前言
鼠籠式
破碎機(jī)是利用固定的擊棒與懸浮狀態(tài)的物料撞擊使原料粉碎的，具有破碎粒度細(xì)、破碎比大等優(yōu)點(diǎn)，在礦山、建材、化工、飼料、食品、醫(yī)藥、塑料等行業(yè)中廣泛應(yīng)用，主要適用于對(duì)一些低硬度物料的粉碎。在陶瓷行業(yè)中，鼠籠式破碎機(jī)用于對(duì)陶土、頁(yè)巖等原料進(jìn)行細(xì)碎和摻混，其生產(chǎn)效率高、壽命長(zhǎng)、回料量低、維修量小、運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。鼠籠式破碎機(jī)的破碎機(jī)理比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)參數(shù)較多，機(jī)器性能受工作參數(shù)影響程度較大。如果設(shè)計(jì)參數(shù)選擇不當(dāng)或不匹配，不僅影響破碎的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且影響設(shè)備的使用壽命。因此，了解鼠籠式破碎機(jī)的工作原理和設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇原則，對(duì)保持設(shè)備良好狀態(tài)、提高破碎機(jī)生產(chǎn)能力具有重要意義。筆者對(duì)鼠籠式破碎機(jī)的破碎機(jī)理進(jìn)行了初步研究，分析了鼠籠式破碎機(jī)有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)設(shè)備性能的影響和一般的設(shè)計(jì)方法，提出了提高鼠籠式破碎機(jī)生產(chǎn)能力的措施，希望對(duì)陶瓷原料粉碎設(shè)備的設(shè)計(jì)、選擇和使用有一定的幫助作用。
1、鼠籠式破碎機(jī)的工作機(jī)理
1.1鼠籠式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)
圖1為鼠籠式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。它由內(nèi)鼠籠（小轉(zhuǎn)子）、外鼠籠（大轉(zhuǎn)子）、進(jìn)料斗、殼體、皮帶輪、行輪、電動(dòng)機(jī)、支架等主要部分組成。工作時(shí)，大轉(zhuǎn)子、小轉(zhuǎn)子在各自驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下，以相反方向高速旋轉(zhuǎn)，待粉碎的物料從機(jī)殼上方的進(jìn)料槽連續(xù)不斷地進(jìn)入籠內(nèi)，在下落時(shí)與高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上之擊棍相撞，塊狀物料被打散粉碎，經(jīng)粉碎的物料從下料斗進(jìn)入輸送帶輸入混料圓筒，完成破碎工序。
1.2 鼠籠式破碎機(jī)的破碎過(guò)程
圖2為鼠籠式破碎機(jī)的破碎原理圖。
鼠籠式破碎機(jī)工作時(shí)，物料在破碎機(jī)中一般要經(jīng)過(guò)三次破碎。當(dāng)被破碎物料從下料斗經(jīng)下料舌頭到達(dá)小鼠籠輪內(nèi)圈時(shí)，一部分物料被小鼠籠輪內(nèi)圈擊棍撞擊并加速，另一部分物料被大鼠籠輪內(nèi)圈擊棍撞擊并加速，這是第一次破碎；被加速的物料遇到反方向高速運(yùn)動(dòng)的大鼠籠輪內(nèi)圈擊棍和小鼠籠輪外圈擊棍又被破碎，這是第二次破碎；第三次破碎是小鼠籠輪外圈和大鼠籠輪外圈分別撞擊來(lái)自反方向高速運(yùn)動(dòng)的物料，并將其拋出鼠籠輪。大部分物料是在第二次破碎時(shí)被破碎的，相比之下第一次破碎只不過(guò)是分料過(guò)程（把物料加速和均布）。由于物料在鼠籠式破碎機(jī)中經(jīng)過(guò)了三次破碎，因此，鼠籠式破碎機(jī)的破碎粒度細(xì)、破碎比較大。
