破碎機(jī)創(chuàng)新、節(jié)能與發(fā)展的思考
破碎是當(dāng)代飛速發(fā)展的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中必不可少的一個(gè)工業(yè)環(huán)節(jié)。在各種金屬、非金屬、化工礦物原料及建筑材料的加工過(guò)程中，破碎作業(yè)要消耗巨大的能量，而且又是個(gè)低效作業(yè)。破碎過(guò)程中，由于作業(yè)中產(chǎn)生發(fā)聲、發(fā)熱、振動(dòng)等作用，使能源大量消耗。因而多年來(lái)業(yè)內(nèi)人士，從理論研究到創(chuàng)新設(shè)備（包括改造舊有的設(shè)備），直至改變生產(chǎn)工藝流程，一直在研究如何達(dá)到節(jié)能、如何高效地完成破碎過(guò)程。
目前破碎理論、工藝和設(shè)備的研究主要著重于：研究在破碎中節(jié)能、高效的理論，也力求找出新理論突破人們已熟知的破碎三大理論；研究新的非機(jī)械力的高能或多力場(chǎng)聯(lián)合作用的破碎設(shè)備，目前還沒(méi)見(jiàn)有工業(yè)化的設(shè)備，只是研究階段；改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備，這方面經(jīng)常是根據(jù)用戶自己需要來(lái)進(jìn)行。
由于國(guó)外礦山自80年代以來(lái)發(fā)展緩慢，使得上述研究進(jìn)展都不大。國(guó)內(nèi)由于國(guó)營(yíng)大型礦山投入極少，也沒(méi)有什么發(fā)展，而中小礦山由于各地原料的需求不等，近幾年得到一定的發(fā)展。
一般情況下，破碎機(jī)是指排料中粒度大于三毫米的含量占總排料量50%以上的粉碎機(jī)械。破碎機(jī)的種類很多，對(duì)于水泥行業(yè)來(lái)講，常用的破碎機(jī)有復(fù)合式破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)等幾種。
節(jié)能
破碎機(jī)也能夠在節(jié)能減排中起到重要作用？
在許多人的思維當(dāng)中，破碎機(jī)和節(jié)能減排是扯不上邊的。目前破碎機(jī)廠家都在低端的破碎機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，以高效、環(huán)保、低能耗技術(shù)為核心的破碎機(jī)廠家并不多。由此破碎機(jī)帶給我們的是高能耗。
但是事實(shí)上，破碎機(jī)在節(jié)能減排中，特別是節(jié)能方面，功不可沒(méi)，特別是有針對(duì)性開(kāi)發(fā)的新型、節(jié)能破碎機(jī)。
以下僅列舉大型單段破碎機(jī)的發(fā)展來(lái)說(shuō)明。
最初開(kāi)發(fā)的大型單段錘式破碎機(jī)，可將最大礦石1立方米大塊原礦石一次破碎到符合入磨粒度，使過(guò)去需要多段或二段破碎的過(guò)程簡(jiǎn)化為一段破碎，每小時(shí)產(chǎn)出300~800噸，廣泛適用于礦山、建材等行業(yè)，也填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)大型破碎設(shè)備的空白。
后來(lái)，天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司開(kāi)發(fā)了1200t/h級(jí)大型單段錘式破碎機(jī)。該破碎機(jī)在華新水泥股份有限公司得到應(yīng)用，具體實(shí)測(cè)結(jié)果如下：破碎機(jī)穩(wěn)定的產(chǎn)量為1200t/h；產(chǎn)品粒度<40mm占94.59%；破碎機(jī)主機(jī)電耗為0.415kWh/t。
而今，天津院與合肥院共同研發(fā)了產(chǎn)量最大的大型單段破碎機(jī)破碎比可達(dá)1：100，最大進(jìn)料粒度為1.8×1.2×1.2m，臺(tái)時(shí)產(chǎn)量1600t/h，適應(yīng)水份含量高達(dá)20%的粘濕性物料。
