碎磨是礦物加工過程中的第一道工序，礦物只有被解離到一定的粒度，其有用成分才能被充分利用。而碎磨過程也是整個礦物加工過程中電耗、鋼耗等原材料消耗最大的工段，據(jù)專家估算，碎磨階段處理每噸原礦的電耗平均約為16.OkW h，占選礦廠總電耗的40%左右。因此碎磨工程領(lǐng)域的節(jié)能降耗意義重大，可產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。在這一迫切需求下，多碎少磨理論已得到公認，并有一系列相應的新型破碎機涌現(xiàn)，其中立式?jīng)_擊破碎機以其獨特的結(jié)構(gòu)和工作原理，使礦物實現(xiàn)了完全的自粉碎，碎后產(chǎn)品粒度可以達到- 4mm，從而充分體現(xiàn)了多碎少磨、節(jié)能降耗的思想。
    立式?jīng)_擊破碎機最早是由新西蘭Tidco公司研制的，其Barmac高強度自襯型立式?jīng)_擊破碎機將轉(zhuǎn)子線速度提高到100m/s，從而實現(xiàn)了完全的自粉碎，這種設備集破碎、磨礦為一體，產(chǎn)品粒度細，金屬磨損輕微，過金屬能力強。北京礦冶研究總院研制的LCP5立式?jīng)_擊破碎機，主要技術(shù)性能指標達到了Barmac的水平，而且破碎試驗結(jié)果證明，其破碎效果也達到了Barmac立式?jīng)_擊破碎機的水平。
1、結(jié)構(gòu)和工作原理
    LCP5立式?jīng)_擊破碎機是一種新型沖擊式超細碎設備．適用于各種金屬礦、非金屬礦、化工礦物、水泥、建材原料、筑路筑壩石料、冶金渣和人工砂等脆性物料的粉碎，并可用于一些其它設備難以適應的場合，例如極硬而脆的物料、含較多漂流金屬的物料和要求鐵污染較少的物料。LCP5立式?jīng)_擊破碎機的設計中運用了有限元計算、應力測試等先進科技手段，在制造過程中還采用了高強度合金鋼、新型耐磨材料、無損探傷、動平衡等新材料和方法，其結(jié)構(gòu)合理，性能優(yōu)良。該設備的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高，圓周線速度可達100m/s，達到了國際先進水平。由于轉(zhuǎn)速高，物料沖擊強度大，粉碎效率也高，工作中不僅其轉(zhuǎn)子內(nèi)部可形成物料襯，而且轉(zhuǎn)子外的破碎腔處也可形成物料襯，使金屬磨損減少到最低限度。
該設備主要由轉(zhuǎn)子2、主軸系統(tǒng)4、機架6、電機5、皮帶傳動裝置7、潤滑系統(tǒng)8和電控系統(tǒng)等部分組成。主要結(jié)構(gòu)和安裝尺寸見圖1。
 
