PCL400破碎机设计-毕业设计

1 绪论

现代破碎理论与国内破碎设备的发展

矿业是国民经济中的基础产业，它与国民经济的发展息息相关。矿物加

工是矿业的一个非常重要的环节，它不但要为其他领域提供原材料，而且还

要为自身的可持续发展提供机遇。粉碎是矿物加工中不可缺少的一种工艺过

程，粉碎的任务是提供具有一定粒度、粒度组成和充分解离而又不过粉碎的

加工原料，以便下一步的加工、处理和使用。当今世界矿物加工领域中破碎、

磨矿能耗约占整个选矿过程能耗的40%～60% ，据资料表明，20世纪90年代

以来世界上约12%的电能用于粉碎物料。破碎、磨矿的节能降耗成了选矿领

域降低成本、增加经济效益的重要手段之一。而破碎理论的成熟是破碎机实

现节能降耗的先决条件，因而破碎设备的发展依赖于破碎理论的发展。

1.1 破碎理论

1.1.1 破碎理论综述

（1） 早期破碎理论

19世纪中叶，许多学者就粉碎能耗的关系问题纷纷提出自己的看法，其

中最著名的有雷廷格(Rittinger)的“面积说”，基克(Kick)的“体积说”

和庞德(Bond)的“裂缝说”，他们的数学表达式可以写成：

1dA =rds(Rittinger 理论) (1-1)

2dA =kdv(Kick 理论) (1-2)

i ωω=(Bond 理论) (1-3) 而这三大理论的表达式，可以统计地由沃克公式表示为：

C n dx dE x =- (1-4)

式中C 为与物料性质及设备性能有关的参数,n 为与破碎程度有关的指数,

负号表示粉碎消耗能量。当 n=2时，积分上式得雷廷格公式；令n=1.5而后

积分，得邦德公式；n=1时的积分结果即基克公式。三大理论表达式右边粒

度的表示法，“面积说”采用调和平均径；“体积说”采用加权几何平均径；

而“裂缝说”采用80%所有通过的方孔筛宽的尺寸来表示。他们采用的粒度

都是靠经验确定的。实际运用中，这三大理论各自仅反映粉碎过程的某一阶

段，互不矛盾。对于粗粒物料的粉碎过程，“体积说”比较接近于实际；对

于细粒物料，“面积说”与实际过程较吻合；“裂缝说”使用于中等粒度的粉碎过程。

（2）层压破碎理论

在上世纪8O年代，人们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。同时在对冲击力与挤压力对颗粒层的破碎效果进行研究后得出结论：静压粉碎效率为100%，单次冲击效率为35%～40%。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。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。基于这两个认识形成了层压破碎理论，与传统的挤压破碎理论不同，传统的挤压破碎认为石料的破碎是基于单颗粒发生在颗粒与衬板之间。层压破碎认为石料颗粒的破碎不仅发生在颗粒与衬板之间，同时也大量发生在颗粒与颗粒之间。其特征是在破碎室的有效破碎段形成高密度的多个颗粒层，将充足的破碎功作用于石料颗粒群，在充分发挥层压破碎的同时充分利用了石料破碎过程中所产生的强大碎片飞动能对相邻石料进行再破碎，获得极高的破碎率。即便是比较大的排料口间隙也能大量生产细粒产品。料层石料颗粒之间的相互挤压，实现了选择性破碎，使那些强度低的针、片石料在层压破碎中首先破碎，故能产生优粒形含量很高的石料产品(针片状含量≤15%)。颚式破碎机是在这一理论的指导下应运而生的代表性破碎设备。

（3）自冲击破碎理论及自冲击破碎机

自冲击破碎理论是上世纪8O年代初，新西兰BARMAC公司的布赖恩·巴特立和吉姆·麦克唐纳提出的。传统的冲击破碎机是靠旋转的板锤直接冲击石料，对石料破碎并给石料破碎所需动能，板锤在破碎石料的过程中自己也在快速消耗。与传统的冲击破碎方式不同，自冲击破碎则是石料与石料之间的冲击破碎，一部分石料通过高速旋转装置获得动能，与另一部分伞状以瀑落而下的石料冲击破碎，在破碎腔内一部分石料形成自衬式工作部件，使机器本身不受磨损。石料自衬保护了易损零部件，而本身又是被破碎物料。石料在工作时实现了不断破碎——形成石衬与排料一一再破碎的循环破碎、排料过程。破碎过程是一种选择性破碎，石料产品针片状含量可≤1O%。自冲击破碎机由涡动破碎腔、进料分料装置、转子旋冲器、动力传动装置、机架等组成。石料通过给料装置进入转子中心，转子高速回转，中心石料受离心力作用而飞溅，像子弹一样，与另一部分以伞状瀑落方式分流而下，在和转子

