www.posui.cn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。
对于上述诸问题，由于国外矿山自80年代以来发展缓慢使得这方面进展不大。国外新设备较少，国内由于国营大型矿山投入极少，也没有什么发展，而中小矿山由于各地原料的需求不等，近几年得到一定的发展。
1 破碎理论
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－查尔默斯公司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［1］，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望 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公司的旋盘圆锥破碎机、俄 罗斯的惯性圆锥破碎机等［2］。
多碎少磨的原则指导研制以料层粉碎原理的新型 破碎机是当前主要方向。1996年第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［3］，作者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，而作者把它应用在破碎理论上。经过研究，作者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［4］，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。
2 破碎机械
2.1 颚式破碎机
19世纪40年代，北美的采金热潮对颚式破碎机发展有很大的 促进作用。19世纪中叶，多种类型的颚式破碎机研制出来并获得了广泛的应用。上个世纪末 ，全世界已有70多种不同结构的颚式破碎机取得了专利权。
1858年埃里．布雷克(El．Blake)取得专利权，制造双肘板颚式破碎机(图1)，现在 最常用的颚式破碎机是布雷克的颚式破碎机和更近代制造的单肘板颚式破碎机(图2)。颚式 破碎机最大的弱点之一是它们在一个工作循环内只有一半时间进行工作。
图1 布雷克颚式破碎机
图2 单肘颚式破碎机
80年代以来，我国颚式破碎机的研制与改进取得了一定成果。如我国破碎专家王宏勋教授和 他的学生丁培洪硕士引用了“动态啮角”的概念，开发GXPE系列深腔颚式破碎机，当时 在国内引起一定的轰动。该机与同种规格破碎机相比，在相同工况条件下，处理能力可提高20%～25％，齿板寿命可提高1～2倍。该机采用负支撑零悬挂，具有双曲面腔型。
第二代GXPE250×400负支撑在第一代的基础上进行了全面改进，增大了破碎比，降低了 产品粒度，最大给料粒度为220mm，小时产量为5～16t，排料口调整范围为10～40mm， 给料抗压强度小于300MPa。
PEY4060液压保险颚式破碎机，以液缸为过载保护装置，正支撑、正悬挂、深破碎腔。该 机最大给料粒度为340mm，排料调整在30～100mm之间，生产能力为10～40t／h。
北京矿冶研究总院林运亮等 人与上海多灵－沃森机械设备有限公司合作开发了PED低矮可拆式颚式破碎机。该机是一 种适于井下作业特殊条件下的新型颚式破碎机。机械本身高度低，动颚位置低，固定颚位于 动颚和偏心轴之间。
多灵－沃森机械设备有限公司的戎吉华高级工程师集多年实践经验， 设计了目前国内最大的1200×1500复摆颚式破碎机。
2.2 新型颚式破碎机
其工作原理是：物料由进料斗落入机内，经分离机构将物料分散到四 周下料。电动机经三角皮带带动偏心轴，使动颚上下运动而压碎物料，达到一定粒度后进入 回转腔。物料在回转腔内受到转子及定颚的研磨而破碎，破碎的物料从下料斗排出。该机通 过松紧螺栓和加减垫片可调整进出料粒度。采用圆周给料，给料范围比颚破机大，下料速度 快而不堵塞。与同等规格的颚破机相比，其生产能力大、产品粒度小、破碎比大，该机已正式生产［5］。
2.3 颚辊破碎机
将高效节能的鄂式破碎机和对辊破碎机有机的结合在一起， 研制出了颚辊破碎机［6］，如图4所示。该设备采用单电机或柴(汽)油机驱动。当 整机放在拖车上被牵引拖动时，便成为移动式颚辊破碎机(图5)。颚辊破 碎机的工作原理是：电机或柴(汽)油机驱动下部对辊破碎机主动辊部，主动辊部经过桥式齿 轮带动被动辊部反向运转。同时，主动辊部另一端经胶带传动带动上部颚式破碎机工作。通 过调整对辊破碎机的安全调整装置，调整两辊间的间隙，可得到最终要求的粒度。PEG1 50×250×400及PEG250×400×600颚辊破碎机的规格及技术性能如表1所示。颚辊 破碎机具有破碎比大(i＝15～16）、高效节能、体积小、重量轻、驱动方式多样 和移动灵活、可整机也可分开单独使用等特点。特别适于深山区中小型矿山和建筑工地材料 的破碎，也可作为“移动式选厂”的配套破碎系统。