據(jù)測(cè)算，全面實(shí)施《水泥工廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，以4000t級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)為例，與“十五”期間建設(shè)的水泥廠相比，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能15%以上。而在《水泥工廠節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范》當(dāng)中，為保障工廠節(jié)能指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，也對(duì)破碎機(jī)作出了明確的要求：采用單段破碎系統(tǒng)將石灰石資源利用率由目前的60%提高到 80%；設(shè)置移動(dòng)式破碎機(jī)或組裝式破碎機(jī)等。同時(shí)，這也為水泥行業(yè)破碎機(jī)的發(fā)展與創(chuàng)新指明了方向，增加了動(dòng)力。
理論
無(wú)論什么事物的發(fā)展，總是離不開(kāi)其根本。而發(fā)展新型高效節(jié)能的破碎機(jī)，必須從理論出發(fā)。
從單顆粒破碎理論可知：?jiǎn)晤w粒在空氣中一次破碎的碎片撞擊金屬板時(shí)明顯地產(chǎn)生二次破碎，一次破碎的碎片具有的動(dòng)能占全部破碎能量的45%。如能充分利用二次破碎能量，則可提高破碎效率。
從料層破碎理論可知：靜壓粉碎效率為100%，單次沖擊效率在35%～40%左右。Schonert進(jìn)一步研究表明，如果使大批脆性物料顆粒受到50MPa以上的壓力，就能夠由“料層破碎”節(jié)約出可觀的能量。 理論只是理想的狀態(tài)，生產(chǎn)實(shí)踐證明，影響破碎機(jī)破碎的因素還有很多，如物料自身硬度、給料粒度大小、組成等等。
破碎機(jī)破碎的方法有幾種，包括沖擊、擠壓、劈裂、磨剝等。眾所周知，任何一種破碎機(jī)破碎都不可能只采用單一的破碎方法。因?yàn)榱蠈悠扑檩^單顆粒破碎更能降低破碎產(chǎn)物粒度，即更高效、更節(jié)能，所以在研發(fā)上、生產(chǎn)中都應(yīng)盡量維持破碎機(jī)的破碎腔內(nèi)適宜的料層，即“多碎少磨”。
實(shí)踐
當(dāng)前，落后產(chǎn)能被淘汰，新型干法項(xiàng)目大規(guī)模上馬。新建的新型干法水泥生產(chǎn)線絕大多是都是4500t/d以上的，新型干法的大型化已成必然趨勢(shì)。此時(shí)大型單段破碎機(jī)正是大顯身手的絕佳時(shí)機(jī)，它大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，替代多段破碎，符合生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單化、大型化的思想。
難道破碎機(jī)只能夠大型化，沒(méi)有別的選擇了嗎？
答案是不言而喻的。破碎機(jī)在水泥行業(yè)中，不僅能破碎原料，而且還能夠擔(dān)當(dāng)起破碎熟料的重任。
“集中燒成，分散粉磨”將是水泥生產(chǎn)格局的主要形式。因此，熟料的硬度將有所上升，對(duì)水泥的細(xì)度要求也有一定的提高。只有在磨前增加預(yù)破碎，才能使水泥磨達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的效果。
輥壓機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的破碎水泥熟料效果比較好的產(chǎn)品，但它存在諸多弊端：一是耐磨材料消耗大，噸熟料耐磨材料損耗1.5~5元；二是耗電量高，80噸/小時(shí)輥壓機(jī)裝機(jī)容量在800千瓦以上；三是故障率高，輥壓機(jī)的輥面60個(gè)工作日就要補(bǔ)焊一次，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；四是造價(jià)高，一臺(tái)80 噸/小時(shí)國(guó)產(chǎn)輥壓機(jī)動(dòng)輒幾百萬(wàn)元，進(jìn)口價(jià)格更高。
簡(jiǎn)而言之，輥壓機(jī)是以大功率、高電耗來(lái)實(shí)現(xiàn)高效能的。因此，要用高效、節(jié)能、低耗、投資少的產(chǎn)品取代輥壓機(jī)，此時(shí)，破碎機(jī)就浮出水面。
國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)近幾年來(lái)的深入研究，已經(jīng)取得了的一些實(shí)質(zhì)性的成果。高效滾式破碎機(jī)、內(nèi)篩分雙轉(zhuǎn)子破碎機(jī)、水泥熟料細(xì)碎機(jī)等等可用于熟料破碎的產(chǎn)品相繼問(wèn)世，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面都有很大的進(jìn)步，基本能夠替代輥壓機(jī)的作用。
