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1、概述
    水利水電、公路、鐵路、機場和建筑等行業都有砂石料系統，砂石料系統作為項目的主要組成部分，越來越受到重視，特別是砂石料的質量直接關系到工程質量，使得砂石料生產和管理漸漸成為一項較為專業的項目工程。如何選好設備，如何管好設備，生產出成本低、質量滿足要求的砂石料，是從事砂石料生產管理人員的主要工作內容。
    因施工項目對砂、骨料要求嚴格、設備種類和形式較多，產品質量要求較高，為了達到骨料技術指標，只有利用較先進的礦山設備，有機組合并科學應用，才能滿足項目業主和規范要求。
    立式破碎機是國內外制砂設備商爭奪市場的焦點，以國外較早生產的石打石破碎機為主導。國內幾大知名制造廠對石打石立式制砂機，有了較深入研究，不斷更新產品，搶占制砂新領域，所以國內外“石打鐵”和“石打石”兩種制砂原理的立式破碎機，發展日趨完善。
    三峽下岸溪是Barmac9000/9100與棒磨機聯合制砂，Barmac9000利用石打石原理，產砂率32～34%，重慶彭水使用石打鐵VI400與棒磨機聯合制砂，貴州索風云開始使用VI400制砂后來改為貴州成智破碎王PL-9500SD，四川武引和貴州光照采用貴州成智破碎王PL-9500SD。由于VI400目前產砂率僅30%，而國內設備成智破碎王處理能力接近VI400的處理能力，達到300t/h，產砂率>50%，所以立式破碎機國內市場有國產設備占領的趨勢。
2、立式破碎機工作原理
    以三峽下岸溪的Barmac9000和重慶彭水的VI400為例。
    (1)“石打石”原理：物料由進料斗進入破碎機，經分料器將物料分成兩部分：一部分由分料器進入高速旋轉的葉輪中，在葉輪內迅速加速，其加速度可達數倍重力加速度，然后以60～64m/s的速度從葉輪三個均布的流道內拋射出去，首先同由分料器四周自由落體的一部分物料沖擊破碎，然后一起沖擊到渦動腔物料襯板上，被物料襯墊反彈，斜向上沖擊到渦動腔的項部，又改變其運動方向，偏離向下運動，從葉輪道發射出來的物料形成連續的物料幕。這樣，一塊物料在渦動破碎腔內受到兩次以至多次機率撞擊，磨擦和研磨破碎，形成一定云狀懸浮顆粒，在破碎腔內作環繞沖擊等多種運動形式。旋轉顆粒持續這種狀態5～20s后，靠自重掉離破碎腔，進入下道工序。其特征是物料在加速時靠心臟部件葉輪加速，大多數顆粒直接與葉輪耐磨件接觸獲得能量，一旦射出葉輪，所有破碎過程中的物料均不再與設備金屬元件直接接觸，而是與物料襯層發生沖擊、磨擦或者物料與物料作高速撞擊而破碎，即石打石。
    (2)“石打鐵”工作原理：物料由進料斗進入破碎機，經進料槽進入高速旋轉的葉輪中，在葉輪內迅速加速，其加速度可達數百倍重力加速度，然后以56—66m/s的速度從葉輪三個均布的流道內拋射出去，具有較大動能的物料與破碎腔內的周邊圓錐鐵砧相碰撞，大部分物料將動能瞬間轉化，產生撞擊力和磨擦力，物料在撞擊力作用下，沿物料薄弱斷面如礦物的分界線、接合部位和微小裂隙等斷裂，變成細小顆粒，能量消耗的物料因自重落入下部卸料腔，部分物料還是具有動能的，從鐵砧反彈回，從葉輪流道發射出來的物料碰撞而加速，再次與鐵砧撞擊，這樣，一塊物料在破碎腔內兩次或多次撞擊鐵砧，通過撞擊、磨擦和研磨破碎，形成流體狀物料混合物，從卸料腔內排出。
3、適用環境
    三峽下岸溪破碎物料是斑狀花崗巖，干抗壓強度138. 8～175MPa，主要化學成分Si02占72. 21%，花崗巖對葉輪的接觸部位磨蝕相當快，利用石打石原理減少鐵耗，減少維護、保養時間是選型的主要依據，在1996年試運行中Barmac9000剛投入使用每100h左右就需要更換一次拋料頭，每180h左右就必須更換拋料頭夾塊耐磨板，所以石打鐵原理不適于這種高強度和高磨蝕性材料。而重慶彭水砂石系統是石灰巖，飽和抗壓強度78～92MPa，磨蝕性低，為了防止石打石出現過粉現象，選用石打鐵的VI400，目前生產中磨蝕速度小。
4、Bamac9000與VI400處理能力
