锤式破碎机概况
机械设计制造及其自动化杨文
指导教师李慧
1引言
锤式破碎机是吸收国内外先进技术，综合颚式破碎机，箱式破碎机，反击式破碎机蜗牛破等的优点集中一体的碎石机械，大石直进破，自动喂料，全自动流水作业，是当前国内最先进的，最适用的石料设备，深受用户好评。 该系列强击式破碎机是我公司在多年的生产探索及众多客户总结经验的基础上，结合反击式破碎机的优点，开发生产的第五代产品，对破碎中上等硬度及以下的各种物料有明显优势，与反击破相比，在破碎粒度、能耗及运行费用等方面有很强的性价比。在路桥物料破碎中是最有优势的也是最具有竞争力的理想设备【1】。 2 锤式破碎机破碎机的作用
锤式破碎机也称锤破机，是吸收国内外先进技术，综合箱式破碎机、反击式破碎机、及各种用锤头（板锤）对石料进行打击破碎机械原理上，经过优化设计后，制造生产出了最新一代破碎机械产品，改变了以篦条控制出料颗粒大小的方法，减少了锤头在破碎腔内的磨损，使锤头的寿命提高4—6倍，每付锤头可破碎石料3—4万吨，实现了破碎技术的重大突破，真正达到了事半功倍的效果。锤式破碎机单个锤头重量大、转子转速高、锤头转动惯量大，充分体现了以大破小、以重碎轻的优势，且具有对超大块石料进行蚕食式破碎的独特能力【1】。 3 锤式破碎机研究的意义
随着现代化进程的不断深入，传统的破碎机设备已不能完全适应发展的需要，开发新的方法和设备以成为现代化的重要环节。针对传统破碎机中能耗大、损耗大、自动化程度低，效率低等问题，国内一些厂家开始对破碎机装置作自动化改进并开始研制提取单元自动控制系统，比较典型的是美国Nordberg、Telsmith、Kuc-Ken；瑞典Svedala；德国KHD，Krupp；日本神户制钢，以及一些破碎机机械厂开发的“锤式破碎机” 等。通过对“锤式破碎机” 以及相关设备的研究，提出运用在国内外应用广泛的可编程序控制器和组态软件对多功能提取系统自动监控，若结合传统的提取理论和多年的破碎机设计制造的经验，研制一套高效率、低能耗、多功能的破碎机装置，将有助于推进破碎机产业的发展和破碎机现代化进程【3】。
4 锤式破碎机国内外发展现状及前景
现在国产设备在研发过程中在以下几方面做工作：
⑴设计人性化。充分考虑到操作者、维护者和设备自身的安全，像C80的进料观察防护罩、出料皮带保护器、弹簧防护板的设计都会减少人身和设备事故发生的可能性，这些会给用户减少无形的损失。深受使用者的欢迎。
⑵机电一体化、智能化。20世纪80年代以来，人们更加注意了高效和节能，更加注意了机电一体化和电子控制技术的同步发展。机械与电子的结合、机械技术与控制技术、信息技术、传感技术的结合使开发机电一体化的破碎设备和新一代智能型破碎设备成为现实。
⑶精加工、高材质。与国外知名制造商相比，在加工质量、材质上存在明显的差距；改变大而笨的形象，取而代之小而精的外形，从每一棵螺丝钉做起
经济全球化的日益发展、国内基础设施建设规模的扩大、机械制造业向第三世界的转移，这些都为中国装备制造业创造了广阔的发展空间，也为破碎筛分设备制造技术能级带来了大幅提升的可能。世邦机器结合技术优势和产品特长消化吸收国外先进技术，开发移动式破碎筛分成套设备，实现了零的突破，开始了移动式破碎筛分成套设备交钥匙工程的开发，不仅设计和提供全套生产线的机电设备，而且还负责全套设备的安装和调试【4】。
随着中国经济改革的发展，以及中国加入世贸以后，中国的经济一直持续稳步发展状态，然而近年来物价的不断提升给中国经济的发展带来了一个绊脚石，这与中国的经济发展政策是不符合的因此国家正在出台一系列政策控制和和打击一些私自哄抬物价的企业。
中国破碎机加工业存在不足。萧今声认为，中国的破碎机加工发展还需要一个整合过程，大型的现代化企业还不多。中国在发展破碎机工业的过程中既要吸取国外的先进经验，又要避免走国外走过的老路，要有一个创新的过程，通过联合、整合、重组，使中国破碎机加工在起步阶段就站在比较高的位置，高水平、高起点地发展破碎机制造加工业。
破碎机加工发展整体投入上仍不足，制造业自主创新能力还不强。调查采访中一位业内人士指出，我们在引进国外先进设备后，还需要有一个消化吸收再创新的过程。中国破碎机加工和世界先进水平相比还有很大的差距。
