1.緒論

　　粉碎是人類日常生活當中不可缺少的獲得有價材料和各種礦物原料的重要手段。用于粉碎所需的基建費用和生產費用都相當大。尤以電能消耗和設備磨損為主要指標。專家們指出全世界每年在粉碎上所花電耗為總電能的3%。要求細的粉碎粒度，機械無故障運轉以及設備微小磨損和節能是全世界粉碎工作者多年來共同研究的課題。而立軸沖擊式破碎機就是今年來逐漸興起的一種高效、可靠的破碎、粉碎設備。

　　1.1 立軸沖擊式破碎機簡介

　　立軸沖擊式破碎機(制砂機)廣泛應用于各種礦石、水泥、耐火材料、鋁礬土熟料、金剛砂、玻璃原料等高硬、特硬物料的中、細碎領域。在機制建筑砂、石料以及各種冶金礦渣的破碎中更是得到普遍使用，特別對中硬、特硬物料比其他類型的破碎機更具有優越性，產量功效高。目前已經替代錘式破碎機、對輥破碎機、棒磨機等傳統設備，成為制砂行業的主流設備。

　　圖1.1-1雙電機驅動的立軸沖擊破碎機

　　圖1.1-2 單電機驅動的立軸沖擊破碎機剖視圖

　　1.1.1 工作原理

　　立軸沖擊式破碎機由進料斗、吊架、渦流破碎腔、葉輪體、主軸、底座、傳動裝置及電機部分組成。其工作原理是：物料由進料斗進入葉輪腔內（途經吊架處中心進料管），由分料錐把物料以傘狀形式均勻地拋于葉輪流道內，經高速旋轉的葉輪瞬間加速至 60 — 75 米 / 秒,從葉輪周圍的流道腔內拋射出去，沖擊到渦流腔內渦流襯層上，被物料襯層反彈，斜向沖擊到渦流腔的頂部，又改變其運動方向，偏轉向下運動，和葉輪流道腔內拋出的物料形成連續的物料幕。這樣，一塊物料在渦流破碎腔內受到兩次至多次破碎撞擊，被破碎的物料由下部排料口排出，經循環篩分系統形成閉路，一般循環三次即可將物料破碎成為 4.75mm 以下。這種破碎機優點是破碎比與耐磨襯板的磨損無關。由于這種特性，任何物料一無論其耐磨性能如何都可以很經濟的使用轉子離心式破碎機進行破碎，獲得立方型顆粒含量.超過80%的高質量產品。同時也提高了破碎面的比例。渦流腔內部巧妙的氣流自循環，消除了粉塵污染。溢流給料并不需要增加破碎機的功率消耗和磨損費用，溢流給料增加了破碎機腔內部的顆粒密度，更有效的破碎更多的顆粒，提高了能量利用率。

　　圖1.1.1 破碎機破碎原理圖

　　1.1.2 結構組成

　　立軸沖擊式破碎機主要由進料斗、吊架、渦流破碎腔、葉輪體、主軸總成、底座、傳動裝置及電機等七部分組成。具體結構見圖1.1.2（立軸沖擊式破碎機結構剖視圖）

　　圖1.1.2-1立軸沖擊式破碎機結構剖視圖

　　1.1.3 應用領域

　　（1）采石

　　立軸沖擊式破碎機是公認的用于鋪路瀝青、混凝土，標準砂石等的優質骨料生產設備。能夠破碎多種物料，特別是堅硬、磨蝕性強的巖石。破碎機的高速撞擊破碎能夠以最低成本生產高等級產品，同時降低了噪音和改善了石料粒形，減少產品含水量，便于后續篩分作業。

　　（2）工業礦石

　　立軸沖擊式破碎機能夠有效控制產品級配、產量高、運行成本低，并能生產大量細粒級產品，因此立軸沖擊式破碎機特別適應于工業礦石的加工領域。在工業礦石加工領域，高磨蝕性的工業礦石加工行業特別受歡迎。現在，在鉆石礦，成為從工業脈石提取鉆石的高效設備；在水泥行業，也成為節約成本、增加產量，生產磨機給料的首選細碎設備。

　　（3）礦山

　　在一臺設備中同時具備了破碎和碾磨的功能了可以加工幾乎所有的堅硬、高磨蝕性，脆性物料和粘性物料。立軸沖擊式破碎機產量高，能夠生產細粒產品，可用于生產磨機給料、燒結給料、準浸料等領域，成為替代高成本、低效率的碎磨設備的理想選擇。

　　（4）廢料回收

　　由于人們環保意識的不斷加強，廢料回收產業的不斷發展，立軸沖擊式破碎機正在成為廢料回收領域的重要一員，廢料回收不僅僅限于建筑廢料的回收，還包括玻璃、爐渣和其它具有可再生經濟價值的廢料。是加工此類廢料的理想方法，并且多種配置能夠應用干多種不同領域。

