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【摘 要】本次设计研究主要是对立轴冲击式破碎机主体作业部分转子和破碎腔进行的结构设计研究。其主要内容包括：转子和破碎腔的结构设计以及能进行破碎腔“石打石”和“石打铁”作业的互换，较好地实现石料整形与制砂的作业，提高破碎机的工作效率和应用范围。结构设计采用Solid Works进行了三维设计，确保了结构的合理性。
【关键词】立轴冲击式破碎机 转子 破碎腔 结构设计 耐磨
一、引言
立轴冲击破碎机在我国的应用已经有30多年的历史，用于矿山中、硬以上矿石的细碎，自行开发少，起步较早，但发展不快。
立轴冲击式破碎机应用广泛，但其零部件易磨损，不易更换且成本高。立轴冲击式破碎机的“心脏”就是转子，而破碎腔是石料破碎、整形的地方，都是极易磨损的地方。转子的零部件：耐磨块、抛料头、分料盘、上下耐磨块、导料板等都是易磨损部件，其寿命直接影响破碎效率。如何提高易损件的耐磨性、易更换性，以及如何实现破碎腔的“石打石”和“石打铁”的互换，将直接影响破碎机的生产效率、产品的形状及能源的消耗。
二、立轴冲击式破碎机的总体结构简图及工作原理：
图1.1 立轴冲击式破碎机结构简图
1.入料口 2.转子 3.出料口
4.皮带轮 5.物料衬层 6.破碎腔
工作原理：两边的电机带动皮带轮旋转，主轴与皮带轮同步运动，从而带动转子高速转动,同时物料经入料仓进入破碎机，在入料仓内分为两部分，一部分进入进料口直接进入转子，在转子内被加速，通过离心力从三个均布的抛料口抛射出去，首先同入料仓溢料口落下的物料冲击破碎，然后一起冲击到破碎腔的内壁上，被反弹后斜向上冲击到破碎腔的顶部，而后转向下运动，与从抛料口抛射出的物料形成连续的物料幕，这样一块物料在破碎腔内受到两次以至多次撞击、摩擦和研磨破碎作用,最终完成物料的破碎。
三、转子的结构设计研究
转子是立式冲击破碎机的主要工作部件,它由转子本体、分料盘、出料口、抛料头、导料板以及耐磨夹板组成,通常有三个出料口。由电机带动皮带轮使主轴高速旋转，使转子获得一定的转速，同时石料通过传送带进入入料口中，一部分落入转子中，另一部分由旁路进料口落下，进入转子的石料通过旋转的转子获得极高的速度，从中间甩出，与正在从旁路下落的原料相撞，使其破碎，产品通过中间的空腔落入底部传出。
图2.1 转子结构示意图
转子的磨损主要来自两个方面：给入物料与转子接触摩擦，以及散布在破碎腔空气中的细“颗粒云”对转子的磨损。
立轴冲击式破碎机是利用其高速离心产生的动能，把物料抛出，得到能量的物料与物料间的碰撞，引起能量交换的连锁反应：高能量、大质量的物料与较小物料的碰撞，形成剧烈的冲击而沿其自然裂纹碎裂，较低能量的中等粒度的物料与前面冲击产生的物料及其它物料相遇形成冲击劈裂和磨蚀，而最低能量较小的物料也以高速运动，产生一种“砂喷”现象，使之绕破碎腔汹涌地涌动，从而发生相互碰撞，磨擦和研磨，使粒形趋于立方体。
一个物料颗粒进入转子中心时,它的径向速度几乎为零,它和气流及其它物料颗粒一起沿径向向外运动,直到接触到转子内形成的物料垫层为止。这个颗粒一旦触到物料垫层,其速度很快增大,直到离开转子。
