基于破碎效果的RAP破碎设备选择研究.pdf

试验- 研究 T e s ta n dR e s e a r c h 基于破碎效果的触P 破碎设备选择研究 宋伟伟1 ，秦秀荣z ，宋文学s ，高岱乐t ，高国强。 1 ．长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室；2 ．包头市公路工程质量监督站；3 ．包头市公路工程 股份有限公司；4 ．福建省铁拓机械股份有限公司 摘要I 为提高R A P 材料的破碎效果，在对颚式破碎机、圆锥破碎机、辊式破碎机等不同类型破碎设备的结构组成和工作机 理进行分析的基础上，研究破碎设备的破碎性能，并根据R A P 物理特性，确定较适合R A P 破碎的设备为对辊破碎机，采用该 破碎设备可使R A P 颗粒较好分离，并避免对材料颗粒的过度破碎和原有级配的细化。 关键词破碎设备；R A P ；混合料级配；破碎效果 1引言 由于沥青路面具有表面平整，行车舒适，养护维修方 便，可再生利用等优点，被广泛应用于我国高速公路、一 级公路等高级路面公路。沥青路面的设计年限一般为 1 p 1 5 年，大部分沥青路面1 0 年左右就需要进行翻修【1 】， 翻修产生的废旧沥青混合料进行回收利用之前需要进行 预处理。R A P R e c l a i m e d 舡p h a l tP a v e m e n t ，再生沥青混合 料 预处理主要发生于破碎筛分阶段，常见破碎机有颚式 破碎机、圆锥破碎机、立轴式破碎机及辊式破碎机等，选 用哪种破碎方式才能使废旧沥青混合料达到较好的破碎 效果，是工程应用中需要解决的关键问题。祁文洋嘲研究 了＆舳中旧集料级配组成与旧沥青的性能，认为＆衄 的组成及性能较原始混合料存在较大差异；ME v e r t e s s o n 【3 】 研究了锥形破碎机的性能；B a o q i a n gw a n 扩等对工业筛分 破碎机和对辊破碎机的破碎行为进行了比较研究；户宁阎 对锤式破碎机、立轴破碎机和对辊破碎机的优缺点进行 了对比分析，最终确定了合适的机制砂生产机械；孙维丽【坷 等对齿辊式破碎机的工作原理及动力学特性进行了研究 分析。 本文在已有研究的基础上，通过对颚式破碎机、圆锥 破碎机、辊式破碎机等不同类型破碎设备的结构组成和 工作机理进行分析，研究每种破碎设备的破碎性能，并根 据R A P 物理特性，确定适合R A P 破碎的设备。 作者简介秦秀荣 通信作者 1 9 7 0 一 ，女，内蒙古包头人，高级工程师。 他r 械r 伫 万方数据 I 霰杠栈 第5 2 卷l 第1 2 期 总第5 7 8 期 2 破碎设备类型与工作原理 不同类型破碎设备的结构、工作原理不同，会产生不 同性质的作用力。作用力的性质不同，又会对材料产生不 同的破碎效果。目前常见的破碎机主要有颚式破碎机、立 轴冲击式破碎机、反击式破碎机、圆锥破碎机及对辊破碎 机等。 2 ．1 颚式破碎机 颚式破碎机的破碎结构比较简单，主要用来作为粗 破碎机应用。现有颚式破碎机按动颚的运动特征，分为简 单摆动型、复杂摆动型和混合摆动型3 种，这几种设备的 结构虽略有区别，但工作原理基本相似。 1 简单摆动型破碎机。 简单摆动型破碎机主要由定颚、动颚、推力板、连杆、 偏心轴和悬挂轴等组成，如图1 所示。偏心轴旋转时，连 杆做上下往复运动，带动两块推力板也做往复运动，从而 推动动颚做左右往复运动，实现破碎和卸料。此种破碎机 采用曲柄双连杆机构，虽然动颚上受有很大的破碎反力， 而其偏心轴和连杆却受力不大，所以工业上多制成大型 机和中型机，用来破碎坚硬的物料。