4.1作進料量與級配檢測，1#與2#巴馬克進料分別在l#與2#進料皮帶機上取樣，測試情況見表1。每臺巴馬克設計處理能力為385t/h，從表中可以看出，14巴馬克進料量偏低，但進料級配都比較理想。l#與2#巴馬克出料分別在1#與2#出料皮帶機上取樣，測試情況見表2。
    由表可知，l#Barmac生產能力較設計值偏小，主要原因是進料量偏低，2#Barmac生產能力達到設計值。兩臺Barmac產品中砂的百分率分別達到46.11%和40.25%，分別扣除進料中砂的百分率9. 78%和6.58%，得出實際產砂率分別為36. 33%和33. 67%，已達到或接近設計產砂率35%。
    Barmac制砂細度模數一般在2.7～2.9之間，單臺產量可達到每小時70多噸；經調節進料粒度、進料量，細度模數可以達到2.5～2.7。
    比較兩臺Barmac，當進料量超過其生產能力，產砂率有所下降，另外，40～20mm粒徑料偏多時也會降低產砂率。這一結論，在后續生產實踐中得到了證明。當主要進料為40～20mm時，產砂率很低；當主要進料為20～5mm時，產砂率也不理想；只有當40～20mm粒徑料占30～35%，其余為20～5mm時，產砂率最高，可以達到40%的產砂率。但系統中無法保證最好的進料級配，因為受到成品砂中石粉含量與細度模數制約。一般情況下，進料中40～20mm與20～5mm各占一半，產砂率在30%左右波動。
4.2 VI400進料量及級配檢測結果
    選擇32#膠帶機作測試。
    (1)從表4和表5可以看出，進料為混合料，其中中石與米石比例為1：2，破碎后的產品中<5mm的僅29%，即進料中20～40mm含量占30%時，產砂效果較好，產砂率在32%左右，且進料含水率不大于10%和<5mm顆粒不大于3%;當進料中20—40mm含量<25%時，產砂效果變差，產砂率下降到20%左右。
    (2)從表6可以看出，VI400所產砂在上述處理條件下，細度模數為3.16，石粉含量為9. 53%，由于經三篩3.5mm×3.5mm篩網后，<5mm物料中3.5mm以下占75%，按照VI400產砂率30%計算，進入成品倉的砂為55～60t/h．臺。
    選擇31#-33#膠帶機中的一條，分別開啟2個弧門進料，  39#取樣篩析，級配情況按表5，表6記錄。
5、Barmac9000與VI400產砂率因素探討
5.1Barmac9000與VI400平均進料量均可達350t/h，產砂率為30～35%。兩種設備轉子的線速度均在66m/s以下，根據貴州成智對破碎王PL-9500SD系列制砂設備的研究，當轉子的線速度大于71m/s時，按“石打鐵”原理可以突破50%的產砂率，甚至接近65%的產砂率，所以提高轉子速度是提高產砂率的關鍵。三峽下岸溪因配置5臺Barmac9000，沒有就大幅度提高產砂率作深入研究，僅僅圍繞進料級配如何影響產砂率、進料量如何影響產砂率作了多次試驗，但產砂率最好時只能達到33-35%。在彭水工地，由于廠家提供的說明資料表明：VI400產砂率可以達到56%（指中軟的石灰巖），但實際產砂率在30%左右徘徊。為了尋求提高產砂率的途徑作了5次試驗，在設備轉子的線速度在59m/s、62m/s、66m/s三種條件下試驗，產砂率沒有明顯變化。
5.2進料級配對產砂率有一定影響，立式破碎機制砂原料主要是中石和小石的混合料，中石比例偏多，中石被加速后攜帶的能量就多，沖擊和碰撞時能量轉化也多，使物料裂變的幾率更大，粗顆粒變成細顆粒的比例增大，所以產砂率較高。彭水砂石系統由于生產工藝的限制，不可能實現中石多于小石的進料狀況，調整進料級配在彭水砂石系統沒有多大研究價值，這就要求必須以提高轉子速度獲得較高的產砂率。
5.3當VI400破碎機的轉子速度提高到66m/s時，設備振動顯著加大，設備不能正常運行。彭水使用的3臺VI400破碎機已不能突破66m/s的轉子速度，這與該設備的主軸結構和軸承配置存在必然聯系。主軸設計和軸承等級選用是制約轉子線速度提高的主要問題。
6、結論
    只有將立式破碎機的轉子速度突破臨界轉速，才能明顯提高產砂率。處理能力在不超過設備最大能力的范圍內，隨著進料量的增加，絕對產砂量相應增加，但產砂率沒有明顯變化。進料級配對產砂率有一定影響，但不管進料級配如何變化，不會超過最大產砂率。