有关资料表明,其加速度平均值可超过重力加速度的数百倍。这样就造成了物料间的剧烈摩擦。在较大的加速度下,物料颗粒必然受到严重的磨擦,形成研磨作用。立式冲击破碎机是一种能量利用率较高的破碎设备,这对当前节能降耗具有重大意义。通过对立式冲击破碎机破碎机理的研究,我认为可从以下三个方面来进一步提高破碎效率。
第一，结构设计方面：在转子上安装冲击板,以增加冲击作用；增加转子出料口,以增加物料的抛射次数。设计双转子结构,以增加物料的冲击次数。
第二，工作形式方面：增加物料密度。在装机功率允许的范围内,加大处理量,使破碎腔内的物料密度加大,从而增加物料颗粒之间的碰撞次数。
第三，采用双料流形式：一部分物料直接进入转子,一部分物料直接进入破碎腔，这种工作形式其直接进入破碎腔的物料,既为快速运动的颗粒提供了流动料幕,同时又增加了破碎腔内物料的总体密度,使提供的能量可以有效地破碎更多的物料颗粒。增大破碎腔内的风速，这种方法可以提高物料流的旋转速度,增加研磨作用。
四、破碎腔的结构设计研究
破碎腔内的物料状态：由于立式冲击破碎机的破碎过程主要发生在破碎腔内，从转子内抛射出的物料颗粒具有较高的速度，颗粒获得的动能是其破碎的能量来源。由于物料粒度的组成不同,物料流中的颗粒具有不同的动能,所以,破碎效果也不同。物料颗粒从转子的各个出料口高速飞出,对具有三个出料口的转子来说,转子旋转一周,从破碎腔的某一静止点能看到三次物料抛射流。当转子的转速为1800r/min时,每秒钟抛射90次，由此可以看出其效率是非常高的。抛出的物料颗粒随气流几乎沿着转子的切线方向离开转子,形成旋转物料流,使物料颗粒之间发生冲击碰撞。
破碎腔内的物料垫层起冲击板的作用,同时也对破碎腔起保护作用。颗粒间的快速冲击可造成破碎,破碎的颗粒具有新的速度,与最初未破碎时相比,有的更快,有的更慢。破碎过程中,在物料颗粒之间传递能量,可使激烈的冲击摩擦转变为温和的研磨。颗粒在此过程中受到阻力,在消耗能量的同时被击碎,直到能量全部消耗掉为止,最后脱离破碎腔，经出料口排出。颗粒在破碎腔内的运动是无规则的运动,破碎腔内的物料状态呈“紊流”状态物料的破碎过程,是物料颗粒之间能量的交换。
“石打铁” 破碎腔---主要用于物料细碎及人工制砂,破碎比高,贡献率大。“石打石”破碎腔---主要用于物料破碎及建筑骨料和石料的整形,粒型好。两种形式的破碎腔可以实现互换，满足了现场对石料颗粒度的要求。 图3.1 “石打石”破碎腔结构示意图
“石打石”破碎腔，主要利用料衬来降低磨损，破碎腔筋肋板可以根据需要拆卸或加装。加装筋肋板可以改善积料状况。拆卸肋板可以减少过多的积料，筋肋板过度磨损可更换。
“石打铁”破碎腔，其破碎作业是通过石块撞击安装在破碎腔壁上的撞击衬板来实现的，撞击衬板的安装是设计的关键，使撞击面垂直于石料从转子内甩出时的法线方向。
本次研究是通过更换破碎腔内K型板来实现“石打石”和“石打铁”的互换，当需要对石料进行整型时，破碎腔内就用加装K板来实现。当将K板改为撞击衬板时，就实现了“石打铁”的作用。
根据工作原理，物料从转子内受离心力被高速抛出后，一部分石料会与旁路给料系统的石料发生“石打石”的碰撞，碰撞后的石料落入底仓，同时也会有一部分石料会穿过自上而下的“石料幕”进入破碎腔体，这样会造成最初的磨损。为了能够减少石料对腔壁的磨损，我们在腔壁的四周——物料经常撞击的部位安装破碎腔挡板，由于存在着严重的磨损，我们根据实验的情况设置了五块固定的筋肋板，而对于其它磨损较严重的筋肋板设置成可更换的形式，保证了工作效率。合理设计衬板的角度：由于击碎的石块自上而下，一部分将打在保护轴承座的衬板上，经反弹后又打向上部转子底座，所以衬板与轴线方向夹角越小，反弹的石块越不容易击中转子底座。