同時(shí)，應(yīng)用“多碎少磨”的理念，對(duì)已有生產(chǎn)線老式的破碎機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，讓“老樹(shù)發(fā)新芽”。
如對(duì)老式細(xì)碎顎式破碎機(jī)采用“固定容積”式直線──修正高斯曲線高深式破碎腔，使物料在破碎腔內(nèi)受到了一定程度的“層壓粉碎”，提高機(jī)器破碎效果；同時(shí)，嚙角由零變?yōu)樨?fù)值，使物料不僅不會(huì)堵塞，反而與直線型動(dòng)顎板構(gòu)成較長(zhǎng)的“平衡區(qū)”，使排料受到一段時(shí)間的平行擠壓作用，進(jìn)一步使物料變細(xì)。
除此之外，也有對(duì)破碎機(jī)腔型進(jìn)行改造，甚至現(xiàn)有技術(shù)還可以對(duì)破碎機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行改造。
比較
盡管近年來(lái)我國(guó)無(wú)論在破碎理論、破碎技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及設(shè)備制造等方面都有很大的進(jìn)步，但是不得不承認(rèn)與國(guó)外破碎機(jī)械相比，仍存在一定的差距。
以破碎機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例。
國(guó)外從上世紀(jì)中后期開(kāi)始利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)破碎機(jī)機(jī)構(gòu)、腔型、產(chǎn)量和磨損等進(jìn)行優(yōu)化，從而大大提高了破碎機(jī)的性能，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。然而國(guó)內(nèi)對(duì)破碎機(jī)的仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究主要限于對(duì)特定型號(hào)的破碎機(jī)編寫相應(yīng)程序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這些程序大多重用性差，只能解決特定型號(hào)中的特定問(wèn)題。 國(guó)內(nèi)也有科研工作者開(kāi)始嘗試?yán)孟冗M(jìn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)仿真設(shè)計(jì)工具對(duì)破碎機(jī)進(jìn)行快速開(kāi)發(fā)，對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而大大減小了仿真設(shè)計(jì)的工作量，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高了仿真模型重用率。要縮短這一差距，趕上同期國(guó)際水泥，這仍然是一個(gè)比較長(zhǎng)的過(guò)程。 以復(fù)擺顎式破碎機(jī)制造為實(shí)例。 我國(guó)復(fù)擺顎式破碎機(jī)運(yùn)動(dòng)方法的四連桿機(jī)械設(shè)計(jì)理論有很大進(jìn)展，接近同期國(guó)際水平。但是復(fù)擺顎式破碎機(jī)破碎腔的雙向嚙角，短肘板大擺角，減少傳動(dòng)角與偏心距等，國(guó)外公司所提供的產(chǎn)品往往已采用這些經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的先進(jìn)設(shè)計(jì)理論來(lái)提高產(chǎn)品性能和使用可靠性。我國(guó)國(guó)內(nèi)制造商由于種種原因采用先進(jìn)設(shè)計(jì)理論甚少，其主流產(chǎn)品幾乎都是20世紀(jì)70年代之前定型的產(chǎn)品，采用耐磨材料（如高錳鋼）和重要配套件（如調(diào)心滾子軸承）等國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)件，使用壽命低于國(guó)際先進(jìn)水平的同類產(chǎn)品。此外，主機(jī)廠的加工和裝配工藝也與國(guó)外有較大的差距。
思考
造成國(guó)內(nèi)外差距的原因很多，這些原因并不是“理論與技術(shù)落后”就能夠概括的。
