碎磨是礦物加工過程中的第一道工序，礦物只有被解離到一定的粒度，其有用成分才能被充分利用。而碎磨過程也是整個礦物加工過程中電耗、鋼耗等原材料消耗最大的工段，據專家估算，碎磨階段處理每噸原礦的電耗平均約為16.OkW h，占選礦廠總電耗的40%左右。因此碎磨工程領域的節能降耗意義重大，可產生巨大的社會效益和經濟效益。在這一迫切需求下，多碎少磨理論已得到公認，并有一系列相應的新型破碎機涌現，其中立式沖擊破碎機以其獨特的結構和工作原理，使礦物實現了完全的自粉碎，碎后產品粒度可以達到- 4mm，從而充分體現了多碎少磨、節能降耗的思想。
立式沖擊破碎機最早是由新西蘭Tidco公司研制的，其Barmac高強度自襯型立式沖擊破碎機將轉子線速度提高到100m/s，從而實現了完全的自粉碎，這種設備集破碎、磨礦為一體，產品粒度細，金屬磨損輕微，過金屬能力強。北京礦冶研究總院研制的LCP5立式沖擊破碎機，主要技術性能指標達到了Barmac的水平，而且破碎試驗結果證明，其破碎效果也達到了Barmac立式沖擊破碎機的水平。
1、結構和工作原理
LCP5立式沖擊破碎機是一種新型沖擊式超細碎設備．適用于各種金屬礦、非金屬礦、化工礦物、水泥、建材原料、筑路筑壩石料、冶金渣和人工砂等脆性物料的粉碎，并可用于一些其它設備難以適應的場合，例如極硬而脆的物料、含較多漂流金屬的物料和要求鐵污染較少的物料。LCP5立式沖擊破碎機的設計中運用了有限元計算、應力測試等先進科技手段，在制造過程中還采用了高強度合金鋼、新型耐磨材料、無損探傷、動平衡等新材料和方法，其結構合理，性能優良。該設備的轉子轉速高，圓周線速度可達100m/s，達到了國際先進水平。由于轉速高，物料沖擊強度大，粉碎效率也高，工作中不僅其轉子內部可形成物料襯，而且轉子外的破碎腔處也可形成物料襯，使金屬磨損減少到最低限度。
該設備主要由轉子2、主軸系統4、機架6、電機5、皮帶傳動裝置7、潤滑系統8和電控系統等部分組成。主要結構和安裝尺寸見圖1。
設備工作時，電機通過皮帶傳動裝置帶動主軸和轉子旋轉。將- 35mm的物料從給料口給入設備中，一部分物料通過給料筒垂直向下，從轉子上部的給料口進入轉子，然后從轉子的出口被高速拋出到破碎腔處。另一部分物料沿給料部的階梯形結構下滑，直接瀑落到轉子外的破碎腔處。堆積在破碎腔處的物料形成自襯。從轉子的出口被拋出的物料一方面在破碎腔的物料襯上沖擊粉碎，另一方面與上部瀑落的物料和經自襯渦動的物料在破碎腔中反復撞擊，產生強烈的沖擊和磨剝作用。粉碎后的物料從下部排出。粉碎過程示意圖見圖2。
2、轉子強度計算
LCP5立式沖擊破碎機的設計中運用了有限元計算，對其關鍵部件轉子部分的強度進行了反復核算，把轉子優化為三角形結構。由于轉子的強度屬于線彈性問題，所以可以采用結構分析通用有限元程序SAP5對其進行計算。根據轉子體的形狀和載荷條件的周期性特點，采用1／3轉子體進行應力計算，而用偽單元來保證轉子體切剖邊界上節點位移的周期性條件。結構網格劃分圖見圖3。
轉子體在工作中的受力比較復雜，有以下幾種負荷：
(1)轉子體自重在高速轉動時產生的離心慣性力；
(2)物料沿物料襯高速運動時對物料襯產生的壓力；
(3)物料襯在高速旋轉時引起的離心慣性力；
(4)襯板在高速旋轉時由自重產生的離心慣性力對上下板與側板交界處的作用力；
(5)耐磨體自重產生的離心慣性力對與它連接的出口板的作用力。
這些載荷隨轉子的轉速改變而不同，并且在同一轉速條件下不同節點處也不相同，在對轉子的結構和厚度多次修正后，轉子內的相當應力趨于均勻合理，最大應力為：
空載超速試驗，轉速4365r/min，amax=164MPa
負載工作，轉速3446r/min，amax=130MPa
負載工作，轉速3031r/min，amax=100MPa
設備加工完成后，為了對轉子的性能和強度做進一步的驗證，采用電測法，對轉子進行了應力測試。電測法測定旋轉件應力是工程研究、設計、排故中最為常見、成熟而又可靠的一種方法，其測試框圖見圖4。
測試結果證明，其應力強度由大到小分布次序與有限元計算結果相符。在有限元計算的最大應力處，當轉速為3031r/min，其最大當量應力為amax=99. 9MPa，當轉速3446r／min，其最大當量應力為amax - 152.6MPa，與有限元計算結果基本吻合。
設備規格和主要技術性能指標見表1。
3、小型試驗
為了解樣機的實際破碎效果，為工業生產提供依據，1998年在北京礦冶研究總院進行了小型試驗。受現場條件所限，破碎試驗只能采用一段開路破碎流程。
試驗采用轉速為2184r/min和2616r／min，相應轉子圓周線速度分別為62.9m/s和75. 3m/s。這兩個轉速一般可滿足破碎需要，與Barmac破碎機的實際工作轉速相當。Barmac破碎機的轉子最高圓周速度雖然也可達100m/s，但實際工作中一般也只用到60～70m/s。
試樣為大廠錫礦、洛陽石英砂巖、鋁土礦、鋼渣和廢磁塊等物料。主要物料的破碎試驗結果見表2。
由表2可見，在2184r/min和2616r／min的轉速下，一段開路破碎不同硬度的物料，產品中心產生的合格粒級含量可達到31.89%～60.28%，破碎結果比較理想，如果采用閉路流程，產品粒度可達到超細碎和粗磨的要求。
將樣機LCP5立式沖擊破碎機與國際上最先進的Barmac立式沖擊破碎機中近似規格的4800DUOPACTOR型產品的破碎效果進行對比。后者的給料和產品粒度組成曲線見圖5。將LCP5在2616r/min轉速下破碎大廠錫礦和鋼渣的給料和產品粒度組成曲線繪制到圖5中，可得到圖6。從圖6分析可見，LCP5的產品粒度曲線基本上在Barmac的產品粒度范圍內，鋼渣的破碎曲線還優于Barmac的破碎曲線。由此可見，LCP5立式沖擊破碎機的破碎效果達到。
4、結語
1.LCP5立式沖擊破碎機是一種新型超細碎設備，具有產品粒度細、金屬磨損輕微、過金屬能力強等優點。
2．設計中運用了有限元計算，轉子強度達到了要求。．
3．制造中運用了無損探傷、動平衡、高強度合金鋼、耐磨新材料等。
4．制造完成后對轉子體進行了應力測試，進一步驗證了其結構和強度。
5．通過小型試驗證明，其機械性能、碎效果都達到了國際先進水平，可作為超細碎或粗磨設備。
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