摘要：本文針對傳統立式復合破碎機在結構原理上存在的問題，進行了分析和論述，突破傳統的思維模式束縛，對立式復合破進行了結構原理的大膽創新，開發了PFL-Ⅲ系列高效立式復合破碎機，闡述了其結構原理、特點和應用,由現場應用數據驗證了新結構的技術先進性，使立式復合破碎機的結構原理和技術性能有了質的飛躍，引領了行業技術的發展進步。
關鍵詞：新型制砂設備；高效；節能；直通式多級連續破碎腔；
一、前言
隨著立式復合破碎機技術的不斷發展進步，傳統形式的立式復合破碎機在產品結構、性能、適用范圍等方面已遠遠不能滿足社會發展的需要，目前市場上立式復合破碎機在實際應用中存在的主要問題是：復合破的上、下破碎腔之間設置有隔板，當破碎機工作時，上、下破碎腔之間的隔板易產生堵料現象，造成物料通過量小、產量低、設備能耗大等問題；二是復合破的上、下甩料盤的筋形狀不合理，接近外邊緣的筋磨損很快，造成壽命短、材料利用率低，增加用戶的設備維護工作量和使用成本。［1］
圖1 老型PFL系列的甩料盤
Fig.1 The throwing plate of old PFL Series
圖2 新型PFL-III系列的甩料盤
Fig.2 The throwing plate of new PFL-Ⅲ Series
針對這些疑難問題，我們認真分析研究了國內外細碎技術，突破傳統的思維模式束縛，對立式復合破進行了結構原理的大膽創新，開發了PFL-Ⅲ系列高效立式復合破碎機，解決了傳統復合破的存在問題和不足，使立式復合破碎機的結構原理和技術性能有了質的飛躍。
二、結構分析與對策
傳統立式復合破碎機的甩料盤和破碎腔的問題分析如下：
1、甩料盤結構的分析
對于甩料盤結構的材料利用率低、不耐磨的問題，我們根據甩料盤的實際磨損特性，對甩料盤的結構進行了創新設計。
老型PFL的甩料盤結構如圖1所示：由于甩料盤的筋靠近圓周邊緣的切線速度比內側要高、磨損要快，材料利用率很低（不足10%），甩料盤筋的形狀和磨損位置如圖1所示。
新型PFL-Ⅲ的甩料盤結構如圖2所示：甩料盤由甩料筋和甩料襯板圓周交叉均布組成，甩料筋磨損后可做甩料襯板用；甩料筋的形狀也進行了創新設計，根據其工作磨損特性（切線速度大、磨損相對就快），甩料筋的形狀設計為由里到外逐漸加寬、加高（如圖2所示），以實現同步磨損、提高材料利用率的的目的。
通過實踐證明，新型PFL-Ⅲ型甩料盤大幅度提高了材料利用率和壽命，材料利用率達50%以上，壽命比老型提高了近10倍，降低了用戶的使用成本和維修工作量。
2、破碎腔結構的分析
目前大多立式復合破碎機的破碎腔結構有兩種如圖3所示：a為上、下轉子圓柱形，b為上錐形、下圓柱形轉子，上、下轉子間的環形隔板或篦板將破碎腔分上、下兩部分，上下轉子圓周均布有錘頭，旋轉的轉子錘頭與反擊板之間形成環形間隙，且由上至下的間隙是由大到小，一般情況下，上部為中碎破碎腔，下部為細碎破碎腔。［2］、［3］
圖3 傳統立式復合破碎機的破碎腔結構
Fig.3 The structure of the crushing chamber of the traditional complex vertical impact crushers
環形隔板或篦板的作用是：物料通過第一破碎腔破碎后，在環形隔板或篦板上自然形成堆積角，將物料導向下甩料盤，使其二次加速重復上一級的破碎過程。由于筒體高度的局限性，使上、下轉子間距較小，環形隔板或篦板距上轉子錘頭太近，不但形不成自然堆積角，反而經常引起堵料和上錘頭的過度磨損。
下甩料盤的理論作用是：當大塊物料通過上部腔的破碎作用后，碎至40mm左右，落到下甩料盤上獲得二次加速，使物料獲得足夠的能量并拋射到反擊板上實現沖擊破碎。若要實現沖擊破碎，物料必須獲得足夠的速度，對于沖擊破碎所需要的速度，目前國內教材使用的公式是：
計算得：V = 31.8m/s。
