锤式破碎机基础认识.doc

锤式破碎机上海丁博重工对提升锤头耐磨性能的研究 锤式破碎机具有破碎效率高、破碎能耗少等优点，它在矿山、建材、环保等行业中得到了广泛应用。到目前为止，该机型的最大破碎力还没有一个理想的公式进行计算。国外有人根据碰撞理论和破碎力呈线性变化的观点，提出了最大破碎力等于二倍平均破碎力的公式。但在破碎机实际破碎过程中，最大破碎力与平均破碎力并不是呈线性变化，因而，有必要对该机型的最大破碎力做进一步的探讨。锤式破碎机中单颗粒物料的最大破碎力研究 锤式破碎机对物料的破碎过程建立的力学模型为了便于研究，其碰撞过程要做以下几点假设：在破碎过程中，物料与锤头的碰撞是弹性正碰撞。在碰撞前，锤头与转子同速转动。在碰转前，物料水平速度是零。在碰撞处，忽略摩擦力和风阻等影响。根据这些假设和碰撞理论，可以列一系列方程。需要的物理量有，。它们分别表示的意思是： 碰撞后，第i块物料的质量。 锤头的质量。 第i块物料碰撞后的分速度。 碰撞前锤头质心处的线速度。根据物理知识，还有公式如下=cos,=(),要求出碰撞前锤头质心处的线速度，即V的值，还需要知道以下的物理量：，。它们分别表示的意思是： 转子系统对O轴的转动惯量 锤头对其质心轴的转动惯量 第块物料碰撞后的分速度 与碰撞方向的夹角 锤头打击点到锤头质心的距离 锤头打击点到销轴轴心的距离另外，还需要有一些辅助的物理量：，。它们分别表示的意思是： 锤头与物料间的碰撞冲量 锤头销轴间的碰撞反冲量再根据牛顿的恢复系数定义以及冲量定理，可以得出，最大破碎力=/ 锤头对销轴的最大反冲击力/ 在破碎过程中，与时间无关的常数 单颗粒物料破碎时最大破碎力的实验研究为了测出单颗粒物料破碎时的最大破碎力，对单排锤式破碎机，在其转子轴中部对称地粘贴了4个电阻应变片，并通过导线组成全桥测试电路。根据上述测试方法，就可以得到，单颗粒物料破碎时，转子轴上的弯曲应变曲线。并根据实测分析，曲线上的应力最大值就是锤头对销轴的最大反冲击力所引起的线应变。另外，根据电测原理和转子轴上的受力特点，可以得到转子轴上测试处的弯矩，当然需涉及到一些相关的物理量：，。 Wn 转子轴测试处的抗弯截面膜量 转子轴测试处的直径 实验模型中两圆盘间的距离 转子轴上二轴承间的距离 转子轴材料的弹性膜量根据电学和物理学的公式，在单颗粒物料破碎时，逐次改变电机转速和分别加入砂岩、钢球、麻石、石灰岩等不同物料进行了破碎实验，得出了一系列的数据。 数据处理和结论 从实验得出的一系列的数据，可以发现，最大破碎力与平均破碎力并不是呈线性变化，为了了解其变化规律，利用计算机对这两个值的比值进行数据处理：包括均值、方差计算和正态性检验等，其结果十分明显，是一个正态分布曲线图。根据图中的数理统计结果，可得如下结论：根据所获得数据可以发现，最大破碎力与平均破碎力的比值并不呈线性变化。由数理统计原理可知，比值落在区间-3s，+3s的概率为99.7%，置信度为1-=95%。因为-3s=2.045，+3s=3.128根据概率论的观点，得到实验公式=（2.0453.128），为平均破碎力。锤头合理调配的研究与应用锤式破碎机在使用中的运行不稳，振动大的原因是，除了个别的是由于主机制造质量、平衡校正质量、安装质量、基础质量不佳所致外，绝大多数是由于板锤磨损后，原有的平衡状况被破坏，未用科学的方法合理调配所致。就合理调配问题，必须引起重视。1配锤模型的建立一般锤式破碎机的锤头分布可以归纳为：沿主轴轴线方向的组数用等表示，每组锤头在回转圆周上的母线分布及数量，可用阿拉伯数字来表示，此外还要有一个组间角。因此要表示一台锤式破碎机的锤头分布状况，可用组数、每组个数、组间角来表述。而要表示某一位置的锤头，则可用组号加圆周分布的母线序号表示，以1212型高效细碎机为例，该机锤头共六组，每组三只，组间角六十度。为了便于理论分析，需作以下假设：每只锤头为一理想的质点。