一种颗粒状物料一体化破碎系统及其破碎方法与流程

1.本发明涉及一种颗粒状物料一体化破碎系统及其破碎方法，涉及物料破碎领域。


背景技术：

2.现在工业生产中对于破碎设备的要求日益提高，如在电力行业或化工行业中的对脱硫脱磷石膏处理以及煤炭的粉碎处理均要涉及破碎机。在破碎处理过程中，由于物料中含有一定的水分，因此在破碎之前，需要对物料进行烘干。
3.而在现有的工艺或者设备中，通常将烘干和破碎是分开进行的，即物料经烘干机烘干后再进入破碎机破碎，这一处理方式也就决定了生产工作效率较为低下。对于需要的粉末状物料的领域而言，处理方式也通常首先将大颗粒的物料进行破碎，然后再借助其他设备或者工艺进行进一步的分级处理，得到符合要求粉末，由于上述工序所涉及的设备以及工艺较为复杂，而且对颗粒状的物料所需要的破碎力不易确定，致使生产工艺流程长，且涉及的设备多，在各个工序之间进行加工，严重影响粉末物料的质量和价格，这样严重制约了粉末物料在工程中的应用。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种颗粒状物料一体化破碎系统及其破碎方法，本发明的技术方案是：
5.一种颗粒状物料一体化破碎系统，包括进料单元、传输烘料单元、破碎单元和出料管，所述的传输烘料单元设置在破碎单元的上部，并与所述的破碎单元相连通，在该传输烘料单元的一侧安装有进料单元，该进料单元远离所述的破碎单元，且与所述的传输烘料单元相连通；在该破碎单元的出料口处安装有出料管；所述的破碎单元包括破碎料箱、破碎体、破碎驱动电机、上部破碎单元、中部破碎单元和底部破碎单元，在所述破碎料箱的底部安装有破碎料箱支撑架，该破碎体整体呈椭圆形设置，转动的安装在所述破碎料箱的内部，该破碎体的上部设置有联接轴，该联接轴与安装在破碎料箱外部的破碎驱动电机传动连接，通过所述的破碎驱动电机驱动；在该破碎体与破碎料箱之间从上至下依次设置有所述的上部破碎单元、中部破碎单元和底部破碎单元。
6.所述上部破碎单元对颗粒物料的研磨精度小于中部破碎单元对颗粒的研磨精度，中部破碎单元对颗粒的研磨精度小于底部研磨单元对颗粒的研磨精度。
7.所述的上部破碎单元包括上部破碎齿圈和上部破碎垫圈，在所述破碎体外围的上部安装有上部破碎齿圈，在所述破碎料箱的内壁安装有与上部破碎齿圈相对应的上部破碎垫圈，该上部破碎齿圈的破碎齿与上部破碎垫圈之间形成初级破碎空间；所述的中部破碎单元包括中部破碎齿圈和中部破碎垫圈，在所述破碎体外围的中部安装有中部破碎齿圈，在所述破碎料箱的内壁安装有与中部破碎齿圈相对应的中部破碎垫圈，该中部破碎齿圈的破碎齿与中部破碎垫圈之间形成次级破碎空间；在所述破碎料箱的底部中心处设置有出料口，在接近该出料口外围的破碎体上设置有底部破碎齿面，在破碎料箱内部的底部设置有
与底部破碎齿面相对应的底部破碎垫圈，该底部破碎齿面与底部破碎垫圈之间形成粉末物料成型空间。
8.在所述的初级破碎空间处，半径为r的颗粒受到上部破碎齿圈的破碎齿和上部破碎垫圈的共同作用，所受到的最小破碎力的计算方法如下：
9.颗粒与上部破碎齿圈的破碎齿的作用点记录为a，颗粒与上部破碎垫圈的接触点记录为b，颗粒的中心记录为o；fg为颗粒物料所受重力作用；fa为上部破碎齿圈的破碎齿对颗粒的作用力，该作用力fa分解为由a指向颗粒中心o的第一分力fr和垂直于第一分力fr的第二分力fe；fn为上部破碎垫圈对颗粒的作用力，在上部破碎齿圈的破碎齿作用下，颗粒有逆时针自转的运动趋势，由于颗粒保持静止无滚动状态，颗粒还受到上部破碎垫圈施加的静摩擦力ff；上部破碎齿圈的破碎齿对颗粒的作用力fa与其分量第二分力fe的夹角为δ；