1.3鼠籠式破碎機(jī)的破碎方式
物料在鼠籠式破碎機(jī)被破碎的方式比較復(fù)雜，按機(jī)理一般可歸納為3種方式：第一種方式是鼠籠輪的擊棍破碎物料，這是主要的破碎形式；出于擊棍表面是圓形或流線形，被破碎的物料不可能沿著同一方向運(yùn)動(dòng)．物料彼此之間相互撞擊，這是第二種破碎形式；由于離心力的作用和擊棍的撞擊加速作用，總的趨勢(shì)是物料沿著小鼠籠外圈和大鼠籠輪外圓的切線方向拋出，撞擊到機(jī)殼內(nèi)壁上，這是第三種破碎形式。
2、鼠籠式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)
2.1 鼠籠式破碎機(jī)擊棍的確定
鼠籠式破碎機(jī)的鼠籠是由一大一小兩個(gè)相對(duì)回轉(zhuǎn)的籠子組成，每個(gè)籠子都有一個(gè)垂直固定在軸上的鋼盤，垂直于鋼盤按同心圓組裝著兩圈擊棍（擊棍中心線平行于轉(zhuǎn)軸中心線），擊棍是鼠籠輪破碎機(jī)的重要組成部分。從鼠籠輪破碎物料的原理圖（見(jiàn)圖2）可知，鼠籠式破碎機(jī)工作時(shí)，鼠籠輪的擊棍有一半面積永遠(yuǎn)不會(huì)被物料所撞擊，起不到破碎物料的作用，而另一半無(wú)論做成任何形狀，由于被破碎物料磨損，擊棍總會(huì)向半圓形或流線形變化的趨勢(shì)發(fā)展。因此，擊棍應(yīng)該做成圓形。這樣的設(shè)計(jì)有3大優(yōu)點(diǎn)：
1)可以節(jié)約貴重的耐磨金屬材料，節(jié)約資金降低造價(jià)成本。
2)在同樣破碎面積的情況下，相當(dāng)于加寬了擊棍的間距，即加大了鼠籠輪的排料面積。
3)由于擊棍重量減輕，所以電機(jī)功率也減小。
2.2鼠籠式破碎機(jī)粉碎比例系數(shù)K
鼠籠式破碎機(jī)粉碎比例系數(shù)K是設(shè)備的一個(gè)重要參數(shù)，鼠籠式破碎機(jī)的粉碎比例系數(shù)為擊棍間隙總面積與擊棍撞擊物料總面積之比。
2.3鼠籠式破碎機(jī)的轉(zhuǎn)速
鼠籠式破碎機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)破碎質(zhì)量和生產(chǎn)力有比較大的影響。一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)、外籠輪相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度越高，破碎后物料的細(xì)度越好，生產(chǎn)能力越高；但也不能太高，否則當(dāng)超過(guò)某一臨界值時(shí)，轉(zhuǎn)速越高，生產(chǎn)能力反而下降（但細(xì)度提高）。因?yàn)槲锪蠌倪M(jìn)料口到落入下料槽時(shí)，必須穿過(guò)大籠輪擊棍與小籠輪擊棍高速逆向旋轉(zhuǎn)組成的四道“圓柵欄”，在穿過(guò)“這些柵欄”到外層空間下料槽的過(guò)程中，由于受到擊棍內(nèi)面的阻擋和側(cè)面的沖擊，物料只能從“柵欄”的縫隙中穿過(guò)，而籠輪轉(zhuǎn)速越高，則單位時(shí)間里每個(gè)擊棍經(jīng)過(guò)的位置越多，即柵欄的縫隙越小，從而單位時(shí)間里物料的通過(guò)量越小，這也就是粉碎機(jī)生產(chǎn)能力降低的原因。小籠輪轉(zhuǎn)速越高，則物料向外的離心速度也隨之增高，似乎能提高生產(chǎn)能力，但實(shí)際上物料的粉碎過(guò)程是非常復(fù)雜的，物料在被粉碎過(guò)程中自身也互相撞擊，阻礙穿過(guò)柵欄，穿過(guò)柵欄的物料量并不能隨轉(zhuǎn)速正比而提高，因此，小籠輪轉(zhuǎn)速增大對(duì)提高生產(chǎn)能力的作用是有限的。外層籠輪轉(zhuǎn)速提高并不能增加物料的離心速度，對(duì)提高生產(chǎn)能力可以說(shuō)是沒(méi)有什么作用的。而速度提高會(huì)帶來(lái)振動(dòng)噪聲問(wèn)題，所以必須恰當(dāng)?shù)卮_定籠輪的轉(zhuǎn)速。