　　2．國內外研究現狀

　　2.1 國內立軸式沖擊破碎機發展概況

　　近幾年來，國內VSI機也有極大發展，主要表現在以下幾個方面:

　　(1) VSI機的國內制造商越來越多，且各家公司的新產品小斷推出，其產品生產數量也在穩步增長；

　　(2)機器的規格逐漸大型化。如鄭州一帆公司的葉輪直徑己達1 300 mm，處理能力相應增大，且排料中成品砂的百分比含量也達到先進水平，接近50%；

　　(3)比較規范化的產品，其綜合品質穩定，小少廠商對機器的振動、噪聲、粉塵等開始控制，且易損件的使用壽命提高，有廠商報導，在處理河卵石時其外刀的使用壽命己超過200 h；

　　(4)機器的品種增多，小僅有石打石和石打鐵，而且開式葉輪在個別公司開始采用，其導向板的壽命達到正常使用要求。由于上述的因素，國內客戶開始信任國產的VSI機，在部分使用場合，如中硬物料處理，先進的國產設備可以與進口設備抗衡；

　　目前，國內市場上的VSI機從技術層面上可劃分為三種:自行開發的產品(包括仿制的)、中外合作產品和全部進口的產品。當砂石場生產規模越來越大之后，進口設備的價格相對較高，己小成為客戶購買的阻力。而阻力來自使用的高成木和洋設備的難侍候。中外合作產品進入國內市場較晚，由于技術成熟，且易損件己國產化，中方合作者能為客戶選型把關，提供較良好的售后服務，彌補全進曰設備的弊病，故顯示較強的市場競爭力。國內自主開發產品盡管仿制而來，如果僅憑價格優勢，小在技術上、質量上與時俱進，雖然目前市場上銷售數量占優，但前景不容樂觀。

　　2.2 國外立軸式沖擊破碎機發展概況

　　立軸沖擊式破碎機(VSI)的一個重要市場促進因素是提供立方體形的碎石，滿足超級鋪設材料的規范。在被集料經營商廣泛認可之后，當前VSI的用戶和制造商正環繞著更滿意的形狀或更有收益的碎石來推VSI的應用。

　　大型化的VSI機，具有靈活的機械性能、好的耐磨材料和零件設訓、以及更有效的粉塵控制系統等，正推動VSI機在第四級、第二級甚至第二級(破碎)同路中的應用，接近臥式反擊式破碎機和圓錐式破碎機的水平。

　　改進磨損率，是每一個VSI機制造商的首要目標。通過給料管、分配板、轉子和導向板臺的綜合設訓，來增加通過破碎機物料的處理量，以及通過在高磨損表面澆鑄復合陶瓷和鎢來實現這一目標。此外，制造商己經致力于制造更易獲得和更牢固的耐磨件替代品。

　　以下概述多個制造商宣稱他們在設訓和操作上與其他VSI機的不同處。

　　(1) Cemeo

　　Cemeo公司7種VSI型號系統的頂端是Turho160, Turho175。重達77,000磅(約35t)的Turho175是一種“導向板與反擊板”的機器，石料槽可選擇，其導向板臺可以裝3一5個導向板，每件重136磅(62kg)的導向板，據稱，僅需2個螺栓固定，小需要其他固定來抗離心力和破碎力。通過速度和沖擊距離能夠變化來得到最好的破碎效果。該公司稱2臺Turbo 175 機器分別裝置800~1000馬力的動力，其通過量在800~1300t/h之間，己經運行1年以上。Turbo 160有相似的處理能力，但僅56000磅重，恰好滿足移動式。這兩種機器在處理石灰石時允許最大給料邊長均為7"(約180 mm )，Cemco公司正在Turbo 175機器上試驗陶瓷導向板。

　　(2) Impact Service Corp

　　ISC公司最新的VSI機為130型，重86976磅(不包括電機)，具有"130"(約3,300 mm)直徑的大圓桶和"61.25"直徑的轉臺，裝有266磅的導向板，ISC公司還介紹大轉臺的103型.70型和82型VSI機。103型的轉臺直徑54.5具有4個螺栓導向板緊固系統，在導向板的背面設有垂直鎖緊銷a ISC公司認為這種新設訓將允許更大的給料規格和更快的轉臺速度，70型和82型具有"48.5"的直徑轉臺，最多可裝7塊導向板來得到最細的產品，據ISC認為，較大直徑的轉臺增加了導向板空間，可以減少每噸產品的拖動電流，可以增加通過量和降低成木。該公司為增加耐磨件壽命，正進行系列的轉臺導向板、反擊板、內帶鑲嵌式陶瓷的給料盤等研發。

