1.緒論
粉碎是人類(lèi)日常生活當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用和生產(chǎn)費用都相當大。尤以電能消耗和設備磨損為主要指標。專(zhuān)家們指出全世界每年在粉碎上所花電耗為總電能的3%。要求細的粉碎粒度，機械無(wú)故障運轉以及設備微小磨損和節能是全世界粉碎工作者多年來(lái)共同研究的課題。而立軸沖擊式破碎機就是今年來(lái)逐漸興起的一種高效、可靠的破碎、粉碎設備。
1.1 立軸沖擊式破碎機簡(jiǎn)介
立軸沖擊式破碎機(制砂機)廣泛應用于各種礦石、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、細碎領(lǐng)域。在機制建筑砂、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(lèi)型的破碎機更具有優(yōu)越性，產(chǎn)量功效高。目前已經(jīng)替代錘式破碎機、對輥破碎機、棒磨機等傳統設備，成為制砂行業(yè)的主流設備。
圖1.1-1雙電機驅動(dòng)的立軸沖擊破碎機
圖1.1-2 單電機驅動(dòng)的立軸沖擊破碎機剖視圖
1.1.1 工作原理
立軸沖擊式破碎機由進(jìn)料斗、吊架、渦流破碎腔、葉輪體、主軸、底座、傳動(dòng)裝置及電機部分組成。其工作原理是：物料由進(jìn)料斗進(jìn)入葉輪腔內（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，經(jīng)高速旋轉的葉輪瞬間加速至 60 — 75 米 / 秒,從葉輪周?chē)牧鞯狼粌葤伾涑鋈?，沖擊到渦流腔內渦流襯層上，被物料襯層反彈，斜向沖擊到渦流腔的頂部，又改變其運動(dòng)方向，偏轉向下運動(dòng)，和葉輪流道腔內拋出的物料形成連續的物料幕。這樣，一塊物料在渦流破碎腔內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。這種破碎機優(yōu)點(diǎn)是破碎比與耐磨襯板的磨損無(wú)關(guān)。由于這種特性，任何物料一無(wú)論其耐磨性能如何都可以很經(jīng)濟的使用轉子離心式破碎機進(jìn)行破碎，獲得立方型顆粒含量.超過(guò)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的功率消耗和磨損費用，溢流給料增加了破碎機腔內部的顆粒密度，更有效的破碎更多的顆粒，提高了能量利用率。
圖1.1.1 破碎機破碎原理圖
1.1.2 結構組成
立軸沖擊式破碎機主要由進(jìn)料斗、吊架、渦流破碎腔、葉輪體、主軸總成、底座、傳動(dòng)裝置及電機等七部分組成。具體結構見(jiàn)圖1.1.2（立軸沖擊式破碎機結構剖視圖）
圖1.1.2-1立軸沖擊式破碎機結構剖視圖
(1) 進(jìn)料斗
進(jìn)料斗的結構為一倒立的棱臺體（或圓筒體），進(jìn)料口設置耐磨環(huán)，從給料設備的來(lái)料經(jīng)給料斗進(jìn)入破碎機。
(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作用。
(3) 渦流破碎腔
渦流破碎腔的結構形狀為上、下兩段圓柱體組成的環(huán)形空間，葉輪在渦流破碎腔內高速旋轉，渦流破碎腔內也能駐留物料，形成物料襯層，物料的破碎過(guò)程發(fā)生在渦流破碎腔內，由物料襯層將破碎作用與渦流破碎腔壁隔開(kāi)，使破碎作用僅限于物料之間，起到耐磨自襯的作用。觀(guān)察孔是觀(guān)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，破碎機工作時(shí)必須將觀(guān)察孔密封關(guān)嚴。分料器固定在渦流破碎腔的上部圓柱段。葉輪高速旋轉產(chǎn)生氣流，在渦流破碎腔內通過(guò)分料器、葉輪形成內部自循環(huán)系統。
(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，葉輪是沖擊破碎機的關(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的物料襯層，進(jìn)行強烈的自粉碎，在分料錐和耐磨塊之間裝有上、下流道板，保護葉輪不受磨損。
圖1.1.2-2 轉子結構剖視圖(5) 主軸總成
