破碎機(jī)錘頭的設(shè)計(jì)原理以及改進(jìn)設(shè)計(jì)

吳劍

（國(guó)能開(kāi)遠(yuǎn)發(fā)電有限公司，云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661601）

碎開(kāi)遠(yuǎn)公司2×300MW 循環(huán)流化機(jī)組，通過(guò)美國(guó)賓夕法尼亞公司制造的3 臺(tái)BC19-44 型錘擊式可逆式細(xì)碎機(jī)破碎至合格的粒度后,再運(yùn)送給鍋爐原煤斗，如滿負(fù)荷運(yùn)行，每天日耗煤量約為12000 噸左右，廠內(nèi)系統(tǒng)每天的運(yùn)行時(shí)間幾乎在20 小時(shí)，加之燃用的煤中煤矸石、石頭較多，細(xì)碎機(jī)錘頭及懸吊棒磨損較大，造成懸吊棒斷裂或錘柄磨斷，引起細(xì)碎機(jī)劇烈振動(dòng)，細(xì)碎機(jī)不得不停下來(lái)檢修，對(duì)機(jī)組滿發(fā)造成了安全隱患而且每次更換錘頭、懸吊棒費(fèi)用高（進(jìn)口）。為解決上述問(wèn)題，通過(guò)不斷實(shí)踐，對(duì)細(xì)碎機(jī)核心部件錘頭進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)、制造。提高了細(xì)碎機(jī)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

一、細(xì)碎機(jī)主要參數(shù)

二、細(xì)碎機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

物料被喂入細(xì)碎機(jī)之后，在錘頭的打擊作用下，沿著錘頭切線方向被擊打沖向反擊板，與反擊板發(fā)生沖擊破碎。碎裂的物料被反彈后散開(kāi)，與后續(xù)的物料再次發(fā)生碰撞、摩擦進(jìn)一步獲得碎裂，反彈到錘頭位置后再次被擊打沖向反擊板發(fā)生沖擊破碎。這個(gè)過(guò)程從入料口一直循環(huán)到出料口，物料在錘頭和反擊板的打擊和沖擊作用下達(dá)到要求的細(xì)小顆粒。出料口反擊板可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)出料的細(xì)度。

三、原因分析

（一）錘頭失效的分析

根據(jù)上述細(xì)碎機(jī)工作原理可知：錘頭在工作時(shí)本身承受著離心力，又承受著礦石的強(qiáng)烈的反作用力，還有錘孔與錘軸之間接觸的摩擦應(yīng)力和拉伸力，這些力都會(huì)對(duì)錘頭產(chǎn)生破壞作用，表現(xiàn)為錘頭的磨損和斷裂。而磨損是正常現(xiàn)象，它發(fā)生在錘頭的表面、頂端及錘孔和錘軸間的摩擦面。錘頭的斷裂破壞是非正常的。主要是由于材質(zhì)選擇及制造工藝的缺陷，使錘頭本身強(qiáng)度及塑性不足，產(chǎn)生應(yīng)力集中，或使用不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐伞Ｋ愿哔|(zhì)量的錘頭，必須具有堅(jiān)硬的表面或良好的硬化效果，還要具有足夠的內(nèi)部強(qiáng)度和塑性力學(xué)的性能，才能在破碎腔內(nèi)適應(yīng)反復(fù)沖擊破碎的工作，實(shí)現(xiàn)其磨損小，效率高的目的。

（二）懸吊棒沖擊規(guī)律

細(xì)碎機(jī)是利用高速回轉(zhuǎn)錘頭的沖擊能，對(duì)中硬物料和可塑性物料進(jìn)行破碎的主要設(shè)備之一，由于它的錘頭是懸吊在轉(zhuǎn)子上的懸吊棒上，當(dāng)錘頭對(duì)礦石的打擊正好發(fā)生在錘頭的打擊中心時(shí).可以完全消除煤釬石對(duì)錘頭懸吊棒軸及的沖擊。

從表1 可以看出，打擊點(diǎn)在由下向上移動(dòng)的過(guò)程中，銷軸所受的沖擊力逐漸減小，從第4 點(diǎn)到第5 點(diǎn)時(shí)，銷軸所受沖擊的方向改變了，表明這兩點(diǎn)中必有一點(diǎn)使得銷軸所受的沖擊力為零，此點(diǎn)即為有關(guān)文獻(xiàn)描述的打擊中心點(diǎn)。由此可得打擊中心的確定方式。1 若礦塊與錘頭的打擊正好發(fā)生在打擊中心時(shí)，懸吊棒所受的沖擊力為零，這對(duì)于系統(tǒng)是有利的。

（三）錘頭的合理選型

設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者和用戶必須充分了解將要破碎物料的自然條件，如物料的入料最大粒度、硬度、游離二氧化硅含量、黏土及水分含量等，以合理選擇錘頭幾何形狀尺寸及重量，保證其錘頭工作的力度。

關(guān)于錘頭優(yōu)劣的判定：錘式破碎機(jī)及錘頭的優(yōu)劣與否，通常是通過(guò)某一物料粒度要求的處理量及錘頭的磨耗來(lái)判定，其判定公式如下：

