锤式破碎机
1 概述
锤式破碎机是利用高速回转的锤头冲击物料，使其沿自然裂隙、层理面和节理面等脆弱部分而破碎的一种机械。
3.1.1 锤式破碎机的工作原理及应用
锤式破碎机的基本结构和破碎原理如图3.1所示。主轴上用键固装转子2，在转子上挂装锤头3，锤头尺寸和形状是根据破碎机规格和物料粒度决定的。主轴、转盘、锤头组成的回转体称为转子。机架1内固装有破碎板4和篦条筛5。
图3.1 锤式破碎机的结构示意图
1—机架；2—转子；3—锤头；4—破碎板；5—篦条筛
物料进入破碎机中，受到高速回转的锤头冲击而破碎。物料从锤头处获得动能，以高速冲向破碎板4而被第二次破碎。粒度小的物料从篦条筛排出，粒度大的物料在篦条筛上再经锤头冲击、研磨、铣削而破碎。合格粒度由篦条筛排出。 锤式破碎机适用于破碎脆性、中硬、含水量不大的物料，在建材、化工、电力、矿业、冶金等工业部门广泛用来破碎石灰石、煤、页岩、石膏、白垩、石棉矿石、焦炭等。
3.1.2 锤式破碎机的类型
锤式破碎机结构类型很多，按回转轴的数目不同可分为单转子式和双转子式；按锤头的排数分为单排式和多排式；按转子回转方向分为不可逆式和可逆式；按锤头装置的方式可分为固定锤式和活动锤式（固定锤式仅用于物料的细磨（锤磨机））。锤式破碎机类型见图3.2所示。
图3.2 锤式破碎机分类图
3.1.3 锤式破碎机的优缺点
锤式破碎机优点是：破碎比大（一般为10～25，高者达50），生产能力高，产品均匀，过粉碎现象少，单位产品能耗低，结构简单，设备质量轻，操作维护容易等。
锤式破碎机缺点：锤头和篦条筛磨损快，检修和找平衡时间长，当破碎硬质物料，磨损更快；破碎粘湿物料时，易堵塞篦条筛缝，为此容易造成停机（物料的含水量不应超过10%）。
锤式破碎机的规格用转子直径D(mm)和转子长度L（mm）来表示。D是指锤头端部所绘出的圆周直径，L是指沿轴向排列的锤头有效工作长度。例如1000×800的锤式破碎机，D=1000mm、L=800mm。
3.2 锤式破碎机的构造及主要零部件
3.2.1 锤式破碎机的构造
图3.3为我国生产的1600×1600单转子、不可逆、多排、铰接锤头的锤式破碎机。该机器由传动装置、转子、篦条筛和机架等部分组成。
图3.31600×1600锤式破碎机
1—弹性联轴器；2—球面调心滚柱轴承；3—轴承座；4—销轴；5—销轴套； 6—锤头；7—检查门；8—主轴；9—间隔套；10—圆盘；11—飞轮； 12—破碎板；13—横轴；14—篦条筛；15—下机架；16—上机架
电动机通过弹性联轴器1直接带动主轴8旋转，主轴转速为600r/min。主轴通过球面调心滚柱轴承2安装在机架两侧的轴承座中。轴承采用干油润滑。
为了避免破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大和减小电动机的尖峰负荷，在主轴的一端装有飞轮11。
锤式破碎机的机架是用钢板焊成箱形结构。机架沿转子中心线分成上机架16和下机架15两部分，彼此用螺栓固装在一起。上机架上方有给料口，机体内壁镶有锰钢衬板。下机架直接安装在混凝土基础上。为了便于检修、调整和更换篦条筛，下机体的前后两面均开有一个检修孔。为了检修、更换锤头方便，两侧壁也对称地开有检修孔。
转子是由主轴8、圆盘10、锤头6等零件组成。主轴上装有11个圆盘，并用键与轴刚性地连接在一起。圆盘间装有间隔套9，为了防止圆盘的轴向串动，两端用圆螺母固定。圆盘上销轴4将锤头6分四排悬挂在圆盘之间，销轴贯穿了所有圆盘，两端用圆螺母固定。每根销轴上装有10个锤头，锤头总数为40个。圆盘上还配有第二组轴孔，当锤头磨损20mm后，可将锤头及销轴移到第二组孔安装，继续进行破碎工作。
篦条筛装在转子下方，它由弧形筛架和篦条组成。弧形筛架14的两端都悬挂在横轴上，横轴通过吊环螺栓悬挂在机架外侧的凸台上。调节吊环螺栓的上下位置可以改变锤头端部与筛板表面的间隙大小（在20mm以内）。
1600×1600单转子锤式破碎机的生产能力为300t/h，进料块尺寸不大于350mm，出料粒度小于25mm，转子转速为585r/min，电动机功率为480kW。
3.2.2 锤式破碎机主要零部件
锤式破碎机的主要零部件有锤头、转子、篦条筛、内壁衬板、机架等。其中以锤头和篦条为常更换件，并在破碎过程中起主要作用。
(1) 锤头
