【正文】 (125)式中：A—粉碎能耗，Kw；C—與粉碎機(jī)械有關(guān)的系數(shù)，Kw／mm；x— 物料粒度，mm；N—與物料特性有關(guān)的系數(shù)。將上式積分，則： (126)式中，D為物料粉碎前的粒度，mm；d為物料粉碎后的粒度，mm。當(dāng)N=；當(dāng)N=1．；當(dāng)N= Rittinger的面積學(xué)說。對(duì)整個(gè)粉碎過程來講：①開始階段即彈性變形階段，由于體積的變化更為顯著，而遵循Kick法則；②粉碎的中間階段即開裂、裂縫擴(kuò)展階段，遵循Bond法則；③最終階段即斷裂形成新表面的階段，細(xì)粉碎過程中表面積的增加更為突出，遵循Ritting—er法則。由此可見，這三大破碎理論是相互補(bǔ)充的。在低破碎比, ；中等破碎比時(shí)，；高破碎比時(shí)， Rittinger的面積學(xué)說較好。（8） 根據(jù)尺寸效應(yīng)修改基克學(xué)說(霍爾姆斯)認(rèn)為，巖礦是具有裂縫和缺陷的非均勻固體，當(dāng)應(yīng)力未達(dá)到它的理論強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)發(fā)生破壞。于是，根據(jù)脆性物料的尺寸效應(yīng)及韋布爾的統(tǒng)計(jì)推斷，列出破碎一塊直徑為D。的物料實(shí)際需要的能量為： (127)式中 K—與形變能有關(guān)的系數(shù)； r—基克學(xué)說的偏差系數(shù)，基克學(xué)說是r=0的情況。假定接連破碎x次，每次破碎比為2，總破碎比為R，最終產(chǎn)品為d，則如果粒子為正方體，每顆正方體的粒子在三個(gè)方向裂開所學(xué)的能量為 ，于是經(jīng)過x次破碎所需的總能量為： (128)式中：r—偏差指數(shù)；D—物料未破碎前的直徑，mm；K—與變形能有關(guān)的系數(shù)，kW／mm。（9） 極限表面理論在粉碎理論的研究中，粉碎產(chǎn)物的粒度大小是人們關(guān)心的問題。粉碎是否有極限，若有，極限是多少。隨著技術(shù)的發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)：當(dāng)粉碎顆粒達(dá)到一定細(xì)度時(shí)，顆粒會(huì)出現(xiàn)微塑性變形。由于微塑性變形的影響，顆粒會(huì)發(fā)生鍛焊或焊合作用而相互聚合長(zhǎng)大，使顆粒變粗。因此，把該細(xì)度范圍稱作粉碎極限。于是出現(xiàn)了極限表面理論。田中達(dá)夫通過研究，在1954年提出了有界粉碎能耗的關(guān)系式: (129)式中： —給料的比表面積； S—產(chǎn)物的比表面積； —極限表面積； W—磨細(xì)所耗的功； —比例系數(shù)。如取，上式的近似式為： (130)（Harris）提出修正式： (131)此處的a和n是二參數(shù)。1971年神保元二提出： (132)此式等號(hào)右端的第一項(xiàng)為粉碎效率，第二項(xiàng)為考慮生成微粉的影響而設(shè)的校正項(xiàng)。當(dāng)不考慮此種影響時(shí)，為0，上式即與雷廷格公式相同。當(dāng)漸近于極限表面積時(shí)，即，從而，若n=1，解此方程，即得田中達(dá)夫式。 1962年，發(fā)現(xiàn)不僅存在極限比表面積，也有塑性變形，還因機(jī)械的活化作用使石英無定形式，綜合考慮這些影響，列出粉碎石英所需能量公式： (133)式中：K—粉碎機(jī)械的效率；—輸入粉碎機(jī)的比有用能量，；e—比彈性形變能，；—比塑性形變能，；A,C—標(biāo)志粉體形狀的系數(shù)； S—產(chǎn)物的比表面積；，—粉碎開始時(shí)的和達(dá)到粉碎極限時(shí)的比表面積，；l—無定形層的厚度，cm；—比表面自由能。 （10）必須能量?jī)?chǔ)積到一定程度才會(huì)發(fā)生破碎物體中的各質(zhì)點(diǎn)皆以一定的能量相聯(lián)系，外力所做的功如不超過內(nèi)聚能量，物體是不會(huì)發(fā)生破壞的。：“除非足夠的能量密度給予粒子，不可能發(fā)生破碎”。設(shè)為物料的表面積增量，E為重機(jī)物料的能量，M為物料的質(zhì)量，則： (134)此處的K為與粒度有關(guān)的系數(shù)，n為有能量密度（E/M）有關(guān)的指數(shù)。脆性物料的裂縫擴(kuò)展迅速，所需能量只能由所儲(chǔ)形變能提供。，裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展的條件是： (135)從而可知，必須能量?jī)?chǔ)積到一定程度才會(huì)發(fā)生破碎。但三種功耗學(xué)說的公式，都未反映此情況。而三個(gè)連續(xù)性的方程式中卻表示出，當(dāng)外功稍大于零，就會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生較1稍大的破碎比。這顯然不合理，也是亟待修正的。（11） 其它破碎理論1979年K．Tkavova首次從熱力學(xué)的角度研究粉碎系統(tǒng)的內(nèi)能、熵、自由焓等參數(shù)的變化規(guī)律及與粉碎能耗之間的關(guān)系。認(rèn)為粉碎是一個(gè)不可逆的熱力學(xué)過程，并把該過程作為一個(gè)物理化學(xué)過程來研究，以此為基礎(chǔ)建立了熱力學(xué)能量平衡方程式： (136)式中：—被粉碎物料能的增加量，J； —粉碎介質(zhì)內(nèi)能的增加量，J； Q—總的熱損失，J。1985年加巴洛夫從結(jié)構(gòu)化學(xué)的角度研究了粉碎能耗問題。他認(rèn)為：如果物質(zhì)的兩個(gè)原子相互作用力是f，原子間的距離為r時(shí)，它的粉碎功為。當(dāng)表面暴露時(shí)，形成新表面的功是克服每組m原子與每組n原子相互作用的功, 即： (137)式中：—形成新生表面積所需的功，J； —構(gòu)成i組原子的數(shù)量； —構(gòu)成j組原子的數(shù)量； —原子間相互作用距離，m； —原子間相互作用力，N； r—原子間的距離，m。 破碎理論存在的不足及發(fā)展前景三個(gè)著名的粉碎功耗學(xué)說在長(zhǎng)期的工業(yè)實(shí)踐中起著重要的指導(dǎo)作用，但他們各有側(cè)重。 Rittinger理論注重物料破碎后的新生表面積；；。每個(gè)理論都有各自的適用范圍，從這個(gè)角度講，他們都具有一定的片面性。，不能全面反映物料粉碎的實(shí)際情況，得到的結(jié)果不夠準(zhǔn)確。，在一定條件下物料粉碎的能耗與產(chǎn)品粒度之間的關(guān)系符合實(shí)際情況。但在功耗數(shù)學(xué)模型建立過程中沒有考慮輸入能量的耗散，即被粉碎物料在吸收能量的同時(shí)也以特定的方式(如熱輻射、紅外輻射、聲發(fā)射等)輸出能量；以及物料受外部環(huán)境的影響而造成內(nèi)在理化性能的變化。物料顆粒的大小對(duì)粉碎所需的能量是不相同的。事實(shí)表明，物料的顆粒越小，其強(qiáng)度就越高，粉碎就越困難，就需要消耗更多的能量。這一點(diǎn)，在三大破碎理論所建立的功耗數(shù)學(xué)模型中均未反映。這樣三大破碎理論使用的準(zhǔn)確性大打折扣。物料粉碎的細(xì)度是有限的，不可能無限地粉碎下去。這和三大破碎理論所建立的功耗數(shù)學(xué)模型有出入，他們?cè)谀Ｐ椭芯鶝]有提出粉碎下限的概念，而且認(rèn)為粉碎所消耗的能量與物料粒度的變化呈連續(xù)變化關(guān)系。即能量的微量增量將引起物料粉碎的微量增量。換言之，認(rèn)為只要輸入一點(diǎn)能量就可引起一點(diǎn)破碎，而實(shí)際上輸入能量必須達(dá)到克服物料內(nèi)聚力的程度，才可能發(fā)生破碎。