立通过改变立轴复合破碎机的非破碎受力运动方式，开发出高效节能的不用篦板精准控制出料细度细碎超细碎复合破碎机（万和破碎）。
2.1 O形立轴破碎机简介
思路决定出路，我们确定了设计思想路线图是：一方面改变非破碎受力运动轨迹，使物料在腔体内实现循环多次粉碎；另一方面摈弃传统破碎机用篦孔或者排矿口控制出料细度的方式，用离心风力场来决定出料细度，从而使出料细度的稳定获得根本保证。
具体做法是：在第四代立轴复合破碎机破碎腔下方设置一个带有集料、喷射的转盘，物料在上破碎腔中经一系列粉碎后，经导向板落入下转盘中被收集，被收集的物料在这锥形转盘中经高速旋转，又将被抛起至上转子破碎腔中，再次受到一系列粉碎。此过程循环反复呈现“〇形”形态，直至达到合格细度。同时在下转盘四周设置若干离心风叶，离心风叶随下转盘高速旋转形成离心风力场，将“〇形”形态循环中的合格细料实时及时排出腔体。改变离心风力场作用力大小，就可以获得不同需求的细粉。这就是我们创新发明的不用篦板精准控制出料细度的细碎超细碎复合破碎机（万和破碎）。
2.2 产品特点对比
2.3 产品性能指标
注：与选粉机配套可获得325---600目左右细粉产品 。
三、非破碎受力为重力类型破碎机
非传统破碎机破碎受力为重力类型通过破碎腔形式的破碎机有颚式破碎机、圆锥破碎机、反击式破碎机、立轴锤式破碎机、立轴冲击式破碎机和锤式破碎机等，其控制出料细度的方式是排矿口或者篦板等形式。
（一）出料方式是通过排矿口控制出料细度的重力类型破碎机
（1）颚式破碎机
颚式破碎机俗称颚破，又名老虎口。由动颚和静颚两块颚板组成破碎腔，物料在自重作用下进入破碎腔，在两板之间受到动颚破碎力作用完成物料挤压、破碎作业的破碎机，合格物料在自重作用下从排矿口排出。广泛运用于矿山冶炼、建材、公路、铁路、水利和化工等行业中各种矿石与大块物料的破碎。被破碎物料的最高抗压强度为320Mpa左右。
（2）圆锥破碎机
在圆锥破碎机的工作过程中，电动机通过传动装置带动偏心套旋转，动锥在偏心轴套的迫动下做旋转摆动，动锥靠近静锥的区段所实施的破碎力即成为破碎腔，物料受到动锥和静锥的多次挤压和撞击而破碎。动锥离开该区段时，该处已破碎至要求粒度的物料在自身重力作用下从排矿口中下落，从锥底排出。
（3)反击式破碎机
利用冲击能来破碎物料，当物料在自重作用下进入板锤作用区时，受到板锤的高速冲击而破碎，并被抛向安装在转子上方的反击装置上再次破碎，然后又从反击衬板上弹回到板锤作用区重新破碎。此过程多次重复进行，直到物料被破碎至所需粒度，在自重作用下由机器下部排矿口中排出为止。调整反击架与转子架之间的间隙可达到改变物料粒度和物料形状的目的。
（4)立轴锤式破碎机
物料在自重作用下进入破碎腔体内,受到高速回转的多排锤头的依次冲击而破碎,破碎了的物料在自重作用下从腔体下部排出。
它广泛适用于建材、冶金、有色、化工等工业部门破碎石灰石矿石、水泥熟料、煤炭及其它各种矿石等。
（二）出料方式是通过篦板孔隙尺寸控制出料细度的重力类型破碎机
（1）锤式破碎机
锤式破碎机主要是靠冲击能来完成破碎物料作业的。锤式破碎机工作时，电机带动转子作高速旋转，物料在自重作用下均匀的进入破碎机破碎腔中，受到高速回转的锤头冲击、剪切致使物料被破碎；同时，大于篦板孔隙尺寸的物料阻留在破碎腔筛板上继续受到锤头的打击和研磨，直到破碎至所需出料粒度最后通过篦板孔隙在自重作用下排出机外。
（三）其他出料方式的重力类型的破碎机
（1）立轴冲击式破碎机