锤头是锤式破碎机的主要工作零件。锤头的质量、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质量成正比，动能越大，即锤头质量愈大，破碎效率愈高，能耗也愈大。因此，要根据不同的进料块尺寸来选择适当的锤头质量，由几千克到一百多千克。锤头的耐磨性是其主要质量指标，提高锤头的耐磨性，可缩短锤式破碎机的检修停车时间，从而提高锤式破碎机利用率和减少维护费用。常用的锤头形式如图3.4所示。
图3.4 常用锤头形状
（a)、（b）、(c) 轻型锤头；(d) 中型锤头；(e)、(f) 重型锤头
图中的(a)、(b)、(c)是轻型锤头，质量通常为3.5～15kg，多用来破碎粒度为100～200mm的软质和中等硬度物料，其中（a）、(b)两种两端带孔，磨损后可以调换使用4次，而（c）只能调换使用2次。图中的(d)为中型锤头，质量为
30～60kg，用来破碎800～1000mm的中等硬度物料。图中(e)和(f)是重型锤头，质量为50～120kg，主要用来破碎大块坚硬物料。
锤头用高碳钢锻造或铸造，也可用高锰钢铸造。为了提高耐磨性，采用高锰低合金钢ZG30MnSiTi，有的在锤头工作表面堆焊一层硬质合金。近年来有的用高铬铸铁锤头复合铸造，即锤柄采用ZG310～570钢，而锤头采用高铬铸铁，其耐磨性比高锰钢锤头提高数倍。
(2) 转子
锤式破碎机的转子由主轴、一组转子圆盘（或三角形、多角形挂锤体）和锤头组成。
主轴是破碎机支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求主轴的材质具有较高强度和韧性，如用37SiMn2MoV合金钢锻造而成。主轴断面为圆形，最大直径为280mm，轴承处为200mm。锤架用60mm宽的平键与轴连接。有的主轴断面为正方形，锤架活套在主轴上，不用平键连接。
圆盘（即锤架）是用来悬挂锤头的。破碎机在运转时，锤架与物料接触，而造成磨损，所以，选择的材料要具有一定的耐磨性，并具有较好的焊接性能，局部出现磨损时，可进行补焊。
整个转子是在高速旋转下工作，为了使它正常工作，在更换新锤头或新设计转子时，要对转子作静平衡和动平衡试验。
图3.5 篦条筛
1—筛架；2—篦条；3—穿杆；4—套管(3) 篦条筛
篦条筛由篦条、筛架、扁钢压板等组成（图3.5示）。篦条筛的筛格间隙应从里向外扩展，以便使破碎了的产品能尽快排出。为了有利于物料的破碎和排出。篦条的工作表面安装成朝转子回转方向向下倾斜一定角度。
1600×1600锤式破碎机的篦条筛由两块组成，图3.5所示为其中的一块的构造。篦条筛由筛架1和篦条2组成。筛架用两块40mm厚的钢板由穿杆3和套管4连接起来。在筛架上制有三角形和方形的孔，篦条安装在此孔中。在篦条筛进料端，安装了三根断面较大的矩形篦条，以承受大块物料所给予较大的冲击力。
篦条有三角形、梯形断面等（如图3.6所示）。
图中(a)为三角形篦条，这种篦条间隙是大角度放射形，物料容易通过，不易产生堵塞现象。但其坚固耐用性较差，篦条容易折断，间隙易被磨大，使破碎产品粒度变粗；图中（b）所示为梯形截面的篦条，这种篦条坚固耐用，篦条间隙不易被磨大，但容易被潮湿物料堵塞。篦条常采用锰钢铸成。
（4） 安全装置
金属物对破碎机是极大的威胁，为了防止金属物进入破碎机内造成事故，一般破碎机都有安全装置。锤式破碎机的安全装置如图3.7所示。在破碎机的主轴1上装有安全铜套2，皮带轮3套在铜套上，铜套与皮带轮则用安全销4连接。当破碎机内进入金属物或过负荷时，安全销即被剪断而起到保护作用。
图3.6 篦条
(a) 三角形断面篦条；(b) 梯形断面篦条
图3.7 锤式破碎机的安全装置
1—主轴；2—安全铜套；3—皮带轮；4—安全销
锤式破碎机的规格和基本参数见表3.1。
3.3 锤式破碎机的结构参数和工作参数的确定
3.3.1 基本结构参数
3.3.1.1 转子的直径与长度
转子直径一般根据给料块的尺寸大小来决定。通常转子直径与给料块尺寸之比为1.2～5，转子长度视机器生产能力的大小而定。转子直径与长度之比值,一般为0.7～2，物料抗冲击力较强时，应选取较大的比值。
3.3.1.2 基本结构尺寸的确定
（1） 给料口宽度和长度
锤式破碎机的给料口宽度大于3dmax，dmax表示最大给矿块的尺寸。给料口长度与转子长度相同。
（2） 卸料口尺寸
锤式破碎机的卸料口尺寸由篦条间隙来控制，而篦条间隙由产品粒度的大小来决定。中碎时产品平均粒度约为间隙的1/3～1/5，粗碎时约为间隙的1/1.5～1/2。
（3） 给料方式
锤式破碎机要求给料块有一定垂直下落速度，故给料口一般都设置在机架上方。
3.3.1.3 锤头质量的确定