市場(chǎng)需求不同的客觀原因是我們不能回避的。國(guó)際市場(chǎng)上優(yōu)秀的破碎設(shè)備制造商集中在歐美地區(qū)，其市場(chǎng)所需破碎設(shè)備規(guī)格大、自動(dòng)化程度很高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。而我國(guó)正處于大規(guī)模的基本建設(shè)時(shí)期，只求上馬快、投資少，供不應(yīng)求的市場(chǎng)直接導(dǎo)致粗制濫造、技術(shù)水平低下、耗能高、污染環(huán)境嚴(yán)重的產(chǎn)品紛紛進(jìn)入。
客觀原因不是短時(shí)間能夠彌補(bǔ)的，但是技術(shù)的差距可以通過(guò)技術(shù)引進(jìn)、消化吸收、自主創(chuàng)新，迅速向世界破碎行業(yè)的高端移動(dòng)。雖然這種“暴飲暴食”的方法可以讓我們短時(shí)間內(nèi)能夠重上幾斤，但是這也不是長(zhǎng)久之策。我們應(yīng)該在這一個(gè)不太光彩的“抄襲”過(guò)程中，學(xué)會(huì)別人先進(jìn)的研究方法和獨(dú)特的創(chuàng)新思路。
例如，國(guó)外有一個(gè)創(chuàng)新思路——“以料代材”，是值的學(xué)習(xí)。 破碎機(jī)是一個(gè)耐磨材料消耗嚴(yán)重的設(shè)備。減少耐磨材料的消耗也是許多業(yè)內(nèi)人士所研究的課題。提高耐磨材料的性能是減少耐磨材料的一種方法，但是一味只提高耐磨材料的性能終究是一條死胡同，并不能從根本上解決耐磨材料的消耗問(wèn)題。 國(guó)外的研究思路是采用以物料來(lái)代耐磨材料的方式達(dá)到減少耐磨材料消耗的目的。這在國(guó)外已經(jīng)投入初期的實(shí)踐階段。 國(guó)外的立軸沖擊式破碎機(jī)采用物料的料墊來(lái)取代襯板作為易損件（零件設(shè)計(jì)采用料墊保護(hù)方式，取消了價(jià)格昂貴的鉻合金鋼堆焊），這就是很好的例子。差距是存在的，但是經(jīng)過(guò)近年來(lái)的努力，我國(guó)在破碎領(lǐng)域某些方面的也取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。
“新型干法水泥生產(chǎn)線重大配套裝備研制和工程化應(yīng)用”項(xiàng)目中獨(dú)創(chuàng)的減震裝置以及液壓系統(tǒng)和柔性疏水技術(shù)在齒輥式破碎機(jī)得到運(yùn)用，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際同類技術(shù)的先進(jìn)水平。
這也充分顯示了我國(guó)在自主創(chuàng)新方面所取得的良好業(yè)績(jī)和創(chuàng)新能力。
選擇
盡管國(guó)內(nèi)外有一定的差距，但是對(duì)于水泥企業(yè)來(lái)講，選擇符合企業(yè)生產(chǎn)線的破碎機(jī)，獲得最大的效益才是最重要的。 近年來(lái)，國(guó)家發(fā)改委頒布了《水泥工業(yè)用破碎機(jī)技術(shù)條件》（JC/T922－2003），大體確定了水泥企業(yè)使用的破碎機(jī)類型，但是我們?nèi)匀徊荒艽笠。因(yàn)楦黝惼扑闄C(jī)的側(cè)重點(diǎn)不同，適應(yīng)的工況也就不一樣，而且生產(chǎn)線的大小不同，所需要的型號(hào)也不一樣，所以必須對(duì)破碎機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格的選擇、選型。
雖然具體的型號(hào)需要實(shí)際的工況來(lái)決定，但是仍然可以通過(guò)各類破碎機(jī)自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)選擇具體的類型。例如：錘式破碎機(jī)出料處設(shè)有固定的篩子，用戶可以根據(jù)自己的需要選用合適孔徑的篩子來(lái)控制出料粒度；反擊式破碎機(jī)出料粒度均勻，出料呈立方體形狀，細(xì)粉料和粉塵含量低，特別適合立磨的運(yùn)行。
最后，水泥廠家選擇水泥熟料細(xì)碎機(jī)時(shí)，建議考慮如下幾點(diǎn)原則：錘頭工作線速度慢，耐用，運(yùn)轉(zhuǎn)率高；出機(jī)物料粒度分布窄而穩(wěn)定，有利于磨機(jī)球段優(yōu)化級(jí)配；耗電低，配件費(fèi)用低；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，加工制作精細(xì)；配件維修方便；避免金屬物誤入機(jī)內(nèi)，需安裝除鐵器及金屬探測(cè)儀。
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