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1、引言
    礦物加工過程中，粉碎往往是必不可少的工序之一。據不完全統計，全世界每年經粉碎的物料量達數百億噸，我國每年破碎的各種物料約為18億t．其中鐵礦石約2.4億t，有色金屬礦石超過1億t，非金屬礦物2.3億t，化工礦物0.3億t，水泥約4億t，建材用石灰石4.7億t．耗電量為250～300億kW -h，鋼耗約為250萬to因此，在領域實行節能降耗，可產生巨大的社會效益和經濟效益。
    破碎和磨礦是礦物加工過程中兩道最關鍵、也是能耗最高的工序，能耗和鋼耗占選廠的60%以上，其中大約15%用于破碎，85%以上消耗于磨碎。由于破碎機與磨機相比金屬消耗量和電耗較小，便宜，運轉維護簡單，而且磨機的效率只有l%，破碎機的效率達10%，因此，經過50多年的實踐和總結，礦物加工領域正大力提倡“多碎少磨”的新工藝流程，即降低破碎產品最終粒度，增加細粒級在破碎產品中的含量，從而提高磨機的處理能力，達到降低電耗和金屬消耗量、減少成本、增加經濟效益的目的。
    俄羅斯圣·彼得堡“米哈諾布爾”科技股份有限公司經過40多年努力研究，通過不斷的改進和完善，在大量的理論和試驗工作的基礎上，終于開發研制成功在破碎領域具有革命性突破的新型節能細碎設備——慣性圓錐破碎機。慣性圓錐破碎機以其先進的破碎理論、獨特的設計思路、合理的機械結構和優良的性能代表了當前世界圓錐碎碎機的最高水平，能夠很好地滿足“多碎少磨”新工藝的要求。
2、慣性圓錐破碎機的結構特點和工作原理
2.1慣性圓錐破碎機的結構特點
    慣性圓錐破碎機的結構如圖l所示。
    慣性圓錐破碎機機體坐落在隔振裝置上，工作機構由定錐和動錐組成，錐體上均附有耐磨襯板，襯板之間的空間形成破碎腔。動錐軸插入軸套中，電動機的旋轉運動通過傳動機構傳給固定在軸套上的激振器，激振器旋轉時產生慣性力，迫使動錐繞球面支承的球心做旋擺運動。在一個垂直平面內，動錐靠近定錐時，物料受到沖擊和擠壓被破碎，動錐離開定錐時，破碎產品因自重由排料口排出。動錐與傳動機構之間無剛性聯接。z.z慣性圓錐破碎機的運動分析
    慣性圓錐破碎機機體不是直接固定在地基上，而是安裝在彈性無件上，因此機體有6個自由度，3個旋轉自由度，3個平移自由度。動錐相對于機體有3個旋轉自由度，激振器相對于動錐有1個旋轉自由度和1個沿軸向的平移自由度。對于破碎機來說，最重要的是破碎體之間的相互運動，即動錐相對于定錐（固定在機體上）的運動。
    動錐與電機之間無剛性聯接，工作時繞球面支承的球心o做旋擺運動，動錐相對于機體的運動為剛體繞定點o的轉動。以O點為原點，機體中心線為Z軸建立坐標系OXYZ，另取以動錐軸線為Z’軸并與動錐固結的動坐標系OX'Y'Z’，如圖2所示。
    動坐標平面OX'Y’與定坐標平面OXY的交線用ON表示，稱為節線，節線垂直于02和02’，節線與定軸OY間的夾角ψ稱為進動角，節線與動軸OY間的夾角中稱為自轉角，動軸oz’與定軸0z間的夾角B稱為章動角，根據運動學原理，繞O點運動的動錐相對于機體的位置用這三個角可以完全確定。因此，．動錐相對于機體的運動是由以下三種旋轉運動組成：①進動運動——動錐繞機體中心線作旋轉運動。②自轉運動——動錐繞自己的軸線作旋轉運動。③章動運動——動錐繞節線作旋轉運動。
    慣性圓錐破碎機正常運轉時，動錐不但作進動運動和自轉運動，而且由于物料顆粒大小不一，在破碎腔內分布不均勻，動錐沿物料層滾壓時也不穩定，每滾動一周都伴隨著強烈的振動，動錐即產生章動運動。動錐相對于機體有三個自由度，要用三個參變量ψ、∮、B才能確定動錐相對于機體的位置。
    在慣性圓錐破碎機中，動錐和傳動機構之間不是剛性聯接，動錐的振幅即動錐的章動角β不受傳動系統的限制，是可以變化的，它的大小取決于物料層抗壓阻力與破碎力的平衡。破碎機剛啟動時，動錐擺動頻率小，破碎力較小，動錐的振幅口角較小，因此啟動力矩也較小，帶負荷啟動不會損壞破碎機。所以，慣性圓錐破碎機可以帶負荷啟動和停車。同樣道理，在慣性圓錐破碎機中，擠滿給料只是增大了物料層的抗壓阻力，動錐的振幅β角減小，不會造成破碎機“悶車”，不需安裝給料機。由于動錐與傳動機構之間無剛性聯接，如果物料中混入不可破碎的物體，動錐暫時停止運動，激振器將繞動錐軸繼續轉動，絕對不會破壞傳動系統和主機。