10.在破碎过程中颗粒被咬入初级破碎空间的某一时刻，根据静力平衡得到分力fr为：fr＝fa·
sinδ
ꢀꢀ
(1)；
11.分力fe为：fe＝fa·
cosδ
ꢀꢀ
(2)；
12.因此，fr＝fe·
tanδ
ꢀꢀ
(3)；
13.上部破碎垫圈与颗粒间的摩擦系数为u，对颗粒的作用摩擦力大小为：ff＝fn·uꢀꢀ
(4)；
14.若使颗粒保持无摩擦滚动的静止状态，则需满足：fe≤ffꢀꢀ
(5)；
15.物料在破碎瞬时处于稳定的平衡状态，破碎过程中，物料的局部首先受到冲击和挤压作用出现裂纹，随着破碎体的转动及破碎齿切入物料的深度增加，裂纹扩展直至出现物料粉碎；若破碎过程中，颗粒半径减小了δr，则颗粒承受的外载荷所做的功为：
16.wi＝frδr+fnδr＝fn(μtanδ+1)δr
ꢀꢀ
(6)；
17.破碎物料的能耗与物料的体积及强度极限成正比，即：
18.式中，σmax为颗粒的强度极限pa，v为球形颗粒体积m3，e为颗粒材料的弹性模量mpa，所以颗粒半径从r减小为r-δr，所需要的能量为：
[0019][0020]
由于上部破碎齿圈的破碎齿所做的功需满足破碎所需的能量，因此有：
[0021]wi1
＝wn，即：
[0022][0023]
上部破碎垫圈分对颗粒的接触面法向作用力满足：
[0024]
[0025]
由于破碎过程中，颗粒的局部先受到冲击和挤压作用出现裂纹，而根据式(7)可知，体积越小，所需的破碎能量越少，即外力做功越少，因此最大接触面法向作用力为：
[0026][0027]
由式(5)和式(12)可以得知：
[0028]fe min
＝f
f max
＝f
a min
·
cosδ＝f
n max
·uꢀꢀ
(12)
[0029]
故，在物料进入上部破碎齿圈的破碎齿和上部破碎垫圈之间时，半径为r的颗粒需要的最小破碎力为：
[0030][0031]
所述的进料单元包括螺旋进料器、进料斗和进料驱动电机，所述的螺旋进料器在所述的传输烘料单元上倾斜设置，该螺旋进料器的低端处安装有进料斗，该进料斗远离所述的传输烘料单元，该螺旋进料器的高端处形成出料口，该出料口与所述的传输烘料单元相连通；所述的螺旋进料器通过进料驱动电机进行驱动。
[0032]
所述的传输烘料单元包括烘料箱、烘料箱支撑架、烘干机和传输带，在所述烘料箱外侧的底部安装有烘料箱支撑架，在该烘料箱内的底部设置有锥形下料口，该锥形下料口通过下料管与所述的破碎料箱连通，该下料管的下料端与所述的上部破碎单元相对应；在该锥形下料口上部的烘料箱内，从上至下依次安装有数条传输带，相邻两传输带之间错位设置且形成吹风空间，上部传输带的落料端与下部传输带的接料端相对应；最下部的传输带的落料端接近所述的锥形下料口；在与每一吹风空间相对应的烘料箱内安装有数个烘干机，该烘干机的吹风方向与传输带的运行方向相反。
[0033]
一种一体化破碎系统的破碎方法，包括以下步骤：
[0034]
(1)对待破碎的物料进行螺旋上料；
[0035]
(2)完成上料后对物料进行烘干，为物料破碎进行准备；
[0036]
(3)对烘干的物料进行多级破碎研磨后，完成物料的输出。
[0037]
本发明的优点是：确定了颗粒状物料与破碎力之间的关系，为物料的破碎研磨提供了依据，同时本发明通过进料单元、传输烘料单元、破碎单元和出料管的整体设置，使物料快速翻滚破碎，提高了工作效率；通过设置上部破碎单元、中部破碎单元和底部破碎单元实现了对物料的精细化研磨，破碎效果好；一体化的加工流程，减轻了人力物力，满足了生产所需。
附图说明
[0038]
图1是本发明的主体结构示意图。
[0039]
