前言
鼠籠式
破碎機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、破碎比大等優(yōu)點，在礦山、建材、化工、飼料、食品、醫(yī)藥、塑料等行業(yè)中廣泛應用，主要適用于對一些低硬度物料的粉碎。在陶瓷行業(yè)中，鼠籠式破碎機用于對陶土、頁巖等原料進行細碎和摻混，其生產(chǎn)效率高、壽命長、回料量低、維修量小、運轉(zhuǎn)安全可靠。鼠籠式破碎機的破碎機理比較復雜，設計參數(shù)較多，機器性能受工作參數(shù)影響程度較大。如果設計參數(shù)選擇不當或不匹配，不僅影響破碎的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且影響設備的使用壽命。因此，了解鼠籠式破碎機的工作原理和設計參數(shù)的選擇原則，對保持設備良好狀態(tài)、提高破碎機生產(chǎn)能力具有重要意義。筆者對鼠籠式破碎機的破碎機理進行了初步研究，分析了鼠籠式破碎機有關設計參數(shù)對設備性能的影響和一般的設計方法，提出了提高鼠籠式破碎機生產(chǎn)能力的措施，希望對陶瓷原料粉碎設備的設計、選擇和使用有一定的幫助作用。
1、鼠籠式破碎機的工作機理
1.1鼠籠式破碎機的結構
圖1為鼠籠式破碎機的結構示意圖。它由內(nèi)鼠籠（小轉(zhuǎn)子）、外鼠籠（大轉(zhuǎn)子）、進料斗、殼體、皮帶輪、行輪、電動機、支架等主要部分組成。工作時，大轉(zhuǎn)子、小轉(zhuǎn)子在各自驅(qū)動裝置的驅(qū)動下，以相反方向高速旋轉(zhuǎn)，待粉碎的物料從機殼上方的進料槽連續(xù)不斷地進入籠內(nèi)，在下落時與高速旋轉(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入輸送帶輸入混料圓筒，完成破碎工序。
1.2 鼠籠式破碎機的破碎過程
圖2為鼠籠式破碎機的破碎原理圖。
鼠籠式破碎機工作時，物料在破碎機中一般要經(jīng)過三次破碎。當被破碎物料從下料斗經(jīng)下料舌頭到達小鼠籠輪內(nèi)圈時，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動的大鼠籠輪內(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自反方向高速運動的物料，并將其拋出鼠籠輪。大部分物料是在第二次破碎時被破碎的，相比之下第一次破碎只不過是分料過程（把物料加速和均布）。由于物料在鼠籠式破碎機中經(jīng)過了三次破碎，因此，鼠籠式破碎機的破碎粒度細、破碎比較大。
1.3鼠籠式破碎機的破碎方式
物料在鼠籠式破碎機被破碎的方式比較復雜，按機理一般可歸納為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動．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，撞擊到機殼內(nèi)壁上，這是第三種破碎形式。
2、鼠籠式破碎機的設計
2.1 鼠籠式破碎機擊棍的確定
鼠籠式破碎機的鼠籠是由一大一小兩個相對回轉(zhuǎn)的籠子組成，每個籠子都有一個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的重要組成部分。從鼠籠輪破碎物料的原理圖（見圖2）可知，鼠籠式破碎機工作時，鼠籠輪的擊棍有一半面積永遠不會被物料所撞擊，起不到破碎物料的作用，而另一半無論做成任何形狀，由于被破碎物料磨損，擊棍總會向半圓形或流線形變化的趨勢發(fā)展。因此，擊棍應該做成圓形。這樣的設計有3大優(yōu)點：
1)可以節(jié)約貴重的耐磨金屬材料，節(jié)約資金降低造價成本。
2)在同樣破碎面積的情況下，相當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，所以電機功率也減小。
2.2鼠籠式破碎機粉碎比例系數(shù)K
鼠籠式破碎機粉碎比例系數(shù)K是設備的一個重要參數(shù)，鼠籠式破碎機的粉碎比例系數(shù)為擊棍間隙總面積與擊棍撞擊物料總面積之比。
2.3鼠籠式破碎機的轉(zhuǎn)速
鼠籠式破碎機的轉(zhuǎn)速對破碎質(zhì)量和生產(chǎn)力有比較大的影響。一般來說，內(nèi)、外籠輪相對轉(zhuǎn)動的速度越高，破碎后物料的細度越好，生產(chǎn)能力越高；但也不能太高，否則當超過某一臨界值時，轉(zhuǎn)速越高，生產(chǎn)能力反而下降（但細度提高）。因為物料從進料口到落入下料槽時，必須穿過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“這些柵欄”到外層空間下料槽的過程中，由于受到擊棍內(nèi)面的阻擋和側面的沖擊，物料只能從“柵欄”的縫隙中穿過，而籠輪轉(zhuǎn)速越高，則單位時間里每個擊棍經(jīng)過的位置越多，即柵欄的縫隙越小，從而單位時間里物料的通過量越小，這也就是粉碎機生產(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，但實際上物料的粉碎過程是非常復雜的，物料在被粉碎過程中自身也互相撞擊，阻礙穿過柵欄，穿過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，對提高生產(chǎn)能力可以說是沒有什么作用的。而速度提高會帶來振動噪聲問題，所以必須恰當?shù)卮_定籠輪的轉(zhuǎn)速。
2.4鼠籠式破碎機的排料粒度
破碎后物料的粒度是設備的另一個重要參數(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，破碎的機會越小，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，破碎的機會越多，破碎后粒度越小。雖然物料的破碎粒度與這兩個參數(shù)的關系影響方向不同，但與它們的比值的關系是確定的，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，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，原料粒度越小、粉碎比越大，粒度越細。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，鼠籠式破碎機粉碎比例系數(shù)應有一個合適的范圍，這個比值范圍就是物料破碎后粒度的變化范圍。
2.5 鼠籠式破碎機的排料速度