再者就是企业的发展范围要逐渐扩大，范围从中国发展到全球，走国际化的道路，与国际机械行业接轨，同时应该使本土产品国际化，品牌化。这种目标虽然现在在中国的破碎机械行业只有几家大型的生产企业再走这样的道路，也在不断尝试，不断创新，这一点充分的说明的中国的破碎机械行业在改革，再逐渐的摆脱单一的销售管理模式，这是一种好的迹象，这就要求企业在销售模式上，还
有在产品质量和高科技方面要与国际接轨，但是，只是少数企业，而中国现在好多民营企业的发展出路还一直很坎坷，走的很曲折，这就需要政府部门应该出台鼓励中小型企业、民营企业走可持续发展的道路，模仿大型企业的管理模式和营销模式企业，尝试着走可持续发展的道路才是可行的【2】。
5 锤式破碎机的工作原理及实质
5.1锤式破碎机的工作原理物料进入破碎机中，立即受到高速回转的锤头的冲击而粉碎。破碎了的物料，从锤头处获得动能，以高速向机壳内壁的衬板和篦条上冲击而第二次破碎。此后，小于篦条缝隙的物料，便从缝隙中排出，而粒度较大的物料，就弹回到衬板和篦条上的粒状物料，还将受到锤头的附加冲击破碎，在物料破碎的整个过程中，物料之间也相互冲击粉碎【3】。
5.2破碎过程的实质
破碎过程，必须是外力对被破碎物料做功，克服它内部质点间的内聚力，才能发生破碎。当外力对其做功，使它破碎时，物料的潜能也因功的转化而增加。因此，功率消耗理论实质上就是阐明破碎过程的输入功与破碎前后物料的潜能变化之间的关系。为了寻找这种能耗规律和减小能耗的途径。许多学者从不同的角度提供了若干个不同形式的破碎功耗学说。目前公认的有：面积学说，体积学说，裂缝学说【2】。
6 锤式破碎机的分类及优缺点
6.1锤式破碎机和破碎机的分类
6.1.1锤式破碎机的分类：
1)按回转轴数分为：单转子和双转子。
2)按转子的回转方向分：不可逆式和可逆式。
3)按锤头的排列方式分：单排式和多排式。
4)按锤头在转子上的连接方式：固定式和活动式。
6.1.2破碎机的分类：
1)按破碎作业的粒度要求分为：粗碎破碎机、中碎破碎机、细碎破碎机。
2)按结构和工作原理分为：颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、锟式破碎机、锤式破碎机、反击式破碎机【2】。
6.2锤式破碎机的优缺点
6.2.1锤式破碎机的优点
1)构造简单、尺寸紧凑、自重较小，单位产品的功率消耗小。
2)生产率高，破碎比大（单转子式的破碎比可达i=10～15），产品的粒度小
而均匀，呈立方体，过度破碎现象少。
3)工作连续可靠，维护修理方便。易损零部件容易检修和拆换。
6.2.2锤式破碎机的缺点
1)主要工作部件，如：锤头、蓖条、衬板、转子、圆盘等磨损较快，尤其工作对象十分坚硬时，磨损更快。
2)破碎腔中落入不易破碎的金属块时，易发生事故。
3)含水量﹥12%的物料，或较多的粘土，出料篦条易堵塞使生产率下降，并增大能量损耗，以至加快了易损零部件的磨损。
7锤式破碎机主要零件的设计计算
7.1主轴的设计及强度计算
通常轴的设计包括两个部分，一个是结构设计，一个是工作能力计算。后者主要是指强度计算。[4]
主轴的结构设计根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造、工艺等方面的要求，合理确定出其结构和尺寸，轴的工作能力的计算不仅指轴的强度计算，还有刚度、稳定性等方面的计算，当然大多数情况下，只需要对轴的强度进行计算即可。因为其工作能力一般主要取决于轴的强度。此时只做强度计算，以防止或检验断裂和塑性变形。而对于刚度要求高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止产生过大的线性变形。对于高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算。以防止产生共振破坏。因此，对该破碎机的主轴来说，只需进行强度计算。
7.2锤头
合理选择锤头的材质是很重要的，普通碳素钢制作锤头用来破碎石灰石，几天之内就会磨损掉，而用高锰钢铸造锤头，经过热处理，使它的表面硬化，则可以使用较长时间。本次设计使用的锤头材质为ZGMn13的高锰钢，该材料具有较高的耐磨性，并可承受冲击载荷，适宜做锤头用。