五、结语
目前，国产立轴冲击式破碎机凭借价格优势在市场销售数量上占有优势，但在技术方面与国外的先进水平还有一定的差距：国内破碎机易损件（抛料头、转子、上下耐磨板、耐磨夹块等）寿命普遍比国外先进产品低，在产品的性能和规格上也比国外的差。本文更多的是针对如何提高转子的耐磨性以及如何实现破碎腔的“石打石”和“石打铁”的互换进行的结构设计研究。提高国产立轴冲击式破碎机的水平，单纯停留在引进仿制基础上是不够的，要在消化、吸收的基础上创新，采用现代化的方法及计算机应用，综合提高设计制造工艺，才是赶超世界先进水平的途径。
参考文献：
[1]郎保贤，郎世平.国内外破碎机的差距与发展趋势[J].矿山机械，2004(9):71-74.
[2]余志新.BRAMAC“石打石”高效破碎机[J].矿山机械，1997(4)：9-11.
[3]张进.Merlin-VSI 立轴冲击式破碎机[J].工程机械，2004.(11):21-23.
[4]李本仁.我国破碎机械走向国际市场的探讨[J].矿山机械，2004(9)：74-75.
[5]程鸿机.俞美.新型立式冲击破碎机的研制[J].广东建材，1998(11)：17-19.
[6]Geral Kaufe. Barmac VI-series VSI Crusher[J].Manufacturers’Montyly, 2004(4):57-59.
作者简介：
高贵彬:出生时间1985年5月2日，学历：本科，工作单位：中国水利水电第十三工程局有限公司，负责国际工程设备物资管理工作，研究方向：国际工程设备物资管理（包括设备日常维护保养、设备采购、技术更新、特种设备管理、设备调拨及国际工程物资管理等等）
【关键词】立轴冲击式破碎机 转子 破碎腔 结构设计 耐磨
一、引言
立轴冲击破碎机在我国的应用已经有30多年的历史，用于矿山中、硬以上矿石的细碎，自行开发少，起步较早，但发展不快。
立轴冲击式破碎机应用广泛，但其零部件易磨损，不易更换且成本高。立轴冲击式破碎机的“心脏”就是转子，而破碎腔是石料破碎、整形的地方，都是极易磨损的地方。转子的零部件：耐磨块、抛料头、分料盘、上下耐磨块、导料板等都是易磨损部件，其寿命直接影响破碎效率。如何提高易损件的耐磨性、易更换性，以及如何实现破碎腔的“石打石”和“石打铁”的互换，将直接影响破碎机的生产效率、产品的形状及能源的消耗。
二、立轴冲击式破碎机的总体结构简图及工作原理：
图1.1 立轴冲击式破碎机结构简图
1.入料口 2.转子 3.出料口
4.皮带轮 5.物料衬层 6.破碎腔
工作原理：两边的电机带动皮带轮旋转，主轴与皮带轮同步运动，从而带动转子高速转动,同时物料经入料仓进入破碎机，在入料仓内分为两部分，一部分进入进料口直接进入转子，在转子内被加速，通过离心力从三个均布的抛料口抛射出去，首先同入料仓溢料口落下的物料冲击破碎，然后一起冲击到破碎腔的内壁上，被反弹后斜向上冲击到破碎腔的顶部，而后转向下运动，与从抛料口抛射出的物料形成连续的物料幕，这样一块物料在破碎腔内受到两次以至多次撞击、摩擦和研磨破碎作用,最终完成物料的破碎。
三、转子的结构设计研究
