侵入深度对锤式破碎机锤头设计的影响

锤式破碎机是破碎中等硬度及以下岩石的常用破碎设备。当破碎的产品粒度为数毫米时行业内称其为锤式破碎机；从破碎产量来看，当超过100t/h时也称为大型破碎机。破碎的方式集中体现在用高速旋转的锤头冲击和破碎物料。锤头的打击速度以40m/s为界大多分为两种：低于此速度称为低速破碎机；高于此速度则称为高速破碎机。冲击速度的选择与很多因素有关，主要是被破碎物料抗压强度、裂隙特征、入料粒度大小、入料水分和破碎机工作模式等。

大型锤式破碎机的设计，特别是锤头的设计对破碎效率、产量和磨损等都有显著的影响。市场上锤头设计有两个方案：①设计成整体的，用于小型破碎机；②允许有少量相对转动的锤头和锤臂结构，用于大型破碎机。锤头采用单一铸造还是复合铸造，锤臂采用的合金种类，打击锤的寿命和打击中心等等都是目前研究的热门课题。采用有限元和能量方法对锤头的打击过程和破碎机进行分析也是较好的动态分析方法。所有这些的研究目的是降低锤式破碎机的设计加工和生产操作成本，使破碎机长期稳定可靠效率高运行。

1、锤式破碎机工作原理

锤式破碎机工作原理和其他锤式破碎机一样相对简单，动能经由电动机、液力偶合器和皮带传动到锤式破碎机主轴，主轴带动有秩序排列的一排排打击锤（包括锤头和锤臂）高速旋转。从上部给入的物料落入破碎腔，在一定的下落速度下被高速旋转的锤头打击，使其沿着物料的自然裂隙和层理面等脆弱部分破碎。随后的破碎发生在锤头和破碎墙之间，物料在二者之间被来回冲击、挤压和磨碎，其后被粉碎的物料即破碎产品从下部排出。为了便于锤头、锤臂和破碎墙上反击板的更换和检查，采用液压缸实现破碎机左右侧箱体的开启和闭锁。

2、侵入深度的概念

大型锤式破碎机的给料往往是通过带式输送机和给料机来实现的，在给料设备上设计有特殊的挡板来实现均匀给料，以保证下部锤式破碎机沿整个破碎辊子宽度均匀破碎，由此必然产生一定的下落高度和下落速度。为了便于锤式破碎机锤头的设计，引入侵入速度和侵入深度的概念。侵入速度即物料的下落速度；侵入深度是物料在相邻两个锤头转动时形成的时间空隙内，从垂直位置下落侵入由锤头最外端形成的破碎打击圆圈的深度。

3、侵入深度对设计的影响

对于大量的脆性软岩和煤炭的细碎，目前市场上常用的是挠性联接打击锤结构形式。锤头和锤臂由一销轴联接，允许锤头和锤臂有少许的向后相对转动。打击大的矿块时，产生的真正转动是锤头和锤臂一起的向后转动，它是锤臂相对于辊子圆盘的转动。

锤头和锤臂采用不同的材料。锤头的任务是打击物料，必须保证其耐磨性，硬度自然也有相应的要求，传统的材料和工艺为锰钢铸造，目前有种趋势是采用铬钼钢铸造；锤臂则主要是支撑锤头，并保证破碎机的破碎直径范围，因而其材料的选择更多地考虑到韧性和强度，大多采用优质钢模锻制造。二者材料不同，设计寿命也有区别，合理设计可显著降低生产维护费用。

据上述分析可知，如果侵入深度与锤头的高度相比太大，必然会造成物料未经锤头打击而直接穿过由锤头形成的破碎环，从而造成锤臂和辊子的不必要磨损。锤臂的少量磨损是不可避免的，它也是易损件之一，但是辊子的磨损则应当避免，因为后者会造成昂贵的更换费用，这是设计者和用户都不愿意看到的，也是现场操作管理者应检查的内容之一。

因此，对于不论是整体锤头，还是锤头锤臂的结构形式，在设计过程中都要进行侵入深度和侵入速度的分析，还涉及到要破碎的物料特性，以及安装现场的给料系统条件，是一个综合的分析过程。从企业的设备现场观察发现，磨损基本发生在锤头部分，锤臂有少量轻微磨损，属于正常现象。

通过理论与实际相结合，对于锤式破碎机的设计和操作起到了一定的指导作用。由于破碎机所破碎物料的复杂性和破碎机结构本身的多样性，再加上现场应用厂家的情况不同，要求生产厂家应对大型锤式破碎机的锤头锤臂的材质选择、几何参数设计及动态应力分析等做进一步的深入细致的设计研究工作。