傳統(tǒng)的破碎工藝是礦石經(jīng)過粗碎、中碎和細(xì)碎三段工序，達(dá)到入球磨機(jī)的要求粒度，增加了工藝復(fù)雜性，本設(shè)計的“二級可調(diào)式破碎機(jī)”就是將中碎和細(xì)碎兩段工序在一臺破碎機(jī)中實(shí)現(xiàn)，并且可以方便調(diào)節(jié)出料粒度，從而解決了入料粒度范圍寬、出料粒度細(xì)的問題，可簡化工藝流程，降低能耗及生產(chǎn)成本。該設(shè)計已于2005年11月獲得國家實(shí)用新型專利授權(quán)。
1、沖擊錐式破碎機(jī)的設(shè)計
在礦石破碎中，如何提高單機(jī)破碎比，一直是人們努力的方向，主要攻關(guān)目標(biāo)是簡化粗、中、細(xì)碎三個作業(yè)環(huán)節(jié)。然而，破碎比始終沒有大的突破，因?yàn)槊媾R著兩方面難題：其一，入料粒度大與出料粒度要求盡可能水，始終是一對矛盾，要么入料粒度大，則出料粒度也大，要么要求出料粒度小，則入料粒度必然要��；其二，對于多數(shù)入料粒度大的單級破碎機(jī)，其細(xì)碎設(shè)備因排礦口及工作壓力調(diào)節(jié)困難，排礦粒度只能降低到12 mm左右。實(shí)際上，大多數(shù)選礦廠，特別是大型選礦廠的入磨機(jī)粒度多在20 mm左右，極大地增加了磨礦機(jī)的負(fù)荷，各項功耗指標(biāo)急劇上升。目前，針對脊性物料，設(shè)備能耗低、磨損小、排礦粒度從20 mm到4mm的細(xì)碎設(shè)備，在國內(nèi)的成功應(yīng)用實(shí)例較少。
趙會治提出“沖擊錐式破碎機(jī)”設(shè)想，其研究主旨是利用一臺設(shè)備實(shí)現(xiàn)二級碎礦目的，或者用在粗中碎作韭，或用在中細(xì)碎作業(yè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“多碎少磨”原則，降低人磨機(jī)的礦石粒度，節(jié)約成本、簡化工藝流程。
沖擊錐式細(xì)碎機(jī)主要沖擊錐和兩部分組成，沖擊錐作豎直上下往復(fù)運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)錐繞軸作勻速運(yùn)動。在沖擊錐的沖擊力和旋轉(zhuǎn)錐的剪切力作用下完成破碎過程。
該設(shè)計理論上可行，但在實(shí)際設(shè)計操作過程中，存在如下問題：
(1)在解決沖擊錐上下運(yùn)動方面，可以使用曲軸、凸輪和液壓控制系統(tǒng)。但都有其缺陷，共同缺陷就是效率低，沖擊載荷較大，從機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面難于實(shí)現(xiàn)。
若使用曲軸時，為了使電動機(jī)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，可在軸的另一端加載慣性輪，但沖擊錐豎直向下運(yùn)動的方式很難保證。而且，當(dāng)遇到較難加工物料時很容易出現(xiàn)“悶車”現(xiàn)象．這樣不但對下料量和速度有較高要求，還對支攆機(jī)架有較大的強(qiáng)度和剛度要求。
若使用凸輪時，選用等徑凸輪，為保證電動機(jī)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，也可在軸的另一端加載慣性輪，但是凸輪不適合傳遞較大的力，而且加工難度較高且較易磨損。當(dāng)遇到較難加工物料對也很容易出現(xiàn)“悶車”現(xiàn)象，該性質(zhì)直接決定了此粉碎機(jī)尺寸不可能做大，因而難以提高破碎比。使用液壓控制系統(tǒng)時，參考機(jī)械加工中的磨床，參照磨床工作臺的換向閥來實(shí)現(xiàn)沖擊錐的往復(fù)運(yùn)動，另外在油路上可以加一個溢流閥完全可以做到防止“悶車”現(xiàn)象發(fā)生，但此種往復(fù)運(yùn)動的速度只能不大于4 m/s,整個機(jī)器的加工效率將會沒有現(xiàn)實(shí)可實(shí)用性。
(2)在解決旋轉(zhuǎn)錐旋轉(zhuǎn)問題上，必須采用軸承固定．最好采用靜不定支撐結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)錐的轉(zhuǎn)動的傳動可以靠皮帶和齒輪。然而將使驅(qū)動電動機(jī)受到大小不定的沖擊載荷，對電機(jī)的壽命等影響較大。
(3)在給料和捧料方面也有較大的缺陷，一般在機(jī)械設(shè)計過程中，要求出料口的截面積要大于或等于入料口截面積。但在此機(jī)構(gòu)中，入料口明顯大于出料口。隨著時間的累計，悶機(jī)是必?zé)釙l(fā)生的。
2、二級可調(diào)式破碎機(jī)的設(shè)計