周围环形石料相碰击而产生第一次“石打石”自破碎，并共同飞溅到反击石衬环上而产生第二次“石打石”自破碎(如图1-1)。设备内壁和转子出流喷射口侧壁在运转中自形成抛物紧贴自衬层，使设备部件无磨损。石料在相互打击后，又会在转子与壳体之间破碎腔内再次作回转弧的回流运动，而形成多次“石打石”自破碎。破碎过程中，在物料颗粒之间传递能量，可使激烈的冲击摩擦转变为温和的研磨。颗粒受到阻力，在消耗能量的同时被击碎，直到能量全部消耗掉为止，最后脱离破碎腔，经排料口排出。物料的破碎过程是物料颗粒之间的能量交换，从而提高了能量的利用率。自冲击破碎机最显著的特点主要表现在破碎发生在石料与石料之间，使设备的磨损损耗大大降低，减少了维修次数，延长了设备使用寿耗大大降低，减少了维修次数，延长了设备使用寿命。同时产品粒度等级不因机件的磨损而改变，破碎效率也保持恒定。破碎机的内部本身形成空气流通系统，因此它对周围的环境污染很小。由于细小的物料颗粒所具有的动能小，破碎的可能性也很小，从而可以避免过粉磨现象的产生。自冲击破碎机选择性破碎，可生产优形粒料，是一种高能量利用率设备。自冲击破碎机主要是用于路用碎石系统的三级或四级破碎，生产中、细碎石和砂，也可降低转子的速度而用于粗细石料的整形以提高产品立方体颗粒含量。

图1-1

1.1.2 破碎理论的发展

随着矿产资源大量的开采利用，有色冶金、黑色冶金、化工、轻工等矿产资源日趋贫化，开采量大幅增加，建材、路、桥、坝用到的矿石量也迅猛增大。使物料加工的第一道工序——粉碎作业显得尤为重要。据统计，粉碎作业的耗电占到选矿厂总耗电量的50％以上。如何合理利用能源、节约能源，使能源利用保持可持续发展是我们研究的重要课题。为此，探索物料粉碎状态与能量消耗之间的内在联系，指导制造更有利于粉碎、更节能的粉碎设备

对降低能耗、节约能源有重要的理论研究价值和重大的现实意义。

粉碎作业可追溯到几千年以前(我们的祖先制陶、冶炼、开山碎石等)，

甚至更远，但它作为大规模的社会化行为，并提升到一定的理论高度是在第

一次工业革命以后。1867年，学者P ．R ．Von Rittinger 提出了一个崭新的

概念——破碎理论。它首次以定量的方法揭示了物料粉碎状态与能量消耗之

间的内在联系，对物料粉碎领域的发展起着重要的指导作用。之后，很多学

者在这方面做出了重大贡献。

（1） 高丁一舒曼的产品粒度特性方程

A ．M ．高丁和R ．舒曼先后研究了在不同粉碎方式下，物料原始粒度和

粉碎产物之间的内在联系，建立了产品粒度特性方程，即高丁一舒曼方程式

(简称G —S 方程式)。它是研究粉碎理论的重要手段。A ．M ．高丁提出的粒度

特性方程为：

lg lg lg W m x C =+ (1-5)

式中：W — 一定筛比下的产率；

C —与测量单位有关的常数；

m —与物料性质有关的常数

1940年，R ．舒曼提出的粒度特性方程为：

W 100a

x K ??= ???