由于锤式破碎机的锤头是铰接地悬挂在转子圆盘上，所以正确地选择锤头的质量对破碎效果和能量消耗都有很大的作用。如果锤头的质量选得过小，则可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求。若是锤头质量选得过大，则无用的功率消耗过大，不经济。因此，锤头的质量一定要满足锤击一次使物料破碎，并使无用功率消耗达到最小值，同时还必须不使锤头过度向后偏倒。
计算锤头质量的方法有两种：一种是使锤头运动起来产生的动能等于破碎物料所需的破碎功；另一种是根据碰撞理论的动量相等的原理。前一种方法由于没有考虑锤头打击物料后的速度损失，故计算出来的锤头质量往往偏小，需要根据实际情况进行修正。
（1） 按动能定理计算锤头质量
假设被破碎物料受冲击前的速度为零，锤头冲击前后圆周速度不变，则每一个锤头冲击时所产生的能量为
E=12mv2 (3.1)
式中：E——锤头的功能，J；
m——锤头的质量，kg；
v——锤头的圆周速度，m/s。
v=π Dn60 (3.2)
式中：n——转子的转速,r/min；
D——转子直径，m。
将式（3.2）代入式（3.1），得
E=12mπDn602=mπ2D2n27200 (3.3)
转子上全部锤头每转一次所产生的动能E′为:
E′=K1K2E=mπ2D2n2K1K27200 (3.4)
式中：K1——转子圆周方向的锤头排数；
K2——转子横向每排的锤头个数。
转子的转速为n时全部锤头所产生的动能是由电机供给的，故与电机功率相等。 N=nE′1000×60=nmπ2D2n2K1K21000×60×7200 (3.5) 式中：N——电机功率，kW。
由式（3.5）导出锤头质量为：
m=43.2×106ND2n3K1K2 (3.6)
(2) 按动量定理计算锤头质量
根据碰撞理论动量相等的原理计算锤头质量时，考虑到锤头打击物料后，必然会产生速度损失。如果锤头打击料块后，其速度损失过大，就会使锤头绕本身的悬挂轴向后偏倒，这时锤头由于速度减小而使动能减小，在下一次与物料相遇时，它会很快通过而破碎不了物料，因而会降低破碎机的生产能力和增加无用功的消耗。为了使锤头打击物料后产生的偏倒，能够由于离心力的作用在下次破碎物料前很快恢复到正常工作位置，就要求锤头打击物料后的速度损失不宜过大。根据实践经验，锤头打击物料后的允许速度损失随着破碎机的规格大小而变，一般允许速度损失为40%～60%，即：
v2=(0.4～0.6)v1 (3.7)
式中：v1——锤头打击物料前的圆周速度，m/s；
v2——锤头打击物料后的圆周速度，m/s。
原则上转子的直径愈大，允许的速度损失愈大，反之则取偏小值。
若锤头与物料为非弹性碰撞，且设物料碰撞前的速度为零，根据碰撞理论动量相等的原理可得下列方程：m0v1=m0v2+Mv2
m0=v2v1-v2M (3.8)
式中：m0——锤头折算到打击中心处的质量，kg；
M——最大物料块质量，kg。
将式（3.7）代入式（3.8），得：
m0=(0.7～1.5)M (3.9)
m0仅仅是锤头的打击质量，锤头实际质量m应根据打击质量的转动惯量与锤头质量的转动惯量相等的条件进行质量代换。
m=m0rr02 (3.10)
式中：r——锤头打击中心到悬挂点的距离，m；
r0——锤头重心到悬挂点的距离，m。
(3) 锤头打击中心的计算
锤式破碎机是一种高速回转且靠冲击来破碎物料的机械。为了使其稳定运动，正常地进行工作，首先，必须使它的转子获得静力平衡和动力平衡。如果转子的重心不在它的几何中心线上，则产生静力不平衡现象。若转子中心线和几何中心线相交，则将产生动力不平衡现象。这两种不平衡现象，都会产生很大的惯性力和惯性力矩，从而使机器产生过大的振动，使机器的主轴、轴承和机架等部件受力情况恶化，降低零件的使用寿命。特别是在轴承上产生周期性的冲击负荷，使轴承发热甚至损坏。除了转子平衡问题外，还有由于锤头动力不平衡而引起的机器振动以及锤头打击物料时所产生的冲击力因素。所以，除了在制造上要保证转子的静力平衡和动力平衡外，还必须进行动力学计算。
图3.8 打击反作用力图
1—锤头；2—销轴；3—转子圆盘；4—立轴
由于锤式破碎机的锤头是铰接悬挂在转子的销轴上的，若锤头的销孔位置不正确，尽管转子已达到静力与动力平衡，但当锤头与物料冲击时，仍将在锤头销轴上、转子圆盘、主轴及主轴承上产生反作用力（图3.8所示）。