總之，破碎理論經(jīng)過100多年的發(fā)展與完善，在粉碎領(lǐng)域起著重要的指導(dǎo)作用。隨技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)破碎理論的缺陷與不足日顯突出，在許多領(lǐng)域已不能起到指導(dǎo)作用。為此，尋求更合理、更準(zhǔn)確、更能反映實(shí)際粉碎狀態(tài)的破碎理論已迫在眉睫。破碎理論要求客觀、準(zhǔn)確地全面反映物料粉碎的過程，而物料的粉碎過程是一個(gè)十分復(fù)雜的物理化學(xué)過程。物料在變形、破碎過程中始終不斷與外界交換著物質(zhì)和能量。就自然界中的巖石而言，不僅承受著外載產(chǎn)生的機(jī)械能，還可能受到熱能、輻射能等的影響，這些能量作用于巖石又會(huì)導(dǎo)致巖石發(fā)生熱輻射、紅外輻射、聲發(fā)射等能量輸出；同時(shí)，空氣、水分、化學(xué)腐蝕等還導(dǎo)致巖石與環(huán)境之間存在物質(zhì)交換j。因此，在考察物料的變形、破碎時(shí)，所研究的并非是一個(gè)孤立系統(tǒng)或封閉系統(tǒng)，而是一個(gè)開放系統(tǒng)，這就需要采用非平衡熱力學(xué)的研究方法。在外力作用下，隨著物料變形程度的變化，外載機(jī)械能和熱能不斷轉(zhuǎn)化為物料的內(nèi)能，從而使物料的內(nèi)能升高，偏離初始平衡狀態(tài)。在特定的外載條件下，外載提供的機(jī)械能、熱能等能量與物料的內(nèi)能達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，物料將處于某一定態(tài)。對(duì)于不同的外載條件，物料所處定態(tài)的內(nèi)能也不相同。一般來說，物料內(nèi)能將隨外力的增大而升高。因此，這種定態(tài)相對(duì)于初始平衡態(tài)是不穩(wěn)定的。但在外力不是很大的情況下，物料所處定態(tài)偏離平衡態(tài)不是很遠(yuǎn)，屬于線性非平衡區(qū)，稱為亞穩(wěn)定態(tài)，而將初始平衡態(tài)稱為穩(wěn)定態(tài)。在亞穩(wěn)定態(tài)，微缺陷的形成可能出現(xiàn)在物料中任意位置，呈無序分布。而且微缺陷的尺寸、數(shù)量均處于較低規(guī)模。在這一狀態(tài)下，外力所做的功主要以彈性勢(shì)能的形式儲(chǔ)存在物料內(nèi)部，導(dǎo)致物料向具有較高內(nèi)能的臨界態(tài)發(fā)展，同時(shí)也有部分彈性勢(shì)能釋放引起溫度變化、電磁輻射、聲發(fā)射等能量耗散。因此，物料在宏觀上表現(xiàn)為能量耗散的特點(diǎn)一。為此，我們應(yīng)該引入耗散結(jié)構(gòu)理論，來針對(duì)物料粉碎過程中的耗散特征進(jìn)行內(nèi)在規(guī)律的分析與研究。當(dāng)外力比較大時(shí)，物料偏離平衡態(tài)較遠(yuǎn)，屬于非線性非平衡區(qū)，此時(shí)的定態(tài)變得極不穩(wěn)定。特別是在某一臨界態(tài)，物料將向另一種新的定態(tài)突變，這種轉(zhuǎn)化則對(duì)應(yīng)于物料的失穩(wěn)破壞。在臨界態(tài)，微缺陷的形成表現(xiàn)出一定規(guī)律，主要集中分布在某些區(qū)域，具有一定的自組織性，從而誘發(fā)宏觀裂紋的產(chǎn)生，物料狀態(tài)失穩(wěn)向另一狀態(tài)發(fā)展，最終形成破裂后的某種新的穩(wěn)定態(tài)。這就是由穩(wěn)態(tài)到突變?cè)俚椒€(wěn)態(tài)的螺旋式循環(huán)過程。我們要研究該過程的本質(zhì)，揭示螺旋式循環(huán)過程的定量關(guān)系，是建立破碎理論構(gòu)架的基礎(chǔ)。