(1-6) 式中：W —筛下积算重量百分率；

K —理论最大粒度，当筛孔宽（x ）与之相等时，全部矿料进入筛下，

W=100％；

a —与物料性质有关的指数。

（2） 罗辛-拉姆勒尔方程式

1933年，罗辛（Rosin ）-E.拉姆勒尔(Rammler)发表粉煤的粒度特性方

程式如下： '1()100()100100()100()100n n n n bx

bx bx

W x nbx e W x e R x W x e ----==-=-= (1-7)

式中 '()W x —x 粒度的重量百分率；

()W x —它的筛下积累；

()R x —筛上积累；

b 与n —参数，b 与n 都反映物料的均匀性。n 越大，物料越均匀，b 值越

大，矿料越均匀。

（3） 高丁-梅洛伊方程式

1962年A.M.高丁-T.P.梅洛伊（Meloy ），从理论上导出此式。假定所破

碎的固体是各向同性的和均匀的，破碎是单次事件，有若干个切面在此单次

事件中同时随机地切割固体，并产生形状相同的碎片。对于这样的破碎模型，

用概率论导出：

0()11r

x W x x ??=-- ??? (1-8) 式中: ()W x —小于x 的积算重量百分率；

r —无因次的参数；

0x —最大粒度。

如果用重量百分率表示为：

1'001()1r x W x r x x -??=- ??? (1-9)

（4） P.R.Von Rittinger 的面积学说

1867年，P.R.Von Rittinger 根据物料粉碎后的比表面积较粉碎前增加，

粉碎产品越细，比表面积也越大，则输入的粉碎能量也越多这一现象，提出

了著名的面积学说，即粉碎能耗与粉碎时新生表面积成正比，或粉碎单位质

量物料的能耗，与新生的比表面积成正比。此学说的物理基础表达式为:

11A K S =? (1-10)

式中 1A —产生新表面S ?所需的功;

1K —比例系数,即产生一个新表面积所需的功,又可以做比表面能。

式(1-10)是面积学说的物理基础表达，概念虽然清楚，但工程上无法计

算应用。设矿块直径为D ，如果由直径求表面积的形状系数为1k ，由直径求

体积的形状系数为2k ，那么21k D 为矿块表面积，32k D 为矿块体积。再设Q 为

被破碎矿块的总质量，如果δ为单位体积的矿石质量，那么在总质量Q 的矿

石中含有直径为D 的矿块数是:

32Q n k D

δ= (1-11) 取物理基础表达式(1-10)的微分式:

1dA dS γ= (1-12)

由(1-11)可以列出破碎矿石质量为Q 的矿石所需的功如下:

21132Q dA (k D )k D

d γδ= (1-13) 设0D 为给矿直径, p D 为破碎产物直径,式(1-12)在0D 和p D 限内积分得到:

0p D 111D 2

0111A K Q dD=K Q[]D p D D =-? (1-14) 式(1-14)中,比例系数1K 目前无法确定的,因为它是产生单位新表面积

得功耗,由于破碎中的声损失能和光辐射能等破碎能无法确定,故用于产生

新生表面积得能也是不知道的, 1K 无法确定,故很难用式(1-14)来计算破碎

消耗的功。但如果消去1K ，可以做一些相对比较的计算。

由于给矿和产品都是混合粒群,不是单一尺寸的矿块,故应当用平均粒

度做计算。因为破碎矿块消耗的功是矿块直径的函数，对于雷廷格尔面积学

说，此函数的形式为:f(D)=1/D 。设0(D )平均是矿块的平均直径，0(D )i 是矿块

中个别粒度的直径, i γ是个别粒级的质量百分率。当0(D )平均能充分地代表矿

块粒度时，用它按规定的函数计算得的结果，应当和用个别粒级按同一函数

计算的结果再求得的算术平均值相等，即：

001(D )(D )100

i i f f γ=∑平均 (1-15) 将这个道理用于求雷廷格尔学说中的平均直径，可以写成：

00100(D )(D )i i

γ=∑平均 (1-16) 同理，雷廷格尔学说中的产物平均直径的计算为：

100(D )(D )

p i

p i γ=∑平均 (1-17) （5） B.д.吉尔皮切夫和F.Kick 的体积学说

B.д.吉尔皮切夫和F.Kick 认为，外力粉碎物料所做的功，完全用于使

物料发生变形，到了变形能储至极限，物料即被粉碎。以此为基础，提出了

著名的体积学说，即使几何相似的同种物料，粉碎成形状相同的产品，所需

的功与它们的体积或质量成正比。该理论适用于数十微米到数毫米粒度范围

的粗碎过程，因为粗碎时体积的变化较为显著。此时的能量消耗只与粉碎比

有关，与粒径大小无关。体积学说的物理基础表达式为：

22A K V =? （1-18)