转子是立式冲击破碎机的主要工作部件,它由转子本体、分料盘、出料口、抛料头、导料板以及耐磨夹板组成,通常有三个出料口。由电机带动皮带轮使主轴高速旋转，使转子获得一定的转速，同时石料通过传送带进入入料口中，一部分落入转子中，另一部分由旁路进料口落下，进入转子的石料通过旋转的转子获得极高的速度，从中间甩出，与正在从旁路下落的原料相撞，使其破碎，产品通过中间的空腔落入底部传出。
图2.1 转子结构示意图
转子的磨损主要来自两个方面：给入物料与转子接触摩擦，以及散布在破碎腔空气中的细“颗粒云”对转子的磨损。
立轴冲击式破碎机是利用其高速离心产生的动能，把物料抛出，得到能量的物料与物料间的碰撞，引起能量交换的连锁反应：高能量、大质量的物料与较小物料的碰撞，形成剧烈的冲击而沿其自然裂纹碎裂，较低能量的中等粒度的物料与前面冲击产生的物料及其它物料相遇形成冲击劈裂和磨蚀，而最低能量较小的物料也以高速运动，产生一种“砂喷”现象，使之绕破碎腔汹涌地涌动，从而发生相互碰撞，磨擦和研磨，使粒形趋于立方体。
一个物料颗粒进入转子中心时,它的径向速度几乎为零,它和气流及其它物料颗粒一起沿径向向外运动,直到接触到转子内形成的物料垫层为止。这个颗粒一旦触到物料垫层,其速度很快增大,直到离开转子。
有关资料表明,其加速度平均值可超过重力加速度的数百倍。这样就造成了物料间的剧烈摩擦。在较大的加速度下,物料颗粒必然受到严重的磨擦,形成研磨作用。立式冲击破碎机是一种能量利用率较高的破碎设备,这对当前节能降耗具有重大意义。通过对立式冲击破碎机破碎机理的研究,我认为可从以下三个方面来进一步提高破碎效率。
第一，结构设计方面：在转子上安装冲击板,以增加冲击作用；增加转子出料口,以增加物料的抛射次数。设计双转子结构,以增加物料的冲击次数。
第二，工作形式方面：增加物料密度。在装机功率允许的范围内,加大处理量,使破碎腔内的物料密度加大,从而增加物料颗粒之间的碰撞次数。
第三，采用双料流形式：一部分物料直接进入转子,一部分物料直接进入破碎腔，这种工作形式其直接进入破碎腔的物料,既为快速运动的颗粒提供了流动料幕,同时又增加了破碎腔内物料的总体密度,使提供的能量可以有效地破碎更多的物料颗粒。增大破碎腔内的风速，这种方法可以提高物料流的旋转速度,增加研磨作用。
四、破碎腔的结构设计研究
破碎腔内的物料状态：由于立式冲击破碎机的破碎过程主要发生在破碎腔内，从转子内抛射出的物料颗粒具有较高的速度，颗粒获得的动能是其破碎的能量来源。由于物料粒度的组成不同,物料流中的颗粒具有不同的动能,所以,破碎效果也不同。物料颗粒从转子的各个出料口高速飞出,对具有三个出料口的转子来说,转子旋转一周,从破碎腔的某一静止点能看到三次物料抛射流。当转子的转速为1800r/min时,每秒钟抛射90次，由此可以看出其效率是非常高的。抛出的物料颗粒随气流几乎沿着转子的切线方向离开转子,形成旋转物料流,使物料颗粒之间发生冲击碰撞。
破碎腔内的物料垫层起冲击板的作用,同时也对破碎腔起保护作用。颗粒间的快速冲击可造成破碎,破碎的颗粒具有新的速度,与最初未破碎时相比,有的更快,有的更慢。破碎过程中,在物料颗粒之间传递能量,可使激烈的冲击摩擦转变为温和的研磨。颗粒在此过程中受到阻力,在消耗能量的同时被击碎,直到能量全部消耗掉为止,最后脱离破碎腔，经出料口排出。颗粒在破碎腔内的运动是无规则的运动,破碎腔内的物料状态呈“紊流”状态物料的破碎过程,是物料颗粒之间能量的交换。
