目前，实现煤炭的清洁高效利用成为煤炭洗选技术发展的重要方向。破碎作业是煤炭洗选的重要环节，主要用于实现中等硬度以下物料的破碎，在这个过程中将大块物料破碎到符合要求的粒度，便于后续的加工利用与运输储存，目前广泛应用于煤炭、化工、冶金等各行业。文章将论述分级破碎装备的发展历程，对比分析国内外典型分级破碎装备的技术特点，并提出分级破碎装备当前的研究重点及未来发展前景。

1 发展历程与技术特点

1.1 发展历程

破碎机是一种将大块物料变成小块物料的重要装备。早在1806年就已经出现辊式破碎机，并被广泛用于选矿、建材等工业部门的中低硬度物料的破碎作业。1966年，德国WMG双辊破碎机在石灰石矿破碎厂中投产使用，破碎机的有效破碎能力达320t/h，最大可碎块粒度800mm×1000mm，产品粒级在0～140mm之间。但是这种辊式破碎机不能严格控制出料粒度，使得产品粒度大小不一。随着科学技术的不断发展，人们对破碎理论的不断探索，于20世纪80年代开始出现一种新型的分级破碎技术，可以有效地降低破碎功耗，且能够保证均匀的出料产品和较低的过粉碎率。所以，分级破碎装备能以其独有的技术特点得到迅速的发展，尤其在煤炭行业得到广泛应用。

1.2 技术特点

分级破碎机主要由驱动电机、液力偶合器、减速器、联轴器、破碎辊以及壳体组成(图1)。其中最重要的工作部件就是两个平行布置的破碎辊，且每个破碎辊沿轴向和径向都布置一定数量的破碎齿。两个破碎辊相对旋转时，每相邻破碎齿之间形成动态的网格，使入料中小于粒度要求的限下物料顺畅地通过，无需再经破碎，避免了物料的二次破碎，直接降低产品中粉煤的含量。而仅对入料中大于粒度要求的限上物料在破碎齿的剪切、挤压等作用下破碎。这不仅较大地增加了设备的处理能力，而且简化了洗选工艺流程。正是由于分级破碎机良好的筛分和破碎效果，使其受到众多用户的重视和青睐。

2 国内外典型破碎装备的对比分析

分级破碎技术发展迅速，专业生产分级破碎机的企业众多。目前，在国内外代表性的企业有：英国MMD公司、澳大利亚FLS公司、中国的唐山研究院有限公司等。各企业的分级破碎机在设计理念、齿型结构及材质选择、装配技术、整机造型等方面具有各自的技术特点。

2.1 英国MMD破碎机

MMD轮齿式筛分破碎机(图2)在齿型设计、整机结构等方面均有着较高的水平，使其成为在中国煤炭市场占有率最高的进口破碎设备。MMD破碎机采用先进的破碎机理，可以有效地破碎硬矿石和岩石。MMD破碎机入料粒度最大可达1800mm，最大生产能力可达14000t/h，经两级或三级破碎后出料粒度低至50mm。该设备运行稳定，可靠性高，在煤矿井上井下均有良好应用效果。MMD破碎机按不同规格形成标准化、系列化的产品，可满足不同的生产类型。其主要特点为：

(1) MMD破碎机采用“体积压缩原理”进行破碎，即物料在两个齿辊形成的包容空间逐渐变小的过程中被强行破碎，这种破碎方法功耗低，效率高。

(2) MMD破碎齿头多为特殊设计的齿头，齿型又高又大，可以有效降低次生煤泥量，此外这种设计使相邻破碎齿之间的间隙比较大，能够提高设备的筛分能力。

(3) 破碎轮齿以螺旋方式排列在主轴上，大大提高咬合物料的能力，但齿辊轴承容易受到轴向力的冲击。

(4) 设备基础架高度比较低，使得整个设备结构非常紧凑，降低制造成本，节约使用空间。

(5) MMD破碎机腔体内增设了破碎梁，能够实现大块物料的三级破碎，有效控制产品粒度的大小。

图2  MMD破碎机

2.2 澳大利亚ABON齿辊破碎机

澳大利亚FLS公司从20世纪80年代开始研制低转速、大扭矩的双齿辊分级破碎机，并且获得了巨大的成功。ABON齿辊破碎机原煤入料粒度可达1200mm，经两级破碎后排料粒度＜50mm，超粒比例＜5%，最大处理能力可达12000t/h。ABON破碎机以其先进的设计理念和可靠的品质保障，获得国内许多煤炭企业的欢迎。其主要特点如下：

(1) 基于剪切破碎原理的破碎齿设计，齿形呈扁平状且锋利，适合剪切破碎的需求，对水分含量较大的物料破碎具有一定优势。

(2) 破碎齿板与主轴采用燕尾槽结构连接(图3)，加工精度高，不仅解决了螺栓连接易松动的难题，而且还增大了破碎齿的受力接触面，使破碎齿可承受较大的应力。

(3) 破碎齿沿轴向呈直线型布置，不适合大块物料的破碎，且破碎机的处理能力不如螺旋型布置方式，但在处理能力允许的情况下，这种布置方式更适合齿板的燕尾槽组装工艺。

(4) 破碎腔体由侧板和端板组成，采用先铆合后螺栓连接的方式紧固，结构更加牢固，可承受作业时产生的较大动载荷。

图3  ABON破碎机

2.3 2PLF型分级破碎机

2PLF型分级破碎机是中国唐山研究院最早开发的一种典型的强力型分级破碎机(图4)，破碎强度可达120MPa，入料粒度上限为500mm，经三级破碎后，出料粒度下限为30mm，处理能力可达200t/h，主要用于满足设计能力2.0Mt/a以下的中小型选煤厂等地面作业场所的使用要求。其主要特点为：