锤头打击物料时，在锤头碰撞点上将作用着冲击力P。如果锤头未经碰撞平衡计算，则锤头销轴上产生反作用力Py。根据作用力与反作用力大小相等、方向相反的原理，在转子圆盘的销孔上也将作用有Py′力。该力亦会传给主轴，作用在主轴上的力用P′表示，P′力的反作用力P″将作用在转子的中心轴孔上。Py′和P″在转子圆盘上形成逆圆盘回转方向的力偶，因而额外地消耗能量。作用在主轴上的P′力也将传给轴承，使轴承负荷增加，降低轴承使用寿命。 为了使锤式破碎机工作时，在锤头销轴上不产生反作用力，必须对锤头进行碰撞平衡计算。使冲击力P通过离销轴中心的距离为h的碰撞中心上，这样就可以消除Py力。h的大小按“理论力学”课程中求碰撞中心的公式来计算，其计算公式为:
h=J0ma (3.11)
式中：h——冲击力P到销轴中心距离，m；
J0——锤头对销孔中心的转动惯量，kg•m2；
m——锤头质量，kg；
a——锤头重心到销孔中心的距离，m。
锤头的碰撞中心应取在锤头允许磨损高度的中点。
转子装配后必须进行平衡试验。对于长度较小和转速在800r/min以下的转子，只需进行静力平衡试验。对长度较长的转子，除了静力平衡试验外，还必须进行动力平衡试验。
3.3.2 主要工作参数的确定
3.3.2.1 转子的转速
锤式破碎机的特点是冲击破碎物料。为此，转子转速是破碎机的重要工作参数，它影响着破碎机的破碎效率、破碎比和生产能力。转子的转速可按下式计算： n=60vπD (3.12) 转子的圆周速度v可以根据待破碎物料的性质按下式计算：
v≈0.01gρ•σ5/6E1/3 (3.13)
式中：g——重力加速度，m/s2；
ρ——物料密度，kg/m3；
σ——物料的抗压强度，Pa；
E——物料的弹性模量，Pa。
由于公式（3.13）没有反映出破碎比和锤头质量这两个因素，所以按上式计算的转子圆周速度只能作为选取时参考。目前锤式破碎机的转子圆周速度为18～70m/s。一般中、小型破碎机的转速为750～1500r/min，圆周速度为25～70m/s。大型破碎机的转速为200～350r/min，转子圆周速度为18～25m/s。速度愈高，破碎产品的粒度愈小，锤头及衬板、篦条的磨损也越大，功率消耗也随之增加。从设备制造角度来看，高转速对机器零部件的加工、安装精度要求也随之增高，
而且锤头磨损与转子圆周速度成正比。所以在满足产品粒度要求的情况下，转子圆周速度应偏低选取。
3.3.2.2 生产能力
由于锤式破碎机的结构和破碎过程不同，所以计算其生产能力的公式也不同。理论上计算破碎机生产能力的公式是从篦条筛隙中可能通过的最大排料量计算的。锤式破碎机的产量与转子的长度、卸料篦条间隙的宽度、锤头的质量、转速、进料粒度、加料情况以及物料的物理性能因素有关。为了分析锤式破碎机的生产能力，假定每条筛缝同时卸出已破碎好的物料，其卸出体积为： V=LbdKzμ (3.14)
式中：V——卸出的体积，m3；
L——卸料篦条的有效长度，m；
b——卸料篦条间隙的宽度，m；
dK——出料块粒度，m；
z——卸料篦条间隙数目；
μ——松散与排料不均匀系数，一般取μ=0.015～0.07，小型破碎机取较小值，大型破碎机取较大值。
一排产品通过篦条筛孔所需时间，应该等于一排锤头扫过两排锤头间所形成的弧长的时间t。该时间等于：
t=2πR/KπRn/30=60Kn (3.15)
式中：K——转子圆周方向锤头的排数，一般K=3～6；
n——转子的转速,r/min；
R——转子中心到锤头顶端的半径，m。
每小时的生产能力为：
Q=3600Vt•ρ=60LbdKzμKnρ (3.16)
式中：Q——每小时的生产能力，t/h；
ρ——破碎物料的松散容积密度，t/m3。
上述理论公式的影响因素很多，而且有的数据很难准确地确定。所以，只作为分析生产能力时参考。确定生产能力时也可用经验公式计算（破碎中等硬度物料，破碎比i=5～20时）:
Q=(30～45)DLρ (3.17)
式中：L——转子长度，m；
D——按锤头外缘计算的转子直径，m。
3.3.2.3 功率
锤式破碎机功率消耗与很多因素有关，但主要取决于物料的性质、转子的圆周速度、破碎比和生产能力。
目前，锤式破碎机的电机功率尚无一个完整的理论计算公式。一般都是根据生产实践或实验数据，采用经验公式进行计算。
N=kD2Ln (3.18)
式中：N——电机功率，kW；
k——经验系数,k=0.1～0.2，大型锤式破碎机取上限。
另一种与破碎比和产量有关的经验公式如下：
N=(0.1～0.15)iQ (3.19)
式中：i——破碎比。
更为精确的计算公式是：
N=mR2n3ef1088×104η (3.20)
式中：R——转子半径，m；
e——锤头总数;
m——每个锤头质量，kg；
η——机械效率,η=0.7～0.85；