運(yùn)用突變理論所提供的研究方法是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵途徑?？梢?，物料變形、破碎過程十分復(fù)雜，它不是一個(gè)孤立系統(tǒng)，而是一個(gè)與外界有物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)。也是一個(gè)由穩(wěn)態(tài)一漸變一突變的螺旋式演變過程，同時(shí)伴隨聲、熱等能量的耗散。要完整、系統(tǒng)地建立物料粉碎功耗方程，需要多學(xué)科的理論做基礎(chǔ)。在多學(xué)科交叉融合的前提下，來建立功耗方程才可能更完善和全面，才能揭示物料粉碎這一復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)在演變機(jī)理。 破碎機(jī)械簡(jiǎn)介 顎式破碎機(jī)顎式破碎機(jī)是利用兩顎板對(duì)物料的擠壓和彎曲作用 ，粗碎或中碎各種硬度物料的破碎機(jī)械。 其破碎機(jī)構(gòu)由固定顎板和可動(dòng)顎板組成，當(dāng)兩顎板靠近時(shí)物料即被破碎，當(dāng)兩顎板離開時(shí)小于排料口的料塊由底部排出。它的破碎動(dòng)作是間歇進(jìn)行的。這種破碎機(jī)因有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和能破碎堅(jiān)硬物料等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于選礦、建筑材料、硅酸鹽和陶瓷等工業(yè)部門。 　　到二十20世紀(jì)80年代，每小時(shí)破碎800噸物料的大型顎式破碎機(jī)的給料粒度已達(dá)1800毫米左右。常用的顎式破碎機(jī)有雙肘板的和單肘板的兩種。前者在工作時(shí)動(dòng)顎只作簡(jiǎn)單的圓弧擺動(dòng)，故又稱簡(jiǎn)單擺動(dòng)顎式破碎機(jī)；后者在作圓弧擺動(dòng)的同時(shí)還作上下運(yùn)動(dòng)，故又稱復(fù)雜擺動(dòng)顎式破碎機(jī)。鄂式破碎機(jī)廣泛運(yùn)用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化學(xué)工業(yè)等眾多部門，破碎抗壓強(qiáng)度不超過320兆帕的各種物料?！　沃獍迨蕉跏狡扑闄C(jī)動(dòng)顎板的上下運(yùn)動(dòng)有促進(jìn)排料的作用，而且其上部的水平行程大于下部，易于破碎大塊物料，故其破碎效率高于雙肘板式。它的缺點(diǎn)是顎板磨損較快，以及物料會(huì)有過粉碎現(xiàn)象而使能耗增高。為了保護(hù)機(jī)器的重要部件不因過載而受到損壞，常將形狀簡(jiǎn)單、尺寸較小的肘板設(shè)計(jì)為薄弱環(huán)節(jié)，使它在機(jī)器超載時(shí)首先發(fā)生變形或斷裂。 　　另外，為滿足不同排料粒度的要求和補(bǔ)償顎板的磨損，還增設(shè)了排料口調(diào)整裝置，通常是在肘板座與后機(jī)架之間加放調(diào)整墊片或楔鐵。但為了避免因更換斷損零件而影響生產(chǎn)，也可采用液壓裝置來實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)和調(diào)整。有的顎式破碎機(jī)還直接采用液壓傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)動(dòng)顎板，以完成物料的破碎動(dòng)作。這兩類采用液壓傳動(dòng)裝置的顎式破碎機(jī)，常統(tǒng)稱為液壓顎式破碎機(jī)。 