2.4鼠籠式破碎機(jī)的排料粒度
破碎后物料的粒度是設(shè)備的另一個(gè)重要參數(shù)。研究表明，破碎后物料的粒度是擊棍間隙面積的正比函數(shù)，即擊棍間隙面積越大，破碎的機(jī)會(huì)越小，破碎后粒度越大；是擊棍撞擊物料面積的反比函數(shù)，即擊棍撞擊物料的面積越大，破碎的機(jī)會(huì)越多，破碎后粒度越小。雖然物料的破碎粒度與這兩個(gè)參數(shù)的關(guān)系影響方向不同，但與它們的比值的關(guān)系是確定的，也就是物料破碎后的粒度與粉碎比例系數(shù)K成正比。對(duì)于性狀相同的同一種物料，粉碎比例系數(shù)K越大，物料破碎后的粒度越細(xì)，即
總之，物料破碎粒度與原料本身粒度和粉碎比例系數(shù)有關(guān)，原料粒度越小、粉碎比越大，粒度越細(xì)。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，鼠籠式破碎機(jī)粉碎比例系數(shù)應(yīng)有一個(gè)合適的范圍，這個(gè)比值范圍就是物料破碎后粒度的變化范圍。
2.5 鼠籠式破碎機(jī)的排料速度
排料速度關(guān)系到鼠籠式破碎機(jī)的生產(chǎn)能力。物料被擊棍撞擊以后，向擊棍外表面的法線方向散射，物料速度將會(huì)降低。高速旋轉(zhuǎn)的鼠籠輪帶動(dòng)機(jī)殼內(nèi)的空氣高速旋轉(zhuǎn)，形成氣流屏障，也將使被破碎物料減速，使物料的速度低于擊棍的線速度。為了使物料能夠順利地排出機(jī)殼，要求擊棍的間隙面積與擊棍的撞擊物料面積有一定的比值（即破碎比例系數(shù)K）。擊棍撞擊物料的機(jī)會(huì)與物料排出機(jī)殼的機(jī)會(huì)成反比關(guān)系，即擊棍撞擊物料的機(jī)會(huì)越多，物料排出機(jī)殼的機(jī)會(huì)越少，而擊棍撞擊物料機(jī)會(huì)的多少又與擊棍的線速度有關(guān)。這樣，影響物料排料速度則是擊棍的實(shí)際線速度和破碎比例系數(shù)的乘積。
2.6鼠籠式破碎機(jī)的鼠籠輪寬度和直徑
鼠籠輪寬度和直徑是鼠籠式破碎機(jī)的一個(gè)重要幾何參數(shù)，它不僅影響設(shè)備的破碎比例系數(shù)，而且對(duì)排料速度和粒度均有影響。當(dāng)物料粒度和鼠籠輪線速度作’為不變量時(shí)，鼠籠輪的排量將受擊棍間距和面積的影響。而影響鼠籠擊棍間距面積的因素是鼠籠輪的寬度與鼠籠輪的直徑。
鼠籠式破碎機(jī)的送料舌頭是從小鼠籠輪的一側(cè)內(nèi)圈將原料送入到鼠籠式破碎機(jī)內(nèi)的，也就是說(shuō)，鼠籠輪的寬度是有限大的。雖然鼠籠輪的排料量受鼠籠輪的寬度和鼠籠輪直徑的影響，但并不是鼠籠輪越寬，鼠籠輪直徑越大，機(jī)器的產(chǎn)量越高。所以，鼠籠輪的寬度與鼠籠輪的直徑應(yīng)該有一個(gè)合適的比例范圍。
3、提高鼠籠式破碎機(jī)生產(chǎn)能力的措施
3.1合理設(shè)計(jì)機(jī)殼的結(jié)構(gòu)
積料結(jié)垢是鼠籠式破碎機(jī)常見(jiàn)的問(wèn)題，也是影響鼠籠式破碎機(jī)生產(chǎn)能力的一個(gè)主要因素。積料結(jié)垢是指機(jī)殼和籠輪間隙塞滿物料，影響物料的排料。主要是由于機(jī)殼內(nèi)腔尺寸太小、清理門位置設(shè)置不當(dāng)造成的。特別是當(dāng)殼頂與大轉(zhuǎn)子擊棍間的距離太小時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子甩出的物料落在殼頂時(shí)未能及時(shí)離開(kāi)，而被擠壓在門內(nèi)壁接口處和機(jī)殼頂部角落產(chǎn)生積料結(jié)垢。