各质点离主轴回转中心的距离为一定值。锤头按理想状况均匀分布。2配锤表的编制锤头分布表 表5.1 GXP1212型高效细碎机的锤头分布表皮带轮ABCDEF飞轮1B1D1F12A2C2E23B3D3F34A4C4E45B5D5F56A6C6E6 锤头的磨损规律及配置表编制根据GXP1212型高效细碎机在某厂的运行一段时间后的锤头状况，如下表： 由表5.2可见，如果原来的个体差异忽略不记，则磨损量从大到小的排序为：。一般地，物料由破碎机的进料溜子导入，总是中部的料多余边部，所以，锤头磨损量存在于中间组向边上组递减的规律。这一规律在设计配锤方案时，必须予以考虑。为了寻求一种适合大多数情况的锤头排列方案，不妨先假设1套按等差规律制作的锤头，并找出这套锤头的最佳排列方案。将该机锤头按单只重进行排序，设以最重的为1号，依次至最轻的为18号。在制作这个方案时，除了要运用磨损规律外，同时考虑到为减小偏心振动，每组锤头的各锤重量最好要差不多。在组序的排列先后上，按磨损规律及沿回转轴的中截面两侧均匀分布的原则。一般，可以按或的规律排列。表5.2 运行一段时间后锤头剩余质量皮带轮ABCDEF飞轮121.721.522.465.6221.522.223.166.8323.021.822.467.2422.621.524.768.8521.220.622.063.8622.221.023.166.366.365.964.763.970.966.8W432165组序确定后再排列每组的3只锤头。在组的3只锤头首先按由重到轻的顺序排定的情况下，其余各组可按“轻重相济”的原则排列。所谓“轻重相济”，可以理解为“重中轻，重轻中，中轻重”的配锤法则。比如说，在排列组时，组的锤为重锤，组为中锤，则在组的C2锤应是轻锤。按此类推，排列如下表，并用轴向偏心矩和径向偏心矩来表征配锤方案的优劣。正确排列后可运用方案的评价方法进行计算与评定。由于是按等差规律制作的锤头，所以上表的锤头号数就可以作为该锤头重的代表值来进行计算和评价，其评价效果和结论与事实是等效的。取每组的等差和、按组间距为1，按轴中截面取矩计算：=（5142）2.5+（24-33）1.5+（15-6）0.5=13.5。为求的值，引入分布圆的概念。分布圆引入分布圆是为了明了地找到偏重的母线或配重的母线，并在量值上得到确定。表5.3 按“轻重相济”的原则排列的配锤方案皮带轮ABCDEF飞轮17113212186123638214244164103059315276175113351241563342将表5.3中最后一列数依次填入，按母线数量均匀分布在圆上，即得分布圆及其简化图。 按照力学原理，分布圆的简化其实很简单，只要在对称位置同减一数其平衡性质不变。分布圆的简化规律为：同一直径线上的2数同减其最小数，分布圆性质不变；同一个等边三角形内的三个数同减去其最小数，分布圆性质不变；相邻三数的，两边数分别加上中间数，在使中间数为0，分布圆性质不变；（相邻两数的，可设边上的数字为0来处理）。分布圆简化到只剩相间2个数或1个数（或全部为0）为止，即得最简分布圆。如图5-2，5-3，5-4。分布圆的简化规律均来自于对称平衡规律。一般的说，各质点相对于回转中心对称布置，质量相等，则系统就平衡，否则，不平衡。规律中的“性质不变”指的是平衡性不变，这包括两重意思，一是原来是平衡的，简化后仍是平衡的，反之，不平衡。二是指其量值上的不变。规律中的“减”确切地说是同时减去一个数，当然这个数可以是正数，也可以是负数。由最简分布圆可以看出，=0，可见上面的表是一个完全平衡的配锤方案。 但事实上，一套锤头的各只锤头不可能是会呈等差分布规律的，所以在现实情况下，按上述方案配置的锤头就不一定是平衡的，上述方案配置的锤头就不一定是最佳的，在实际应用中还要对配锤方案进行调整。