一、概论

惯性圆锥破碎机是原苏联列宁格勤选矿设计研究院（米哈诺布尔设计研究院）从50年代开始，经过了二十多年的不懈努力，研究成功的一种新型的超细碎设备。它以其先进的破碎原理、独立的设计思路、合理的机械结构、优良的性能，达到了当今世界圆锥破碎机的一流水平。在前苏联已经得到了广泛地推广使用。其专利技术也远销美、日和西欧各国。

惯性圆锥破碎机与传统圆锥破碎机相比，具有许多显著的优点：

(1)破碎比大，一般可达4~30;

(2)单位功耗低40%以上；

(3)可以带负荷启动和停车；

(4)工作状态平稳可靠，传给地基的动负荷很小，不需要大且坚固的地基基础；

(5)无需过载保护装置。由于传动系统与破碎锥（动锥）无刚性联接，即使有不可破碎物体进入破碎腔内，也不会造成机构的损坏；

(6)调节可变参数能够达到预期要求的工艺效果（破碎比、粒度组成等），并能够进行 选择性破碎和减少过粉碎；

(7)简化粉碎流程，减少基建投资，提髙经济效益。

可以说，惯性圆锥破碎机为粉碎工艺的"以碎代磨"或"多碎少磨"的发展，提供了一种比较满意的设备。

二、惯性圆锥破碎机的结构特点及其工作原理

1.惯性圆锥破碎机的结构特点

惯性圆锥破碎机的结构如图1所示。

破碎机机体安装在隔振装罝上。其工作机构由破碎锥（内锥）9和外锥7组成，两个锥体工作面均镶有保护衬板，其表面形成一个逐渐向排矿方向收缩的破碎腔。在破碎锥轴上通过轴承装有不平衡激振器4。电动机通过三角皮带传动系统和挠性联轴节来带动激振器旋转。当激振器旋转时产生离心力，迫使支承在球面支承上的破碎锥绕球心摆动。如果破碎腔内没有被破碎的物料，破碎锥沿外锥的内表面无间隙地滚动；如果破碎腔内有物料，则通过物料层滚动，在滚动的同时，随物料层厚度变化伴随有冲击，从而对物料进行破碎。破碎产品从排料口排出，排料口的大小可以通过调整环来调节。

在工作状态下，破碎物料沿破碎腔的 阻力是不均匀的，会引起破碎锥振幅的改变，当破碎腔内落入不可破碎物体时，破碎锥会暂时停止运动，但不平衡体激振器会继续转动，所以不会发生传动系统的破坏。

2.惯性圆锥破碎机的运动状态

惯性圆锥破碎机机体不是直接固定在地基上，而是安装在弹性支撑上。它的运动状态是复杂的。一般情况下具有十个自由度。机体具有六个自由度一3个旋转自由度，3个平移自由度。破碎锥相对机体有3个旋转自由度。激振器相对于破碎锥有1个旋转自由度。惯性破碎机的运动可以通过微分方程系统来描述，但解这个方程十分复杂。对于破碎机来说，最重要的是破碎体之间的相互运动，即破碎锥相对于外锥的运动。

破碎锥与电机之间无刚性联接，做空间旋摆运动。它相对于机体的位置可用进动角ψ，自转角φ和章动角β来确定。

由于破碎锥支承装置的结构特点及破碎锥与传动件无刚性联接，破碎锥不仅绕破碎机中心线做旋转运动，而且还绕自已的轴线旋转。同时，由于物料层在破碎腔内分布不均匀，物料颗粒有大有小，破碎锥沿物料层滚压时的运动也不稳定，每滚一周都伴随有强烈的振动。因此，破碎锥的运动是由以下三种旋转运动组成。

进动运动——破碎锥绕破碎机中心线作旋转运动；

自转运动——破碎锥绕自己的轴线作旋转运动；

章动运动——破碎锥绕节线作旋转运动。

当破碎腔内没有被破碎的物料时，激振器产生的离心力将迫使破碎锥沿外锥的内表面无间隙地滚动。破碎锥在运动过程中不会绕节线旋转，β角的大小保持不变，破碎锥无章动运动，只有进动运动和自转运动，它相对机体只有两个自由度，只要用两个参变量ψ、φ就可以决定其相对机体的位置。

当破碎腔内有物料时，破碎锥通过物料层滚动。此时，它不仅作进动运动和自转运动，还作章动运动。相对机体有三个自由度，要用三个参变量ψ、φ、β才能确定其相对于机体的位置。由于破碎腔内物料分布不均勻，顆粒大小也不均匀，则导致破碎锥沿物料层滚动的不稳定，每滚动周都伴随着强烈的振动。此时β角不断发生变化，破碎锥即产生章动运动。