主軸總成安裝在底座上，用以傳遞電動(dòng)機經(jīng)由三角皮帶傳來(lái)的動(dòng)力及支撐葉輪旋轉運動(dòng)。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(dòng)機、傳動(dòng)裝置均安裝在底坐上，底座結構形狀，中部為四棱柱空間，四棱柱空間的中心，用于安裝主軸總成，兩側形成排料通道。雙電動(dòng)機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上。
(7)傳動(dòng)裝置
采用單電機或雙電機驅動(dòng)的皮帶傳動(dòng)機構(75KW 以上,為雙電機傳動(dòng)),雙電機驅動(dòng)兩臺電動(dòng)機分別安裝在主軸總成兩側,兩電機皮帶輪用皮帶與主軸皮帶輪相連,使主軸兩側受力平衡,不產(chǎn)生附加力矩。
(8)支架
根據破碎機工作場(chǎng)所不同--露天作業(yè)或室內作業(yè)，可以考慮配置支架或不配置支架。
(9)潤滑系統
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，用油管引到機器外側，用于油泵定期加油。
1.1.3 應用領(lǐng)域
（1）采石
立軸沖擊式破碎機是公認的用于鋪路瀝青、混凝土，標準砂石等的優(yōu)質(zhì)骨料生產(chǎn)設備。能夠破碎多種物料，特別是堅硬、磨蝕性強的巖石。破碎機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，便于后續篩分作業(yè)。
（2）工業(yè)礦石
立軸沖擊式破碎機能夠有效控制產(chǎn)品級配、產(chǎn)量高、運行成本低，并能生產(chǎn)大量細粒級產(chǎn)品，因此立軸沖擊式破碎機特別適應于工業(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在，在鉆石礦，成為從工業(yè)脈石提取鉆石的高效設備；在水泥行業(yè)，也成為節約成本、增加產(chǎn)量，生產(chǎn)磨機給料的首選細碎設備。
（3）礦山
在一臺設備中同時(shí)具備了破碎和碾磨的功能了可以加工幾乎所有的堅硬、高磨蝕性，脆性物料和粘性物料。立軸沖擊式破碎機產(chǎn)量高，能夠生產(chǎn)細粒產(chǎn)品，可用于生產(chǎn)磨機給料、燒結給料、準浸料等領(lǐng)域，成為替代高成本、低效率的碎磨設備的理想選擇。
（4）廢料回收
由于人們環(huán)保意識的不斷加強，廢料回收產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，立軸沖擊式破碎機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)濟價(jià)值的廢料。是加工此類(lèi)廢料的理想方法，并且多種配置能夠應用干多種不同領(lǐng)域。
2．國內外研究現狀
2.1 國內立軸式?jīng)_擊破碎機發(fā)展概況
近幾年來(lái)，國內VSI機也有極大發(fā)展，主要表現在以下幾個(gè)方面:
(1) VSI機的國內制造商越來(lái)越多，且各家公司的新產(chǎn)品小斷推出，其產(chǎn)品生產(chǎn)數量也在穩步增長(cháng)；
(2)機器的規格逐漸大型化。如鄭州一帆公司的葉輪直徑己達1 300 mm，處理能力相應增大，且排料中成品砂的百分比含量也達到先進(jìn)水平，接近50%；
(3)比較規范化的產(chǎn)品，其綜合品質(zhì)穩定，小少廠(chǎng)商對機器的振動(dòng)、噪聲、粉塵等開(kāi)始控制，且易損件的使用壽命提高，有廠(chǎng)商報導，在處理河卵石時(shí)其外刀的使用壽命己超過(guò)200 h；
(4)機器的品種增多，小僅有石打石和石打鐵，而且開(kāi)式葉輪在個(gè)別公司開(kāi)始采用，其導向板的壽命達到正常使用要求。由于上述的因素，國內客戶(hù)開(kāi)始信任國產(chǎn)的VSI機，在部分使用場(chǎng)合，如中硬物料處理，先進(jìn)的國產(chǎn)設備可以與進(jìn)口設備抗衡；