此外，这种破碎机工 作时，动颚上每点的运动轨迹都是以轴心为中心的圆弧， 圆弧半径等于该点至轴心的距离，上端圆弧小，下端圆弧 8 9 1 ．定颚2 ．机架3 ．悬挂轴4 ．动颚5 ．前推力杆6 ．偏 心轴7 ．连杆8 ．后推力杆9 ．卸料口尺寸调节机构 图1 简单摆动型破碎机 大，破碎效率较低。由于运动轨迹简单，故称简单摆动颚 式破碎机。 2 复杂摆动型破碎机。 复杂摆动型破碎机的结构和简单摆动型不同的是动 颚的运动机构仅由一个四连杆机构组成，如图2 所示，该 四连杆由偏心轴、机架、动颚及推力板组成曲柄摇杆机 构。动颚上端直接悬挂在偏心轴上，作为曲柄连杆机构的 连杆，由偏心轴直接驱动，动颚的下端铰连着推力板支撑 到机架的后壁上。当偏心轴旋转时，动颚上各点的运动轨 迹是由悬挂点的圆周线 半径等于偏心距 ，逐渐向下变 成椭圆形，越向下部，椭圆形越扁，直到下部与推力板连 接点轨迹为圆弧线。由于这种机械中动颚上各点的运动 轨迹比较复杂，故称为复杂摆动型破碎机。 4 6 7 1 ．定颚2 ．机架3 ．偏心轴4 ．动颚5 ．推力板 6 ．动颚板调节紧合装置7 ．安全弹簧 图2 复杂摆动型破碎机 2 ．2 立轴冲击式破碎机 根据物料的进料方式，立轴冲击式破碎机的工作形 式可分为完全中心进料和中心进料伴随瀑落进料；根据 物料的抗压强度、磨蚀性，立轴冲击式破碎机的工作形式 可分为“石打石”和“石打铁”两种破碎形式。中心进料伴 随瀑落进料和完全中心进料的工作原理见如图3 、图4 。 “石打石”时破碎腔安装的是击打护板，物料在其周 围形成衬层，如图3 、图4 左半部分所示。“石打石”适用于 一伫r 拭＼1 9 万方数据 试验- 研究 T e s ta n dR e s e a r c h I ／．、⋯一 l ＼反山块 ／乞、／曩＼ 鬣j 量 尸、撇 l 一一，，氍g 翳鬈援 琰蛹妇VN 鼠黼龉 ii 图3 中心进料伴随瀑落进料 中硬以上磨蚀性大的物料破碎，如玄武岩等。破碎过程中 从甩轮射出的物料与物料衬层发生冲击而不与设备金属 元件直接接触，减少铁耗，从而减少维护保养时间。“石打 石”工作情况下成品粒形好，含粉量稍多，适用于整形工 作。“石打铁”时将击打护板换成反击块，如图3 、图4 右半 部分所示。“石打铁”适用于中硬以下磨蚀性小的物料破 碎，如石灰石等，“石打铁”工作情况下破碎效率较高，反 击块磨损更换导致使用费用也高，成品粒形稍差。 立轴式冲击破碎机主要利用皮带驱动中心立轴使转 子转动，该转子以极高的转速 一般在1 1 0 0r ／r n j n 以上 通过离心力将物料沿水平方向喷射到破碎腔内的冲击平 面上，被反弹后斜向上冲击到破碎腔顶部，改变方向向下 运动，和从转子甩轮流道发射出的物料形成连续的料幕， 这样，一块物料在破碎腔中受到多次撞击、摩擦和研磨作 用而破碎。 2 ．3 反击式破碎机 反击式破碎机利用反击破碎的原理对物料进行破 碎，是一种比颚式破碎机的出料粒度更加细的破碎设备， 2 。l 工稚杠械f2 D 2 1 ’伫 lI ⋯ll I l 反击块 ■口＼ 黪．二I 唧与一．濮 躐剐刈㈣ 图4 完全中心进料 在石料生产线中主要用于细碎作业，一般和颚式破碎机 进行合作破碎。反击式破碎机结构由转子、打击板、第一 反击板、第二反击板及机体等组成，如图5 所示。 机器工作时，电动机带动转子高速旋转，进料口物料 进入板锤作用区，与转子上的板锤进行碰撞破碎，然后又 被抛向反击衬板进行破碎，最后从反击衬板上弹回到板 锤作用区重新破碎，此过程重复进行，直到石料粒度小于 打击板和反击板之间的间隙时，由底部排出。