图2是图1中的中部破碎单元的剖视图。
[0040]
附图标记说明：
[0041]
1、破碎料箱；2、出料管；3、破碎体；4、破碎驱动电机；5、上部破碎齿圈；6、上部破碎
垫圈；7、中部破碎齿圈；8、中部破碎垫圈；9、底部破碎齿面；10、底部破碎垫圈；11、破碎料箱支撑架；12、烘料箱支撑架；13、下料管；14、烘料箱；15、传输带；16、烘干机；17、螺旋进料器；18、进料驱动电机。
具体实施方式
[0042]
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
[0043]
参见图1和图2，本发明涉及一种颗粒状物料一体化破碎系统，包括进料单元、传输烘料单元、破碎单元和出料管2，所述的传输烘料单元设置在破碎单元的上部，并与所述的破碎单元相连通，在该传输烘料单元的一侧安装有进料单元，该进料单元远离所述的破碎单元，且与所述的传输烘料单元相连通；在该破碎单元的出料口处安装有出料管2；所述的破碎单元包括破碎料箱1、破碎体3、破碎驱动电机4、上部破碎单元、中部破碎单元和底部破碎单元，在所述破碎料箱1的底部安装有破碎料箱支撑架11，该破碎体3整体呈椭圆形设置，转动的安装在所述破碎料箱1的内部，该破碎体3的上部设置有联接轴，该联接轴与安装在破碎料箱1外部的破碎驱动电机4传动连接，通过所述的破碎驱动电机4驱动；在该破碎体3与破碎料箱1之间从上至下依次设置有所述的上部破碎单元、中部破碎单元和底部破碎单元；其中，所述上部破碎单元对颗粒物料的研磨精度小于中部破碎单元对颗粒的研磨精度，中部破碎单元对颗粒的研磨精度小于底部研磨单元对颗粒的研磨精度，通过三级破碎单元的破碎研磨，实现了对物料的进行精度破碎的目的。
[0044]
所述的上部破碎单元包括上部破碎齿圈5和上部破碎垫圈6，在所述破碎体3外围的上部安装有上部破碎齿圈5，在所述破碎料箱1的内壁安装有与上部破碎齿圈5相对应的上部破碎垫圈6，该上部破碎齿圈5的破碎齿与上部破碎垫圈6之间形成初级破碎空间；所述的中部破碎单元包括中部破碎齿圈7和中部破碎垫圈8，在所述破碎体3外围的中部安装有中部破碎齿圈7，在所述破碎料箱1的内壁安装有与中部破碎齿圈7相对应的中部破碎垫圈8，该中部破碎齿圈7的破碎齿与中部破碎垫圈8之间形成次级破碎空间；在所述破碎料箱1的底部中心处设置有出料口，在接近该出料口外围的破碎体3上设置有底部破碎齿面9，在破碎料箱1内部的底部设置有与底部破碎齿面9相对应的底部破碎垫圈10，该底部破碎齿面9与底部破碎垫圈10之间形成粉末物料成型空间。
[0045]
在所述的初级破碎空间处，半径为r的颗粒受到上部破碎齿圈5的破碎齿和上部破碎垫圈6的共同作用，所受到的最小破碎力的计算方法如下：
[0046]
颗粒与上部破碎齿圈5的破碎齿的作用点记录为a，颗粒与上部破碎垫圈6的接触点记录为b，颗粒的中心记录为o；fg为颗粒物料所受重力作用；fa为上部破碎齿圈的破碎齿对颗粒的作用力，该作用力fa分解为由a指向颗粒中心o的第一分力fr和垂直于第一分力fr的第二分力fe；fn为上部破碎垫圈对颗粒的作用力，在上部破碎齿圈的破碎齿作用下，颗粒有逆时针自转的运动趋势，由于颗粒保持静止无滚动状态，颗粒还受到上部破碎垫圈施加的静摩擦力ff；上部破碎齿圈的破碎齿对颗粒的作用力fa与其分量第二分力fe的夹角为δ；
[0047]
在破碎过程中颗粒被咬入初级破碎空间的某一时刻，根据静力平衡
[0048]
得到分力fr为：fr＝fa·
sinδ
ꢀꢀ
(1)；
[0049]
分力fe为：fe＝fa·
cosδ
ꢀꢀ
(2)；
[0050]
因此，fr＝fe·