目前，國內市場(chǎng)上的VSI機從技術(shù)層面上可劃分為三種:自行開(kāi)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。當砂石場(chǎng)生產(chǎn)規模越來(lái)越大之后，進(jìn)口設備的價(jià)格相對較高，己小成為客戶(hù)購買(mǎi)的阻力。而阻力來(lái)自使用的高成木和洋設備的難侍候。中外合作產(chǎn)品進(jìn)入國內市場(chǎng)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(hù)選型把關(guān)，提供較良好的售后服務(wù)，彌補全進(jìn)曰設備的弊病，故顯示較強的市場(chǎng)競爭力。國內自主開(kāi)發(fā)產(chǎn)品盡管仿制而來(lái)，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(chǎng)上銷(xiāo)售數量占優(yōu)，但前景不容樂(lè )觀(guān)。
2.2 國外立軸式?jīng)_擊破碎機發(fā)展概況
立軸沖擊式破碎機(VSI)的一個(gè)重要市場(chǎng)促進(jìn)因素是提供立方體形的碎石，滿(mǎn)足超級鋪設材料的規范。在被集料經(jīng)營(yíng)商廣泛認可之后，當前VSI的用戶(hù)和制造商正環(huán)繞著(zhù)更滿(mǎn)意的形狀或更有收益的碎石來(lái)推VSI的應用。
大型化的VSI機，具有靈活的機械性能、好的耐磨材料和零件設訓、以及更有效的粉塵控制系統等，正推動(dòng)VSI機在第四級、第二級甚至第二級(破碎)同路中的應用，接近臥式反擊式破碎機和圓錐破碎機的水平。
改進(jìn)磨損率，是每一個(gè)VSI機制造商的首要目標。通過(guò)給料管、分配板、轉子和導向板臺的綜合設訓，來(lái)增加通過(guò)破碎機物料的處理量，以及通過(guò)在高磨損表面澆鑄復合陶瓷和鎢來(lái)實(shí)現這一目標。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(chēng)他們在設訓和操作上與其他VSI機的不同處。
(1) Cemeo
Cemeo公司7種VSI型號系統的頂端是Turho160, Turho175。重達77,000磅(約35t)的Turho175是一種“導向板與反擊板”的機器，石料槽可選擇，其導向板臺可以裝3一5個(gè)導向板，每件重136磅(62kg)的導向板，據稱(chēng)，僅需2個(gè)螺栓固定，小需要其他固定來(lái)抗離心力和破碎力。通過(guò)速度和沖擊距離能夠變化來(lái)得到最好的破碎效果。該公司稱(chēng)2臺Turbo 175 機器分別裝置800~1000馬力的動(dòng)力，其通過(guò)量在800~1300t/h之間，己經(jīng)運行1年以上。Turbo 160有相似的處理能力，但僅56000磅重，恰好滿(mǎn)足移動(dòng)式。這兩種機器在處理石灰石時(shí)允許最大給料邊長(cháng)均為7"(約180 mm )，Cemco公司正在Turbo 175機器上試驗陶瓷導向板。
(2) Impact Service Corp
ISC公司最新的VSI機為130型，重86976磅(不包括電機)，具有"130"(約3,300 mm)直徑的大圓桶和"61.25"直徑的轉臺，裝有266磅的導向板，ISC公司還介紹大轉臺的103型.70型和82型VSI機。103型的轉臺直徑54.5具有4個(gè)螺栓導向板緊固系統，在導向板的背面設有垂直鎖緊銷(xiāo)a ISC公司認為這種新設訓將允許更大的給料規格和更快的轉臺速度，70型和82型具有"48.5"的直徑轉臺，最多可裝7塊導向板來(lái)得到最細的產(chǎn)品，據ISC認為，較大直徑的轉臺增加了導向板空間，可以減少每噸產(chǎn)品的拖動(dòng)電流，可以增加通過(guò)量和降低成木。該公司為增加耐磨件壽命，正進(jìn)行系列的轉臺導向板、反擊板、內帶鑲嵌式陶瓷的給料盤(pán)等研發(fā)。
(3) Kolbeng一Pioneer