3GXP1212型高效细碎机锤头的配置由GXP1212型高效细碎机运行一段时间后锤头剩余质量表，可以计算出磨损后锤头的轴向偏心矩M2=（66.3-66.8）2.5+（65.9-70.9）1.5+（64.7-63.9）0.5=-8.35分布圆及其简化图如下图所示，根据分布圆就可以作出方案的评价。从上图的最简分布圆可以看出，根据分布圆的简化规律，在在最左侧的母线上如果配重4kg，即可基本实现平衡要求，我们把这个数记作的值。，的值均很大，这说明该破碎机锤头的配置状况会产生很大的不平衡力，也必然会产生破碎机的大幅度振动。显然，的值越大，不平衡力矩越大，这当然是我们不希望出现的。因此，不但更换锤头时要注意用科学的方法进行配置，锤头运行了一个时期以后，其原有的平衡状况也会随着锤头的磨损的不均匀而破坏，这时更要作好锤头的重新配置工作。4.结论1由上图的最简分布圆可知，在正三角形最右侧的母线上配重0.85kg，即可基本实现平衡的要求。显然，M径、M轴的值减小了，按该方案重新配锤后，破碎机运行情况得到明显的改善，设备振动已基本消除，产量已有较大提高。锤式破碎机的配锤对于确保破碎机的正常运行起着非常重要的作用，必须引起广大企业的重视。2本文所提供的配锤图表是基于每组3只锤头的和偶组数模型，对于其他结构类型的锤式破碎机，须根据本文所提供的方法作出变通处理。3本文提供的配锤思路是一种基于静态平衡的理想状况，实际情况将更复杂，有待于进一步探讨。 锤头材质的选择及改性这是解决关于提高锤头耐磨性，延长其使用寿命问题的最主要、最根本的方式。下面主要介绍以下这种：改性高锰钢板锤和锤头的研制。锤式破碎机的关键部件是板锤和锤头，其安全性、可靠性、耐磨性和使用寿命等性能，直接影响破碎机的安全生产、正常运行及生产成本。有一个例子，曾有一个工厂所用的破碎机是16001600锤式破碎机，试用过很多厂家提供的高锰钢板锤和锤头，但有的使用时出现掉块和断裂，有的工作表面出现严重的犁沟和流变，只能使用1到3个月。为此，该厂与一家有限公司合作，共同开发研制了一种改性高锰钢板锤和锤头。并经过几年的使用证明，这种板锤和锤头能够有效避免上述问题，使用寿命和抗磨损能力较以往所用的普通高锰钢产品提高了一倍以上。 高锰钢板锤和锤头的缺点高锰钢板锤和锤头的铸态组织是奥氏体和碳化物，经过水韧处理后为单一的奥氏体组织，具有较高的韧性，在强烈的冲击工况条件下，其表面能够产生加工硬化层，从而使其具有较好的耐磨性。但因石灰石硬度较低，在中低冲击应力下，高锰钢板锤和锤头表面不能形成足够的加工硬化层，因此其工作表面硬度不够高，磨损较快。另外，高锰钢在三百度以下时，其内部组织的晶界周围会产生炭化物的重新析出，使比较完整致密的机体被碳化物割裂开。这样，硬度低于碳化物的机体先被磨损，从而使碳化物凸现出来；而凸现出来的碳化物被划伤、击碎或脱落，又失去了对机体的保护作用，使机体进一步磨损。如此循环往复，致使高锰钢板锤和锤头被很快磨损，使用寿命短。 改性高锰钢板锤和锤头材质元素的选择高锰钢的耐磨性主要取决于其工作表面的加工硬化能力。据此，我们在设计改性高锰钢板锤和锤头的化学成分时，加入了铬（）、钼（）、钛（）、钒（）和稀土元素，以降低奥氏体的稳定性，使其机体上形成大量微小的第二相质点，阻止位错运动，从而，强化了基体；并且在奥氏体上弥散析出球状炭化物，净化晶界，改善夹杂物的形态和分布，实现综合强化。从而使改性高锰钢板锤和锤头具有高韧性、高强度和良好的抗磨损性能。碳含量碳是影响钢的各种性能的主导元素。在一定范围内，碳含量增加，钢的硬度、破坏强度、屈服强度和耐磨性能都增加。但当大于1.4%时，钢的韧性就会降低，并出现粗大的沿晶界分布的炭化物，给消除炭化物的固溶处理带来困难。因此应控制碳含量在1.112%。锰含量锰是一个最为强烈的晶界炭化物形成元素，由其形成稳定的奥氏体（含量低时不能满足奥氏体的形成条件）；它又是个过热敏感元素，随着锰含量的增加，钢的强度、耐磨性也增加。