反击式破碎 机的板锤采用机械夹紧结构固定在转子上，当随转子转 动时具有很大的转动惯量，适合破碎更坚硬的物料。 2 ．4 圆锥破碎机 圆锥破碎机主要由传动系统、破碎机机架、液压系统 及控制系统等构成。破碎机机架由机体、活动锥体、固定 锥体和主轴等组成。按照破碎腔形状和破碎机的用途可 以分为标准型 中粗碎 、中间型 中细碎 、短头型 细碎 和旋转圆盘型 制砂机 几种类型。粗碎圆锥破碎机如图6 所示，中、细碎圆锥破碎机如图7 所示，它们的主要区别 在于破碎腔的形状和平行带的长度不同。在圆锥破碎机 万方数据 I 霏杠械 第5 2 卷l 第1 2 期 总第5 7 8 期 l ＼ 4 1 ．转子2 ．打击板3 ．第一反击板4 ．第二反击板5 ．机体 图5 反击式破碎机结构示意图 1 ．机体2 ．破碎锥3 ．活动锥体4 ．可更换的固定锥体 5 ．固定锥体6 ．主轴 图6 粗碎圆锥破碎机 的工作过程中，电动机通过传动装置带动偏心套旋转，动 锥在偏心轴套的迫动下做旋转摆动，动锥靠近静锥的区 段即成为破碎腔，物料受到动锥和静锥的多次挤压和撞 击而破碎。动锥离开该区段时，该处已破碎至要求粒度的 物料在自身重力作用下下落，从锥底排出。 圆锥破碎机结构简单，性能稳定，不易发生故障，维 修方便快捷，生产能力大，且具有多种腔形的中细破碎、 双保险控制的液压与润滑系统，广泛应用于金属矿山、冶 金工业、建筑工业、水泥工业及砂石行业等。 1 ．可更换的固定锥体2 ．破碎锥3 ．活动锥体 4 ．压紧和保险弹簧5 ．主轴 图7 中、细碎圆锥破碎机 2 ．5 对辊破碎机 对辊破碎机又叫做双辊式破碎机，是利用两个相向 旋转的辊子将物料轧碎的辊式破碎机，由电动机、带轮、 支架、固定辊子、活动辊子和安全弹簧等组成，如图8 所 示。根据辊子表面光滑或是带齿可将双辊式破碎机分为 光滑辊面辊式破碎机和齿辊破碎机两种类型，其中光滑 辊面辊式破碎机适用于细碎场合，而齿辊破碎机适用于 破碎粗粒物料。 对辊破碎机的两辊轮之间装有楔形装置或垫片调节 2 0 2 叮 馆j 工霏缸械I2 1 万方数据 试验研究 T e s ta n dR e s e a r c h 1 ．安全弹簧2 ．活动辊子3 ．固定辊子4 ．电动机5 ．带轮6 ．支架 图8 对辊破碎机结构示意图 装置，楔形装置的顶端装有调整螺栓，当调整螺栓将楔块 向上拉起时，楔块将活动辊轮顶离固定轮，即两辊轮间隙 变大，相应出料粒度变大；当楔块向下时，活动辊轮在压 紧弹簧的作用下两轮间隙变小，相应出料粒度变小。垫片 装置是通过增减垫片的数量或厚薄来调节出料粒度大小 的，当增加垫片时两辊轮间隙变大，当减少垫片时两辊轮 间隙变小，出料粒度相应变化。对辊破碎机工作原理简图 如图9 所示。 1 ．固定辊子2 ．物料3 ．活动辊子4 ．安全弹簧 图9 对辊破碎机工作原理简图 3F 狐P 的材料特性 高速公路沥青路面由于长时间地暴露在空气中，在 氧气、阳光和水等环境因素和交通载荷的作用下会发生 一系列的挥发、氧化、聚合反应，同时发生性质变化，导致 老化。R A P 中老化沥青的性能和原始沥青有显著差异，针 入度、软化点和延度指标的变异系数都明显降低【2 】。 R A P 通常由许多较小的颗粒黏结而成，硬度没有石 料那么高，其中的集料都是经过级配配比的成品骨料，为 2 2I 工稚缸拭f2 0 2 ．，．俚 了使回收骨料和旧沥青得到充分利用，R A P 预处理破碎 就是把废旧沥青混合料中的材料颗粒分离，避免颗粒破 碎破坏原有级配。 4 破碎机设备性能与选择 4 ．