破碎理论及破碎机的研究现状与展望_高强

破碎理论及破碎机的研究现状与展望＊

高强1,张建华2

(1.天津渤海职业技术学院机电工程系,天津　300402;2.河北工业大学机械工程学院,天津　300130)

摘要:破碎机是物料破碎的主要设备,被广泛应用于冶金、矿山、建材、筑路、化学和硅酸盐行业中。文中针对破碎理论及各式破碎机的研究现状进行了分析和总结,并针对目前存在的问题,提出了破碎理论及破碎机的发展方向。

关键词:破碎机;破碎理论;展望

中图分类号:T D451 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2009)10-0072-04

利用外力将大颗粒变成小颗粒物料的过程称为物料破碎,

其使用的相应设备称为破碎机。破碎机被广泛用于冶金、矿山、

煤炭、水利、建筑、建材、环保和化工等行业,据资料的统计分

析,在大型选矿厂,用于破碎粉磨的生产费用通常占全部费用

的50%以上,其投资约为选矿厂投资的50%～60%[1],由此可

看出,其在相应生产工艺中起着极其重要的作用,更为重要的

是,破碎过程还决定着后续工艺能否有效能进行。

随着我国经济的高速发展,这些行业每年所需经过碎磨工

艺处理的物料呈现几何级数增加,物料碎磨的作业日益显示其重

要性。影响破碎过程的因素有很多,都与破碎设备性能相关联。因

此,设备性能的优劣将极大地影响到工作效率和能耗的高低。基

于设备的节能降耗,提高碎磨设备工作效率,不断优化碎磨作业,

从而提高相关工业部门的经济效益,深入研究破碎理论并研制开

发新型、高效、节能和环保的现代碎磨设备具有非常重要的现实

意义[2-6]。文中对破碎理论及破碎机的研究现状进行了分析,并

针对目前存在的问题提出了破碎机的发展方向。

1　破碎理论和破碎机的研究现状

1.1　破碎理论的研究现状

针对破碎作业,许多学者试图采用定量分析的方法,建立

破碎理论假设,揭示能量消耗与物料粉碎状态之间的内在联

系。在破碎理论的研究上,主要有三大粉碎功耗学说[7]及在三

大学说的基础上发展起来的相关学说[3]。

(1)面积学说。

V o nR i t t i n g e r PR于1867年提出了著名的面积学说,认为

外力破碎物体所做之功将转化为新生表面积上的表面能,故粉

碎能耗与粉碎时新生表面积成正比,即粉碎单位质量物料的能

耗与新生的比表面积成正比,如式(1)所示:

d A

1

=γd S(1)

式中:d A

1———生成新表面积d S所需的功;

γ———比例系数。

破碎质量为Q的矿石所需的功为:

d A

1

=γQ

δk

2

D3

d(k

1

D2)(2)

考虑到给矿和破碎产物为混合粒群,采用平均直径进行计

算,积分后得:

A

1

=K

1

Q[

1

D p

-

1

D o

](3)

式中:K

1

=

2γk1

δk

2

;

D p,D o———破碎产物的平均直径和给矿的平均直径。

田中达夫于1954年根据极限表面理论,即当粉碎颗粒达到

一定细度时,颗粒会出现微塑性变形,颗粒会发生锻焊或焊合

作用而相互聚合长大,使颗粒变粗,把该细度范围称作粉碎极

限,提出了有界粉碎能耗理论,如式(4)所示:

A=

1

K T

l n

s∞-s o

s∞s

(4)

式中:K

T

———比例系数;

s∞,s o,s———极限比表面积,给料的比表面积,产物的比表面积。

Π.A.列宾杰尔于1962年发现石英粉碎后,不仅存在极限

比表面积,也存在塑性变形,且机械的活化作用使石英无定形

化。提出了粉碎石英所需能量的关系式:

ηΔε=(

e c

αF

)l n(

s

s o

)+

e c

αF

+(βl+σ)s∞(5)

式中:η———机械效率;

Δε———输入粉碎机的有用能量;

e———比弹性变形能;

c———比例系数;

αF———粉体形状系数;

β———比塑性变形能;

l———无定形层的厚度;

σ———比表面自由能。

u r a l G a sE n g i n e e r i n g,C h i n aU n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m(B e i j i n g C a m p u s),B e i j i n g102249,C h i n a)

A b s t r a c t:Ak i n d o f n e wt y p e dh i g h p r e c i s i o n l e n g t hc o n t r o l s y s t e m o f e m b o s s i n gm a c h i n ew a s i n t r o d u c e d.T h i s d e v i c eu s e s t h es e r i a l c o m m u n i c a t i o n s y s t e m c o n s t i t u t e db y t h e p r o g r a m m a b l e c o n t r o l l e r a n dt h et o u c h i n gs c r e e nt ol e t t h ed a t ac o l l e c t e db y c o d e r b e d i s p l a y e d i n t h e t o u c h i n g s c r e e n.U s i n gt h e s e r v o-m o t o r t oc o n t r o l t h et r a v e l i n gl e n g t h o f t h ee m b o s s i n gm a c h i n et h u s e f f e c t i v e l yl o w e r e dt h ef a i l u r er a t eo fm o t o ra n d e n h a n c e dt h e e c o n o m i c b e n e f i t a n d c o m p e t i t i v e s t r e n g t h o f e n t e r p r i s e s.

K e yw o r d s:h o t p r e s s i n g m a c h i n e;P L C;t o u c h i n gs c r e e n

F i g7T a b0R e f4“J i x i e S h e j i”8773

第26卷第10期2009年10月

机　械　设　计

J O U R N A LO FM A C H I N ED E S I G N

V o l.26　N o.10

O c t. 2009

＊收稿日期:2009-06-23;修订日期:2009-07-29

作者简介:高强(1963-),男,天津人,副教授,学士,主要从事机电一体化教学和研究工作,发表论文4篇。