式中 2A —产生体积变形V ?所需的功;

2K —比例系数,即产生一个单位体积变形所需的功

按照推导面积功耗学说计算式的办法,推导体积功耗学说的计算式为:

0222ln 2.303lg p

D A K Q K Q i D == (1-19) 同样，2K 无法确定，但消去2K 可做相对比较，同样的方法可以确定，

式（1-19）中的给矿粒度及产品粒度是加权几何平均粒度：

00lg()lg()100lg()lg()100

i i i p i p D D D D γγ=

=∑∑平均平均 （1-20） （6） F.C.Bond 及王文东裂缝学说

1952年，F.C.Bond 及王文东共同整理功耗与粒度关系的试验资料时，得

出一个经验公式：

i W W = （1-21） 式中：W —将一短吨（907.18kg ）粒度为F 的给矿破碎到产品粒度为P 所耗的

功；

i W —邦德功指数,即将理论上无限大的粒度破碎到80%可以通过

100m μ筛孔宽时所需的功;

F —给矿的80%能通过的方筛孔的宽, m μ;

P —产品的80%能通过的方筛孔的宽, m μ;

Bond 认为，物料一定要在压力下产生变形，积累一定的能量后产生裂纹，

最后才能破碎。即物料在破碎前一定要有超过某种程度的变形，而且一定要

有裂纹，在此前提下，他提出了著名的裂缝学说：破碎物料所消耗的能量与

物料的直径或边长的平方根成反比。

根据Bond 及王文东所作的解释，采用推导前两个功耗学说计算式的方

法，可以推导出：

333

A1]

K Q K

==（1-22）

如果要计算给矿和产品的平均粒度，用推导公式(1-16)及(1-17)的方法可以得到：

2

100

(D)

(D)

i

i

γ

??

??

??

=

??

??

??

∑

平均

（1-23）

2

100

(D)

(D)

p

i

p i

γ

??

??

??

=

??

??

??

∑

平均

（1-24）

（7） R.I.Charles的粉碎能耗普遍公式

1957年R.I.Charles综合了上述三大粉碎理论，提出了一个粉碎能耗的普遍公式，即：

/n

dA Cdx x

=-(1-25)式中：A—粉碎能耗，Kw；

C—与粉碎机械有关的系数，Kw／mm；

x—物料粒度，mm；

N—与物料特性有关的系数。

将上式积分，则：

d

/N

D

A Cdx x

=-

?(1-26)式中，D为物料粉碎前的粒度，mm；d为物料粉碎后的粒度，mm。当N=1时满足B.д.Krtparrye和F.Kick的体积学说；当N=1．5时满足F.C.Bond的裂缝学说；当N=2时满足P.R.Von Rittinger的面积学说。对整个粉碎过程来讲：①开始阶段即弹性变形阶段，由于体积的变化更为显著，而遵循Kick法则；②粉碎的中间阶段即开裂、裂缝扩展阶段，遵循Bond法则；③最终阶段即断裂形成新表面的阶段，细粉碎过程中表面积的增加更为突出，遵循Ritting—er法则。由此可见，这三大破碎理论是相互补充的。在低破碎比,

B.д.Krtparrye和F.Kick的体积学说较适宜；中等破碎比时，宜用F.