W=G×n×k×1000／T

式中：G 一單個(gè)錘頭的重量，kg；

n 一破碎機(jī)安裝錘頭數(shù)量；

k 一每個(gè)錘頭允許磨損部分占整個(gè)錘頭的重量比；

T 一一套錘頭的石灰石處理量，t；

w 一磨耗比 g／t。

每個(gè)錘頭允許磨損量，一般為12%～15%，不得超過(guò)17%。

（四）錘頭質(zhì)量的確定

在確定錘頭質(zhì)量時(shí)，一方面應(yīng)使其能破碎物料，另一方面應(yīng)使錘頭不偏倒。據(jù)有關(guān)資料介紹，錘頭的偏轉(zhuǎn)問(wèn)題主要與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)，下面僅從破碎物料方面來(lái)確定錘頭的質(zhì)量。根據(jù)破碎理論，破碎物料必須滿足能量條件和受力條件。能量條件是指錘頭質(zhì)量產(chǎn)生的能量E r必須大于或等于破碎物料時(shí)所需的功A。受力條件是指錘頭質(zhì)量與物料碰撞產(chǎn)生的沖擊力必須大于物料破碎時(shí)所需的力。一般情況時(shí)，錘頭質(zhì)量與物料碰撞產(chǎn)生的沖擊力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物料破碎時(shí)所需的力，在此不作考慮。僅考慮能量條件，故有

E r≥A

根據(jù)力學(xué)分析，物料變形所需的機(jī)械功A 為

式中

σb— 物料抗壓強(qiáng)度，Pa

E—— 物料的彈性模數(shù)，Pa

d max —— 給礦最大粒度，m

Z 1 —— 轉(zhuǎn)子上錘頭的排數(shù)

D—— 轉(zhuǎn)子的直徑，m

d—— 產(chǎn)品的粒度（80% 通過(guò)），m

μ1—— 給料不均勻系數(shù)，1＝0.1～0.3

μ2—— 排料不均勻系數(shù)，2＝0.1～0.15

A—— 物料變形所需的機(jī)械功，N?m

y c—— 錘頭質(zhì)心c 到錘頭銷軸間的距離，m

（五）錘頭的材質(zhì)及制造

當(dāng)今錘式破碎機(jī)錘頭使用的材質(zhì)及制造工藝方法很多，但基本屬于鑄造、鍛造、堆焊和組臺(tái)四大類若干種材質(zhì)。1.高錳鉻鋼鑄造錘頭。高錳鉻鋼比高錳鋼更適用于劇烈沖擊和磨損工況下工作，它是一種無(wú)磁性?shī)W式體鋼，是典型的高強(qiáng)度耐磨鋼，具有高的韌性、抗拉強(qiáng)度和延伸率，它是在高錳鋼的基礎(chǔ)上，加入一定量的鉻，可以提高其原始硬度，特別是提高屈服極限而無(wú)損于抗拉強(qiáng)度和延伸率，提高耐客性而其塑性變形。各制造商都制訂了自己的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)自己的工藝技術(shù)和內(nèi)控指標(biāo)，使鑄件在水韌處理后，獲得完全的奧氏體金相組。2.合金鋼鍛造錘頭。由于錘頭不僅需要耐強(qiáng)力的沖擊，而且還要耐強(qiáng)力下的磨蝕，當(dāng)石灰石屬于中等硬度，甚至偏軟的條件下，一般高錳鉻鋼冷作硬化的效果是不明顯的，根據(jù)礦石條件也選用鍛造材質(zhì).其工藝過(guò)程為：精煉金鋼水注成鋼錠一鍛造開(kāi)坯一模鍛成型一調(diào)質(zhì)處理一錘孔等加工一錘頭打擊區(qū)熱處理一無(wú)損探傷。在舸水的冶煉和注錠過(guò)程中，除要求控制硫、磷的含量外，還要注意其他成分的偏差量和氫、氧等有害氣體 合格后的鋼錠在水壓機(jī)上開(kāi)坯拔長(zhǎng)，然后在1 6t 的高速錘或1Ot 模鍛機(jī)上模鍛成規(guī)定的幾何形狀錘頭的調(diào)質(zhì)熱處理十分關(guān)鍵，其整體不僅要求抗拉強(qiáng)度在850MPa 上，而且要求有楣當(dāng)?shù)捻g性和塑性 加工錘孔后，對(duì)錘端打擊區(qū)進(jìn)行表面淬火，不僅其表面硬度要求達(dá)HB410～460，而且其內(nèi)部的硬度梯度，要求控制在嚴(yán)格的公差帶內(nèi)，因此每批錘頭除破壞一件以在錘孔附近取試件進(jìn)行綜合機(jī)械測(cè)試外，還要任選一件沿錘頭對(duì)稱中心剖開(kāi)，按規(guī)定的距表面f 離，分等距地測(cè)檢其硬度，其硬度梯度的變化在規(guī)定的公差范圍之內(nèi)，這批錘頭硬度才算合格。最后逐一進(jìn)行超聲波及磁粉擦傷，確保錘頭內(nèi)部外部均不存在缺陷和裂紋，保證錘頭質(zhì)量萬(wàn)無(wú)一失。

（六）改進(jìn)辦法

增大錘頭重量，提高錘頭動(dòng)能，并將原單柄結(jié)構(gòu)錘改為三柄結(jié)構(gòu)錘,重量由7.5k增大到17.5kg；錘頭中心孔與錘頭中孔由220mm 增加到240mm。

改進(jìn)前錘頭圖

改進(jìn)后錘頭圖

對(duì)比成本合金鋼鍛造錘頭1300 元/個(gè)，高錳鉻鋼鑄造錘頭200/個(gè)，使用壽命、磨損基本一樣，將原合金鋼鍛造錘頭改為高錳鉻鋼鑄造錘頭。

四、改進(jìn)后的效果