旋回式破碎機(jī)旋回式破碎機(jī)是利用破碎錐在殼體內(nèi)錐腔中的旋回運(yùn)動(dòng)，對(duì)物料產(chǎn)生擠壓、劈裂和彎曲作用，粗碎各種硬度的礦石或巖石的大型破碎機(jī)械。裝有破碎錐的主軸的上端支承在橫梁中部的襯套內(nèi)，其下端則置于軸套的偏心孔中。軸套轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，破碎錐繞機(jī)器中心線作偏心旋回運(yùn)動(dòng)它的破碎動(dòng)作是連續(xù)進(jìn)行的，故工作效率高于顎式破碎機(jī) 。到70年代初期，大型旋回破碎機(jī)每小時(shí)已能處理物料5000噸，最大給料直徑可達(dá)2000毫米?！　⌒仄扑闄C(jī)用兩種方式實(shí)現(xiàn)排料口的調(diào)整和過載保險(xiǎn)：一是采用機(jī)械方式，其主軸上端有調(diào)整螺母，旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺帽，破碎錐即可下降或上升，使排料口隨之變大或變小，超載時(shí)，靠切斷傳動(dòng)皮帶輪上的保險(xiǎn)銷以實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)； 第二種是采用液壓方式的液壓旋回破碎機(jī)，其主軸坐落在液壓缸內(nèi)的柱塞上，改變柱塞下的液壓油體積就可以改變破碎錐的上下位置，從而改變排料口的大小。超載時(shí)，主軸向下的壓力增大，迫使柱塞下的液壓油進(jìn)入液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的蓄能器，使破碎錐隨之下降以增大排料口，排出隨物料進(jìn)入破碎腔的非破碎物(鐵器、木塊等)以實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)。 圓錐式破碎機(jī)圓錐式破碎機(jī)的工作原理與旋回破碎機(jī)相同，但僅適用于中碎或細(xì)碎作業(yè)的破碎機(jī)械。中、細(xì)碎作業(yè)的排料粒度的均勻性一般比粗碎作業(yè)要求的高，因此，在破碎腔的下部須設(shè)置一段平行區(qū)，同時(shí)，還須加快破碎錐的旋回速度，以便物料在平行區(qū)內(nèi)受到一次以上的擠壓。　　中細(xì)碎作業(yè)的破碎比較粗碎作業(yè)的大，故其破碎后的松散體積就有較大的增加。為防止破碎腔可能因此引起阻塞，在不增大排料口以保證所需的排料粒度的前提下，必須通過增大破碎錐下部的直徑來增大總的排料截面。　　圓錐破碎機(jī)的排料口較小，混入給料中的非破碎物更易導(dǎo)致事故，且因中、細(xì)碎作業(yè)對(duì)排料粒度要求嚴(yán)格，必須在襯板磨損后及時(shí)調(diào)整排料口，因而圓錐破碎機(jī)的保險(xiǎn)和調(diào)整裝置較之粗碎作業(yè)更為必要。 　　西蒙式彈簧保險(xiǎn)圓錐破碎機(jī)超載時(shí)，錐形殼體迫使彈簧壓縮而使其自身升高，以便增大排料口，排出非破碎物。排料口的調(diào)整靠調(diào)整套來進(jìn)行，轉(zhuǎn)動(dòng)固裝著殼體的調(diào)整套即可借助其外圓上的螺紋來帶動(dòng)殼體上升或下降，以改變排料口的大小。液壓圓錐破碎機(jī)的保險(xiǎn)和調(diào)整方式與液壓旋回破碎機(jī)的相同。 輥式破碎機(jī)輥式破碎機(jī)是利用輥面的摩擦力將物料咬入破碎區(qū)，使之承受擠壓或劈裂而破碎的機(jī)械。當(dāng)用于粗碎或需要增大破碎比時(shí)，常在輥面上做出牙齒或溝槽以增大劈裂作用。輥式破碎機(jī)通常按輥?zhàn)拥臄?shù)量分為單輥、雙輥和多輥破碎機(jī)，適于粗碎、中碎或細(xì)碎煤炭、石灰石、水泥熟料和長(zhǎng)石等中硬以下的物料。 反擊式破碎機(jī)反擊式破碎機(jī)是利用板錘的高速?zèng)_擊和反擊板的回彈作用，使物料受到反復(fù)沖擊而破