2.3慣性圓錐破碎機的優點
    由于其獨特的工作原理及結構特點，慣性圓錐破碎機與傳統的破碎設備相比，在使用及工藝等方面具有許多優點。
    (1)具有良好的“料層選擇性破碎”作用。由于是擠滿給料，被破碎物料在破碎腔中承受全方位的擠壓、剪切和強烈的脈動沖擊作用，料層內顆粒相互作用，造成顆粒間的強制自粉碎j料層阻止破碎腔的襯板直接接觸，防止襯板互相研磨，避免研磨下來的金屬污染被破碎的物料，從而使研磨體耗量大大降低，延長了襯板的使用壽命。單位破碎比功耗僅為普通設備的一半左右。
    (2)破碎比大，產品粒度可調。該機的破碎力與被破碎物料硬度及充填率無關，主要取決于偏心靜力矩及轉速。調節偏心靜力矩、激振器轉速和排料間隙，可很方便地調節所需的破碎比(4～30)，根據需要可有效地防止過粉碎，提高某粒級段的產率或相反增加細粉的產量。
    (3)技術指標穩定，產品粒度幾乎與襯板磨損無關。
    (4)操作安裝方便。由于整機采用二次隔振，基礎振動小，工作噪音小，安裝時不需龐大基礎和地腳螺栓。
    (5)良好的過鐵性能。由于動錐與傳動機構之間無剛性聯接，如果物料中混入不可破碎的物體，動錐暫時停止運動，激振器將繞動錐軸繼續轉動，絕對不會破壞傳動系統和主機。
    (6)簡化碎磨流程，減少輔助設備臺數。該機充滿給料，無需專門的給料機，可滿負荷啟動和停車．操作、監測和控制十分方便；由于產品粒度細，無需振動篩構成閉路，大大節省設備和基建投資。
    (7)應用范圍廣。調節破碎機工作參數，可破碎任何硬度下的脆性物料。
3、慣性圓錐破碎機工作參數對性能指標的影響
    慣性圓錐破碎機工作參數包括偏心靜力矩Sd，排料間隙2r（動錐和定錐底部徑向間隙之和），激振器轉速n以及破碎腔的形狀等。通過試驗來調節破碎機的工作參數，可以改變破碎機的性能指標，如產量、功耗和產品粒度組成等，以滿足不同性質物料的不同要求。
3.1偏心靜力矩和排料間隙對性能指標的影響
    表1為GYP - 300慣性圓錐破碎機破碎柿竹園有色金屬礦鎢鉬礦石（硬度f=11～13，給料粒度為0～25mm）時，不同偏心靜力矩和排料間隙時破碎機的性能指標。從表1可知：
    (1)隨著偏心靜力矩的增大，產量提高，單位功耗下降，產品粒度減小。這是因為偏心靜力矩增大，破碎力隨之增大，增加了物料進一步破碎的可能性，而且動錐振幅增大，有利于排，因此產量提高，產品粒度減小。雖然隨著偏心靜力矩的增大，增加了激振器的慣性阻力，破碎機的負荷（襯板及軸承負荷等）增加，所消耗的總能量也增加，但由于產量提高了，單位功耗還是下降的。
    (2)隨著排料間隙的增大，產量提高，單位功耗下降，產品粒度增大。這是因為排料間隙增大，增加了被破碎物料尤其是較大顆粒物料被排出的可能性，因此產量提高，也使破碎機總功耗增加，但其相對值——單位功耗是下降的。排料間隙對產品粒度組成的影響很大，調節排料間隙，可很方便地調節所需的破碎比。
    (3)第10組試驗的排料間隙為9mm，功耗為2.28×5.09 =11.6kW．超過了GYP-300慣性圓錐破碎機的裝機功率11kW，這在實際工作中是不允許的。慣性圓錐破碎機最大排料間隙的物理意義可解釋為：電機傳給動錐的功率正好可以抵消破碎過程的功耗。破碎機的排料間隙超過所允許最大排料間隙會影響破碎機正常運轉。
3.2激振器轉速和腔內壓力對性能指標的影響
    圖3為GYP - 300慣性圓錐破碎機破碎鎂砂時激振器轉速和破碎腔內壓力與性能指標的關系。
    (l)增大激振器轉速，產量降低，產品加權平均粒度減小。這是因為激振器轉速增大，不但增加了破碎的次數，也增大了破碎力，因此產品加權平均粒度減小。澈振器轉速增大后，動錐的旋擺頻率增大，增大了排料阻力，使產量降低，但隨著激振器轉速增大，破碎力按平方增大，使動錐振幅增大，減緩了激振器轉速增大對產量降低的影響。隨著激振器轉速增大，單位功耗增加，所增加的功耗用于使產品粒度被破碎得更細。
    (2)增加破碎腔內壓力，提高了物料層的密實度，增大了物料顆粒被破碎的可能性，因此產量提高，產品加權平均粒度減小。
