锤式破碎机设计说明书.doc
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第1章绪论
1.1概述
科学就是第一生产力，随着科学技术的不断发展，各行各业也也起着日新月异的变化。
目前，锤式破碎机已经在水泥、化学、电力、冶金等工业部门广泛用来破碎各种物料，如石灰石、炉渣、焦炭、煤及其中等硬度的矿石。
这次我所设计的Φ800×900的锤式破碎机是单转子的、不可逆的、多排的、带铰接锤头的破碎机。
本次设计主要是围绕着锤式破碎机的工作原理进行设计，在设计过程中重点对锤式破碎机的基本理论、构造和重要工作参数进行了设计与计算，尤其对锤头和转子部分进行了重点的设计。
1.2锤式破碎机的工作原理及其应用
1.2.1锤式破碎机的工作原理
锤式破碎机的基本结构如下图所示。
主轴上装有锤架2，在锤架之间挂有锤头3，锤头的尺寸和形状是根据破碎机的规格和物料径决定的。
锤头在锤架上能摆动大约120°的角度。
为保护机壳，其内壁嵌有衬板，在机壳的下半部装有篦条4，以卸出破碎合格的物料。
主轴、锤架和锤头组成的回转体称为转子。
物料进入锤式破碎机中，即受到高速旋转的锤头3冲击而被破碎，破碎的矿石从锤头处获得动能以高速向机壳内壁冲击，向篦条、破碎板冲击而受到第二次破碎，同时还有矿石之间的相互碰撞而受到进一步的破碎。
破碎合格的矿石物料通过篦条4排出，较大的物料在篦条4上继续受到锤头的冲击、研磨而破碎，达到合格粒度后即从缝隙中排出。
为了避免篦缝的堵塞，通常要求物料含水量不超过10%。
图1-1锤式破碎机示意图
1.2.2锤式破碎机的应用
锤式破碎机是利用高速回转的锤头冲击矿石，使矿石沿其自然裂隙，层理面和节理面等脆弱部分而破裂。
它适应于脆性，中硬，含水量不大的物料的破碎。
在建材工厂中，它主要用来破碎石灰石，煤，页岩，白垩，石膏及石棉矿石等。
一般锤头重，锤数较少，转速较慢，有上篦条以及采用锤盘结构的锤式破碎机，可进入较大粒径的物料，宜作为中碎或者一定范围的粗碎；反之，则宜于作中、细碎。
1.3锤式破碎机的类型
锤式破碎机的种类很多，根据结构特征的不同，可进行如下分类：
按回转数的数目可分为单轴式（或单转子）和双轴式（或双转子）；按锤头的排数可分为单排式和多排式；按转子的回转方向可分为定向式和可逆式；按锤头的装置方式不同，还可分为固定锤式和活动锤式两种。
锤式破碎机的规格，是以回转体的外端直径和其长度尺寸表示的。
1.4锤式破碎机的特点
1.4.1锤式破碎机的优点
锤式破碎机具有很高的粉碎比（一般为10～25，个别可达到50），这是它最大的特点。
其次，它的结构简单，体型紧凑，机体重量轻，操作维修容易。
另外，它的产品粒径小而均匀，过粉碎少。
生产能力大，单位产品的能量消耗低。
1.4.2锤式破碎机的缺点
锤式破碎机的工作零件（如锤头、篦条等）容易破损，需经常更换，因此，需要消耗较多的金属和检修时间。
另外，篦条容易堵塞，尤其是对湿度大，含有粘土质的物料，会引起生产能力的显著下降。
第2章锤式破碎机的主体构造
此次所设计的是一台Φ800×900毫米的单转子，不可逆，多排，铰接锤头的锤式破碎机。
它适应于破碎石灰石，煤和石膏或其他中等硬度的矿石，破碎物料的表面不超过8%的水分。
这种机器是由传动装置，转子，格筛和机架等几部分组成。
2.1机架
机壳由下机体、后上盖、左侧壁和右侧壁组成，各部分用螺栓连接成一体。
上部开一个加料口，机壳内壁全部镶以锰钢衬板，衬板磨损后可以更换。
下机体由20和40毫米普通碳素结构钢板焊接而成，两侧为了安放轴承以支持转子，用钢板焊接了轴承支座。
机壳和轴之间，如果没有防护措施，漏灰现象是十分严重的。
为了防止漏灰，在机壳上通常都会安置一种叫轴封的装置。
机壳的下部直接安放在混泥土的基础上，并用地脚螺栓固定（螺栓规格M8×1000，数量为12）。
为了便于检修调整和更换篦条，下架体的前后两面均开有一个检修孔。
左侧壁、右侧壁和后上盖，也都用钢板焊接而成。
为了防止漏灰，和下机体一样，在与主轴接触的地方，两侧壁也都设有轴封装置。