f——修正系数。与转子的圆周速度有关，随圆周速度增加而减小，因为速度愈高，每个锤头打击物料的机会愈低。f值与转子圆周速度v的关系见表3.2。
锤式破碎机
1 概述
锤式破碎机是利用高速回转的锤头冲击物料，使其沿自然裂隙、层理面和节理面等脆弱部分而破碎的一种机械。
3.1.1 锤式破碎机的工作原理及应用
锤式破碎机的基本结构和破碎原理如图3.1所示。主轴上用键固装转子2，在转子上挂装锤头3，锤头尺寸和形状是根据破碎机规格和物料粒度决定的。主轴、转盘、锤头组成的回转体称为转子。机架1内固装有破碎板4和篦条筛5。
图3.1 锤式破碎机的结构示意图
1—机架；2—转子；3—锤头；4—破碎板；5—篦条筛
物料进入破碎机中，受到高速回转的锤头冲击而破碎。物料从锤头处获得动能，以高速冲向破碎板4而被第二次破碎。粒度小的物料从篦条筛排出，粒度大的物料在篦条筛上再经锤头冲击、研磨、铣削而破碎。合格粒度由篦条筛排出。 锤式破碎机适用于破碎脆性、中硬、含水量不大的物料，在建材、化工、电力、矿业、冶金等工业部门广泛用来破碎石灰石、煤、页岩、石膏、白垩、石棉矿石、焦炭等。
3.1.2 锤式破碎机的类型
锤式破碎机结构类型很多，按回转轴的数目不同可分为单转子式和双转子式；按锤头的排数分为单排式和多排式；按转子回转方向分为不可逆式和可逆式；按锤头装置的方式可分为固定锤式和活动锤式（固定锤式仅用于物料的细磨（锤磨机））。锤式破碎机类型见图3.2所示。
图3.2 锤式破碎机分类图
3.1.3 锤式破碎机的优缺点
锤式破碎机优点是：破碎比大（一般为10～25，高者达50），生产能力高，产品均匀，过粉碎现象少，单位产品能耗低，结构简单，设备质量轻，操作维护容易等。
锤式破碎机缺点：锤头和篦条筛磨损快，检修和找平衡时间长，当破碎硬质物料，磨损更快；破碎粘湿物料时，易堵塞篦条筛缝，为此容易造成停机（物料的含水量不应超过10%）。
锤式破碎机的规格用转子直径D(mm)和转子长度L（mm）来表示。D是指锤头端部所绘出的圆周直径，L是指沿轴向排列的锤头有效工作长度。例如1000×800的锤式破碎机，D=1000mm、L=800mm。
3.2 锤式破碎机的构造及主要零部件
3.2.1 锤式破碎机的构造
图3.3为我国生产的1600×1600单转子、不可逆、多排、铰接锤头的锤式破碎机。该机器由传动装置、转子、篦条筛和机架等部分组成。
图3.31600×1600锤式破碎机
1—弹性联轴器；2—球面调心滚柱轴承；3—轴承座；4—销轴；5—销轴套； 6—锤头；7—检查门；8—主轴；9—间隔套；10—圆盘；11—飞轮； 12—破碎板；13—横轴；14—篦条筛；15—下机架；16—上机架
电动机通过弹性联轴器1直接带动主轴8旋转，主轴转速为600r/min。主轴通过球面调心滚柱轴承2安装在机架两侧的轴承座中。轴承采用干油润滑。
为了避免破碎大块物料时，锤头的速度损失不致过大和减小电动机的尖峰负荷，在主轴的一端装有飞轮11。
锤式破碎机的机架是用钢板焊成箱形结构。机架沿转子中心线分成上机架16和下机架15两部分，彼此用螺栓固装在一起。上机架上方有给料口，机体内壁镶有锰钢衬板。下机架直接安装在混凝土基础上。为了便于检修、调整和更换篦条筛，下机体的前后两面均开有一个检修孔。为了检修、更换锤头方便，两侧壁也对称地开有检修孔。
转子是由主轴8、圆盘10、锤头6等零件组成。主轴上装有11个圆盘，并用键与轴刚性地连接在一起。圆盘间装有间隔套9，为了防止圆盘的轴向串动，两端用圆螺母固定。圆盘上销轴4将锤头6分四排悬挂在圆盘之间，销轴贯穿了所有圆盘，两端用圆螺母固定。每根销轴上装有10个锤头，锤头总数为40个。圆盘上还配有第二组轴孔，当锤头磨损20mm后，可将锤头及销轴移到第二组孔安装，继续进行破碎工作。
篦条筛装在转子下方，它由弧形筛架和篦条组成。弧形筛架14的两端都悬挂在横轴上，横轴通过吊环螺栓悬挂在机架外侧的凸台上。调节吊环螺栓的上下位置可以改变锤头端部与筛板表面的间隙大小（在20mm以内）。
1600×1600单转子锤式破碎机的生产能力为300t/h，进料块尺寸不大于350mm，出料粒度小于25mm，转子转速为585r/min，电动机功率为480kW。
3.2.2 锤式破碎机主要零部件
锤式破碎机的主要零部件有锤头、转子、篦条筛、内壁衬板、机架等。其中以锤头和篦条为常更换件，并在破碎过程中起主要作用。
(1) 锤头