1 颚式破碎机 颚式破碎机进料粒度大 一般在2 0 0r m 以上 ，适合 刚开采的原石破碎，是一级破碎的首选设备，具有破碎比 大，产品粒度均匀，结构简单，工作可靠，维修简便等特 万方数据 工霏氟械 第5 2 卷I 第1 2 期 总第5 7 8 期 点，因此被广泛运用于矿山、建材、公路、铁路、水利和化学 工业等众多部门。颚式破碎机由于采用挤压式破碎原理， 容易把骨料压碎，细化原有级配，不太适合R A P 破碎。 4 ．2 立轴冲击式破碎机 立轴冲击式破碎机具有结构合理，拆卸方便，破碎效 率高等特点，常用于替代圆锥破碎机、对辊破碎机和球磨 机。该破碎机进料粒度在5 0 一以下，出料粒度细小而均 匀，且零件耐用性强，易损件少，其维护保养方便，能耗比 传统破碎机低，产量为1 5 0 6 3 0t ／h ，生产能力大。由于立 轴冲击式破碎机转子以极高的转速把物料喷射到破碎腔 冲击面上，容易打碎骨料，细化原有级配，不太适合R A P 的预处理破碎。 4 ．3 反击式破碎机 反击式破碎机能处理边长1 0 肛5 0 0m m 以下物料，具 有结构简单，维修方便，破碎比大，能耗低，产量高，重量 轻，易损件磨损小，使用物料硬度广泛，破碎后成品呈立 方体等优点，广泛应用于建材、能源、交通、水泥、矿山及 化工等行业。反击式破碎机是利用反击锤产生的冲击力 对物料进行破碎，可以通过参数调节将尺寸超限的R A P 击散，但是由于转子转速较高，可能破坏原有级配。 4 ．4 圆锥破碎机 圆锥破碎机具有破碎比大，效率高，能耗低，产品粒 度均匀等优点，适合各种矿石、岩石的中碎和细碎，但不 宜处理黏性物料。圆锥破碎机使物料在破碎腔中不断受 到挤压、折断和冲击而破碎，在破碎过程中容易把骨料挤 碎，细化原有级配，不太适合R A P 破碎。 4 ．5 对辊破碎机 由于对辊破碎机工作时轮齿的受力较大，容易发生 磨损和折断，所以一般适用于破碎较软或较黏的铁矿石、 较脆的石灰石和煤炭等。对辊破碎机产品多呈立方体，过 粉碎程度低，适用于进料粒度8 0n Ⅱn 左右的破碎作业。对 辊破碎机利用辊轴上的破碎齿将物料剪切破碎，具有结 构紧凑，能耗低，工作性能可靠等优点，因此被广泛应用 于破碎黏结、脆性、冻结和不耐研磨的物料，而且对辊破 碎机辊子转速较低，主要靠挤压和剪切作用破碎，对物料 级配破坏程度相对较低，适合RA P 物料的特性，破碎过 程中产生的粉尘较少，较适合 A P 的破碎。 5 结论 本文通过对几种常见破碎设备的结构、工作原理及 工作特性进行分析，得出如下结论 1 颚式破碎机、立轴冲击式破碎机和圆锥破碎机 在破碎过程中都容易打碎R A P 材料中的骨料，细化原有 级配，不太适合又A P 破碎。 2 反击式破碎机可以通过参数调节将R A P 击散， 可用于回收料的破碎；对辊破碎机较适用于破碎黏结、脆 性、冻结和不耐研磨的物料，而且该破碎机主要靠剪切作 用破碎，对物料级配破坏程度相对较低。根据R A P 的材 料特性可知，R A P 材料呈现黏结状态，较适合用对辊破碎 机进行破碎。 参捌 m 苗占军．徐希娟．菠旧沥青混合料分离再生技术在公路养 护中的应用研究田．公路交通科技．2 0 1 3 n 9 s 一9 7 ． 【2 】祁文洋．预处理技术对R A P 组成与性能的影响U 】．城市道 桥与防洪．2 0 2 0 n 1 8 2 1 8 s ． 脚ME v e r 螂o nG D n e h 曲e r P e 而n 枷c e f 聊．G 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