對沖擊錐式細(xì)碎機(jī)設(shè)想進(jìn)行改進(jìn)，從而滿足機(jī)械設(shè)計要求。將機(jī)械粉碎加工過程分為兩個過程，第一個過程為物料的敲擊破碎過程，第二個過程為磨削過程。
2.1第一級破碎
第一級破碎借鑒錘式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)的加工原理。其主要工作部件為帶有錘頭的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子由主軸、圓盤、銷軸和錘頭組成。電動機(jī)帶動轉(zhuǎn)子在破碎腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)。物料自上部給料口給入機(jī)內(nèi)，受高速運(yùn)動的錘子的打擊、沖擊、反擊、剪切、研磨作用面粉碎。在轉(zhuǎn)子側(cè)部，設(shè)有反擊襯板、篩板，粉碎物料中小于篩板上篩條間隙的物料通過篩板排出，大于篩條間隙粗粒級物料被阻留在篩板上繼續(xù)受到錘頭的打擊和研磨，最后通過篩板排出機(jī)外。
2.2第二級破碎
第二級破碎主要以物料受襯板的擠壓、剪切、物料之間的擠壓、磨削而破碎，這一部分借鑒PFL系列立式復(fù)合破碎機(jī)、FL- 300型離心式粉碎機(jī)原理。
工作原理：被加工物料經(jīng)下料口加到機(jī)器中，有錘式破碎部分完成第一次破碎，但到第一次破碎要求的物料經(jīng)篩條縫排出，通過篩條縫隙可調(diào)節(jié)其粒度，一般加工產(chǎn)品粒度可以在4 mm-10 mm，經(jīng)過一級破碎后的產(chǎn)品下落到第二級磨削部分，進(jìn)行第二級破碎，產(chǎn)品最小粒度可達(dá)到1 mm。破碎比最大可達(dá)到80。
3、外部配套設(shè)備、自動與集中控制
3.1外部配套設(shè)備
驅(qū)動部分：由所設(shè)計設(shè)備的具體型號需要配備1500r/min的電動機(jī)。
喂料設(shè)備：由于加工不同物料所要求的給料速度不一樣，此設(shè)備要求配備一套自動控制的喂料系統(tǒng)。
排料設(shè)備：在這種設(shè)備中，其產(chǎn)品粒度較小，靠自身重力排料。排料速度的快慢直接影響著機(jī)器的整體性能。若在排料口與風(fēng)機(jī)串聯(lián)，在風(fēng)力分級的同時通過風(fēng)機(jī)的吸力（負(fù)壓）加快排料速度和物料在粉碎腔內(nèi)的移動，提高整機(jī)的加工效率和自動化程度。
3.2粉碎機(jī)自動控制
篩條間隙的調(diào)節(jié)：由于產(chǎn)品粒度不同需要不同的排料間隙，間隙的調(diào)節(jié)可以通過部進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)。
磨削部分間隙調(diào)節(jié)：在圖2中，間隙的調(diào)節(jié)所使用的是手柄（這種方式的調(diào)節(jié)主要應(yīng)用于手工操作的場合）。在自動控制場合要求用步進(jìn)電機(jī)通過齒輪嚙合代替手柄，由于步進(jìn)電機(jī)的自鎮(zhèn)功能，轉(zhuǎn)動載體上的鎮(zhèn)定手柄可以取消。
3.3集中控制
不同的加工物料、不同的工藝要求需要各部分協(xié)調(diào)工作，之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，集中控制是建立在大量的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上的。由理論和實(shí)驗(yàn)參數(shù)創(chuàng)立數(shù)據(jù)庫存儲于PC中，PC協(xié)調(diào)各部分工作。
4、結(jié)語
礦物粉碎是礦物加工中必不缺少的一種工藝環(huán)節(jié)，粉碎設(shè)備的能耗不僅決定加工產(chǎn)品的質(zhì)量，更直接決定著產(chǎn)品的成本及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。本研究設(shè)計了一種新型的破碎機(jī)，其特點(diǎn)是：破碎比大；能耗低；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，工作原理具有創(chuàng)新性。已經(jīng)完成了結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作參數(shù)等，尚需優(yōu)化設(shè)計參數(shù)及系列產(chǎn)品設(shè)計。
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