为了检修时更换锤头方便，两侧壁对称地开有检修孔。
2.2转子
转子是锤式破碎机的主要工作部件，转子是由主轴，锤架组成。
锤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，锤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。
下面把转子的几个主要部件的构造，材质和用途分别加以介绍：
2.2.1主轴
图2-1主轴示意图
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35号硅锰钼钒钢锻造。
主轴的端面为圆形，最大的直径为130毫米，轴承处为80毫米。
锤架用b×h×L=32×18×810毫米的平键与轴连接。
2.2.2锤架
锤架是用来悬挂锤头的，它不起破碎物料的作用，但锤式破碎机在运转过程中，锤架还是要受到矿石冲击和摩擦而造成磨损，所以锤架也要求有一定的耐磨性。
下图所示的锤架是用较优质的铸钢ZG35B制作，该材质具有较好的焊接性，局部出现磨损时，可以进行焊补。
该锤架的结构比较简单，容易制作，检修和更换比较方便。
锤架上的锤架销轴孔共有12个，分成了两组，分别布置在直径为490毫米和520毫米的圆周上。
新换的锤头可以先挂在直径为490毫米的轴孔上，当锤头磨损后还可以继续使用，把这种有些磨损的锤头挂在直径为520毫米的轴孔上又可以继续用了，这样做，既可以延长锤头的使用寿命，又能保持锤式破碎机的破碎效果，减少维修费用。
图2-2锤架示意图
2.2.3锤头
锤头是锤式破碎机的主要工作零件。
锤头的重量、形状和材质对破碎机的生产能力有很大影响。
锤头动能的大小与锤头的重量成正比，即锤头越重、锤头的动能、越大破碎效率越高。
但是锤头的重量越大，旋转起来产生的离心力也越大，对锤式破碎机转子的其他零件，都要产生影响和损坏，因此，锤头的重量要适中。
锤头重量大的有几十公斤，小的只有几公斤，一般不超过80公斤。
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。
本次设计所用的锤头材质为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,其化学成分为：
碳（%）0.9-1.3
锰（%）11.0-14.0
硅（%）0.3-0.8
磷（%）≤0.10
硫（%）≤0.05
机械性能：
抗拉强度（kg/mm）≥56
屈服强度（kg/mm）≥30
延伸率（%）≥15
收缩率（%）≥15
布氏硬度179-229HBS
冲击值（kg.m/mm）3
锤头上的轴孔，如图。
因为高锰钢的机械加工性较差，所以在铸造时，需事先放以φ30×5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比较厉害，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。
图2-3锤头示意图
2.2.4飞轮
飞轮的主要作用是使破碎机的转子，在运转中存储一定的动能，而保持破碎机在工作中的效率，减轻破碎机的动力消耗。
也就是说，当破碎机正常运转时，飞轮便存储一定的能量，电动机也不致过负荷，当破碎机给料过多或者进入大块时，飞轮便将动能放出，增强破碎能力，从而使电动机不致超载运行，起到了一定的保护作用。
锤式破碎机的动能存储形式，按不同方式的不同而不同，如果传动方式采用皮带轮或者三角皮带轮，可以不必另外配置飞轮，皮带轮本身就起到了存储动能的作用，如果传动方式采用电动机直接带动，则就应该考虑另外配置飞轮，来增加动能的储备。
图2-4飞轮示意图
2.3篦条
锤式破碎机的篦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篦条缝，大于篦缝的物料由于不能通过篦条缝而在篦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篦条缝。
