在礦業(yè)中以金屬選礦廠為例，其碎礦與磨礦流程的設(shè)備費(fèi)用約占選礦廠全部投資費(fèi)用的65%～70%，電耗約占全廠電耗的50%～600%．而鋼耗約占全廣鋼耗的500%以上。物料粉碎過程中，由于在作業(yè)中產(chǎn)生發(fā)聲、發(fā)熱、振動(dòng)和摩擦等作用，使能源大量消耗。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國目前用于破碎物料的總用電量為250-300億kW．h。占全國總用電量的5%以上。
破碎磨礦過程中的大量能量消耗及全世界能源日趨緊張，能源價(jià)格不斷上漲，迫使人們努力去探索高效、節(jié)能的粉碎設(shè)備。新設(shè)備的研發(fā)必須遵守以下兩個(gè)基本原則，首先設(shè)備設(shè)計(jì)的原理要先進(jìn)，其次設(shè)備的使用能使用戶獲得大的收益。PC破碎機(jī)就是根據(jù)這兩點(diǎn)而設(shè)計(jì)并投放市場(chǎng)的。
1、選擇最佳破碎產(chǎn)品粒度的原則
磨礦的能量效率遠(yuǎn)低于破碎的能量效率，而磨礦的單位能耗又遠(yuǎn)高于破碎的單位能耗。在實(shí)際生產(chǎn)中磨礦成本是破碎成本的數(shù)倍之多。因此降低礦物加工前準(zhǔn)備作業(yè)的費(fèi)用，降低能耗與鋼耗，首先要降低磨礦費(fèi)用。降低磨礦費(fèi)的途徑可通過降低磨礦的給料粒度，即降低破碎產(chǎn)品最終粒度的辦弦來實(shí)現(xiàn)。從而使總的粉碎（包括碎礦與磨礦）費(fèi)用大幅度下降，最終實(shí)現(xiàn)“多碎少磨”提高選礦效益。
選礦廠采用破碎流程所要達(dá)到的最終產(chǎn)品粒度即是給人磨礦的給料粒度，如何確定它的最佳值．經(jīng)過粉碎界幾十年的研討，提出以下幾個(gè)方法。
羅蘭法：該法認(rèn)為磨機(jī)的最佳給礦粒度與功指數(shù)的平方根成反比。對(duì)硬而難磨的礦石最佳粒度可小些，對(duì)軟而易磨的礦石最佳粒度可大些。如給人磨機(jī)的人磨粒度超過最佳值，磨機(jī)效率要降低。
奧列夫斯基方法：該法認(rèn)為在適宜磨礦條件下，球磨機(jī)的處理能力與給礦粒度上限的關(guān)系計(jì)算結(jié)果是給料粒度降低，生產(chǎn)能力提高。磨機(jī)的給料粒度由20mm降至15mm，相對(duì)生產(chǎn)能力可提高1O%以上，若降至12mm，相對(duì)生產(chǎn)能力可提高18%至20%。
邦德方法：本法按照邦德的功耗理論分別計(jì)算碎礦的能耗，計(jì)算結(jié)果是：只有磨礦的給礦粒度為13mm時(shí)，粉碎總能耗達(dá)最低值。
沙伐哈特金方法：本法認(rèn)為選礦廠的生產(chǎn)率愈大，則由于破碎產(chǎn)物粒度的縮小而產(chǎn)生的經(jīng)擠效益愈大。表1給出了不同規(guī)模選礦廠磨機(jī)最佳給礦粒度和等費(fèi)用區(qū)的粒度范圍。
2、減小磨機(jī)給料粒度會(huì)帶來巨大效益
實(shí)現(xiàn)“多碎少磨”工藝，質(zhì)在降低碎礦產(chǎn)品粒度，即
減小磨機(jī)給料粒度提高磨機(jī)處理能力，增大選礦廠處理量，降低電耗、鋼耗，取得更高經(jīng)濟(jì)效益。表2為某些黃金礦山降低破碎產(chǎn)品粒度后的經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)計(jì)。表3是某水泥廠中2.6x 13m磨機(jī)磨水泥熟料時(shí)，不同人磨粒度，與磨機(jī)生產(chǎn)能力的變化關(guān)系。
3、為什么設(shè)計(jì)PC破碎機(jī)
