碎磨是矿物加工过程中的第一道工序，矿物只有被解离到一定的粒度，其有用成分才能被充分利用。而碎磨过程也是整个矿物加工过程中电耗、钢耗等原材料消耗最大的工段，据专家估算，碎磨阶段处理每吨原矿的电耗平均约为16.OkW h，占选矿厂总电耗的40%左右。因此碎磨工程领域的节能降耗意义重大，可产生巨大的社会效益和经济效益。在这一迫切需求下，多碎少磨理论已得到公认，并有一系列相应的新型破碎机涌现，其中立式冲击破碎机以其独特的结构和工作原理，使矿物实现了完全的自粉碎，碎后产品粒度可以达到- 4mm，从而充分体现了多碎少磨、节能降耗的思想。
立式冲击破碎机最早是由新西兰Tidco公司研制的，其Barmac高强度自衬型立式冲击破碎机将转子线速度提高到100m/s，从而实现了完全的自粉碎，这种设备集破碎、磨矿为一体，产品粒度细，金属磨损轻微，过金属能力强。北京矿冶研究总院研制的LCP5立式冲击破碎机，主要技术性能指标达到了Barmac的水平，而且破碎试验结果证明，其破碎效果也达到了Barmac立式冲击破碎机的水平。
1、结构和工作原理
LCP5立式冲击破碎机是一种新型冲击式超细碎设备．适用于各种金属矿、非金属矿、化工矿物、水泥、建材原料、筑路筑坝石料、冶金渣和人工砂等脆性物料的粉碎，并可用于一些其它设备难以适应的场合，例如极硬而脆的物料、含较多漂流金属的物料和要求铁污染较少的物料。LCP5立式冲击破碎机的设计中运用了有限元计算、应力测试等先进科技手段，在制造过程中还采用了高强度合金钢、新型耐磨材料、无损探伤、动平衡等新材料和方法，其结构合理，性能优良。该设备的转子转速高，圆周线速度可达100m/s，达到了国际先进水平。由于转速高，物料冲击强度大，粉碎效率也高，工作中不仅其转子内部可形成物料衬，而且转子外的破碎腔处也可形成物料衬，使金属磨损减少到最低限度。
该设备主要由转子2、主轴系统4、机架6、电机5、皮带传动装置7、润滑系统8和电控系统等部分组成。主要结构和安装尺寸见图1。
设备工作时，电机通过皮带传动装置带动主轴和转子旋转。将- 35mm的物料从给料口给入设备中，一部分物料通过给料筒垂直向下，从转子上部的给料口进入转子，然后从转子的出口被高速抛出到破碎腔处。另一部分物料沿给料部的阶梯形结构下滑，直接瀑落到转子外的破碎腔处。堆积在破碎腔处的物料形成自衬。从转子的出口被抛出的物料一方面在破碎腔的物料衬上冲击粉碎，另一方面与上部瀑落的物料和经自衬涡动的物料在破碎腔中反复撞击，产生强烈的冲击和磨剥作用。粉碎后的物料从下部排出。粉碎过程示意图见图2。
2、转子强度计算
LCP5立式冲击破碎机的设计中运用了有限元计算，对其关键部件转子部分的强度进行了反复核算，把转子优化为三角形结构。由于转子的强度属于线弹性问题，所以可以采用结构分析通用有限元程序SAP5对其进行计算。根据转子体的形状和载荷条件的周期性特点，采用1／3转子体进行应力计算，而用伪单元来保证转子体切剖边界上节点位移的周期性条件。结构网格划分图见图3。
转子体在工作中的受力比较复杂，有以下几种负荷：
(1)转子体自重在高速转动时产生的离心惯性力；
(2)物料沿物料衬高速运动时对物料衬产生的压力；
(3)物料衬在高速旋转时引起的离心惯性力；
(4)衬板在高速旋转时由自重产生的离心惯性力对上下板与侧板交界处的作用力；
(5)耐磨体自重产生的离心惯性力对与它连接的出口板的作用力。
这些载荷随转子的转速改变而不同，并且在同一转速条件下不同节点处也不相同，在对转子的结构和厚度多次修正后，转子内的相当应力趋于均匀合理，最大应力为：
空载超速试验，转速4365r/min，amax=164MPa
负载工作，转速3446r/min，amax=130MPa
负载工作，转速3031r/min，amax=100MPa
设备加工完成后，为了对转子的性能和强度做进一步的验证，采用电测法，对转子进行了应力测试。电测法测定旋转件应力是工程研究、设计、排故中最为常见、成熟而又可靠的一种方法，其测试框图见图4。
测试结果证明，其应力强度由大到小分布次序与有限元计算结果相符。在有限元计算的最大应力处，当转速为3031r/min，其最大当量应力为amax=99. 9MPa，当转速3446r／min，其最大当量应力为amax - 152.6MPa，与有限元计算结果基本吻合。
设备规格和主要技术性能指标见表1。
3、小型试验
为了解样机的实际破碎效果，为工业生产提供依据，1998年在北京矿冶研究总院进行了小型试验。受现场条件所限，破碎试验只能采用一段开路破碎流程。
试验采用转速为2184r/min和2616r／min，相应转子圆周线速度分别为62.9m/s和75. 3m/s。这两个转速一般可满足破碎需要，与Barmac破碎机的实际工作转速相当。Barmac破碎机的转子最高圆周速度虽然也可达100m/s，但实际工作中一般也只用到60～70m/s。
试样为大厂锡矿、洛阳石英砂岩、铝土矿、钢渣和废磁块等物料。主要物料的破碎试验结果见表2。
由表2可见，在2184r/min和2616r／min的转速下，一段开路破碎不同硬度的物料，产品中心产生的合格粒级含量可达到31.89%～60.28%，破碎结果比较理想，如果采用闭路流程，产品粒度可达到超细碎和粗磨的要求。
将样机LCP5立式冲击破碎机与国际上最先进的Barmac立式冲击破碎机中近似规格的4800DUOPACTOR型产品的破碎效果进行对比。后者的给料和产品粒度组成曲线见图5。将LCP5在2616r/min转速下破碎大厂锡矿和钢渣的给料和产品粒度组成曲线绘制到图5中，可得到图6。从图6分析可见，LCP5的产品粒度曲线基本上在Barmac的产品粒度范围内，钢渣的破碎曲线还优于Barmac的破碎曲线。由此可见，LCP5立式冲击破碎机的破碎效果达到。
4、结语
1.LCP5立式冲击破碎机是一种新型超细碎设备，具有产品粒度细、金属磨损轻微、过金属能力强等优点。
2．设计中运用了有限元计算，转子强度达到了要求。．
3．制造中运用了无损探伤、动平衡、高强度合金钢、耐磨新材料等。
4．制造完成后对转子体进行了应力测试，进一步验证了其结构和强度。
5．通过小型试验证明，其机械性能、碎效果都达到了国际先进水平，可作为超细碎或粗磨设备。
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