湖北大江环保科技股份有限公司 湖北黄石 435000
摘要：矿石大多以晶体的形式存在，同时其在形成过程中往往含有杂质，在界面上存在不同的物质，晶格缺陷、位错等强度不均匀是低的。结果表明，固体矿石中存在大量的微裂纹等缺陷，这些裂纹很容易沿微裂纹形成并逐渐扩大，直至材料破碎。该方法具有节能和选择性破碎的功能。
关键词：矿物加工；振动破碎；技术
1振动破碎技术与装备
1.1国外振动破碎技术与装备
在1950年代,苏联的相关研究人员的重要成就的振动理论,如自同步振动理论和动态机械适应性理论,然后处理设计研究院的苏联和乌拉尔重型机械工厂合作,创建一个新类型的振动破碎技术和设备,包括惯性振动破碎机,颚式破碎机,惯性振动辊破碎机等。与传统的破碎机相比,其性能具有节约能源的特点,减少消费,大破碎比,可以有效地简化破碎流程,产品粒度粉碎越少,可以从材料开始,进入粉碎室破碎的材料,设备损坏不会发生,性能良好的“铁”,由于减振设计,设备不需要沉重的建筑。惯性圆锥破碎机和振动颚式破碎机的结构如图1和图2所示。
惯性圆锥破碎机偏心块高速旋转产生离心力，带动工作部件主轴高频来回摆动。在耐磨件之间形成的材料受到振动冲击作用，实现振动破碎作用。该设备可作为选矿领域破碎技术的核心设备。可有效简化三、四级破碎工艺流程，与普通圆锥破碎机相比能耗降低约一半。目前该设备最大型号为KID2200圆锥破碎机，由俄罗斯米哈诺博科技有限公司掌握，分为两种破碎腔型。开路破碎产品粒度可达14mm，产量240m3 / h。
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如图2所示，振动颚式破碎机的两个动颚分别装有偏心块。在电机的柔性驱动下，偏心块高速旋转，产生离心力带动工作动爪的往复运动，从而实现破碎腔内物料的振动破碎。设备结构简单,采用转子振动自同步理论,并使用耦合振动系统的特性实现反向同步运动的偏心块在动态条件下,因此它具有良好的自适应性,振动和冲击。即使两工作爪在制造精度上有一定的误差，冲击效果不同，偏心块转子在自同步的作用下仍能保持同步运动的能力和趋势。该类型破碎机最大型号为1000×1200振动颚式破碎机，生产能力可达200t/h，也由米汉诺伯公司控制。
近年来，俄罗斯Mihanobor科技有限公司在对振动破碎进行充分研究的基础上研制出了振动冲击圆锥破碎机。系统基于双机双质体理论模型，同样利用振动系统的自同步特性，值得一提的是，该设备基于反共振原理设计，使得外锥的振动小，有效降低了电机受到的振动冲击作用，提高了设备的稳定性。物料在破碎腔中不仅受到冲击作用，还受到研磨作用，因此该设备的破碎比大，可作为研磨设备用。在内锥直径为300mm的样机上，入料为20mm左右时，产品粒度可达0．2mm以下。对于石墨等特殊物料的处理具有良好的应用前景。同时，苏联斯卡钦斯基矿冶研究院设计的振动颚式破碎机，两个动颚作直线相对振动。其工作部件反向同步依靠强制同步实现。加拿大RmS ROSS公司设计橡胶空气弹簧振动颚式破碎机利用空气弹簧作为工作动颚的储能与释能关键部件，应当指出由于振动自同步的特殊要求，空气弹簧的非线性特性明显，自同步特性稳定性难以保证。但这两个类型的设备目前少见应用报道。