3.3其它因素對性能指標的影響
    控制慣性圓錐破碎機性能指標的方法還有：
    (1)濕式破碎
    濕式破碎即破碎機工作時向破碎腔內加水或其它液體，如酒精（防氧化）等。液體在振動粉碎條件下起許多有益作用，如表面活性劑的作用，滲透到物料裂紋中產生拉伸應力，與其它類型變形相比可以在最小破碎力下使物料破碎；還可降低粒子間的摩擦力，使破碎過程電耗減少一半以上；液體可快速地將粉末從破碎腔中沖出，降低過粉碎，隨著液體流量的改變還可以控制產品。
    濕度大、含泥多的礦石在破碎過程中很容易造成破碎機破碎腔堵塞，濕式破碎有效地解決了這個問題，同時有效地防止了粉塵污染。而且，由于水不斷地把破碎過程中產生的熱量帶走，保持潤滑油的溫度不升高，延長了機器零件的使用壽命。
    (2)改變破碎腔形狀
    這種方法相對來說比較復雜，因為需要更換襯板，但對破碎某些特別難處理的物料時卻十分有效。改變破碎腔形狀可影響破碎過程中顆粒的運動軌跡和受力狀態，適當的腔形可加速或延緩物料的排出，從而改變其粒度組成。試驗證明，給料粒度為25mm的GYP-300慣性圓錐破碎機改變其腔形后能接受60mm的物料，而產量和產品粒度幾乎沒有變化。
    (3)改變料柱的高度
    給料斗中的料柱高度直接影響破碎腔中物料層的密實度。物料松散，則動錐振幅大，可獲得較細的產品，但產量也有所降低。改變料柱的高度可在30%的范圍內影響破碎比和產量，這種方法最適合于微調破碎機的性能指標。
    (4)改變給料粒度
    表2為GYP - 300慣性圓錐破碎機破碎鎢鉬礦石，在排料間隙為7mm，偏心靜力矩為0.71Sdm。，時，不同給料粒度下破碎機的性能指標。
    從表2可知，給料中細粒級含量越高，產品粒度越粗，產量也下降。除去給料中- 3.2mm的物料后，產量和產品粒度較前兩種情況下理想得多。這是因為小顆粒在大顆粒周圍滑動．破碎力不能充分傳給大顆粒，大顆粒被破碎次數少，所以產品中粗顆粒比率大。因此生產中應盡可能減少給料中細粒級的含量，以提高破碎機的性能指標。
    (5)與分級機構閉路代替磨機
    慣性圓錐破碎機與空氣分級機構成閉路系統，排料口處于真空狀態，這時效率能提高一倍左右，用此方法可以控制產品粒度，防止過粉碎或得到更細的產品，如- 10um以下，但功耗卻比磨機降低踟%以上。實際生產中，用GYP - 300慣性圓錐破碎機與旋振篩構成閉路，每小時可生產300～450kg-74um的電解錳粉。
4、慣性圓錐破碎機生產應用情況
    慣性圓錐破碎機目前已形成動錐底部直徑從60mm到2200mm十種規格的產品，技術參數見表3，其破碎產品粒度分布見圖5。
    俄羅斯開發研制成功慣性圓錐破碎機以來，其專利已賣給德國、日本、法國和意大利等國公司，已經有數百臺慣性圓錐破碎機在世界各地的生產中應用。北京礦冶研究總院和俄羅斯圣·彼得堡“米哈諾布爾”科技股份有限公司合資成立的北京凱特破碎機有限公司是俄羅斯在中國唯一授權生產慣性圓錐破碎機的企業。作為“八五”、“九五”國家重點科技攻關項目，慣性圓錐破碎機的研制應用榮獲1996年部級科學技術進步二等獎。
    短短幾年，北京凱特破碎機有限公司已生產出數十臺不同規格的慣性圓錐破碎機并已廣泛用于礦物破碎領域，均取得了顯著的經濟效益和社會效益。表4列舉了部分應用實例。
    俄羅斯用慣性圓錐破碎機和棒磨機做粉碎白電剛玉的對比試驗，其結果見表5。
    從表5可知，用慣性圓錐破碎機粉碎白電剛玉的單位功耗不到棒磨機的一半，而研磨體的耗量只有棒磨機的1/19。
    哈薩克斯坦某銅礦用俄羅斯生產的∮2200慣性圓錐破碎機代替普通短頭∮2200偏心圓錐破碎機破碎硫化銅礦石，在給料粒度為-120mm時，產品粒度- 14mm占95%，其中-6mm占60%，產量為240～280t/h，極大地降低了人磨粒度，磨機產量提高50%左右。
5、結語
    綜上所述，與傳統破碎設備相比，慣性圓錐破碎機作為物料加工的細碎設備具有破碎比大，產品粒度細而均勻，單位電耗低，能破碎任何硬度的脆性物料的優點，是一種理想的節能超細破碎設備，在礦物破碎加工領域具有極其廣闊的應用前景，推廣使用可產生巨大的社會效益和經濟效益。