該公司五種型號VSI機處理最人給料規格從"2"到"6"。其中二種型號(機器)既可以是標準型(導向板與反擊板)半一體型(閉合轉子與反擊板)也可以是全一體型(閉合轉子與混合巖石槽)結構。該公司這種獨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域，物料收集到石料槽上提供抗磨蝕性的保護。該公司認為，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機可采用導向板轉臺或閉合轉子，閉合轉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)。轉臺采用銷(xiāo)固定或螺母固定的導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破碎機為應用的需要有“石打石”或“閉合轉子與反擊板”構造。巴馬克的B系列產(chǎn)品具有一個(gè)閉合轉子和石料槽，以及一個(gè)瀑落的給料系統，轉移部分給料直接進(jìn)入破碎腔而繞過(guò)轉子。在破碎機運行中，瀑落物料可由手動(dòng)或自動(dòng)插板系統調整。破碎機的其他調整還包括轉子速度和直徑，選擇破碎腔的中空環(huán)。操作控制系統可顯示振動(dòng)和軸承、電機溫度。B系列的7種型號最大給料規格從3/4"到3"之間。美卓VI系列VIS機的4個(gè)型號允許最大給料規格從1.0"(閉合轉子)到6"(開(kāi)式轉子)在同一種淚L架內，可由開(kāi)式轉子和反擊板變到NJ式轉子和石料槽。美卓VI系列獨有的圓柱形反擊板，當半面磨損時(shí)可轉換。美卓公司稱(chēng):空氣流量的減少和在破碎機頭罩內的再循環(huán)，使VI系列設計減少粉塵的排放。
(5) REMCO
該公司的巖石土和制砂土VSI機系列的“石打石”和ST/AR的“石打反擊板”VSI機許可給料量高達1500t/h，給料規格達4"。作為第二級或第四級同路的典型設備，機器所需動(dòng)力從60馬力到1500馬力。該公司轉子可采用3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)或6個(gè)插入式設訓的出口，小用螺栓安裝的鎢鋼片容易更換。該公司稱(chēng)，硬質(zhì)的AR鋼替換頂部和底部耐磨盤(pán)減少了轉子體修理時(shí)焊接的工作量。4個(gè)或5個(gè)導向板轉臺也可采用ST/AR型。
ST/AR型(帶同轉頂蓋/反擊板圈)破碎機具有可翻轉的反擊板，設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 國內外產(chǎn)品差距
對照國內外主要VSI制造商所提供的產(chǎn)品性能，國產(chǎn)機與國外主要公司產(chǎn)品的差距是全方位的，主要表現在下列幾方面。
1.客戶(hù)服務(wù)
客戶(hù)服務(wù)，特別是售前的選型服務(wù)上。大多數國內制造商目前開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，基礎是仿制，往往“知其然而不知其所以然”。而對不同的客戶(hù)情況，由于缺乏實(shí)驗數據，常常以小變應萬(wàn)變。造成同樣機器，不同客戶(hù)使
用效果不一樣?？蛻?hù)的破碎篩分系統的缺陷也會(huì )影響VSI機的使用。例如:當系統未配置除鐵器時(shí)，鐵件進(jìn)入將損壞機器，當系統供料粒度超過(guò)允許值時(shí)，會(huì )引起不正常運轉。當進(jìn)料中含有過(guò)多水分時(shí)，易損件將加劇磨損。當進(jìn)料無(wú)法調節時(shí)，其小均勻性將影響機器的制砂效果等等。這些客戶(hù)必須注意的事項，國內制造商往往不能像他們的國外同行那樣，在客戶(hù)選型時(shí)詳細說(shuō)明，從而也損害了國產(chǎn)VSI機聲譽(yù)。
2.產(chǎn)品規格和性能
在產(chǎn)品規格和使用性能上，特別在機器的大型化方面。將國外大規格的VSI機與國內最大制造規格相比在產(chǎn)品大型化上的差異，是設訓水平、制造商能力和國內配套件性能(如軸承)等方而的綜合反映。例如: 轉子體的上下面采用圓錐環(huán)緊固定位。在高速運轉中不能絲毫松動(dòng)，在名義尺寸600 mm直徑時(shí)其上下錐面同心度公差神戶(hù)制鋼廠(chǎng)設計為0.02 mm，這一設計要求對制造商的加工能力是一個(gè)考驗。
3.機器的使用壽命
沖擊式破碎機的使用壽命原來(lái)就比其他類(lèi)型的破碎機低，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，機器零部件的使用壽命，是VSI機制造商的生命線(xiàn)，在相仿的使用工況下，對零件壽命作一對照(見(jiàn)表2.3.1)
表2.3.1零件壽命對比表
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