苏联基于其丰硕的振动理论研究成果基础上，成功开发的振动破碎装备，在促进国民经济的发展的过程中表现优异。国际上振动破碎技术的研究与发展多借鉴了前苏联相关研究成果。日本RASA对俄罗斯振动技术的引进吸收相对比较成功，在原始技术图纸的基础上进行了技术优化，特别是对惯性圆锥破碎机铜瓦等关键部件的技术改进，并开发了工作间隙的检测装置与液压马达形成自动控制系统，采用变频驱动方式，提高了设备的可靠性与稳定性；根据不同的需求，研究设计了多种破碎腔形，在日本制砂行业应用广泛；经过日本的改进提升，其部分产品性能在一定程度上超过了俄罗斯原始技术。值得一提的是，中国国内夏晓鸥等人从俄罗斯引进惯性圆锥破碎机初始阶段，由于缺少可参考的资料，产品性能优势不明显，
1.2中国振动破碎技术与装备
矿冶科技集团有限公司在建设初始得到苏联“米哈诺布尔”选矿设计研究院的援建，凭借其与俄罗斯该研究单位的特殊关系积极引进相关技术装备，成功开发了GYP系列惯性圆锥破碎机、GZP系列惯性振动破碎机等振动装备，已成功应用于首都钢铁集团、山东钢铁集团、鞍山钢铁集团等多个生产线，已有一百多台惯性圆锥破碎机在国内实现应用，为国内冶金渣等难处理物料的高效细碎解离提供了重要技术支撑。夏晓鸥等对惯性圆锥破碎机进行了深入分析，研究了该设备在冶金渣、耐火材料、制砂、铬铁合金、矿山等领域的应用情况，总结并凝练了该类设备的设计理论。经过对比，目前国内GYP系列惯性圆锥破碎机技术已明显优于俄罗斯原始技术，技术特性具备国际领先水平。矿冶科技集团有限公司王晓波等对惯性振动破碎机的自同步性能进行了较为深入的研究，并开展了相关工业实验研究，惯性振动破碎机实现废旧钢筋混凝土的高效解离。
2振动破碎系统动力学理论
其先进的振动理论研究的基础上,苏联矿物加工工程设计研究院成功地开发了惯性圆锥破碎机,振动颚式破碎机,结合流化床的相关设计理论和振动筛,开发了振动系统的动态自适应性的“理论”。
对于惯性圆锥破碎机的振动特性，运动圆锥的动力学行为反映了行星转子系统的自同步特性。针对系统的频率捕获趋势，设计了一种快速自动调整装置来实现设备间隙。
振动的振动颚式破碎机和圆锥破碎机由东北大学开发的基于自同步振动转子,理论和动态self-balance系统保证了转子的特点可以实现自同步振动耦合条件下。不同于单体或双体转子安装在同一振动体上的自同步理论，振动颚式破碎机的转子安装在不同的质体上，质体之间存在刚度耦合，因而存在一个特征频率。在接近特征频率时，系统转子的同步特性具有高稳定性和高容忍度的特点。俄罗斯米哈诺布尔技术股份公司开发振动冲击破碎机及美国GeneRAl KinemAtics集团设计的VIBRA－JAWtm系列振动颚式破碎机的动力学系统基于转子的自同步理论，以及反共振原理设计，振动转子的自同步理论为激振系统提供了较为稳定的激振源，反共振原理使得工作结构与激振系统分开设计，有效缓冲了破碎过程中的振动冲击对激振系统的影响，提高了设备稳定性与可靠性。法国FCB集团设计的惯性圆锥破碎机利用四个转子驱动，四个转子的运动关系及调节由专门设计的控制系统实现控制同步。值得注意的是，四个转子的控制同步及相位调节需要克服振动自同步产生的振动力矩，如果相关技术不成熟或自适应能力差，常常会发生烧毁电机的行为。其转子的控制技术是开发这类设备的关键。
结束语
振动破碎技术是解决复杂、高硬度物料破碎问题的重要方法。它具有节能降耗和选择性破碎的特点，实现“多碎少磨”的工艺流程是研究热点。国内外开展了相关技术研究，振动破碎技术不断被引入矿山、建材、化工等行业的生产过程中，产生了良好的经济效益。由于材料疲劳性能的影响和振动系统的复杂特性，振动破碎技术的优势往往难以充分发挥。
参考文献
［1］张世礼．振动粉碎理论及设备［M］．北京：冶金工业出版社，2005：2－25．
［2］雷存友，余浔，冯裕果．碎磨工艺现状及发展趋势［J］．有色金属（选矿部分），2019（5）：15－19．