物料在自重作用下进入破碎腔体，经分料器将物料分成两部分，一部分由分料器中间进入高速旋转的叶轮中，在叶轮内被迅速加速，其加速度可达数百倍重力加速度，然后从叶轮三个均布的流道内抛射出去，首先同由分料器四周自由落下的这部分物料冲击破碎，然后一起冲击到涡支腔内物料衬层上，被物料衬层反弹，斜向上冲击到涡动腔的顶部，又改变其运动方向，偏转向下运动，从叶轮流道发射出来的物料形成连续的物料幕。这样被破碎物料在涡动破碎腔内受到两次以至多次机率撞击、挤压、摩擦和研磨粉碎作用,被破碎的物料由设备下部出料口排出。
它广泛适用于各种岩石、磨料、耐火材料、水泥熟料、石英石、铁矿石、混凝土骨料等多种硬、脆性物料的中碎、细碎(制砂粒)，对建筑用砂、公路用砂石优为适宜。
小结：综上所述，在破碎腔中不同类型的破碎机其受到破碎力作用形式是不同的，但导致物料通过破碎腔的重力作用是一样的，二者结合完成了整个破碎过程。
四、非破碎受力为风力类型粉碎机
非传统破碎受力为风力类型粉碎机，通过破碎腔形式的粉碎机有风选锤式破碎机、ACM型机械冲击磨、ZPS型粉碎机等。
（1） 风选锤式破碎机
物料进入破碎机后受到高速旋转的锤头冲击而被粉碎，物料从锤头处获得动能，以高速向机壳内壁衬板冲击而遭到多次粉碎。粒度合格的物料被该设备一端的离心风机在风力作用下真空负压吸去，并送入管道，再进旋风分离器和布袋收集器。由于离心力的作用达到物料与气体分离。
它广泛适用于化工、石墨、橡胶、制药、染料、石化、食品、建材、矿石、水泥、耐火材料等行业，可用于加工立德粉、碳墨粉、石膏粉、滑石粉、硫磺粉、石灰粉、红泥粉、贝壳粉、长石粉、焦粉、骨粉、塑胶粉、煤粉、黄红丹粉、硫酸钡、氧化锌、碳酸钙、氧化铁、金钢砂、金矿石、铝石、瓷石、碱石、煤矸石、硼玻然、胡精、中草药、还可加工小麦、黄豆、玉米等原饲料等。
（2）ACM型机械冲击磨
基本原理：物料由螺旋给料机强制喂入粉碎室内，在高速回转的转子与带齿衬套的定子之间受到冲击剪切而粉碎。然后，在气流风力的带动下通过导向环的引导进入中心分级区域分选，细粉作为成品随气流通过涡轮分级机后从中心管道排出机外，由收尘装置捕集下来；粗粉在重力作用下落到转子粉碎区内再次被粉碎。
ACM型机械冲击磨 ACM型机械冲击磨原理图
它广泛适用于碳酸钙，滑石，云母，大理石，石墨等较软质，较纯的矿物粉碎以制备填料，且有利于矿物解离；具有精确的粒度上限，最终产品无大颗粒。
（3）ZPS型粉碎机
原料由旋转喂料器喂入分级室，细颗粒物料在气流风力的挟带下直接进入分级机进行预先分级，合格细粉作为成品经产品出口排出机外而被收集；粗粒物料进入冲击研磨室，在冲击锤的高速冲击和研磨作用下被粉碎；粉碎后的物料经进气管进入到上升气流作用被输送到卧式涡轮超细分级机进行分级，合格细粉经排料口排出后收集为产品；粗颗粒物料再次进入研磨室，重复以上过程直至磨细为产品。若给料已达到一定的细度，可将给料口改为下部风送给料，强化定子和转子间缝隙的气流剪切粉碎作用。
小结：综上所述破碎受力是破碎过程中的关键所在，同时引导料流的风力是完成整个过程不可或缺的重要组成部分，两者完善组合实现粉碎的目的。
五、结束语：
改变研究和思维模式，通过对非破碎受力因素进行比较和分析，开发出细碎超细碎复合破碎机，完善了立轴破碎机的产品性能，拓宽了产品应用领域。机械力类型的O形破碎机开发与应用与重力类型破碎机和风力类型破碎机共同为市场提供更多的选择，尤其改变了风力类型破碎机进料粒度范围限制，并扩大了适用范围。
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