C.Bond 的裂缝学说；高破碎比时，以P.R.Von Rittinger的面积学说较好。

（8） 根据尺寸效应修改基克学说

J.A.Holms(霍尔姆斯)认为，岩矿是具有裂缝和缺陷的非均匀固体，当

应力未达到它的理论强度时，便会发生破坏。于是，根据脆性物料的尺寸效

应及韦布尔的统计推断，列出破碎一块直径为D 。的物料实际需要的能量为：

1r E KD -= (1-27)

式中 K —与形变能有关的系数；

r —基克学说的偏差系数，基克学说是r=0的情况。

假定接连破碎x 次，每次破碎比为2，总破碎比为R ，最终产品为d ，则R 2x

=如果粒子为正方体，每颗正方体的粒子在三个方向裂开所学的能量为 ()()12

11322r x r D D K ---?， 于是经过x 次破碎所需的总能量为：

33(1)21

r r O O r K D i A --=- (1-28) 式中：r —偏差指数；

D —物料未破碎前的直径，mm ；

K —与变形能有关的系数，kW ／mm 。

（9） 极限表面理论

在粉碎理论的研究中，粉碎产物的粒度大小是人们关心的问题。粉碎是

否有极限，若有，极限是多少。随着技术的发展，研究人员发现：当粉碎颗

粒达到一定细度时，颗粒会出现微塑性变形。由于微塑性变形的影响，颗粒

会发生锻焊或焊合作用而相互聚合长大，使颗粒变粗。因此，把该细度范围

称作粉碎极限。于是出现了极限表面理论。田中达夫通过研究，在1954年提

出了有界粉碎能耗的关系式: 0ln T S S K W S S

∞∞-=- (1-29) 式中： 0S —给料的比表面积；

S —产物的比表面积；

S ∞—极限表面积；

W —磨细所耗的功；

T K —比例系数。

如取00S →，上式的近似式为：

()1T K W S S e -∞=- (1-30)

1967年C.C.哈里斯（Harris ）提出修正式：

()1n S S a W ∞=??+????

(1-31) 此处的a 和n 是二参数。

1971年神保元二提出：

0()n W dS dS aS dW dW

==- (1-32) 此式等号右端的第一项为粉碎效率，第二项为考虑生成微粉的影响而设的校正项。当不考虑此种影响时，n aS 为0，上式即与雷廷格公式相同。当渐近于极限表面积时，0dS dW =，即S S ∞=，从而()n n dS a S S dW

∞=-，若n=1，解此方程，即得田中达夫式。

1962年，II.A.列宾杰尔研究粉碎石英的情况，发现不仅存在极限比表面积，也有塑性变形，还因机械的活化作用使石英无定形式，综合考虑这些影响，列出粉碎石英所需能量公式：

00K ln ()S ln S S ec S ec l a S a S S εβσ∞

∞∞

-???=

-+++???-?? (1-33) 式中：K —粉碎机械的效率；

ε?—输入粉碎机的比有用能量，3/cm J ；

e —比弹性形变能，3/cm J ；

β—比塑性形变能，3/cm J ；

A,C —标志粉体形状的系数；

S —产物的比表面积；

0S ，S ∞—粉碎开始时的和达到粉碎极限时的比表面积，23cm /cm ；

l —无定形层的厚度，cm ；

σ—比表面自由能，2/cm J 。

（10）必须能量储积到一定程度才会发生破碎

物体中的各质点皆以一定的能量相联系，外力所做的功如不超过内聚能量，物体是不会发生破坏的。H.E.罗斯的研究指出：“除非足够的能量密度给予粒子，不可能发生破碎”。设A 为物料的表面积增量，E 为重机物料的

能量，M 为物料的质量，则：

()n A E K E M

-?= (1-34) 此处的K 为与粒度有关的系数，n 为有能量密度（E/M ）有关的指数。

脆性物料的裂缝扩展迅速，所需能量只能由所储形变能提供。根据A.A.格里弗斯学说，裂缝失稳扩展的条件是：

2

2dV dA E σν≥ (1-35)

从而可知，必须能量储积到一定程度才会发生破碎。但三种功耗学说的公式，都未反映此情况。而三个连续性的方程式中却表示出，当外功稍大于零，就会相应地产生较1稍大的破碎比。这显然不合理，也是亟待修正的。

（11） 其它破碎理论

1979年K ．Tkavova 首次从热力学的角度研究粉碎系统的内能、熵、自由焓等参数的变化规律及与粉碎能耗之间的关系。认为粉碎是一个不可逆的热力学过程，并把该过程作为一个物理化学过程来研究，以此为基础建立了热力学能量平衡方程式：

m i A U U Q =?+?- (1-36)