锤头是锤式破碎机的主要工作零件。锤头的质量、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质量成正比，动能越大，即锤头质量愈大，破碎效率愈高，能耗也愈大。因此，要根据不同的进料块尺寸来选择适当的锤头质量，由几千克到一百多千克。锤头的耐磨性是其主要质量指标，提高锤头的耐磨性，可缩短锤式破碎机的检修停车时间，从而提高锤式破碎机利用率和减少维护费用。常用的锤头形式如图3.4所示。
图3.4 常用锤头形状
（a)、（b）、(c) 轻型锤头；(d) 中型锤头；(e)、(f) 重型锤头
图中的(a)、(b)、(c)是轻型锤头，质量通常为3.5～15kg，多用来破碎粒度为100～200mm的软质和中等硬度物料，其中（a）、(b)两种两端带孔，磨损后可以调换使用4次，而（c）只能调换使用2次。图中的(d)为中型锤头，质量为
30～60kg，用来破碎800～1000mm的中等硬度物料。图中(e)和(f)是重型锤头，质量为50～120kg，主要用来破碎大块坚硬物料。
锤头用高碳钢锻造或铸造，也可用高锰钢铸造。为了提高耐磨性，采用高锰低合金钢ZG30MnSiTi，有的在锤头工作表面堆焊一层硬质合金。近年来有的用高铬铸铁锤头复合铸造，即锤柄采用ZG310～570钢，而锤头采用高铬铸铁，其耐磨性比高锰钢锤头提高数倍。
(2) 转子
锤式破碎机的转子由主轴、一组转子圆盘（或三角形、多角形挂锤体）和锤头组成。
主轴是破碎机支承转子的主要零件，冲击力由它来承受。因此，要求主轴的材质具有较高强度和韧性，如用37SiMn2MoV合金钢锻造而成。主轴断面为圆形，最大直径为280mm，轴承处为200mm。锤架用60mm宽的平键与轴连接。有的主轴断面为正方形，锤架活套在主轴上，不用平键连接。
圆盘（即锤架）是用来悬挂锤头的。破碎机在运转时，锤架与物料接触，而造成磨损，所以，选择的材料要具有一定的耐磨性，并具有较好的焊接性能，局部出现磨损时，可进行补焊。
整个转子是在高速旋转下工作，为了使它正常工作，在更换新锤头或新设计转子时，要对转子作静平衡和动平衡试验。
图3.5 篦条筛
1—筛架；2—篦条；3—穿杆；4—套管(3) 篦条筛
篦条筛由篦条、筛架、扁钢压板等组成（图3.5示）。篦条筛的筛格间隙应从里向外扩展，以便使破碎了的产品能尽快排出。为了有利于物料的破碎和排出。篦条的工作表面安装成朝转子回转方向向下倾斜一定角度。
1600×1600锤式破碎机的篦条筛由两块组成，图3.5所示为其中的一块的构造。篦条筛由筛架1和篦条2组成。筛架用两块40mm厚的钢板由穿杆3和套管4连接起来。在筛架上制有三角形和方形的孔，篦条安装在此孔中。在篦条筛进料端，安装了三根断面较大的矩形篦条，以承受大块物料所给予较大的冲击力。
篦条有三角形、梯形断面等（如图3.6所示）。
图中(a)为三角形篦条，这种篦条间隙是大角度放射形，物料容易通过，不易产生堵塞现象。但其坚固耐用性较差，篦条容易折断，间隙易被磨大，使破碎产品粒度变粗；图中（b）所示为梯形截面的篦条，这种篦条坚固耐用，篦条间隙不易被磨大，但容易被潮湿物料堵塞。篦条常采用锰钢铸成。
（4） 安全装置
金属物对破碎机是极大的威胁，为了防止金属物进入破碎机内造成事故，一般破碎机都有安全装置。锤式破碎机的安全装置如图3.7所示。在破碎机的主轴1上装有安全铜套2，皮带轮3套在铜套上，铜套与皮带轮则用安全销4连接。当破碎机内进入金属物或过负荷时，安全销即被剪断而起到保护作用。
图3.6 篦条
(a) 三角形断面篦条；(b) 梯形断面篦条
图3.7 锤式破碎机的安全装置
1—主轴；2—安全铜套；3—皮带轮；4—安全销
锤式破碎机的规格和基本参数见表3.1。
3.3 锤式破碎机的结构参数和工作参数的确定
3.3.1 基本结构参数
3.3.1.1 转子的直径与长度
转子直径一般根据给料块的尺寸大小来决定。通常转子直径与给料块尺寸之比为1.2～5，转子长度视机器生产能力的大小而定。转子直径与长度之比值,一般为0.7～2，物料抗冲击力较强时，应选取较大的比值。
3.3.1.2 基本结构尺寸的确定
（1） 给料口宽度和长度
锤式破碎机的给料口宽度大于3dmax，dmax表示最大给矿块的尺寸。给料口长度与转子长度相同。
（2） 卸料口尺寸
锤式破碎机的卸料口尺寸由篦条间隙来控制，而篦条间隙由产品粒度的大小来决定。中碎时产品平均粒度约为间隙的1/3～1/5，粗碎时约为间隙的1/1.5～1/2。
（3） 给料方式
锤式破碎机要求给料块有一定垂直下落速度，故给料口一般都设置在机架上方。
3.3.1.3 锤头质量的确定