要實(shí)現(xiàn)多碎少磨的目標(biāo)，選用生產(chǎn)效能高和細(xì)碎性能好的高效細(xì)碎機(jī)是關(guān)鍵所在，在生產(chǎn)實(shí)踐中那些傳統(tǒng)的壓縮式細(xì)碎機(jī)如顎破機(jī)和傳統(tǒng)圓錐破碎機(jī)其生產(chǎn)效率和細(xì)碎性能已達(dá)不到現(xiàn)代選廠的要求。而傳統(tǒng)沖擊式破碎機(jī)如錘破機(jī)和反擊破碎機(jī)，由于工作部件的磨損率為壓縮式破碎機(jī)的十倍，而能量利用率僅是壓縮式破碎機(jī)的一半，所以對(duì)大量中硬以上物料的破碎一般不會(huì)被采用。
為滿足現(xiàn)代選廠對(duì)優(yōu)秀細(xì)碎機(jī)的需求，國內(nèi)外破碎機(jī)研發(fā)單位為此投入大量人力物力進(jìn)行了卓有成效的工作+希望開發(fā)出工作效能更高細(xì)碎性能更好的高效細(xì)碎機(jī)械。在選擇開發(fā)方向時(shí)，被所有專家達(dá)成共識(shí)的有兩點(diǎn)，第一是采用連續(xù)漸進(jìn)破碎，使機(jī)器達(dá)到最高的工作效率。第二是運(yùn)用層壓破碎原理，充分發(fā)揮層壓破碎和次生破碎作用獲得極高的破碎率和極好的細(xì)碎效果。
就目前已知眾多新研發(fā)的細(xì)碎機(jī)中，成熟可靠并已真正達(dá)到上述共識(shí)目標(biāo)的高效細(xì)碎機(jī)，有美國諾德伯格公司生產(chǎn)的GP100系列高效圓錐破碎機(jī)和我國亞耐公司生產(chǎn)的PC破碎機(jī)（P代表破碎機(jī)．C代表層壓破碎），它們都達(dá)到了上述兩點(diǎn)共識(shí)的目標(biāo)，兩種機(jī)器的區(qū)別在于其工作部件一個(gè)是做豎向旋擺運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)是做橫向旋擺運(yùn)動(dòng)。
4 PC破碎機(jī)的設(shè)計(jì)原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
4.1 PC破碎機(jī)的設(shè)計(jì)原理
眾所周知，固體物料受外界壓力時(shí)產(chǎn)生壓力變形，形成內(nèi)部應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到顆粒在某最弱的軸向的破壞應(yīng)力時(shí)，顆粒就會(huì)在最弱處首先發(fā)生破裂和粉碎。
層壓理論的基本觀點(diǎn)是物料在每個(gè)移動(dòng)循環(huán)中對(duì)相鄰顆粒相對(duì)改變其方位，結(jié)果相互作用力的矢量也不斷改變。由此達(dá)到被粉碎物料的負(fù)載改變方向的目的，同時(shí)造成強(qiáng)制性自磨的條件，結(jié)果結(jié)構(gòu)缺陷少的最堅(jiān)硬的顆�？善扑橄噜從切┝Ｗ娱g鍵力弱的顆粒。在等硬度顆粒中剪切力與位錯(cuò)滑動(dòng)力相重合的顆粒被破碎。
在破碎機(jī)的生產(chǎn)實(shí)踐中，層壓破碎的概念是巖石顆粒的破碎不僅發(fā)生在顆粒與襯板之間，同時(shí)也大量發(fā)生在顆粒與顆粒之間。其特征是在破碎室的有效破碎段形成高密度的多個(gè)顆粒層，將充足的破碎功作用于巖石顆粒群，充分發(fā)揮層壓破碎和歡生破碎作用（次生破碎是利用巖石破碎過程中所產(chǎn)生的強(qiáng)大碎片飛濺動(dòng)能對(duì)相鄰巖石進(jìn)行再破碎）獲得極高的破碎率。這時(shí)即便是比較大的排口間隙，也能大量生產(chǎn)細(xì)粒產(chǎn)品。因此，顯現(xiàn)出驚人的高產(chǎn)量和細(xì)產(chǎn)品。除此之外，那些強(qiáng)度低的針、片狀巖石被首先破碎，故能生產(chǎn)出篩分率高的優(yōu)粒形產(chǎn)品。PC破碎機(jī)正是遵循上述原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，為此該機(jī)具有優(yōu)化的破碎室形狀，配以最佳的機(jī)械狀態(tài)參數(shù)，真正傲到使高能化層壓破碎完全實(shí)現(xiàn)，并表現(xiàn)出與眾不同的優(yōu)越性。