式中：m U ?—被粉碎物料能的增加量，J ；

i U ?—粉碎介质内能的增加量，J ；

Q —总的热损失，J 。

1985年加巴洛夫从结构化学的角度研究了粉碎能耗问题。他认为：如果物质的两个原子相互作用力是f ，原子间的距离为r 时，它的粉碎功为f r dr ?。当表面暴露时，形成新表面的功是克服每组m 原子与每组n 原子相互作用的功, 即：

1211()N N a

n ij ij ij i j A r dr ===∑∑? (1-37)

式中：n A —形成新生表面积所需的功，J ；

1N —构成i 组原子的数量；

1N —构成j 组原子的数量；

ij r —原子间相互作用距离，m ；

ij f —原子间相互作用力，N ；

r —原子间的距离，m 。

1.1.3 破碎理论存在的不足及发展前景

三个著名的粉碎功耗学说在长期的工业实践中起着重要的指导作用，但

他们各有侧重。P.R.Von Rittinger理论注重物料破碎后的新生表面积；B.д.吉尔皮切夫和F.Kick理论关注的是物料受外力作用而发生变形的程度；

F.C.Bond理论则重点研究物料受力后裂纹的形成条件和裂纹的扩展规律。每个理论都有各自的适用范围，从这个角度讲，他们都具有一定的片面性。

B.д.吉尔皮切夫和F.Kick理论所建立的功耗数学模型过于简单，不能全面反映物料粉碎的实际情况，得到的结果不够准确。F.

C.Bond理论建立的功耗数学模型来自于试验数据的提炼与总结，在一定条件下物料粉碎的能耗与产品粒度之间的关系符合实际情况。但在功耗数学模型建立过程中没有考虑输入能量的耗散，即被粉碎物料在吸收能量的同时也以特定的方式(如热辐射、红外辐射、声发射等)输出能量；以及物料受外部环境的影响而造成内在理化性能的变化。这使得F.C.Bond理论的适用范围受到极大的限制。

物料颗粒的大小对粉碎所需的能量是不相同的。事实表明，物料的颗粒越小，其强度就越高，粉碎就越困难，就需要消耗更多的能量。这一点，在三大破碎理论所建立的功耗数学模型中均未反映。这样三大破碎理论使用的准确性大打折扣。

物料粉碎的细度是有限的，不可能无限地粉碎下去。这和三大破碎理论所建立的功耗数学模型有出入，他们在模型中均没有提出粉碎下限的概念，而且认为粉碎所消耗的能量与物料粒度的变化呈连续变化关系。即能量的微量增量将引起物料粉碎的微量增量。换言之，认为只要输入一点能量就可引起一点破碎，而实际上输入能量必须达到克服物料内聚力的程度，才可能发生破碎。

总之，破碎理论经过100多年的发展与完善，在粉碎领域起着重要的指导作用。随技术的发展传统破碎理论的缺陷与不足日显突出，在许多领域已不能起到指导作用。为此，寻求更合理、更准确、更能反映实际粉碎状态的破碎理论已迫在眉睫。

破碎理论要求客观、准确地全面反映物料粉碎的过程，而物料的粉碎过程是一个十分复杂的物理化学过程。物料在变形、破碎过程中始终不断与外界交换着物质和能量。就自然界中的岩石而言，不仅承受着外载产生的机械能，还可能受到热能、辐射能等的影响，这些能量作用于岩石又会导致岩石发生热辐射、红外辐射、声发射等能量输出；同时，空气、水分、化学腐蚀等还导致岩石与环境之间存在物质交换j。因此，在考察物料的变形、破碎时，所研究的并非是一个孤立系统或封闭系统，而是一个开放系统，这就需要采用非平衡热力学的研究方法。在外力作用下，随着物料变形程度的变化，外载机械能和热能不断转化为物料的内能，从而使物料的内能升高，偏离初