(1) 2PLF型分级破碎机采用电机拖动皮带轮传动方式，设备运行平稳，装机功率低。

(2) 设备结构简单实用，适应性强，故障率极低，检修方便、日常维护成本较低。

(3) 2PLF型分级破碎机设有安全销和测速控制两级过载保护装置，运行安全可靠。

(4) 采用模块化设计，互换性强，不仅可以降低设计风险，还提高了对市场需求的响应速度。

图4  2PLF型分级破碎机

2.4 SSC型分级破碎机

20世纪90年代，唐山研究院在消化吸收国内外先进分级破碎技术的基础之上，又研制出SSC型大处理能力的新型分级破碎机(图5)。SSC型破碎机最大处理粒度为2000mm，经三级破碎后，产品的最小粒度为50mm，最大破碎强度为300MPa，最大处理能力可达10000t/h，是能够较好替代进口产品的国产装备。该设备不仅在煤炭洗选领域得到大力推广，而且在矿井井下和露天矿移动破碎站中均有大量的应用。其主要特点为：

(1) 基于Griffith理论，充分利用物料的断裂特性，降低了破碎极限强度，减少了破碎过程中的能耗。

(2) 破碎齿形状结构多样，可满足不同工况要求，且破碎齿可采用组装方式连接，便于维修或更换。

(3) 破碎齿沿轴向呈“W”形排列，减小了齿辊轴承轴向受力，并且对物料沿轴线均匀分布具有较好作用，有利于提高破碎齿的利用率。

(4) 壳体由底架、侧板和挡板组成，各部分均采用钢板焊接成型，后通过高强度螺栓连接在一起，并且采用整体轴承座盖结构，使受力更加均匀，保证了整机运行的稳定性。

(5) 自主研发了低合金高耐磨性能的新型耐磨材料，具有良好的抗冲击韧性和耐磨性能，提高了齿头对含矸量较高的原煤破碎的适应性。

图5  SSC型分级破碎机

3 研究重点与发展前景

3.1 当前研究重点

通过上述对国内外典型分级破碎装备技术特点的分析，发现虽然每种分级破碎装备都有自身的优势，但要满足日益增长的用户需求，当前还需注重以下三个方面的重点研究：

(1) 加强对分级破碎机理的研究。首先要注重分级破碎机理的基础研究，分析不同物料的物理特性对破碎过程的影响，探究破碎过程中的能耗规律，并结合分级破碎原理的实践应用，探索齿辊参数与物料强度、出料粒度等因素之间的关系，形成科学全面的理论体系，寻找降低能耗的新途径，加快先进分级破碎装备的研发。

(2) 采用先进的设计方法。采用有限元技术对破碎机的重要结构件进行受力分析，优化改进零件结构，使受力更加合理，使其有效地承受冲击载荷，增强其实用性；利用离散单元法对物料破碎过程进行模拟计算，尤其是在颗粒运动规律、出料粒度构成和破碎能量消耗等方面，为分级破碎机后续的优化改进提供更加科学的量化数据和理论支持。

(3) 采用先进的加工制造工艺。提高加工制造工艺是提高分级破碎机可靠性的重要条件，加工制造水平的高低直接影响着破碎机的可靠性。如何提升产品加工质量，已经成为今后破碎机发展的重要课题。各生产厂家应重点攻克长期困扰产品质量提升的关键问题：比如采用先进的铸锻成型工艺，减少铸锻件的成型缺陷；引进先进加工设备，提高零件的加工精度；采用科学合理的装配工艺。

3.2 未来发展前景

(1) 向高效节能型发展。以节能降耗为中心的破碎新工艺和新设备逐渐成为未来发展的新方向。优化设计关键零部件的结构，合理选择破碎齿的布置方式，达到提高破碎效率、提升出料粒度控制能力、降低破碎功耗的目的，形成更为有效、更为先进的节能降耗技术，形成低能耗、高效率的系列化破碎装备。

(2) 向安全智能型发展。现在整个煤炭行业都在逐渐向自动化、智能化方向发展，必须紧跟市场发展需求，全面提升分级破碎装备智能化发展水平。加强对分级破碎机润滑系统、控制系统的智能化设计，发展具有深度感知、智能决策、自动执行功能的分级破碎装备，实现破碎作业的智能化生产。

(3) 向环境友好型发展。环境保护是推进国家可持续发展战略的基本保障。而煤炭破碎过程产生的大量粉尘，对周围环境造成严重污染。分级破碎机的未来发展会顺应人们对绿色生态文明的期待，采取喷雾降尘或除尘器除尘，并着力控制好自身的过粉碎率，降低粉尘产生，注重环境保护，推进绿色矿山建设。

4 结语

当前市场上常用的分级破碎装备形式各异，结构多样，但快速发展的煤炭行业对分级破碎装备的性能提出了更高的要求。通过探讨分级破碎装备当前的研究重点，指出了未来的发展方向。相信随着科技的发展和对分级破碎技术的深入研究，分级破碎技术与装备会更加高效化、智能化、安全化、清洁化。 

◎作者简介：王保强(1977—)，男，山东阳谷人，研究员，硕士，从事分级破碎技术及装备的研发与市场推广等工作。

◎引用格式：王保强，李朋，张明远，等.分级破碎装备的技术异同与发展前景［J］.选煤技术，2019(1)：58－61.