排料速度關系到鼠籠式破碎機的生產(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，物料速度將會降低。高速旋轉(zhuǎn)的鼠籠輪帶動機殼內(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）。擊棍撞擊物料的機會與物料排出機殼的機會成反比關系，即擊棍撞擊物料的機會越多，物料排出機殼的機會越少，而擊棍撞擊物料機會的多少又與擊棍的線速度有關。這樣，影響物料排料速度則是擊棍的實際線速度和破碎比例系數(shù)的乘積。
2.6鼠籠式破碎機的鼠籠輪寬度和直徑
鼠籠輪寬度和直徑是鼠籠式破碎機的一個重要幾何參數(shù)，它不僅影響設備的破碎比例系數(shù)，而且對排料速度和粒度均有影響。當物料粒度和鼠籠輪線速度作’為不變量時，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。
鼠籠式破碎機的送料舌頭是從小鼠籠輪的一側內(nèi)圈將原料送入到鼠籠式破碎機內(nèi)的，也就是說，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，機器的產(chǎn)量越高。所以，鼠籠輪的寬度與鼠籠輪的直徑應該有一個合適的比例范圍。
3、提高鼠籠式破碎機生產(chǎn)能力的措施
3.1合理設計機殼的結構
積料結垢是鼠籠式破碎機常見的問題，也是影響鼠籠式破碎機生產(chǎn)能力的一個主要因素。積料結垢是指機殼和籠輪間隙塞滿物料，影響物料的排料。主要是由于機殼內(nèi)腔尺寸太小、清理門位置設置不當造成的。特別是當殼頂與大轉(zhuǎn)子擊棍間的距離太小時，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子甩出的物料落在殼頂時未能及時離開，而被擠壓在門內(nèi)壁接口處和機殼頂部角落產(chǎn)生積料結垢。積料結垢不僅導致物料無法順利排出并影響生產(chǎn)，而且當結垢增厚到一定程度時，還會造成轉(zhuǎn)子擊棍的磨損或者折斷。積料結垢現(xiàn)象可通過合理設計機殼的結構加以改善，如增大機殼內(nèi)腔尺寸和殼頂高度，以增加大轉(zhuǎn)子與機殼內(nèi)壁空間，使被甩到機殼上的物料能夠及時下落，而不致受擠壓、層層堆積在機殼上；同時設置新型耐磨橡膠內(nèi)襯，增強內(nèi)壁自潤性，杜絕物料在內(nèi)壁停留并粘結現(xiàn)象，避免大轉(zhuǎn)子上的擊棍被結料摩擦而斷裂。此外，鼠籠輪在轉(zhuǎn)動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殼內(nèi)是平行的，因此在運轉(zhuǎn)中鼠籠輪整個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“L”形架（角鋼），對稱固定在大籠輪上，在小籠輪一側固定一段鋼筋（墊鐵），如圖3所示。
加鋼筋象一個刮物料器，每轉(zhuǎn)l周就刮出10.15mm寬的空間。這樣，在鼠籠輪運轉(zhuǎn)時只有鋼筋和機殼間的物料相接觸，接觸面積很小，而整個轉(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，電機電流大大降低。在電機同樣達到額定電流時，粉碎機生產(chǎn)能力比原來大大提高。
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破碎效果和生產(chǎn)率的基礎。鼠籠式破碎機常見的第二個問題就是大、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進料槽進入破碎機時，物料流量波動較大，當物料流量瞬時增大時，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，囤積情況更為嚴重。
從物料的運行情況可知，鼠籠式破碎機的生產(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轉(zhuǎn)子時的線速度。
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)速確定也是一個關鍵。大、小轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度直接影響鼠籠破碎機的效率和轉(zhuǎn)子的磨損。由于小轉(zhuǎn)子是物料破碎流程中的第一個環(huán)節(jié)，其破碎效果和排料速度決定著設備的各項技術參數(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），結塊的物料被高度粉碎。鼠籠式這一破碎機理，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存在的另一個嚴重問題。通常是小轉(zhuǎn)子的線速度過小，造成大、小轉(zhuǎn)子對物料的破碎各自為營，達不到雙層破碎的最佳效果，物料松散程度達不到要求。
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的效率和磨損，轉(zhuǎn)子的線速度不宜過高，實際使用值一般取為v= 25- 35 m/s，常用v=30 m/s。正如前面所分析，當超過某一臨界轉(zhuǎn)速時，相對轉(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、結語
鼠籠式破碎機具有制造簡單、工作可靠、破碎比較大的優(yōu)點，對陶瓷企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)揮了重要的作用。鼠籠式破碎機的生產(chǎn)能力決定于物料的流量，設計時可根據(jù)物料的性質(zhì)和破碎要求以及設計機殼的結構，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)速的匹配十分關鍵。但鼠籠式破碎機也存在一定的缺點，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)過粉碎。隨著對鼠籠式破碎機機理的深入研究和加工工藝的改善，這些缺點可以逐步被克服。如采用變頻調(diào)速技術調(diào)整轉(zhuǎn)速，可減少過粉碎程度，使機器處于最佳工作狀態(tài)，同時可滿足不同的粒度要求；采用堆焊技術用于制造擊棍和擊棍的修復可取得較好的抗磨損效果，如使用鎢焊條堆焊可大大延長擊棍的使用壽命；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，采用隔聲隔振技術可降低振動和噪聲等。
相關礦山機械設備：
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雷蒙磨粉機
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