2.4 大传动角颚辊破碎机
一种大传动角颚辊破碎机克服了复摆颚辊破碎机 的抬矿、机体高、主轴承受力大等缺点，它具有如下优点：用较小的偏心距能得到较大的水 平行程，因而可降低能耗，动颚与给料口方向一致(图6)，从而排出复摆颚辊破碎机的抬矿 作用。肘板置于动颚给料口后部，使机器高度降低，适于井下移动式破碎机上［7］ 。
原上海建材工业学院利用“固定容积”原理，推导出有独特见解的修正高斯曲线方 程，利用该方程设计出新一代的PEX－150×750－A型细碎颚式破碎机，该设备的破碎腔 为“直线-外旋轮线-修正高斯曲线”型高深式破碎腔，如图7所示。该机与国内同类产品 相比，具有运转平稳、破碎比大、产量高(提高20%左右)、噪音小、运行费用低等特点。该 产品已获得的国家专利，主要用于水泥、选矿、冶金、陶瓷、化工等行业各种磨机的预粉碎 (细碎)［8］。
2.5 双动颚式破碎机［9］
沈阳黄金学院与 辽宁红透山机械厂联合研制的SEP－25型双动颚式破碎机，其破碎比可达12，与同规格旧 型颚式破碎机对比，生产能力提高60%～100％，电耗降低30％～50％。北京矿冶研究总 院也生产双动颚式破碎机。
2.6 双腔颚式破碎机
另一种双腔颚式破碎机具有两个破碎腔，可在双工作行程状态下运行，不存在空行程的能量消耗，因而大大提高了处理矿量，单位功率大幅度降低，金属消耗也明显下降［10］。
2.7 振动颚式破碎机
振动颚式破碎机是俄 罗斯MexaHoδρ研制的。该机利用不平衡振动器产生的离心惯性力和高频振动实现破 碎。具有双动颚结构，两个振动器分别作用在两动颚上，转向相反并可实现自同步，使两动 颚绕扭力轴同步振动。通过扭力轴可以调整振幅从而控制产品粒度。适用于破碎铁合金、金 属屑、砂轮和冶金炉渣等难碎物料，可破碎的物料抗压强度高达500MPa。设备规格为80×300、100×300 、100×1400、200×1400、和440×1200等。动颚摆频率为13～24Hz，功率15～74k W，破碎比可达4～20，现已有数十台设备用于生产。结构见图9［11］。
3 单齿辊破碎机
针对用于粉碎煤的单齿轮破碎机存在效率低、结构复杂、受力 不均匀等特点，华北工学院开发了新一代915单齿辊破碎机［12］。这种破碎机 有两种结构型式：第一种结构型式如图10所示，这种结构型式是将原来的拉力弹簧改为推力 弹簧，弹簧弹力为490kN；拉杆铰接在颚板上，两端带有M100×4螺纹，分别装有两个旋 紧螺母；左端螺母用于调整颚板位置，即出料口间隙，右端螺母用于调整弹簧弹力，拉杆插 在装于机体上的支座上，支座孔为上下可调的长方形，用以调整产品的粒度。这种结构降低 了机体高度，缩短了拉杆长度，使结构更为紧凑。第二种结构如图11所示，这种结构型式是 利用颚式破碎机的楔形调整机构和双辊破碎机的主动辊轴相结合，吸收了两者的优点，如： 进料口大，辊子表面可装有不同尺寸的破碎齿板，颚板上镶有可更换的耐磨衬板，出料口大 小可通过推力板上的长方形螺孔调整。与同规格的颚式破碎机或双辊破碎机相比，这类设备 的破碎能力可增大几倍，效率可提高30％。现已调试出F915×1000单齿辊破碎机，生产能 力达140t／h，最大进料口尺寸为500mm，出料粒度为50～100mm，产品粒度比较均匀 。同时，由于这种结构的破碎机有预碎和破碎两个区域，破碎后的物料受齿辊拨动而被强制 排出机体外，所以更适用于处理较粘的潮湿物料［12］。
4 振动式破碎机
随着振动 理论和实践的发展，各种利用振动力进行工作的机构设备得到普遍应用。近年来有人研究利 用惯性振动力对矿物进行破碎或粉磨的设备，这类设备的优点如下：
(1)破碎力为非刚性 力，运动件的止点由力的大小和破碎物料的性质决定，是可变的，因而，易损件的磨损对出 料粒度影响很小。更重要的是，当铁块等难破碎物入机时，不会对机器造成损坏，若尺寸不 是很大，不用停车，难碎物可随机器的运转自动排出机外。
(2)由于可以通过调整惯性力 的大小，使设备获得足够的破碎力对物料实施破碎，而基本不提高物料与易损件的切向速度 ，因而特别适合对水泥熟料、金矿石等磨琢性强和中硬以上物料的破碎。
(3)机器在共振 点工作，装机功率仅相当同等产量其他机型的1／2～1／5，可大幅度降低运转费用。
该机的结构示意图如图12所示。