tanδ
ꢀꢀ
(3)；
[0051]
上部破碎垫圈6与颗粒间的摩擦系数为u，对颗粒的作用摩擦力
[0052]
大小为：ff＝fn·uꢀꢀ
(4)；
[0053]
若使颗粒保持无摩擦滚动的静止状态，则需满足：fe≥ffꢀꢀ
(5)；
[0054]
物料在破碎瞬时处于稳定的平衡状态，破碎过程中，物料的局部首先受到冲击和挤压作用出现裂纹，随着破碎体的转动及破碎齿切入物料的深度增加，裂纹扩展直至出现物料粉碎；若破碎过程中，颗粒半径减小了δr，则颗粒承受的外载荷所做的功为：
[0055]
wi＝frδr+fnδr＝fn(μtanδ+1)δr
ꢀꢀ
(6)；
[0056]
破碎物料的能耗与物料的体积及强度极限成正比，即：
[0057]
式中，σmax为颗粒的强度极限pa，v为球形颗粒体积m3，e为颗粒材料的弹性模量mpa，所以颗粒半径从r减小为r-δr，所需要的能量为：
[0058][0059]
由于上部破碎齿圈的破碎齿所做的功需满足破碎所需的能量，因此有：
[0060]wi1
＝wn，即：
[0061][0062]
上部破碎垫圈分对颗粒的接触面法向作用力满足：
[0063][0064]
由于破碎过程中，颗粒的局部先受到冲击和挤压作用出现裂纹，而根据式(7)可知，体积越小，所需的破碎能量越少，即外力做功越少，因此最大接触面法向作用力为：
[0065][0066]
由式(5)和式(12)可以得知：
[0067]fe min
＝f
f max
＝f
a min
·
cosδ＝f
n max
·uꢀꢀ
(12)
[0068]
故，在物料进入上部破碎齿圈的破碎齿和上部破碎垫圈之间时，半径为r的颗粒需要的最小破碎力为：
[0069][0070]
所述的进料单元包括螺旋进料器17、进料斗和进料驱动电机18，所述的螺旋进料器17在所述的传输烘料单元上倾斜设置，该螺旋进料器17的低端处安装有进料斗(未图示)，该进料斗远离所述的传输烘料单元，该螺旋进料器17的高端处形成出料口，该出料口与所述的传输烘料单元相连通；所述的螺旋进料器17通过进料驱动电机18进行驱动。
[0071]
所述的传输烘料单元包括烘料箱14、烘料箱支撑架12、烘干机16和传输带15，在所述烘料箱14外侧的底部安装有烘料箱支撑架12，在该烘料箱14内的底部设置有锥形下料口，该锥形下料口通过下料管13与所述的破碎料箱1连通，该下料管13的下料端与所述的上部破碎单元相对应；在该锥形下料口上部的烘料箱14内，从上至下依次安装有数条传输带15，相邻两传输带15之间错位设置且形成吹风空间，上部传输带的落料端与下部传输带的接料端相对应；最下部的传输带的落料端接近所述的锥形下料口；在与每一吹风空间相对应的烘料箱14内安装有数个烘干机16，该烘干机16的吹风方向与传输带的运行方向相反，以便对物料进行充分干燥。
[0072]
本发明还涉及一种一体化破碎系统的破碎方法，包括以下步骤：
[0073]
(1)对待破碎的物料进行螺旋上料；
[0074]
(2)完成上料后对物料进行烘干，为物料破碎进行准备；
[0075]
(3)对烘干的物料进行多级破碎研磨后，完成物料的输出。
[0076]
基于本发明的进料单元、传输烘料单元、破碎单元和出料管的整体设置，通过进料单元完成了物料的输入，通过传输烘料单元完成了物料的传输和烘干，通过破碎单元完成了物料的多级破碎研磨，使物料快速翻滚破碎，提高了工作效率；同时确定了颗粒状物料与破碎力之间的关系，为物料的破碎研磨提供了依据，节约了能耗。
[0077]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。