式中： V —— 礦石沖擊速度，m/s
μ —— 礦石泊松比。（μ取0.25）
γ —— 礦石密度，kg/m3。（γ取2400 kg/m3，）
σ—— 礦石抗壓強度，Pa。（σ取160 MPa）
E —— 礦石彈性模數。（E取80 GPa）
大多數礦石的泊松比為0.25左右，礦石的密度2200～3000 kg/m3，礦石的抗壓強度為160～250MPa，彈性模數為60～100GPa。
立式復合破碎機的下甩料盤的圓周切線速度υx一般為為28～40m/s，由于該處用于加速物料的下甩料盤是一個開式的盤狀結構，物料在甩料盤上翻滾、滑動、摩擦現象嚴重（通過觀察甩料盤磨損情況，靠近邊緣的甩料筋磨損嚴重，且劃痕是接近“圓弧形”的拋物線狀），所以，甩料盤上物料的實際切線速度υx，要低于下甩料盤的圓周切線速度υx：
υx，=υx·β=（28～40）×0.7 = 19.6～28( m/s)
式中：υx，——物料的圓周切線速度，m/s。
υx ——下甩料盤的圓周切線速度，m/s。（一般取28～40m/s）
β ——物料的圓周切線速度系數。（一般取0.7）
由以上計算可知，下甩料盤上物料不能達到沖擊破碎所需的的切線速度，無法給物料提供足夠的推力使其獲得同轉子相同的切線速度，此時的下甩料盤充當的是“撒料器”，將落在其上面的物料撒向四周，起不到應有的沖擊破碎作用。
立式復合破碎機的破碎過程是通過式破碎［5］，其破碎腔的設計理念要體現其破碎過程的通暢無阻，從而提高生產能力。根據以上分析，我們打破傳統的由隔板分為上、下兩破碎腔的結構原理，將隔板去掉，為了使破碎粒度更細，增加了中轉子（如圖4所示），上、中、下轉子合并，與筒體反擊板形成直通式多級連續破碎腔，由上至下復合了打擊、反擊和擠壓、研磨的破碎形式，實現了物料的中碎、中細碎、細碎，使能量和空間得到充分利用，從而提高機器的性能。因其破碎過程為通過式破碎，物料的通過量大，通過速度快，因而產量就高，相對而言，能耗就少。此結構不但可以解決堵料問題，減少了堵料引起的錘頭磨損，還取消了下甩料盤、降低筒體高度，充分利用破碎腔空間，達到最佳的破碎效果和提高產量。
由此開發出新結構的PFL-Ⅲ系列高效立式復合破碎機。
三、PFL-Ⅲ系列高效立式復合破碎機的結構原理和特點
1、用途
本機作為中硬物料的優選細碎設備，用于破碎抗壓強度≤210MPa的巖石、礦石。如：石灰石、白云石、水泥熟料、鐵礦石、鉬礦石、鋁礦石、鵝卵石、磷礦石、銅礦石、燒結鎂砂、蛇紋石、生石灰、石膏、塊煤、沸石、砂巖等物料。可廣泛用于礦業、冶金、建材、耐材、水泥、煤炭、玻璃、化工、電力等行業。
2、結構［1］(如圖4所示)
本機是根據對物料進行輸入能量逐級遞增和分級破碎的原理設計的。
本系列大型號破碎機的轉子部由上、中、下三級轉子組成，中、小型號破碎機的轉子部由上、下兩級轉子組成，以下結構與工作原理按大型號破碎機介紹。
本機由電機傳動部、出料斗、機座部、底盤部、轉子部、筒體部、機蓋部等部件組成。電機為立式電機安裝在機座的一端，通過V帶驅動主軸旋轉，主軸上裝有三個轉子，轉子位于筒體的中央，每個轉子的圓周裝有可調整間隙的錘頭，上轉子的頂面裝有甩料盤（由甩料筋和甩料襯板交叉均布組成）。機蓋上有兩個進料斗；底盤固定在機座上，機座下方設有一出料斗。支撐主軸的兩個調心滾子軸承和一個推力軸承分別裝于機蓋和底盤的中央。筒體部由兩個對開的半圓筒體構成，筒體上端聯接機蓋，下端聯接底盤，筒體可以打開，以便更換易損件和檢修；筒體內壁安裝有上、中、下三層反擊板，分別包圍上、中、下轉子，并與轉子錘頭保持一定間隙。
圖4 PFL-Ⅲ 立式復合破碎機結構示意圖
Fig.4 The structural sketch of PFL-III Series Complex Vertical Impact Crushers
3、工作原理［1］
