目前現(xiàn)有的破碎機(jī)械和粉磨機(jī)械的粉磨過程都是建立在上述的固體介質(zhì)經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)上的,它是以沒有內(nèi)部缺陷的試樣作為假想的研究對象,而事實(shí)上,任何實(shí)際物料都是由許多不同相位組成的,在礦石中它們是不同礦物的晶體,一般的礦石由于形成時地質(zhì)條件的不同、組成礦石的成分不同及形成礦石的條件不同,使礦石中存在著大量的原始缺陷,利用斷裂力學(xué)的選擇性破碎即是沿著這些缺陷進(jìn)行。在斷裂力學(xué)中,可將這些強(qiáng)度薄弱的地區(qū)看作是巖石內(nèi)部的原始裂紋,可以認(rèn)為巖石內(nèi)密集著這樣的原始裂紋,在金屬及陶瓷材料中是微晶體,在植物中是植物的纖維,在其分界表面上出現(xiàn)各項(xiàng)性質(zhì)的明顯變化。同時由于物料都存在不同程度的原始缺陷。如礦物中礦物和圍巖間的界面、原始裂紋、疏松帶、鑄鐵鑄鋼大晶粒、縮孔、縮松、夾渣、熱處理應(yīng)力帶等,使物料的強(qiáng)度比理想狀態(tài)下要低得多。
國外理論證明由于固體中具有微裂紋,或塑性理論中的位錯存在,導(dǎo)致物料內(nèi)部應(yīng)力集中的出現(xiàn),固體的實(shí)際強(qiáng)度比理論值降低2-3個等級,例如裂紋0.1時,降低物料強(qiáng)度100倍。而裂紋深10時降低1000倍。
常規(guī)的破碎機(jī)、磨礦機(jī)的負(fù)荷作用點(diǎn)是偶然的,破碎有可能是沿著強(qiáng)度的面進(jìn)行的,因此觀察到的破碎界面,不一定是原始裂紋裂處、缺陷處、晶體間的晶面上,可能是強(qiáng)度的晶體柵上。因此說明了能量不僅只消耗在發(fā)展加載線上的初始裂紋上,而且也作用在斷裂晶體柵上,即造成過多能量消耗。
因此建立在物料都具有缺陷的基礎(chǔ)上,把作用力作用在缺陷處的理論無疑是破碎理論的一大變革。如果在研制破碎、磨礦設(shè)備時,限度的利用在原子分子之間的界面物料結(jié)構(gòu)缺陷基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)沿相界表面破碎,在這樣的物理機(jī)制的破碎過程中,具有任何強(qiáng)度的物料均能被破碎.而沒有晶體和微晶的過粉碎,因此能量消耗少,破碎比較高。利用此原理的粉碎設(shè)備,無疑將是高效破碎、磨碎設(shè)備。
許多人都有破碎某種東西的經(jīng)驗(yàn),比如河灘里的鵝卵石,用很大的錘頭采用大的作用力可一次將其擊碎,但也可用較小的錘頭采用較小的作用力多次敲擊,同樣也可以將鵝卵石破碎。
在大錘的作用下破碎力F產(chǎn)生的應(yīng)力0已大于物料的強(qiáng)度.故產(chǎn)生破碎作用,按常規(guī)的強(qiáng)度理論是可以解釋清楚的,按此理論開發(fā)的設(shè)備如鄂式破碎機(jī)、偏心傳動的圓錐破碎機(jī)、對輥破碎機(jī)、沖擊式破碎機(jī)等都是一次性破碎力作用下破碎物料的,都具有相當(dāng)大的破碎力。否則將損壞設(shè)備的機(jī)構(gòu),故在常規(guī)理論設(shè)計的破碎機(jī)中,特別是擠壓型的破碎機(jī)一般都具有安全保護(hù)設(shè)施,如斷開肘板、可伸縮的彈簧、液壓缸等。
在采用小錘敲擊物料時,并不是立刻將物料破碎,而是多次敲擊后才會破碎,說明小錘敲擊下的作用力F產(chǎn)生的應(yīng)力值0始終小于物料的強(qiáng)度,如按傳統(tǒng)的理論是無法解釋清楚這種現(xiàn)象的。從斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)來看,破碎之所以在較小應(yīng)力下發(fā)生、是因?yàn)槌R?guī)的強(qiáng)度理論是把物料看成是理想的均勻連續(xù)體,而事實(shí)上在物料內(nèi)部難免存在著可以被看作微型的缺陷,如;氣孔、各種不同成分礦體界面。由于固體中的微裂紋存在,導(dǎo)致礦物內(nèi)部應(yīng)力集中出現(xiàn),固體的實(shí)際強(qiáng)度比實(shí)際理論值低2—3個等級,即使是沒有夾渣及裂紋的非常好固體,但由于固體均是由晶體組成的,由于固體的晶體柵間存在著不同的類型的位錯,是晶體結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié),在許多物料中由于外力的作用,使晶體群沿刃狀或螺旋位錯,產(chǎn)生相對滑動,使晶體產(chǎn)生塑性變形,刃狀位錯擴(kuò)展到滑動平面,但方向垂直于滑動向量、他們的運(yùn)動類似于沿地毯的皺紋位移,比移動整個地毯容易實(shí)現(xiàn)。螺旋位錯、垂直于滑動平面分布,但其方向平行于滑動方向,在破碎物料和粉磨物料時,即要考慮由于位錯積累的微觀應(yīng)力集中、又要考慮裂紋型缺陷引起的宏觀應(yīng)力集中如圖l—2所示。