積料結(jié)垢不僅導(dǎo)致物料無(wú)法順利排出并影響生產(chǎn)，而且當(dāng)結(jié)垢增厚到一定程度時(shí)，還會(huì)造成轉(zhuǎn)子擊棍的磨損或者折斷。積料結(jié)垢現(xiàn)象可通過(guò)合理設(shè)計(jì)機(jī)殼的結(jié)構(gòu)加以改善，如增大機(jī)殼內(nèi)腔尺寸和殼頂高度，以增加大轉(zhuǎn)子與機(jī)殼內(nèi)壁空間，使被甩到機(jī)殼上的物料能夠及時(shí)下落，而不致受擠壓、層層堆積在機(jī)殼上；同時(shí)設(shè)置新型耐磨橡膠內(nèi)襯，增強(qiáng)內(nèi)壁自潤(rùn)性，杜絕物料在內(nèi)壁停留并粘結(jié)現(xiàn)象，避免大轉(zhuǎn)子上的擊棍被結(jié)料摩擦而斷裂。此外，鼠籠輪在轉(zhuǎn)動(dòng)中受物料的擠壓與磨擦產(chǎn)生了較大的阻力矩，增加了能耗。由于鼠籠輪各表面和機(jī)殼內(nèi)是平行的，因此在運(yùn)轉(zhuǎn)中鼠籠輪整個(gè)面積始終處于物料的擠壓與磨擦之中，這樣接觸面積大，產(chǎn)生的阻力矩也就大，增加了無(wú)功能耗，影響了生產(chǎn)能力。因此減小磨擦面積以減小阻力矩是提高生產(chǎn)能力的一個(gè)重要途徑。減小摩擦面積可采取如下方法：用直徑10 - 15 mm的螺紋鋼制作2個(gè)“L”形架（角鋼），對(duì)稱固定在大籠輪上，在小籠輪一側(cè)固定一段鋼筋（墊鐵），如圖3所示。
加鋼筋象一個(gè)刮物料器，每轉(zhuǎn)l周就刮出10.15mm寬的空間。這樣，在鼠籠輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)只有鋼筋和機(jī)殼間的物料相接觸，接觸面積很小，而整個(gè)轉(zhuǎn)子的大面積不與物料擠壓磨擦，從而使阻力大大降低。在同等輸入物料量時(shí)，電機(jī)電流大大降低。在電機(jī)同樣達(dá)到額定電流時(shí)，粉碎機(jī)生產(chǎn)能力比原來(lái)大大提高。
3.2合理匹配大、小轉(zhuǎn)子的尺寸
大、小轉(zhuǎn)子尺寸的匹配是保證鼠籠式破碎機(jī)破碎效果和生產(chǎn)率的基礎(chǔ)。鼠籠式破碎機(jī)常見(jiàn)的第二個(gè)問(wèn)題就是大、小轉(zhuǎn)子尺寸匹配不合理，特別是小轉(zhuǎn)子直徑小，線速度低。由于待破碎物料通過(guò)進(jìn)料槽進(jìn)入破碎機(jī)時(shí)，物料流量波動(dòng)較大，當(dāng)物料流量瞬時(shí)增大時(shí)，小轉(zhuǎn)子直徑小，線速度低，物料破碎排量就跟不上物料流量，致使物料在小轉(zhuǎn)子內(nèi)囤積，尤其在物料濕度較大時(shí)，囤積情況更為嚴(yán)重。
從物料的運(yùn)行情況可知，鼠籠式破碎機(jī)的生產(chǎn)能力主要決定于小轉(zhuǎn)子的排料流量，而排料流量鼠籠輪的寬度與鼠籠輪的直徑及鼠籠轉(zhuǎn)速有直接關(guān)系。在轉(zhuǎn)子的寬度一定的條件下，生產(chǎn)能力則取決定于物料離開(kāi)轉(zhuǎn)子時(shí)的線速度。
3.3合理匹配大、小轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度
在確定大、小轉(zhuǎn)子的直徑后，兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速確定也是一個(gè)關(guān)鍵。大、小轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度直接影響鼠籠破碎機(jī)的效率和轉(zhuǎn)子的磨損。由于小轉(zhuǎn)子是物料破碎流程中的第一個(gè)環(huán)節(jié)，其破碎效果和排料速度決定著設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。