图12 PBZ系列摆辊式振动破碎机结构示意图
其工作原理如下：辊子2由摆杆通过底部铰支轴支 撑，并和4条一头固定在机架6上的弹簧5组成振动系统。电机1通过V型皮带带动主轴上的偏 心块转动，从而给予系统惯性激振力使其产生振动。物料从进料斗4进入机内，受到振动的 辊子2的冲击挤压而破碎。
该机可适用于110～200MPa或普式硬度f＝16～20的 硬矿石或烧结矿的中细碎［13］。
5 立轴式破碎机
立轴式破碎机由于构造简 单、耗能少、维修方便、出料粒度又能满足一定的需求，故有一定的需求市场。立轴式破碎 机可分为立轴锤式破碎机、立轴反击式破碎机、立轴复合式破碎机和立轴冲击式破碎机，立 轴破碎机的发明最初是受锤式破碎机的启示，把主轴竖起来安装，这样筒体就可以制成圆形 ，四周安装衬板以保护筒体，而筒体制作简单，因是圆形，其受力情况很好，故先问世的是 立轴锤式破碎机，后来其他几种都是在立轴锤式破碎机基础上的衍生物。
立轴锤式破碎机 的工作原理是利用高速回转转子上锤头(板锤)的冲击、挤压等的产生的冲击动能被迅速转变 为变形功，瞬间在物料内部产生应力波，并飞快地向四周传播，使物料在其内部的缺陷、裂 纹和晶粒界面处产生很大的应力集中，促使物料沿这些脆弱面裂开而破碎。
主轴通过向心 调正滚动轴承安装在机体上，其轴向力由球面滚珠推力轴承承受，主轴上一般用键联接 若干排锤架，锤架上装有锤头。立轴反击式一般只有两排锤，中间有隔盘，把破碎机分成上 下两个破碎腔，即破碎腔和挤压破碎腔。筒体内壁装有斜形齿的反击板。块状物料由进料口 进入第一破碎腔落到锤架上，被高速旋转的转子加速，使物料获得足够的动能，在离心力的 作用下，飞向周边，撞击在筒体的反击板上，被冲击破碎及反弹，又被高速旋转的板锤撞击 粉碎。部分物料与高速旋转的转子一起作回转运动，在回转运动中，物料相互碰撞，挤压后 而被进一步粉碎后自然下落到隔盘上，在落到第二排锤架上，再次发生上述冲击、撞击、挤 压，作者认为该机是属通过式粉碎［14］。
6 回转式破碎机
6.1 回转式破碎机
回转式破碎机最初见于60年代的联邦德国，由于国外大型矿山要求大型机械，而刚刚问 世的回转破碎机没有得到发展。80年代初期，由于中小型矿山的迅速发展，我国有些研究工 作者开始对回转破碎机进行进一步的研制。
众所周知，破碎设备的好坏主要是取决于破碎 腔的设计，破碎腔能够体现设备的生产能力、功耗、钢耗及破碎产品质量等重要性能指标。 回转式破碎机主要由回转辊、悬挂装置、保险装置、调整机构、拉紧装置、转动系统及机架 组成，其破碎腔由固定凹面破碎板和破碎回转辊组成。物料的破碎是通过回转辊的偏心运转 来完成的，其破碎腔啮角具有静态和动态变化功能。该机破碎腔的啮角是自上而下逐渐减小 的，这可有效地防止排料口堵塞，使排料顺畅，并可实现高频破碎，且破碎过程又是渐进的 ，因此，破碎功率高、能量集中、磨损小。
PH型回转式破碎机的破碎作用发生于 破碎回转辊偏心位置附近，偏心轴的偏心转到破腔一侧时，破碎腔中的物料由上至下依次被 破碎。物料的破碎主要靠挤压、劈裂、弯曲、磨削等作用。当偏心转离破碎腔时，已被破碎 的合格物料由排料口排出。排料过程，一是靠重力自然排料，二是靠“强制排料”［15］。
破碎辊可相对于偏心轴自由回转，根据作用力矩的大小和方向，辊筒有正转(与偏心轴旋转相同)、不转和反转3种状态，转速也有快慢之分，这样可有效地使破碎辊面磨损 均匀。回转式破碎机具有变啮角、高密度破碎、依次渐进破碎、高频破碎和强制排料等特点。
6.2 双腔回转式破碎机
为更好地发挥回转破碎机的作用，将PH破碎机 的辅助破碎 腔改成与主破碎腔对称形式，这就是双腔回转破碎机。中南工业大学张智铁教授的回转破碎 机自称为变啮角回转颚式破碎机，认为是复摆颚式破碎机的变形，以代替复摆颚式破碎机［16］。
正式提出双腔回转式是北京市京海鹰矿山工程设备公司徐正一等人，是对偏心回转辊式破碎机进一步发展，可用来取代现行的细碎或超细碎颚式破碎机或中小规格圆锥破碎机［17，18］。
双腔回转式破碎机有以下优点：(1)破碎回转辊筒呈正 反摆转，使物料的破碎更加有效；(2)对称副腔的增设，使破碎过程的空行程缩短，产量约 增加30％～40％，PSH系列双腔回转破碎机由于破碎辊采用了高强度耐磨焊层，可以破碎抗压强度为600MPa以上的物料，对Al2O3含量为87．5％的耐火材料，可以很容易破碎。
PSH双腔回转破碎机的E型机是组合机型。最大的特点是入料100mm的情况 下，产品可根据用户需要在5mm至100目，甚至更细的粒度中调整。该机投放市场5年来， 不但在国内创下了良好的市场信誉，并已开始向东南亚、非洲出口。