篦条和锤头一样，受到很大的冲击和磨损，是主要的容易磨损的零件之一。
篦条受到硬物料块或金属块的冲击，容易弯曲和折断。
如图所示，Φ800×900锤式破碎机的篦条，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。
篦条的缝隙是由篦凸出部分形成。
图2-5篦条示意图
2.4托板和衬板
锤式破碎机用锤头高速锤打矿石，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，与锤头和篦条的材质相同。
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。
表2-1合金钢的成分及热处理
C
Mn
Si
P
Mo
Cr
热处理
A
1.1～1.40
5.0～7.0
<0.8
<0.04
0.8～1.2
_____
正火、表面淬火
B
0.90～1.1
13.0～15.0
<1.0
<0.05
____
_____
正火、表面淬火
C
1.1～1.25
12.～14.0
_____
_____
______
____
______
D
1.1～1.30
12.～14.0
______
_____
____
1.6～2.1
____
E
0.8～1.00
12.～14.0
______
______
0.9～1.1
_____
____
F
1.1～1.25
12.～14.0
<1.0
_____
1.8～2.2
_____
____
G
1.2～1.35
12.～14.0
〈1.0
_____
______
_____
_____
H
12.～14.0
12.～15.5
〈1.0
_____
______
_____
弥散硬化
含钼2%的高锰钢，用于高屈服强度而又不降低韧性的高锰钢铸件，如初次破碎的护板，经弥散处理的含钼2%的高锰钢，具有足够的韧性，其使用寿命比常规的热处理的含钼2%的高锰钢要高25%。
但是弥散处理生产成本高，限制了它的使用。
含钼1%，含碳0.8～1.0%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，在本次设计中我选用含钼1%，含碳0.8～1.0%的高锰钢作为衬板。
2.5过载保护装置
金属物对锤式破碎机是极大的威胁，为了防止金属物进入破碎机造成事故，一般锤式破碎机都有安全保护装置。
在锤式破碎机的主轴上装有安全铜套，皮带轮套在铜套上，铜套与皮带轮则用安全销连接，当锤式破碎机内进入金属物或过负载时，销子即被剪断而起保护作用。
本次设计采用的是剪切销安全联轴器，当破碎机严重超载影响到其性能时，联轴器上的销钉即被剪断而起到保护作用。
2.6密封防尘装置
密封的目的在于防止灰尘，水分等进入轴承和相对运动的部件之间，如齿轮滚子齿啮合处，同时又起到防止润滑油流失的作用。
密封的好与坏直接影响到滚动轴承和齿轮滚子的使用寿命，从而影响到整台机器的工作效率。
由于锤式破碎机工作环境的恶劣，需要采用密封好的密封装置，传统的毛毡式密封装置已经不能满足使用要求了，本次设计采用的是迷宫式的密封方法，轴向间隙为2.5毫米，径向为0.5毫米，并在迷宫通路内压入油脂，以提高密封效果。
第3章锤式破碎机的结构参数和工作参数的选择和计算
3.1基本结构参数的计算与选择
3.1.1转子的直径和长度
（1）转子的直径一般是根据矿石的尺寸来决定的。
通常转子的直径与给矿块的尺寸之比为4～8，大型破碎机则近似取为2。
由于Φ800×900锤式破碎机为中型破碎机，所以直径与给矿块尺寸之比取7，而加工物料粒度≤120毫米。
所以转子直径D=6×120=720mm，取D=800mm
（2）转子长度视机器生产能力而定。
转子直径与长度的比值一般0.7～1.5，矿石抗冲击力较强时，应该选取较大的比值。
由于由于Φ800×900锤式破碎机加工的矿物为石灰石、煤或者石膏这样一些中等硬度的矿石，所以比值取1.1。
转子长度L=D×1.1=800×1.1=880mm，取L=900mm。