破碎锥是否存在章动运动是惯性圆锥破碎机和偏心圆锥破碎机在运动学上最显著的区别。

在惯性圆锥破碎机中，由于破碎锥和电机之间无刚性联接，破碎锥的振椹即破碎锥的章动角β不受传动系统的限制，是可以变化的，它的大小取决于物料层抗压阻力与破碎力的平衡。破碎机刚启动时，破碎机摆动频率小，破碎力较小，振幅β角较小，因此启动力矩也小，带负荷启动不会损坏机器。所以，惯性圆锥破碎机具有可以带负荷启动和停车的优点。

惯性圆锥破碎机破碎锥的摆动频率远大于偏心圆锥破碎机破碎锥的摆动频率，因此,在破碎过程中，物料在破碎腔中的被破碎次数达几十次，远大于偏心圆锥破碎机。

惯性圆锥破碎机存在有章动运动，破碎锥沿物料层每滚动一周都伴随有100多次的振动。这种附加的强烈脉冲振动强化了破碎作用。这也是它的破碎比远大于偏心圆锥破碎机破碎比的一个重要原因。

3.惯性圆锥破碎机的破碎力

惯性圆锥破碎机的破碎力的组成与一般的破碎机相比有本质的不同。在传统结构的破碎机中，破碎力与被破碎的物料的硬度及破碎腔内物料的充满程度有关。破碎力的大小取决于物料的变形程度，而物料的变形程度又取决于一个循环中物料的位移。位移量越大，变形量也就越大，破碎力就越大，反之就越小。物料在一个循环中的位移量是不定的，因此，物料的变形程度及产生的破碎力大小也具有偶然性。由于物料主要承受来自工作表面方向的压力和弯曲作用力，物料之间的相互作用力很弱，破碎力大小又是不定的，所以这种破碎过程没有选择性。一方面大多数多相物料的相没有解离，而另一方面又产生了局部过粉碎。

惯性圆锥破碎机的破碎力与被破碎物料的硬度及破碎腔中物料充填程度无关，它是由激振器产生的离心力和破碎锥的离心力组成的。调整激振器的偏心重块，可以得到针对任何工作条件所需的破碎力。在正常运转情况下（有负荷或无负荷）破碎力大小是不变的。

4.惯性圆锥破碎机的破碎原理

在惯性圆锥破碎机中，物料块是在强力惯性振动条件下，受到预先调定的破碎力作用，可以保证料层应有的密实度，使颗粒全方位承受压力，实现层中破碎。

破碎力的大小直接关系到料块的破碎效果。破碎力过小，没有达到物料顆粒间联系的强度限，物料就不能破碎。如果破碎力值过大，超过了颗粒间联系的强度限，不仅使料块沿晶界破裂，而且还会使晶体本身遭到破坏，这样不仅浪费了能量，也会造成有害的过粉碎。为此，对于每种物料都要预先选定一个合适的破碎力值，使料块只能按'晶界破裂，而不至于使晶奋本身破坏，达到选择性破碎。

在破碎过程中，料块表面粘结着很多粉末，这些粉末不仅会削弱料块间的相互作用，而且粉末本身也会进一步被破碎，造成过粉碎。然而，在惯性破碎机中，由于物料层受到强烈的振动，就可以淸除掉这些粉末，从而既提高了料块间的破碎作用，又避免了这些粉末的过粉碎。

应该提出的是，破碎锥每周摆动都伴随着100多次的振动，所形成的脉冲力加速了破碎作用。

5.惯性圆锥破碎机的技术性能

迄今为止，惯性圆锥破碎机已经有10种规格，其技术性能见表1。

三、惯性圆锥破碎机工作参数对工艺指标和功耗指标的影响

惯性圆锥破碎机的工作状态对破碎的工艺效果有非常大的影响，而它的工作状态与工作参数有直接的关系，其中包括偏心静止动量，排矿间隙，破碎锥的摆动频率以及破碎腔的形状等。对破碎不同的物料，不同的产品粒度要求，需通过试验来确定其最佳工作状态。我们在北京矿冶研究总院的惯性圆锥破碎机示范中心用КИД-300惯性圆锥破碎机，对柿竹园多金属矿的矿石和大厂92#脉的锡矿石以及铁氧体预烧料等多种物料进行了试验，来探讨工作参数的变化对破碎机的功耗，处理能力及产品粒度组成的影响。КИД-300惯性圆锥破碎机的排矿间隙2λ可在0~11mm范围内调整，偏心动量Sd可以在0~100%范围内调整。