    設備工作時，電機通過皮帶傳動裝置帶動主軸和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。將- 35mm的物料從給料口給入設備中，一部分物料通過給料筒垂直向下，從轉(zhuǎn)子上部的給料口進入轉(zhuǎn)子，然后從轉(zhuǎn)子的出口被高速拋出到破碎腔處。另一部分物料沿給料部的階梯形結(jié)構(gòu)下滑，直接瀑落到轉(zhuǎn)子外的破碎腔處。堆積在破碎腔處的物料形成自襯。從轉(zhuǎn)子的出口被拋出的物料一方面在破碎腔的物料襯上沖擊粉碎，另一方面與上部瀑落的物料和經(jīng)自襯渦動的物料在破碎腔中反復撞擊，產(chǎn)生強烈的沖擊和磨剝作用。粉碎后的物料從下部排出。粉碎過程示意圖見圖2。
2、轉(zhuǎn)子強度計算
    LCP5立式?jīng)_擊破碎機的設計中運用了有限元計算，對其關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)子部分的強度進行了反復核算，把轉(zhuǎn)子優(yōu)化為三角形結(jié)構(gòu)。由于轉(zhuǎn)子的強度屬于線彈性問題，所以可以采用結(jié)構(gòu)分析通用有限元程序SAP5對其進行計算。根據(jù)轉(zhuǎn)子體的形狀和載荷條件的周期性特點，采用1／3轉(zhuǎn)子體進行應力計算，而用偽單元來保證轉(zhuǎn)子體切剖邊界上節(jié)點位移的周期性條件。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分圖見圖3。
    轉(zhuǎn)子體在工作中的受力比較復雜，有以下幾種負荷：
    (1)轉(zhuǎn)子體自重在高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的離心慣性力；
    (2)物料沿物料襯高速運動時對物料襯產(chǎn)生的壓力；
    (3)物料襯在高速旋轉(zhuǎn)時引起的離心慣性力；
    (4)襯板在高速旋轉(zhuǎn)時由自重產(chǎn)生的離心慣性力對上下板與側(cè)板交界處的作用力；
    (5)耐磨體自重產(chǎn)生的離心慣性力對與它連接的出口板的作用力。
    這些載荷隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速改變而不同，并且在同一轉(zhuǎn)速條件下不同節(jié)點處也不相同，在對轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和厚度多次修正后，轉(zhuǎn)子內(nèi)的相當應力趨于均勻合理，最大應力為：
    空載超速試驗，轉(zhuǎn)速4365r/min，amax=164MPa
    負載工作，轉(zhuǎn)速3446r/min，amax=130MPa
    負載工作，轉(zhuǎn)速3031r/min，amax=100MPa
    設備加工完成后，為了對轉(zhuǎn)子的性能和強度做進一步的驗證，采用電測法，對轉(zhuǎn)子進行了應力測試。電測法測定旋轉(zhuǎn)件應力是工程研究、設計、排故中最為常見、成熟而又可靠的一種方法，其測試框圖見圖4。
    測試結(jié)果證明，其應力強度由大到小分布次序與有限元計算結(jié)果相符。在有限元計算的最大應力處，當轉(zhuǎn)速為3031r/min，其最大當量應力為amax=99. 9MPa，當轉(zhuǎn)速3446r／min，其最大當量應力為amax - 152.6MPa，與有限元計算結(jié)果基本吻合。
設備規(guī)格和主要技術(shù)性能指標見表1。
 
3、小型試驗
    為了解樣機的實際破碎效果，為工業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)，1998年在北京礦冶研究總院進行了小型試驗。受現(xiàn)場條件所限，破碎試驗只能采用一段開路破碎流程。
    試驗采用轉(zhuǎn)速為2184r/min和2616r／min，相應轉(zhuǎn)子圓周線速度分別為62.9m/s和75. 3m/s。這兩個轉(zhuǎn)速一般可滿足破碎需要，與Barmac破碎機的實際工作轉(zhuǎn)速相當。Barmac破碎機的轉(zhuǎn)子最高圓周速度雖然也可達100m/s，但實際工作中一般也只用到60～70m/s。
試樣為大廠錫礦、洛陽石英砂巖、鋁土礦、鋼渣和廢磁塊等物料。主要物料的破碎試驗結(jié)果見表2。
 
    由表2可見，在2184r/min和2616r／min的轉(zhuǎn)速下，一段開路破碎不同硬度的物料，產(chǎn)品中心產(chǎn)生的合格粒級含量可達到31.89%～60.28%，破碎結(jié)果比較理想，如果采用閉路流程，產(chǎn)品粒度可達到超細碎和粗磨的要求。

    將樣機LCP5立式?jīng)_擊破碎機與國際上最先進的Barmac立式?jīng)_擊破碎機中近似規(guī)格的4800DUOPACTOR型產(chǎn)品的破碎效果進行對比。后者的給料和產(chǎn)品粒度組成曲線見圖5。將LCP5在2616r/min轉(zhuǎn)速下破碎大廠錫礦和鋼渣的給料和產(chǎn)品粒度組成曲線繪制到圖5中，可得到圖6。從圖6分析可見，LCP5的產(chǎn)品粒度曲線基本上在Barmac的產(chǎn)品粒度范圍內(nèi)，鋼渣的破碎曲線還優(yōu)于Barmac的破碎曲線。由此可見，LCP5立式?jīng)_擊破碎機的破碎效果達到。
4、結(jié)語
    1.LCP5立式?jīng)_擊破碎機是一種新型超細碎設備，具有產(chǎn)品粒度細、金屬磨損輕微、過金屬能力強等優(yōu)點。
    2．設計中運用了有限元計算，轉(zhuǎn)子強度達到了要求。．
    3．制造中運用了無損探傷、動平衡、高強度合金鋼、耐磨新材料等。
    4．制造完成后對轉(zhuǎn)子體進行了應力測試，進一步驗證了其結(jié)構(gòu)和強度。
    5．通過小型試驗證明，其機械性能、碎效果都達到了國際先進水平，可作為超細碎或粗磨設備。
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