由于锤式破碎机的锤头是铰接地悬挂在转子圆盘上，所以正确地选择锤头的质量对破碎效果和能量消耗都有很大的作用。如果锤头的质量选得过小，则可能满足不了锤击一次就将物料破碎的要求。若是锤头质量选得过大，则无用的功率消耗过大，不经济。因此，锤头的质量一定要满足锤击一次使物料破碎，并使无用功率消耗达到最小值，同时还必须不使锤头过度向后偏倒。
计算锤头质量的方法有两种：一种是使锤头运动起来产生的动能等于破碎物料所需的破碎功；另一种是根据碰撞理论的动量相等的原理。前一种方法由于没有考虑锤头打击物料后的速度损失，故计算出来的锤头质量往往偏小，需要根据实际情况进行修正。
（1） 按动能定理计算锤头质量
假设被破碎物料受冲击前的速度为零，锤头冲击前后圆周速度不变，则每一个锤头冲击时所产生的能量为
E=12mv2 (3.1)
式中：E——锤头的功能，J；
m——锤头的质量，kg；
v——锤头的圆周速度，m/s。
v=π Dn60 (3.2)
式中：n——转子的转速,r/min；
D——转子直径，m。
将式（3.2）代入式（3.1），得
E=12mπDn602=mπ2D2n27200 (3.3)
转子上全部锤头每转一次所产生的动能E′为:
E′=K1K2E=mπ2D2n2K1K27200 (3.4)
式中：K1——转子圆周方向的锤头排数；
K2——转子横向每排的锤头个数。
转子的转速为n时全部锤头所产生的动能是由电机供给的，故与电机功率相等。 N=nE′1000×60=nmπ2D2n2K1K21000×60×7200 (3.5) 式中：N——电机功率，kW。
由式（3.5）导出锤头质量为：
m=43.2×106ND2n3K1K2 (3.6)
(2) 按动量定理计算锤头质量
根据碰撞理论动量相等的原理计算锤头质量时，考虑到锤头打击物料后，必然会产生速度损失。如果锤头打击料块后，其速度损失过大，就会使锤头绕本身的悬挂轴向后偏倒，这时锤头由于速度减小而使动能减小，在下一次与物料相遇时，它会很快通过而破碎不了物料，因而会降低破碎机的生产能力和增加无用功的消耗。为了使锤头打击物料后产生的偏倒，能够由于离心力的作用在下次破碎物料前很快恢复到正常工作位置，就要求锤头打击物料后的速度损失不宜过大。根据实践经验，锤头打击物料后的允许速度损失随着破碎机的规格大小而变，一般允许速度损失为40%～60%，即：
v2=(0.4～0.6)v1 (3.7)
式中：v1——锤头打击物料前的圆周速度，m/s；
v2——锤头打击物料后的圆周速度，m/s。
原则上转子的直径愈大，允许的速度损失愈大，反之则取偏小值。
若锤头与物料为非弹性碰撞，且设物料碰撞前的速度为零，根据碰撞理论动量相等的原理可得下列方程：m0v1=m0v2+Mv2
m0=v2v1-v2M (3.8)
式中：m0——锤头折算到打击中心处的质量，kg；
M——最大物料块质量，kg。
将式（3.7）代入式（3.8），得：
m0=(0.7～1.5)M (3.9)
m0仅仅是锤头的打击质量，锤头实际质量m应根据打击质量的转动惯量与锤头质量的转动惯量相等的条件进行质量代换。
m=m0rr02 (3.10)
式中：r——锤头打击中心到悬挂点的距离，m；
r0——锤头重心到悬挂点的距离，m。
(3) 锤头打击中心的计算
锤式破碎机是一种高速回转且靠冲击来破碎物料的机械。为了使其稳定运动，正常地进行工作，首先，必须使它的转子获得静力平衡和动力平衡。如果转子的重心不在它的几何中心线上，则产生静力不平衡现象。若转子中心线和几何中心线相交，则将产生动力不平衡现象。这两种不平衡现象，都会产生很大的惯性力和惯性力矩，从而使机器产生过大的振动，使机器的主轴、轴承和机架等部件受力情况恶化，降低零件的使用寿命。特别是在轴承上产生周期性的冲击负荷，使轴承发热甚至损坏。除了转子平衡问题外，还有由于锤头动力不平衡而引起的机器振动以及锤头打击物料时所产生的冲击力因素。所以，除了在制造上要保证转子的静力平衡和动力平衡外，还必须进行动力学计算。
图3.8 打击反作用力图
1—锤头；2—销轴；3—转子圆盘；4—立轴
由于锤式破碎机的锤头是铰接悬挂在转子的销轴上的，若锤头的销孔位置不正确，尽管转子已达到静力与动力平衡，但当锤头与物料冲击时，仍将在锤头销轴上、转子圆盘、主轴及主轴承上产生反作用力（图3.8所示）。
锤头打击物料时，在锤头碰撞点上将作用着冲击力P。如果锤头未经碰撞平衡计算，则锤头销轴上产生反作用力Py。根据作用力与反作用力大小相等、方向相反的原理，在转子圆盘的销孔上也将作用有Py′力。该力亦会传给主轴，作用在主轴上的力用P′表示，P′力的反作用力P″将作用在转子的中心轴孔上。Py′和P″在转子圆盘上形成逆圆盘回转方向的力偶，因而额外地消耗能量。作用在主轴上的P′力也将传给轴承，使轴承负荷增加，降低轴承使用寿命。 为了使锤式破碎机工作时，在锤头销轴上不产生反作用力，必须对锤头进行碰撞平衡计算。使冲击力P通过离销轴中心的距离为h的碰撞中心上，这样就可以消除Py力。h的大小按“理论力学”课程中求碰撞中心的公式来计算，其计算公式为:
h=J0ma (3.11)
式中：h——冲击力P到销轴中心距离，m；
J0——锤头对销孔中心的转动惯量，kg•m2；
m——锤头质量，kg；
a——锤头重心到销孔中心的距离，m。
锤头的碰撞中心应取在锤头允许磨损高度的中点。
转子装配后必须进行平衡试验。对于长度较小和转速在800r/min以下的转子，只需进行静力平衡试验。对长度较长的转子，除了静力平衡试验外，还必须进行动力平衡试验。
3.3.2 主要工作参数的确定
3.3.2.1 转子的转速
锤式破碎机的特点是冲击破碎物料。为此，转子转速是破碎机的重要工作参数，它影响着破碎机的破碎效率、破碎比和生产能力。转子的转速可按下式计算： n=60vπD (3.12) 转子的圆周速度v可以根据待破碎物料的性质按下式计算：
v≈0.01gρ•σ5/6E1/3 (3.13)
式中：g——重力加速度，m/s2；
ρ——物料密度，kg/m3；
σ——物料的抗压强度，Pa；
E——物料的弹性模量，Pa。
由于公式（3.13）没有反映出破碎比和锤头质量这两个因素，所以按上式计算的转子圆周速度只能作为选取时参考。目前锤式破碎机的转子圆周速度为18～70m/s。一般中、小型破碎机的转速为750～1500r/min，圆周速度为25～70m/s。大型破碎机的转速为200～350r/min，转子圆周速度为18～25m/s。速度愈高，破碎产品的粒度愈小，锤头及衬板、篦条的磨损也越大，功率消耗也随之增加。从设备制造角度来看，高转速对机器零部件的加工、安装精度要求也随之增高，
而且锤头磨损与转子圆周速度成正比。所以在满足产品粒度要求的情况下，转子圆周速度应偏低选取。
3.3.2.2 生产能力
由于锤式破碎机的结构和破碎过程不同，所以计算其生产能力的公式也不同。理论上计算破碎机生产能力的公式是从篦条筛隙中可能通过的最大排料量计算的。锤式破碎机的产量与转子的长度、卸料篦条间隙的宽度、锤头的质量、转速、进料粒度、加料情况以及物料的物理性能因素有关。为了分析锤式破碎机的生产能力，假定每条筛缝同时卸出已破碎好的物料，其卸出体积为： V=LbdKzμ (3.14)
式中：V——卸出的体积，m3；
L——卸料篦条的有效长度，m；
b——卸料篦条间隙的宽度，m；
dK——出料块粒度，m；
z——卸料篦条间隙数目；
μ——松散与排料不均匀系数，一般取μ=0.015～0.07，小型破碎机取较小值，大型破碎机取较大值。
一排产品通过篦条筛孔所需时间，应该等于一排锤头扫过两排锤头间所形成的弧长的时间t。该时间等于：
t=2πR/KπRn/30=60Kn (3.15)
式中：K——转子圆周方向锤头的排数，一般K=3～6；
n——转子的转速,r/min；
R——转子中心到锤头顶端的半径，m。
每小时的生产能力为：
Q=3600Vt•ρ=60LbdKzμKnρ (3.16)
式中：Q——每小时的生产能力，t/h；
ρ——破碎物料的松散容积密度，t/m3。
上述理论公式的影响因素很多，而且有的数据很难准确地确定。所以，只作为分析生产能力时参考。确定生产能力时也可用经验公式计算（破碎中等硬度物料，破碎比i=5～20时）:
Q=(30～45)DLρ (3.17)
式中：L——转子长度，m；
D——按锤头外缘计算的转子直径，m。
3.3.2.3 功率
锤式破碎机功率消耗与很多因素有关，但主要取决于物料的性质、转子的圆周速度、破碎比和生产能力。
目前，锤式破碎机的电机功率尚无一个完整的理论计算公式。一般都是根据生产实践或实验数据，采用经验公式进行计算。
N=kD2Ln (3.18)
式中：N——电机功率，kW；
k——经验系数,k=0.1～0.2，大型锤式破碎机取上限。
另一种与破碎比和产量有关的经验公式如下：
N=(0.1～0.15)iQ (3.19)
式中：i——破碎比。
更为精确的计算公式是：
N=mR2n3ef1088×104η (3.20)
式中：R——转子半径，m；
e——锤头总数;
m——每个锤头质量，kg；
η——机械效率,η=0.7～0.85；
f——修正系数。与转子的圆周速度有关，随圆周速度增加而减小，因为速度愈高，每个锤头打击物料的机会愈低。f值与转子圆周速度v的关系见表3.2。