“石打铁” 破碎腔---主要用于物料细碎及人工制砂,破碎比高,贡献率大。“石打石”破碎腔---主要用于物料破碎及建筑骨料和石料的整形,粒型好。两种形式的破碎腔可以实现互换，满足了现场对石料颗粒度的要求。 图3.1 “石打石”破碎腔结构示意图
“石打石”破碎腔，主要利用料衬来降低磨损，破碎腔筋肋板可以根据需要拆卸或加装。加装筋肋板可以改善积料状况。拆卸肋板可以减少过多的积料，筋肋板过度磨损可更换。
“石打铁”破碎腔，其破碎作业是通过石块撞击安装在破碎腔壁上的撞击衬板来实现的，撞击衬板的安装是设计的关键，使撞击面垂直于石料从转子内甩出时的法线方向。
本次研究是通过更换破碎腔内K型板来实现“石打石”和“石打铁”的互换，当需要对石料进行整型时，破碎腔内就用加装K板来实现。当将K板改为撞击衬板时，就实现了“石打铁”的作用。
根据工作原理，物料从转子内受离心力被高速抛出后，一部分石料会与旁路给料系统的石料发生“石打石”的碰撞，碰撞后的石料落入底仓，同时也会有一部分石料会穿过自上而下的“石料幕”进入破碎腔体，这样会造成最初的磨损。为了能够减少石料对腔壁的磨损，我们在腔壁的四周——物料经常撞击的部位安装破碎腔挡板，由于存在着严重的磨损，我们根据实验的情况设置了五块固定的筋肋板，而对于其它磨损较严重的筋肋板设置成可更换的形式，保证了工作效率。合理设计衬板的角度：由于击碎的石块自上而下，一部分将打在保护轴承座的衬板上，经反弹后又打向上部转子底座，所以衬板与轴线方向夹角越小，反弹的石块越不容易击中转子底座。
五、结语
目前，国产立轴冲击式破碎机凭借价格优势在市场销售数量上占有优势，但在技术方面与国外的先进水平还有一定的差距：国内破碎机易损件（抛料头、转子、上下耐磨板、耐磨夹块等）寿命普遍比国外先进产品低，在产品的性能和规格上也比国外的差。本文更多的是针对如何提高转子的耐磨性以及如何实现破碎腔的“石打石”和“石打铁”的互换进行的结构设计研究。提高国产立轴冲击式破碎机的水平，单纯停留在引进仿制基础上是不够的，要在消化、吸收的基础上创新，采用现代化的方法及计算机应用，综合提高设计制造工艺，才是赶超世界先进水平的途径。
参考文献：
[1]郎保贤，郎世平.国内外破碎机的差距与发展趋势[J].矿山机械，2004(9):71-74.
[2]余志新.BRAMAC“石打石”高效破碎机[J].矿山机械，1997(4)：9-11.
[3]张进.Merlin-VSI 立轴冲击式破碎机[J].工程机械，2004.(11):21-23.
[4]李本仁.我国破碎机械走向国际市场的探讨[J].矿山机械，2004(9)：74-75.
[5]程鸿机.俞美.新型立式冲击破碎机的研制[J].广东建材，1998(11)：17-19.
[6]Geral Kaufe. Barmac VI-series VSI Crusher[J].Manufacturers’Montyly, 2004(4):57-59.
作者简介：
高贵彬:出生时间1985年5月2日，学历：本科，工作单位：中国水利水电第十三工程局有限公司，负责国际工程设备物资管理工作，研究方向：国际工程设备物资管理（包括设备日常维护保养、设备采购、技术更新、特种设备管理、设备调拨及国际工程物资管理等等）