因不同用戶有不同粒形要求，PC破碎機(jī)設(shè)計(jì)有不同形狀的襯板以供選擇，提供不同腔型而產(chǎn)出不同大小不同形狀的產(chǎn)品。
4.2 PC破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特征
PC破碎機(jī)的工作部件是一個(gè)高速回轉(zhuǎn)的破碎輥。該輥與左右對(duì)稱設(shè)置的一對(duì)曲線形破碎板耦臺(tái)組成兩個(gè)鉗料好的優(yōu)化破碎室。破碎輥通過軸承裝于主軸的偏心位置上，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在主軸偏心的作用下使破碎輥?zhàn)鰴M向旋擺運(yùn)動(dòng)，使之產(chǎn)生強(qiáng)勁的循環(huán)擠壓力，連續(xù)漸進(jìn)對(duì)兩個(gè)破碎室中的巖石交替進(jìn)行破碎，產(chǎn)品從兩條排料口不斷排出。
5、PC破碎機(jī)與顎式破碎機(jī)的比較
通過工業(yè)驗(yàn)證，PC破碎機(jī)與目前生產(chǎn)中廣泛使用的顎式破碎機(jī)比較，PC破碎機(jī)有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)。
(1)工作效率高
顎式破碎機(jī)是單破碎室結(jié)構(gòu)的機(jī)器，所以只能采取低效率的間斷工作方式，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)主軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，只有一半是工作行程，這種間斷工作方式使電機(jī)負(fù)載不能保持均衡，所以不能充分發(fā)揮電機(jī)能效。該機(jī)只有一條長度與機(jī)寬相等的排料口，這就限制了排料量。這些都是嚴(yán)重制約顎破機(jī)高效工作的瓶頸。
PC破碎機(jī)是雙破碎室結(jié)構(gòu)的破碎機(jī)，它改變了單室破碎機(jī)的間斷工作方式，使機(jī)器高教連續(xù)工作。雙室結(jié)構(gòu)比同寬度單室破碎機(jī)的排料口長度增加一倍，創(chuàng)造了優(yōu)越的排料條件，它的高效連續(xù)工作，使運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)器總在連續(xù)排料，讓機(jī)器保持較均衡的負(fù)載，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)更能充分發(fā)揮能效。
(2)細(xì)碎性能好
PC破碎機(jī)是層壓破碎機(jī)械，由于多層顆粒之間的相互作用，使針、片狀顆粒減少，其獲得的高破碎率使細(xì)粒增多。又由于該機(jī)破碎輥的高速回轉(zhuǎn)，提供了很高的擺動(dòng)頻率，使已被破碎的物料在向排料口下落的過程中要經(jīng)過更多次的破碎，從而使排料粒度大大降低。最后一個(gè)因素是高能化帶來的細(xì)產(chǎn)品，其原理是：“當(dāng)給料塊度一定，產(chǎn)品越細(xì)，所消耗的能量越多，即產(chǎn)品細(xì)粒級(jí)含量百分?jǐn)?shù)與輸入功率成正比。要獲得更多的細(xì)粒產(chǎn)品，則應(yīng)給予更多的能量，而不一定是更小的排料口”。PC破碎機(jī)是高能化的層壓破碎機(jī)，可以對(duì)物料加以充分的破碎功。所以能生產(chǎn)出更多的細(xì)產(chǎn)品。
以上三個(gè)因素共同保證PC破碎機(jī)是細(xì)碎性能極好的細(xì)碎機(jī)械。
(3)節(jié)能明顯