　　(3) Kolbeng一Pioneer

　　該公司五種型號VSI機處理最人給料規格從"2"到"6"。其中二種型號(機器)既可以是標準型(導向板與反擊板)半一體型(閉合轉子與反擊板)也可以是全一體型(閉合轉子與混合巖石槽)結構。該公司這種獨有的混合石料槽融合了“石打石”和“石打鐵”的破碎方式。在反擊板前面的沖擊區域，物料收集到石料槽上提供抗磨蝕性的保護。該公司認為，反擊板從背面支撐所積聚的物料以增加破碎效果。該公司的VSI機可采用導向板轉臺或閉合轉子，閉合轉子的所有耐磨件全部螺栓緊固，包括可更換的碳化物條(外刀)。轉臺采用銷固定或螺母固定的導向板和可更換的襯板。

　　(4) Metso Minerals

　　該公司提供二個系列產品，巴馬克VSI破碎機為應用的需要有“石打石”或“閉合轉子與反擊板”構造。巴馬克的B系列產品具有一個閉合轉子和石料槽，以及一個瀑落的給料系統，轉移部分給料直接進入破碎腔而繞過轉子。在破碎機運行中，瀑落物料可由手動或自動插板系統調整。破碎機的其他調整還包括轉子速度和直徑，選擇破碎腔的中空環。操作控制系統可顯示振動和軸承、電機溫度。B系列的7種型號最大給料規格從3/4"到3"之間。美卓VI系列VIS機的4個型號允許最大給料規格從1.0"(閉合轉子)到6"(開式轉子)在同一種淚L架內，可由開式轉子和反擊板變到NJ式轉子和石料槽。美卓VI系列獨有的圓柱形反擊板，當半面磨損時可轉換。美卓公司稱:空氣流量的減少和在破碎機頭罩內的再循環，使VI系列設計減少粉塵的排放。

　　(5) REMCO

　　該公司的巖石土和制砂土VSI機系列的“石打石”和ST/AR的“石打反擊板”VSI機許可給料量高達1500t/h，給料規格達4"。作為第二級或第四級同路的典型設備，機器所需動力從60馬力到1500馬力。該公司轉子可采用3個、4個、5個或6個插入式設訓的出口，小用螺栓安裝的鎢鋼片容易更換。該公司稱，硬質的AR鋼替換頂部和底部耐磨盤減少了轉子體修理時焊接的工作量。4個或5個導向板轉臺也可采用ST/AR型。

　　ST/AR型(帶同轉頂蓋/反擊板圈)破碎機具有可翻轉的反擊板，設置在能上升或卜降的多個位置的反擊板圈上，以增加反擊板允許磨損量。所有的ST/AR型式都能從反擊板圈轉換為石打石腔型。該公司建議反擊板僅僅在物料含有磨蝕性成分小于15%時使用。15%指作巖石化學分析時硅、l和鐵的總的百分比

　　2.3 國內外產品差距

　　對照國內外主要VSI制造商所提供的產品性能，國產機與國外主要公司產品的差距是全方位的，主要表現在下列幾方面。

　　1.客戶服務

　　客戶服務，特別是售前的選型服務上。大多數國內制造商目前開發的產品，基礎是仿制，往往“知其然而不知其所以然”。而對不同的客戶情況，由于缺乏實驗數據，常常以小變應萬變。造成同樣機器，不同客戶使

　　用效果不一樣。客戶的破碎篩分系統的缺陷也會影響VSI機的使用。例如:當系統未配置除鐵器時，鐵件進入將損壞機器，當系統供料粒度超過允許值時，會引起不正常運轉。當進料中含有過多水分時，易損件將加劇磨損。當進料無法調節時，其小均勻性將影響機器的制砂效果等等。這些客戶必須注意的事項，國內制造商往往不能像他們的國外同行那樣，在客戶選型時詳細說明，從而也損害了國產VSI機聲譽。

　　2.產品規格和性能

　　在產品規格和使用性能上，特別在機器的大型化方面。將國外大規格的VSI機與國內最大制造規格相比在產品大型化上的差異，是設訓水平、制造商能力和國內配套件性能(如軸承)等方而的綜合反映。例如: 轉子體的上下面采用圓錐環緊固定位。在高速運轉中不能絲毫松動，在名義尺寸600 mm直徑時其上下錐面同心度公差神戶制鋼廠設計為0.02 mm，這一設計要求對制造商的加工能力是一個考驗。

　　3.機器的使用壽命

　　沖擊式破碎機的使用壽命原來就比其他類型的破碎機低，如顎式、圓錐式等。而立軸沖擊式又比臥式沖擊式使用工況更惡劣。因此，機器零部件的使用壽命，是VSI機制造商的生命線，在相仿的使用工況下，對零件壽命作一對照(見表2.3.1)