3.1.2基本结构尺寸的确定
1、给矿口的宽度和长度：
锤式破碎机给矿口宽度B>3dmax，dmax表示最大给矿块的尺寸。
B>3dmax=4×120=480mm，取B=500mm,而给料口的长度与转子的长度相同，故取给料口长度L1=900mm。
2、排矿口尺寸：
锤式破碎机的排矿口有蓖条间隙尺寸控制，一般按入磨粒度要求来确定。
3、给矿方式与给矿导板的仰角，锤式破碎机要求给矿块有一定的垂直下落速度，故给矿口设置在机架上方。
3.2主要工作参数的计算
3.2.1转子速度
为了简化设计，锤式破碎机不设变速箱。
因此破碎机转子的速度和所安装的电动机的额定转速相同。
转子转速度用锤头的圆周速度来控制。
转子的转速是冲击式破碎机的重要参数，转子转速可按下式进行计算：
n=60v/3.14Dr/min
式中v----转子的圆周速度；
D----转子的直径；
转子的圆周速度v可根据待破矿石的性质来计算：
v=0.01×（9.8/r）0.5G0-5/6/E1/3m/s；
式中：
g-----重力加速度，g=981cm/s2；
r-----矿石比重，kg/cm3；
G0----矿石的抗压强度，kg/cm2；
E----矿石的弹性模数，kg/cm2；
由于上式没有反映出破碎比这一因素，所以按上式计算的转子圆周速度只作为转子转速的参考。
目前，锤式破碎机的转子圆周速度的使用范围是15～80m/s，通常，粗碎时取15～40m/s，细碎时取40～80m/s。
虽然转子速度越高，破碎比越大，但锤头磨损也越快，功耗也大。
因此，在满足力度要求的情况下，转子的圆周速度应偏低。
由上分析可知：
n=60v/3.14D（此处v取40m/s）
=60×44/3.14×0.8
=987.7r/min
为了减少磨损和功率消耗，取
n=980r/min
3.2.2生产率
目前，锤式破碎机还没有一个考虑了各种因素的理论计算公式，因此我们选用经验公式来计算。
我们以破碎中等硬度物料来计算锤式破碎机的生产率：
经验公式：
Q=（30-45）DL*δ（吨/小时）
式中：
D-----转子的直径，单位：
m；
L-----转子的长度，单位：
m；
δ----矿石的松散比重，单位：
t/m3
由于本次设计中D=800mm=0.8m；
L=900mm=0.9m；
矿石的松散比重δ取1.62；
公式中的系数取中间值38；
则Q=38×0.8×0.9×1.62=44.324吨/小时。
根据计算结果，我们可以确定出Φ800×900锤式破碎机的生产率为44吨/小时左右。
3.2.3电机功率
锤式破碎机的功率消耗与很多因素有关，但主要取决于矿石的性质，转子的圆周速度，破碎比和生产能力。
目前，锤式破碎机的电动机功率尚无一个完整的理论计算公式，一般是根据生产实践或者实验数据而采用经验公式选择破碎机的电动机功率。
根据生产实践的实际来选择电动机功率：
N=KQ（KW）
式中：
Q---机器的生产能力，吨/小时
K---比功耗，千瓦/吨，比功耗视待破碎物料的性质、机器的结构特点和破碎比而定。
对中等硬度的石灰石锤式破碎机取K=1.4～2。
粗碎时偏小取，细碎时偏大取。
本次设计要求将矿物细碎，因此比功耗偏大选取
（取K=1.7千瓦/吨），Q=44.32吨/小时；
则N=KQ=44.32×1.7=75.14≈75KW。
根据计算电动机功率的结果，综合各种要求，查表选择Y系列（IP23）三相异步电动机（JB/T5271—1991、5272—1991）。
型号为Y280S-6。
电动机效率为92%，额定电流为143A。
3.2.4转子转速与锤头重量
锤式破碎机转子的转速n和锤头的重量G是互相关联的。
锤式破碎机不是靠回转不见的全部能量来破碎物料的，而仅是靠锤头的动能做的功来完成物料的破碎。
锤头的动能E为：
E=mv2/2……………………………………（3-1）
式中E-----锤头的动能，J；
m-----锤头的质量，kg；
V-----锤头的圆周速度，m/s。
V=（πDn）/60……………………………………（3-2）