顎式破碎機(jī)是靠動(dòng)顎板移近時(shí)才能使物料破碎。其破碎力同時(shí)作用于破碎室中所有物料，這就需要很大破碎力才能將大量物料一次性進(jìn)行破碎完成。在動(dòng)顎板移開時(shí)排出物料，不產(chǎn)生破碎作用，因此，能量利用率比PC破碎機(jī)低50%。
PC破碎機(jī)在破碎物料時(shí)，破碎輥?zhàn)鲂龜[運(yùn)動(dòng)。其破碎作用力主要發(fā)生在破碎輥的偏心位置附近，形成高功率密度破碎。隨著破碎輥偏心位置的循環(huán)移動(dòng)又形成漸進(jìn)破碎的過程，因?yàn)槠扑榱χ患凶饔糜谄扑槭抑心硡^(qū)段的較少量物料，所以工作時(shí)使用的最大破碎力比顎破機(jī)小得多，而連續(xù)工作又比間斷工作的能量利用率高得多，所以具有明顯的節(jié)能效果。
(4)鋼耗小
鄂式破碎機(jī)的動(dòng)顎在工作時(shí)做復(fù)臺(tái)運(yùn)動(dòng)，其垂直行程是水平行程的兩倍，垂直行程雖有促進(jìn)排料作用，但會(huì)使齒板與物料之間造成嚴(yán)重的大行程的直接摩擦，這是顎破機(jī)齒板磨損大的主要原因。加上機(jī)器排料口處是強(qiáng)磨損區(qū)，使該處磨出橫向深溝槽，這些局部嚴(yán)重磨損會(huì)造成整塊齒板使用壽命的結(jié)束，這都將嚴(yán)重影響耐磨件的使用率，一般只占20%-30%，
PC破碎機(jī)的破碎輥用耐磨性極強(qiáng)的特種鋼制成，它的主軸與破碎輥之間有軸承連接，輥面可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)輥面與物料產(chǎn)生摩擦?xí)r該輥會(huì)產(chǎn)生與摩阻力方向相間而與偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的慢回轉(zhuǎn)，這就大大減小了物料與輥面之間由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的直接摩擦，這種慢回轉(zhuǎn)還能使輥面得到均勻利用，克服了被局部嚴(yán)重磨損的現(xiàn)象發(fā)生，降低摩擦和均勻磨損，故可大幅延長耐磨件的使用壽命。讓低鋼耗為企業(yè)帶來低使用成本。
(5)工作時(shí)震動(dòng)小
顎式破碎機(jī)由于有肘板支承結(jié)構(gòu)和動(dòng)顎復(fù)擺運(yùn)動(dòng)造成垂直方向的大行程，所以工作時(shí)震動(dòng)大，機(jī)器必須固定在三倍于機(jī)重的混凝土基礎(chǔ)上。
PC破碎機(jī)無肘板支承結(jié)構(gòu)，破碎輥工作在動(dòng)平衡回轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以工作時(shí)震動(dòng)小、噪聲低。可在無基礎(chǔ)的鋼架上平穩(wěn)工作。
(6)維護(hù)簡(jiǎn)單
PC破碎機(jī)零部件承裝部位都采用脹套連接，所以拆裝十分方便，反復(fù)拆裝也不會(huì)影響緊配度。該機(jī)排料口調(diào)整容易，整機(jī)采用潤滑脂潤滑，所以維護(hù)簡(jiǎn)單，使用成本低。
PC破碎機(jī)超凡的技術(shù)性能可大幅度提高破碎作業(yè)的效率和質(zhì)量，使選礦廠在多碎步磨的流程中體會(huì)到高效益的實(shí)惠。低鋼耗和低能耗盡顯低成本生產(chǎn)帶來的好處。
6、結(jié)論
PC破碎機(jī)是21世紀(jì)初的高科技產(chǎn)品，它完美利用了層壓破碎理論使該機(jī)能充分發(fā)揮層壓破碎和次生破碎作用而獲得極高破碎率，PC破碎機(jī)有數(shù)種襯板相配可有不同破碎室形狀。從而根據(jù)用戶需求對(duì)產(chǎn)品粒形和破碎比提供多種選擇，是選礦廠、水泥廠及公路碎石的理想破碎機(jī)。
