物料破碎力学分析

物料破碎力学分析
1.物料破碎方法
随着科学技术的发展，对物料破碎的认识也取得了很大进展。

巨大的颗粒物料采用各种不同的破碎方法，可获得几个微米的产品，以适应各种工艺要求。

在工业中，目前广泛应用的物料破碎方法仍是机械力破碎，主要有挤压、劈碎、折断、研磨和冲击破碎等。

非机械力破碎至今尚未在大工业生产中使用。

物料在外力作用下，所产生的应力达到极限强度，物料即行破碎。

破碎机械施力方式有下列几种。

A压碎
将物料放在两挤压表面之间（图l-3a），施力后，因物料压应力达到抗压强度限而破碎。

B 劈碎
将物料放在一个平面和一个牙齿之间（图l-3b），当施加挤压力后，物料中产生拉应力，因其拉应力达到拉伸强度限，则沿作用力方向劈裂。

C 折断
将物料放在两个带牙齿的袁面之间（图l-3c），当施加挤压力后，其弯曲应力达到物料弯曲强度极限时，则物料被折断。

D冲击破碎
物料受高速旋转的冲击力而破碎(图l-3d)。

这种方法可用多种方式来实现。

由于施力是瞬间作用的，变形来不及扩展到被撞击物的各部位，只在被冲击处产生相当大的局部应力，沿着内部的微观裂纹破碎。

所以，动载荷的破碎作用远较静载荷大。

E 磨碎
将物料放在两个相对运动工作表面之间（图l-3e），同时施加压力和剪切力，物料中产生的剪应力达到其剪切强度限时，则物料破碎。

实际上，各种破碎机在破碎物料过程中，都是几种破碎方式综合作用的结果。

但是，其中必以某一种或两种施力方式为主，兼有其他破碎方式。

由于各种物料物理机械性质差别很大，所以破碎机施力方式应该与物料机械性质相适应，才能取得好的破碎效果。

对于各种硬度的物料采用冲击破碎或配合折断来破碎比较合适，如用研磨破碎，机件磨损严重；对于脆性物料，采用劈碎、弯折和压碎破碎比较有利，若用研磨粉碎，则产品中细粉会增多；对于韧性及黏性较大物料采用磨碎和劈碎方式比较适宜。

2.物料破碎力学分析
所有机械的破碎都是用外力施于被破碎的物料上，克服物料颗粒之间的内聚力使物料产生破碎。

物料的内聚力有两种：一种内聚力作用于晶体内部的晶体各质点之间；另一种内聚力作用于晶体与晶体之间，即作用在晶界面上。

两种内聚力的物理性质相同，区别在于内聚力大小不同，前者比后者大很多倍。

内聚力的大小，取决于物料块中晶体本身的性质和结构，也与晶体结构中所具有的错位和微裂纹等缺陷有很大关系。

如果选择晶体物料的缺陷处破碎，不仅能省功而且又能保证要求的粒度，减少过粉碎。

达到这样破碎的目的叫“选择性破碎”。

实现选择性破碎的技术方法是，被破碎的物料应在体积粒层中承受全方位的挤压，同时在晶体或微晶边缘引发应力，料块应承受组合负荷，包括剪切、弯曲和扭转，最好还兼有拉伸。

若具体到破碎机上是，物料在破碎腔中承受全方位挤压；料块彼此多次冲击或冲击到衬极上，料块群的快速转移；控制料层有一定密实度，并使物料从破碎腔入口到出口，破碎力是逐渐增加。

此外，若对料层采用高频强烈振动作用，可使料块彼此改变方向，从而可在料块中产生交变剪切和弯曲应力。

这种破碎方法称为强迫内层振动破碎。

现有破碎机，如惯性振动圆锥破碎机就是采用强迫内层振动破碎，兼有上述某几种办法，从而可完全实现选择性破碎。

旋盘破碎机采用料层粉碎，料块承受全方位挤压，并产生物料层间冲击作用以及动锥对物料冲击取向作用。

物料有一定的密实度并满足了逐渐增加破碎力的要求等，从而这种破碎机在较大程度上实现选择性破碎。

传统圆锥破碎机若能采用旋转布料器，正确控制给料也能在一定程度上实现选择性破碎。

对传统复摆颚式破碎机实现层压破碎，原江西冶金学院院长姚践谦、郭年琴教授做了大量实验和研究并取得很有价值的成果，对破碎机创新很有帮助。

对传统复摆颚式破碎机若不改变结构和运动特性，仅就改善腔形及其运动参数很难实现选择性破碎。

故早年德国洪堡特公司曾研制一种冲击颚式破碎机，它的冲击速度高达500-1200r/min，国内也曾试制，至今都未得到推广使用。

惯性振动颚式破碎机基本上可以实现选择性破碎，但也没能得到广泛应用，
冲击破碎可实现选择性破碎。

因在冲击破碎开始的瞬间，颗粒内部产生应力波，迅速向四方传播，并在内部缺陷、裂纹和晶粒界面等处产生应力集中，促使颗粒首先沿这些脆弱面破碎。

像已有的冲击式破碎机，如反击式破碎机和立轴冲击式破碎机等，从物料破碎机理来看冲击式破碎机是非常先进和有发展前途的设备。

但这种破碎机易损件寿命较低，一直是阻碍它快速发展的重要因素。

运用选择性破碎方法的研究成果，可建立新的工艺，制成各种规格尺寸破碎机，可破碎极高强度的物料而没有晶粒的过粉碎，从而达到在一个工作循环中，用最小的力和能耗量，得到很高的破碎比。

矿石的力学性能对物料破碎效果、破碎机零部件的磨损、强度和选择破碎方法等有重要意义。

也是破碎机选型和设计的主要考虑因素。

如国内某选厂，在引进美国底部单缸液压圆锥破碎机时，没能充分结合本厂矿石很硬或矿石含泥量太多，最后导致不能使用，不得不拆除这种破碎机。

资料整理：双金机械。