式中n------转子转速，r/min;
D------转子旋转时，由于离心力的作用，锤头作辐射状，这时转子的外端直径就以D（m）表示。
将式
（2）代入式
（1）中，得
E=（mπ2D2n2）/7200N.m……………………（3-3）
锤头动能的大小与锤头的重量成正比，即锤头越重，锤头的动能越大，破碎效率越高，但是锤头的重量越大，旋转起来的离心力也越大，对锤式破碎机的转子的其他零件都要产生影响，并且加快损坏，因此，锤头的重量不应该过重也不应该过轻，要适中。
正确的选择锤头的重量对破碎效果和能量消耗有很大的影响。
所以选择的锤头重量一定要满足锤击一次性使物料块破碎，并使无用功率消耗达到最小，同时，还必须不使锤头向后偏倒。
为此，必须使锤头运动起来产生的动能等于破碎物料所需要的打击功。
如公式（3）所示：
转子上全部锤头每转一次所产生的动能Ea为
Ea=k1k2E=（mπ2D2n2k1k2）/7200N.m………………（3-4）
式子中k1--------转子圆周方向的锤头排数
k2--------转子横向每排锤头的个数
转子每分钟n转时全部锤头所产生的动能Na为：
Na=（nEa）/（1000×60）=（mπ2D2n2k1k2）/（1000×60×7200）kw…………（3-5）
由于给料的不均匀和物料的松散比，实际，并不是全部锤头都能打着物料，其中有些锤头空过。
因此，公式（5）不必再乘以给料不均匀和物料松散系数。
全部锤头每分钟所产生的动能Na是由电动机直接供给的，故使式（5）与电动机每分钟所发出的功率N相等，即可认为全部锤头所产生的打击能够击碎加工物料。
亦即：
Ng=Na=kw
m=N……………………………………（3-6）
式子中：
Ng…………锤式破碎机的电动机功率，kw（Ng取75kw）；
D…………锤式破碎机的转子直径，m，（D=0.8m）；
k1…………转子圆周方向的锤头排数,k1=6；
k2…………转子横向每排锤头的个数,k2=8；
n…………锤式破碎机的转速，n=980r/min。
m==≈3.5kg
公式（6）还只是考虑全部锤头运动起来产生的动能能够打碎物料，而并没有考虑锤头打击物料后，它的速度损失的大小，如果打击物料后，其速度损失过大，这会使锤头饶自己的悬挂轴回转而不破碎物料，因而会降低锤式破碎机的生产能力和增加无用功。
当然，锤头的打击物料产生的偏斜由于离心力而能够恢复到原来的位置，但必须在第二次打击物料前恢复正常位置。
所以，锤头打击物料后只能允许速度损失40%～60%，从动能相等的原理出发，可得：
GV=（G1+G）V2单位：
牛.米/秒
V2=[G/（G1+G）]V……………………（3-7）
式中：
G----锤头折算到打击中心处的重量，N
G1------最大物料块的重量，N
V-----锤头打击开始所具有的圆周线速度，m/s
公式（7）的系数等于0.6～0.4即
V2=（0.6～0.4）Vm/s………………（3-8）
由式（7）得：
GV=GV2+G1V2
G=G1×N………………（3-9）
把式子（8）代入（9）中
G=G1×=（0.7～1.5）G1
其中，最大物料块质量m=ρ×v=3.63×12=6272.64g=6.273Kg
（密度ρ取3.63g/cm）
G1=mg=6.273×9.8=61.4719≈61N
锤头重量G=（0.7—1.5）G1=42.7—91.5N
G取75N
第4章锤式破碎机传动方案的选择
为了使锤式破碎机转子在运转中储存一定的动能，避免在破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大和减小电动机的尖峰负荷，在主轴的一端应该配置飞轮或者采用带轮与电动机相连。
本次设计共考虑了三种传动方案，即：
1.主轴的一端采用V带轮与电动机相连；2.主轴的一端采用联轴器与电动机相连，另一端配置飞轮；3.主轴的一端采用V带轮与电动机相连，另一端再配置飞轮。
比较
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