始平衡状态。在特定的外载条件下，外载提供的机械能、热能等能量与物料的内能达到一种动态平衡，物料将处于某一定态。对于不同的外载条件，物料所处定态的内能也不相同。一般来说，物料内能将随外力的增大而升高。因此，这种定态相对于初始平衡态是不稳定的。但在外力不是很大的情况下，物料所处定态偏离平衡态不是很远，属于线性非平衡区，称为亚稳定态，而将初始平衡态称为稳定态。在亚稳定态，微缺陷的形成可能出现在物料中任意位置，呈无序分布。而且微缺陷的尺寸、数量均处于较低规模。在这一状态下，外力所做的功主要以弹性势能的形式储存在物料内部，导致物料向具有较高内能的临界态发展，同时也有部分弹性势能释放引起温度变化、电磁辐射、声发射等能量耗散。因此，物料在宏观上表现为能量耗散的特点一。。。为此，我们应该引入耗散结构理论，来针对物料粉碎过程中的耗散特征进行内在规律的分析与研究。当外力比较大时，物料偏离平衡态较远，属于非线性非平衡区，此时的定态变得极不稳定。特别是在某一临界态，物料将向另一种新的定态突变，这种转化则对应于物料的失稳破坏。在临界态，微缺陷的形成表现出一定规律，主要集中分布在某些区域，具有一定的自组织性，从而诱发宏观裂纹的产生，物料状态失稳向另一状态发展，最终形成破裂后的某种新的稳定态。这就是由稳态到突变再到稳态的螺旋式循环过程。我们要研究该过程的本质，揭示螺旋式循环过程的定量关系，是建立破碎理论构架的基础。运用突变理论所提供的研究方法是实现这一目标的关键途径。可见，物料变形、破碎过程十分复杂，它不是一个孤立系统，而是一个与外界有物质和能量交换的开放系统。也是一个由稳态一渐变一突变的螺旋式演变过程，同时伴随声、热等能量的耗散。要完整、系统地建立物料粉碎功耗方程，需要多学科的理论做基础。在多学科交叉融合的前提下，来建立功耗方程才可能更完善和全面，才能揭示物料粉碎这一复杂系统的内在演变机理。

1.2 破碎机械简介

1.2.1 颚式破碎机

颚式破碎机是利用两颚板对物料的挤压和弯曲作用，粗碎或中碎各种硬度物料的破碎机械。其破碎机构由固定颚板和可动颚板组成，当两颚板靠近时物料即被破碎，当两颚板离开时小于排料口的料块由底部排出。它的破碎动作是间歇进行的。这种破碎机因有结构简单、工作可靠和能破碎坚硬物料等优点而被广泛应用于选矿、建筑材料、硅酸盐和陶瓷等工业部门。

到二十20世纪80年代，每小时破碎800吨物料的大型颚式破碎机的给料粒度已达1800毫米左右。常用的颚式破碎机有双肘板的和单肘板的两种。前者在工作时动颚只作简单的圆弧摆动，故又称简单摆动颚式破碎机；后者

在作圆弧摆动的同时还作上下运动，故又称复杂摆动颚式破碎机。鄂式破碎机广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利和化学工业等众多部门，破碎抗压强度不超过320兆帕的各种物料。

单肘板式鄂式破碎机动颚板的上下运动有促进排料的作用，而且其上部的水平行程大于下部，易于破碎大块物料，故其破碎效率高于双肘板式。它的缺点是颚板磨损较快，以及物料会有过粉碎现象而使能耗增高。为了保护机器的重要部件不因过载而受到损坏，常将形状简单、尺寸较小的肘板设计为薄弱环节，使它在机器超载时首先发生变形或断裂。

另外，为满足不同排料粒度的要求和补偿颚板的磨损，还增设了排料口调整装置，通常是在肘板座与后机架之间加放调整垫片或楔铁。但为了避免因更换断损零件而影响生产，也可采用液压装置来实现保险和调整。有的颚式破碎机还直接采用液压传动来驱动动颚板，以完成物料的破碎动作。这两类采用液压传动装置的颚式破碎机，常统称为液压颚式破碎机。

1.2.2 旋回式破碎机

旋回式破碎机是利用破碎锥在壳体内锥腔中的旋回运动，对物料产生挤压、劈裂和弯曲作用，粗碎各种硬度的矿石或岩石的大型破碎机械。装有破碎锥的主轴的上端支承在横梁中部的衬套内，其下端则置于轴套的偏心孔中。轴套转动时，破碎锥绕机器中心线作偏心旋回运动它的破碎动作是连续进行的，故工作效率高于颚式破碎机。到70年代初期，大型旋回破碎机每小时已能处理物料5000吨，最大给料直径可达2000毫米。