1.排矿间隙对处理量的影响

КИД-300惯性破碎机处理量可在400?2500kg/h的很大范围内变化。排矿间隙变化对其影响很大，如图2所示。

当偏心动量Sd为70.7%时，随着排矿间隙的增大，其产率增加的很大。

2.排矿间陳对功耗的影响

因排矿间隙增大处理量增加，破碎的矿石童也就增加，所以破碎机的总功耗增加。相反地，排矿间隙越大，单位功耗越低（表2和表3)。

3.排矿间隙对产品粒度组成的影响

用КИД-300惯性圆锥破碎机破碎钨矿和锡矿石的试验表明，当偏心动量不变，排矿间隙对产品粒度还是有很大影响的。同时破碎比的变化也很大，为8?30。

图3中1为排矿间隙3mm, 2为5mm, 3为7mm, 4为9mm, 5为11mm。

排矿间隙虽然是可以调整的，但为了保证破碎锥（内锥）沿外锥滚动过程的稳定性，它不应该超过一定值，即称为临界间隙Sk。

式中L—锥体摆动中心到不平衡体重心旋转平面的距离;Ib—锥体通过摆动中心轴的惯性矩；d—锥体摆动中心到破碎腔出口边缘之间的距离；Sc—不平衡体的静力矩; K—滚动的稳定性系数，约等于3。临界值的物理意义：可以看成是激振器从电机传给锥体的功率正好可以抵消破碎过程所消耗的功率。

4.偏心动量对处理量的影响

调节偏心动童可以控制激振器的离心力， 一般是通过调整激振器内的偏心重块的位置来设定所需激振器的离心力，也即破碎锥的破碎力的大小。当排矿间隙一定时，随着偏心动量的增加，即破碎力的增加，使被破碎物料层的单位压力增大，提高物料层的压实程度，增加了物料被破碎的可能性，从而提高了处理量。

表4及表5分别为大厂和柿竹园偏心动量对处理量影响试验结果。

5.偏心动量对功耗的影响

偏心动量的变化对破碎机的功耗影响很大，偏心动量增大，增加了不平衡体的惯性阻力，加大了破碎力，也就增加了总功耗，所以，破碎机的实际总功耗随偏心动量的增加而增加，如图4所示

因为偏心动量增大，处理量和功耗同时增加，所以对单位功耗影响不大（见表6及表7)。

6.偏心动量对产品粒度组成的影响

用КИД-300惯性圆锥破碎机破碎大厂锡矿石和柿竹园钨矿不对，当排矿间隙不变时，偏心动量的变化对产品粒度的影响不太大，如图5所示。破碎比在14?18之间波动，一0.071mm占20?30%，一0.15mm达50%以上。

表8指出了偏心动量及排矿间隙变化时，产品粒度P80变化情况。

图5中曲线为破碎柿竹园钨矿时不同偏心动量时的产品粒度曲线。

7.破碎锥的摆动频率对处理量的影响

图6指出破碎机处理能力与破碎锥的摆频关系曲线，我们看出，当偏心力矩不变的情况下，增加破碎锥频率时，破碎机处理能力逐渐减少，但这种减少是非线性的，这是因为频率的增加同时会使离心力呈平方关系增大，导致破碎锥的振幅加大，从而减弱了摆频对降低处理量的影响。

8.破碎锥摆频对产品粒度组成的影响

在激振器的偏心力矩不变的情况下，增加破碎锥的旋摆频率可使破碎比有明显的增加，产品的粒度下降，提高了破碎产品中细级别（-1.25mm)的产率，幅度为28?45%。

9.破碎腔形对工艺效果的影响

破碎腔的几何形状对破碎机的工艺指标和能耗指标都有很大影响。腔形的变化将影响到颗粒在破碎腔内的停留时间和运动轨迹、破碎比，产品粒度组成等都将随之发生变化。合理的腔形，可在降低必要的破碎力和单位能耗的条件下，大大提高其工艺指标。

四、结 论

惯性圆锥破碎机是一种新型高效的超细碎设备。它与传统圆锥破碎机相比，以其破碎比大，单位功耗低，无需过载保护等诸多优点引起了人们的极大关注。它的结构简单、性能优越。它的破碎力是主要由激振器在一定转速下产生的离心惯性力来决定，其大小与被 破碎物粒的性质无关，在破碎过程中大小不变。在惯性圆锥破碎机中，物料是在强力惯性振动条件下，受到预先调定的破碎力作用，可以保证料层应有的密实度，使颗粒全方位承受压力，实现层中破碎，既节能，又能达到选择性破碎。惯性圆锥破碎机的工作参数对其破礁效果都有不同的影响，所以，可以通过比较简单的方法调整其工作参数，达到预期的工艺效果。