工作時，固定在主軸上的轉子在電機驅動下按一定方向高速旋轉運行，塊狀物料由進料斗落到甩料盤上，經高速旋轉的甩料盤筋的沖擊后，在離心力的作用下，被迅速拋向反擊板而產生撞擊。
物料經反擊板上的斜面及重力作用下，沿斜下方被反彈到錐形轉子破碎腔，物料受到高速旋轉的上錘頭沖擊，使物料獲得足夠的動能后被拋向反擊板，并重復上述破碎過程，物料群在破碎腔內互相撞擊得到再一次破碎，并在錐形空間做螺旋線下落。
物料進入圓柱形轉子腔內，對已破碎的顆粒進一步細破碎、擠壓、研磨，再次重復上述破碎過程。如此高頻次的被上、中、下錘頭和反擊板的打擊、反擊、擠壓、研磨，使物料由大到小逐漸被破碎。由于物料在破碎腔內受到錘頭和反擊板的沖擊，以及物料之間的相互碰撞，使物料沿其自然節理面、層理面發生破碎。當破碎后的物料小于上轉子的排料間隙時，物料進入中轉子破碎腔，進行細碎。然后，物料進入下轉子破碎腔，再次發生上述打擊、反擊、擠壓、研磨的破碎過程，所不同的是下轉子的錘頭圓周速度比第二級更高，物料所受的的的破碎力更大，間隙更小，擠壓、研磨的破碎效果更明顯，因此可使物料細碎得更小，最終被破碎成所要求的顆粒，排出機體。
4、特點
⑴ 破碎比大。最大進料粒度80～240mm，出料粒度：物料≤3mm占70%以上。
⑵ 產量高。其破碎過程為通過式破碎，由于物料的通過量大，通過速度快，因而產量就高。相對而言，能耗就少。
⑶ 高效、節能。本機與磨機配套使用，可使磨機產量提高40%左右，系統電耗下降30%左右。
⑷ 易損件采用高硬度、高韌性多元合金耐磨材質,磨損少，壽命長。錘頭與反擊板間距可實現微調,確保產品粒度均勻,錘頭的利用率大大提高,壽命增加5倍左右。
⑸ 本機通過對轉子部及破碎腔的優化設計，形成多級連續破碎腔，使能量和空間得到充分利用，從而提高機器的性能。
⑹ 獨特的甩料盤結構，由甩料筋和甩料襯板圓周交叉分布組成，甩料筋磨損后可做甩料襯板用，大大提高了材料利用率，降低了使用成本。
⑺ 運轉平穩,噪音低,振動小,密封性好。操作方便,占地面積小，安裝和維修方便。
四、PFL-Ⅲ系列立式復合破碎機的應用
1、PFL-Ⅲ系列立式復合破碎機的性能參數如表1：
表1 PFL-Ⅲ系列立式復合破碎機的性能參數
Tab.1 The performance parameters of PFL-III Series Complex Vertical Impact Crushers.
2、應用
我們針對PFL老型和PFL-Ⅲ新型立式復合破碎機，通過現場多家用戶應用，對冶金石灰、白云石、石灰石三種物料進行大量測試，測試結果如表2（以PFL-1500和PFL-1500Ⅲ型為例）：
表2 PFL-1500和PFL-1500Ⅲ型立式復合破碎機現場測試數據
Tab.2 The date collected at worksite of PEF-1500 and PFL-1500Ⅲ Complex Vertical Impact Crushers.
從以上三種物料取樣測試結果可見，PFL-Ⅲ型立式復合破碎機的破碎效果明顯高于PFL老型：通過量更大，出料粒度更細，充分顯示了新結構的優越性。
五、結語
通過實踐驗證，新型PFL-Ⅲ系列高效立式復合破碎機的結構性能和應用效果以及運行可靠性和人性化操控性方面，相對于傳統立式復合破碎機有明顯優勢。同時，在中硬物料的白云石和石灰石細碎制砂方面有較大的潛在優勢（≤4mm的物料占比均在80％以上），與專業制砂機相比（≤5mm的物料成品率占比30～40％），PFL-Ⅲ系列高效立式復合破碎機有其破碎比大、出料粒度細、相對能耗低和磨耗低等優勢，深受用戶的青睞，所以，PFL-Ⅲ系列高效立式復合破碎機應用于中硬物料制砂是發展趨勢。
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編輯：趙虹旭