旋回破碎机用两种方式实现排料口的调整和过载保险：一是采用机械方式，其主轴上端有调整螺母，旋转调整螺帽，破碎锥即可下降或上升，使排料口随之变大或变小，超载时，靠切断传动皮带轮上的保险销以实现保险；第二种是采用液压方式的液压旋回破碎机，其主轴坐落在液压缸内的柱塞上，改变柱塞下的液压油体积就可以改变破碎锥的上下位置，从而改变排料口的大小。超载时，主轴向下的压力增大，迫使柱塞下的液压油进入液压传动系统中的蓄能器，使破碎锥随之下降以增大排料口，排出随物料进入破碎腔的非破碎物(铁器、木块等)以实现保险。

1.2.3 圆锥式破碎机

圆锥式破碎机的工作原理与旋回破碎机相同，但仅适用于中碎或细碎作业的破碎机械。中、细碎作业的排料粒度的均匀性一般比粗碎作业要求的高，因此，在破碎腔的下部须设置一段平行区，同时，还须加快破碎锥的旋回速度，以便物料在平行区内受到一次以上的挤压。

中细碎作业的破碎比较粗碎作业的大，故其破碎后的松散体积就有较大

的增加。为防止破碎腔可能因此引起阻塞，在不增大排料口以保证所需的排料粒度的前提下，必须通过增大破碎锥下部的直径来增大总的排料截面。

圆锥破碎机的排料口较小，混入给料中的非破碎物更易导致事故，且因中、细碎作业对排料粒度要求严格，必须在衬板磨损后及时调整排料口，因而圆锥破碎机的保险和调整装置较之粗碎作业更为必要。

西蒙式弹簧保险圆锥破碎机超载时，锥形壳体迫使弹簧压缩而使其自身升高，以便增大排料口，排出非破碎物。排料口的调整靠调整套来进行，转动固装着壳体的调整套即可借助其外圆上的螺纹来带动壳体上升或下降，以改变排料口的大小。液压圆锥破碎机的保险和调整方式与液压旋回破碎机的相同。

1.2.4 辊式破碎机

辊式破碎机是利用辊面的摩擦力将物料咬入破碎区，使之承受挤压或劈裂而破碎的机械。当用于粗碎或需要增大破碎比时，常在辊面上做出牙齿或沟槽以增大劈裂作用。辊式破碎机通常按辊子的数量分为单辊、双辊和多辊破碎机，适于粗碎、中碎或细碎煤炭、石灰石、水泥熟料和长石等中硬以下的物料。

1.2.5 反击式破碎机

反击式破碎机是利用板锤的高速冲击和反击板的回弹作用，使物料受到反复冲击而破碎的机械。板锤固装在高速旋转的转子上，并沿着破碎腔按不同角度布置若干块反击板。

物料进入板锤的作用区时先受到板锤的第一次冲击而初次破碎，并同时获得动能，高速冲向反击板。物料与反击板碰撞再次破碎后，被弹回到板锤的作用区，重新受到板锤的冲击。如此反复进行，直到被破碎成所需的粒度而排出机外。与锤式破碎机相比，反击式破碎机的破碎比更大，并能更充分地利用整个转子的高速冲击能量。但由于板锤极易磨损，它在硬物料破碎的应用上也受到限制，通常用来粗碎、中碎或细碎石灰石、煤、电石、石英、白云石、硫化铁矿石、石膏和化工原料等中硬以下的脆性物料。

1.3 锤式破碎机简介

1.3.1 概述

锤式破碎机介绍：锤式破碎机是冶金，建材，化工和水电等工业部门中细碎石灰石，煤或其它中等硬度以下脆性物料的主要设备之一，具有破碎比大，生产能力高，产品粒度均匀等特点。一段锤式破碎机可将入料粒度为1100mm的物料一次破碎到20mm以下，因而可将传统的两段或三段破碎改为一段破碎，简化工艺流程，节省设备投资，降低消耗及其它生产费用。