大型旋回破碎机广泛应用于采矿工业的初级破碎阶段,是中粗碎矿石的典型机械设备。目前,高生产能力和高产品质量已成为重要的发展方向,但原本的旋回破碎机腔形难以达到这两个性能要求。因此,改进和优化大型旋回破碎机的腔形结构具有十分重要的意义。以北方重工PXF6089旋回破碎机为研究对象进行腔形优化设计。根据旋回破碎机工作原理,给出了动锥临界转速的计算方法,并且分析了散体物料的运动特性。基于层压破碎理论,根据单颗粒物料运动轨迹对旋回破碎机腔形进行分层划分,并提出了旋回破碎机分层破碎特性。根据分层破碎特性和散体物料运动特性,结合Evertsson研究成果,分别建立了物料以自由落体和滑动运动方式下落时的旋回破碎机生产率计算模型。基于总体平衡模型和Lynch的破碎粉磨设备矩阵模型,推导了旋回破碎机层压破碎过程模型。采用Evertsson层压破碎实验数据,给出了根据选择函数为选择函数矩阵赋值和根据破碎函数为破碎函数矩阵赋值方法,根据给料粒度分布情况对旋回破碎机破碎产品粒度分布进行预测。使用Visual Basic.NET编程语言在Visual Studio环境开发旋回破碎机生产率计算系统,该系统可对旋回破碎机生产率和破碎产品粒度分布进行计算。将旋回破碎机生产率与产品粒度合格率作为优化目标函数,建立多目标优化模型,采用主要目标法将多目标优化模型转化为单目标优化模型,再采用随机方向搜索法进行优化。基于EDEM软件中颗粒替换技术模拟矿石在优化前后旋回破碎机腔形中的破碎过程进行离散元仿真分析,仿真结果与理论计算值误差在合理范围内,验证了生产率计算方法和多目标腔形优化方法的可行性。对旋回破碎机生产率的研究大多基于物料以自由落体下落时的生产率计算,而旋回破碎机在实际生产中物料在破碎腔内多以滑动形式为主。因此,所建立的物料以滑动下落时的旋回破碎机生产率计算模型具有一定的理论意义和应用价值。