但当锰含量大于1.4%时，钢的各种性能就不再提高，且生成锰的碳化物，易产生粗大的柱转状晶，给热处理带来困难，并会加大铸造收缩，降低钢的导热性能，从而易导致各种铸造缺陷。所以，宜控制锰含量在11.5%12.5%。硅含量硅有显著的固溶强化作用，增加刚的致密性、提高耐磨性。当硅含量0.3%时，钢中氧化锰含量增加，将促进热裂，不能保证脱氧；硅含量过高时，会降低碳在其中的溶解度，促进炭化物沿晶界析出，使韧性降低。故硅含量通常控制在硅含量0.30.7%。其他元素铬（Cr）能显著提高钢的淬透性，固溶强化基体，促进铁素体的形成，降低奥氏体的稳定性，提高加工硬化能力，铬含量一般应控制在铬含量为1.82.2%；钼能够溶入奥氏体，可大幅度提高钢的淬透性、回火稳定性以及细化晶粒，还有控制回火脆性、改善冲击韧性的作用，钼宜控制在0.25%0.4%；钛、钒和稀土元素主要用作变质剂，可净化晶界，细化晶粒，在奥氏体基体上弥散析出球状炭化物，以实现综合强化，其含量甚微；锰铁中含有较高的磷，是对钢有害的元素，它与铁锰形成低熔点的磷酸盐，含量过高时，会形成磷共晶，使铸件开裂，对冲击韧性和耐磨性均不利，其含量应控制在小于0.07%。制造工艺熔炼在500kg碱性炉衬中频感应炉中，采用不氧化法熔炼。先根据炉料、铁合金的化学成分和吸收率进行钢的配料计算，然后热炉装料以防止带入气体，锰钢随料加入，溶化期间用大功率送电，当钢溶化90%时，测量钢液温度，避免钢液温度过高，当钢液温度达到1500度时，取样做炉前化学成分分析，然后根据分析结果，加入铁合金调整所需要的各种金属元素。在钢液温度达到1550度时出钢。采取插入法在钢包中冲铝终脱氧，加铝后用强制置入法迅速向钢液中加入调制剂，待钢液表面将要结膜时迅速浇注。铸造铸造是影响铸件质量的一个重要环节，要严格执行铸造工艺，浇注工艺和清理工艺。我们采取定向凝固工艺浇注，浇注温度控制在14601480度。因浇注温度低，要注意浇冒口系统通畅，使钢液能平稳而畅通的快速充型和有效补缩，防止产生冷裂，改善铸造一次结晶组织，消除柱状晶，创造形成等轴晶的热力学条件，减少晶见缺陷和偏析，提高钢的致密性，保证铸件具有良好的机械性能。热处理铸态的板锤和锤头比较脆，因此不能铸态使用，必须经过固熔处理（水韧处理）。板锤和锤头的入炉温度在400度以下，然后，随着温度的升高，分阶段进行梯形保温，等到炉温达到1050度时保温20到24小时，完成炭化物的分解，碳、锰等元素溶入奥氏体，并使其均匀化。等到炉温达到1100度时打开炉门，把工件迅速放入水池淬火。淬火采用大容积水池，流动水处理，既在水池上方让热水溢处。水池内的水的温度严格控制在20到40度之间。淬火完成后，取出工件空气中自然冷却。使用效果改性高锰钢板锤和锤头在经过变质处理后，细化了晶粒，使其耐磨性提高，且有较好的韧性，有效的防止了在强烈冲击状况下的断裂和掉块问题，其表面加工硬化能力也得到提高。普通高锰钢和改性高锰钢板锤的使用性能对比如下表4-3。表4-3 性能对比表项目 使用前工作表面硬度使用后工作表面硬度破碎石灰石（10T）连续使用寿命（月）相对耐磨度普通高锰钢HB 229HB 300450810131改性高锰钢HB 229HB 500 20256122延长锤头使用寿命的研究 锤头是主要工作零件，其设计主要是指结构的设计。因为锤头的形状、质量、材质与破碎机的生产能力有很大影响。尤其形状对质量的分布、材料的充分利用有很大的影响。关于锤头 的结构设计及相关改进在专题中有较详细的论述。总之，其形状、结构的设计，对于其工作能力，对整个机器的生产能力。以及经济性等各方面有深远的影响。锤头形状大体分轻型、中型、重型。本型号的锤式破碎机主要是设计中型的 锤头。其形状如前面的图3-1所示。并有相关的计算。 锤头材料的选择问题是很关键的问题。材料的选择取决于工作零件的工作状况和要求。因