在正常情況下，自由下落的物料被高速旋轉(zhuǎn)的小轉(zhuǎn)子上的擊棍撞擊，并以接近小轉(zhuǎn)子上擊棍的線速度被甩出，剛好與迎面而來(lái)的大轉(zhuǎn)子上的擊棍相撞（大轉(zhuǎn)子與小轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反），結(jié)塊的物料被高度粉碎。鼠籠式這一破碎機(jī)理，要求大、小轉(zhuǎn)子的速度與線速度基本相等。而大、小轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度不匹配是鼠籠式破碎機(jī)存在的另一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。通常是小轉(zhuǎn)子的線速度過(guò)小，造成大、小轉(zhuǎn)子對(duì)物料的破碎各自為營(yíng)，達(dá)不到雙層破碎的最佳效果，物料松散程度達(dá)不到要求。
轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速確定包括兩方面：一是轉(zhuǎn)速的大小；二是轉(zhuǎn)速的匹配。一般轉(zhuǎn)子的線速度越大，破碎效果和生產(chǎn)效率越高。但考慮到鼠籠破碎機(jī)的效率和磨損，轉(zhuǎn)子的線速度不宜過(guò)高，實(shí)際使用值一般取為v= 25- 35 m/s，常用v=30 m/s。正如前面所分析，當(dāng)超過(guò)某一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，相對(duì)轉(zhuǎn)速越高，生產(chǎn)能力越低，磨損加劇。為保證大、小轉(zhuǎn)子間不積料，小轉(zhuǎn)子線速度需略大于大轉(zhuǎn)子的線速度，這樣才能確保被破碎物料的輸出順暢。因此大、小轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為：
4、結(jié)語(yǔ)
鼠籠式破碎機(jī)具有制造簡(jiǎn)單、工作可靠、破碎比較大的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)陶瓷企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)揮了重要的作用。鼠籠式破碎機(jī)的生產(chǎn)能力決定于物料的流量，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)物料的性質(zhì)和破碎要求以及設(shè)計(jì)機(jī)殼的結(jié)構(gòu)，合理地選擇大小轉(zhuǎn)子的尺寸和轉(zhuǎn)速，尤其是大小轉(zhuǎn)子的尺寸和轉(zhuǎn)速的匹配十分關(guān)鍵。但鼠籠式破碎機(jī)也存在一定的缺點(diǎn)，主要是工作速度高，工作噪聲大、擊棍容易磨損、物料容易出現(xiàn)過(guò)粉碎。隨著對(duì)鼠籠式破碎機(jī)機(jī)理的深入研究和加工工藝的改善，這些缺點(diǎn)可以逐步被克服。如采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)整轉(zhuǎn)速，可減少過(guò)粉碎程度，使機(jī)器處于最佳工作狀態(tài)，同時(shí)可滿足不同的粒度要求；采用堆焊技術(shù)用于制造擊棍和擊棍的修復(fù)可取得較好的抗磨損效果，如使用鎢焊條堆焊可大大延長(zhǎng)擊棍的使用壽命；采用濕法粉碎可以明顯降低噪聲和降低過(guò)粉碎程度；提高制造工藝水平，減少不平衡質(zhì)量，采用隔聲隔振技術(shù)可降低振動(dòng)和噪聲等。
相關(guān)礦山機(jī)械設(shè)備：
1、
圓錐破碎機(jī)
2、
雷蒙磨粉機(jī)
3、
顎式破碎機(jī)