因为高锰钢的机械加工性较差，所以在铸造时，需事先放以30×5毫米的无缝钢管，如果浇铸误差不大，不经加工就可以安置在锤架上。若偏差较大，可以经过加工再使用，一般不需要再加工。本次设计的锤头形状对称，所以当一面磨损之后，可以翻面使用。但是当锤头磨损得很厉害时，难以修复，因此，多采用磨损后更换新锤头来维持破碎机正常生产。此外，如果有个别锤头磨损得很厉害时，转子会失去平衡，破碎机的工作不稳定，还会导致轴瓦的过早磨损。因此，生产中应该经常注意锤头的磨损情况，及时检查，定期更换新锤头。[5]
7.3圆盘锤架
锤架是用来悬挂锤头的，它不起破碎物料的作用。但破碎机在运转时，锤架
要和物料接触造成磨损，所以锤架的材质也要求有一定的耐磨性。本次设计中采用的是优良的铸钢ZG35B，它材质具有较好的焊接性，局部出现磨损时，可进行补焊。
锤架在转子上起着连接主轴和锤头的作用。锤架是装在主轴上的，有8个圆盘锤架，它是通过平键与轴刚性地联在一起。圆盘锤架间装有间隔套，为了防止圆盘锤架的轴向窜动，两端用圆螺母固定。销轴两端用螺母拧紧。每根销轴上装有8个锤头，所以锤头总数为48个。为了防止锤头轴向窜动，销轴上装有销轴套，整个组成了一个转子。
圆盘锤架上还配有第二组销轴孔。这个二组销轴孔是这个圆盘的一个特点。因为我们在实际操作时，先把锤头和销轴放在靠里边的一组销轴孔里，当锤头用过一段时间后磨损20毫米左右时，我们可以把锤头及销轴移到第二组即外边一组的销轴孔里安装，这样锤头还可以继续使用进行碎矿工作直至不能用时，这样一来提高了锤头的使用率，节约了锤头材料，从而为工厂提高了生产效率，而且这样不会影响到破碎效果。[6]
另外，主轴、锤头、锤架、锤头销轴、飞轮以及压紧锤盘和滚动轴承组成
7.4主轴
主轴是锤式破碎机支撑转子的主要部件，承受来自转子、锤头的重量、冲击力，因此要求主轴的材质具有较高的强度和韧性，设计中采用的是45号钢锻造。通常端面为圆形，轴架用平键与轴连接。
7.5转子
转子是锤式破碎机的主要工作部件，转子是由主轴、轴架、锤头组成。轴架上用锤头销轴将锤头分了三排悬挂在锤架之间，为了防止锤架和锤头的轴向窜动，轴架的两端用压紧锤盘和锁紧螺母固定。转子支承在两个滚动轴承上，轴承用螺栓固定在下机架的支座上，除螺栓外，还有两个定位销钉固定着轴承的中心距。此外，为了使转子在运转中储存一定的动能，在主轴的一端装有飞轮。
7.6蓖条
锤式破碎机的蓖条的排列方式是与锤头运动方向垂直，与转子的回转半径有一定的间隙的圆弧状。合格的产品可以通过蓖条缝，大于蓖缝的物料不能通过蓖条缝而在蓖条上再受到锤头的冲击和研磨作用继续被破碎，如此循环直至体积减少到可以通过蓖条缝。蓖条和锤头一样，受到很多的冲击和磨损，是主要的容易磨损得零件之一。蓖条受到硬物料块或金属块的冲击，容易弯曲和折断。
本次设计的蓖条其形状基本是梯形断面，材质为ZGMn13的高锰钢，具有较高的耐磨性，能承受一定的冲击负荷。蓖条的缝隙是由蓖凸出部分形成。
7.7托板和衬板
锤式破碎机用锤头高速捶打矿石，在瞬间矿石具有了极大的速度，为了防止机架的磨损，在机架的内壁装有锰钢衬板。
由托板和衬板等部件组装而成了打击板。托板是用普通钢板焊接而成的，上面的衬板都是高锰钢铸件的，与锤头和蓖条的材质相同。组装好后用两根轴架于破碎机的架体上，其进料的角度，可用调整丝杠进行调整，磨损严重时可进行更换，以保证产品的质量。
含钼1%，含碳0.8%-1%的高锰钢具有较高的韧性和强度，采用正火加表面淬火的热处理成本不高。因此，在本次设计中选用含钼1%，含碳0.8%-1%的高锰钢作为衬板。[6]
参考文献
[1]郑鸣皋，破碎机综述.机械工业出版社，2001
[2]孙成林，练钦明，王清发.破碎机械的回顾与展望[J].有色矿冶，2005，（S1）
[3]轻型锤式破碎机[J].砖瓦世界，1997，（16）
[4]濮良贵.机械设计[M].北京：高等教育出版社,2009
[5]银金光.锤式破碎机的锤头材料和质量的研究[J].矿山机械，2007，（01）
[6]兰兴明.锤式破碎机的结构改进[J].中国设备工程,2002,（10）
