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[摘 要]由于锤式破碎机具有结构简单、运行可靠、破碎比大等特点，因此被广泛应用于冶金、矿山、建材等行业。锤式破碎机在工作过程中，由于受到物料的冲击和摩擦，不可避免地使锤头、衬板、篦条等零件发生磨损而失效。锤头是最主要的易磨损件，多数厂家使用的是高锰钢锤头，但其冲击韧性和抗磨性差，使用寿命短，需要大量的备件，不仅占用资金，而且浪费材料，影响正常生产。因此，对锤头磨损的影响因素进行分析，采取不同的措施提高锤头的使用寿命，则成为企业亟待解决的问题。
[关键词]锤式破碎机；锤头寿命；措施
中图分类号：TH114 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0329-01
1 锤式破碎机的工作原理及锤头失效分析
1.1 锤式破碎机的工作原理
如图1所示，物料从喂料口落下进入破碎腔，与高速旋转的锤头相撞击，被破碎的物料以很高的速度撞击在有一定间隙的蓖条上，粒度较大的物料经过反复破碎，破碎后符合要求的细小物料通过蓖条缝排除。
1.2 锤頭失效分析
锤头在工作初期表面形状未发生改变时，锤头主要受到撞击磨损，物料以正向力撞击金属表面产生塑性变形和撞击坑。当锤头的工作面磨成圆弧后，此时其表面受力发生了变化，原来锤头锤面受力F，现在作用在磨损面上的力F可分解为2个分力，一个是垂直于锤面的法向力Ff=Fsina，一个是平行于锤面的切向力Fq=Fcosa。前者对锤头产生撞击作用，后者对锤面造成切削、冲刷。二者的大小取决于冲击角α。在锤头工作初期，冲击角α=90°，这时主要表现为撞击磨损，当锤头磨损后，α角变小，Fq变大，这就使金属从锤面上迁移，表现为冲刷磨损，此类磨损是锤头失效的主要形式。尽管物料的撞击可产生一定量的加工硬化，但冲击力还不足以使锤头的工作面形成坚固的硬化层，造成锤头的耐磨性不够，最终使得锤头在工作初期失效。因此提高锤头的硬度，可提高其耐磨性，从而减轻撞击磨损；提高材料的韧性有助抑制裂纹的产生和扩展，有利于减轻冲刷磨损。
2 影响锤头磨损的主要因素
2.1 锤头材质的影响
要提高锤头的耐磨性，就要增加其硬度，随着硬度的提高，抗冲击韧性就会降低。如何兼顾锤头适宜的硬度和良好的抗冲击韧性是提高锤头耐磨性的关键。高锰钢的主要特点是：在较大的冲击或接触应力作用下，表面层将迅速产生加工硬化，其加工硬化指数比其它高5倍～7倍，且马氏体和ε相沿滑移面易产生晶格畸变，形成耐磨表面层，而其内层仍保持冲击韧性良好的奥氏体组织。如果使用中冲击力不够或接触应力小，不能使表面迅速产生加工硬化，则高锰钢的耐磨性就不能充分发挥。
2.2 锤头的结构及几何形状
不同的结构和几何形状对其热处理的力学性能、内部的金相组织有很大的影响，特别是厚度尺寸大的锤头影响更为突出。在不改变锤头的打击动能和强度的情况下，对锤头的结构进行优化设计，可提高锤头的利用率，同时又减少对热处理的影响。
2.3 破碎机技术参数及结构参数的影响
破碎机转子的功率和转速，不仅关系到破碎机的生产能力，也关系到锤头冲击硬化的程度，锤头冲击硬化程度良好，使用寿命就长；破碎机内部间隙主要是指转子与反击板、篦条以及锤头之间的间隙，这些间隙的尺寸会关系到篦条及安全门附近是否有積料，如果积料存在，而锤头无法将积料从篦条上压下时，锤头就会受到严重的摩擦磨损。
3 提高锤头寿命的措施
3.1 合理选择锤头材料
3.1.1 根据冲击载荷大小选择锤头材料
当破碎物料的粒度大时，锤头所承受的冲击载荷也大，因此，应选择合金化的高强高锰钢，其韧性可保证安全使用，其初始硬度高、屈服强度高、奥氏体内有弥散碳化物，可保证其高耐磨性；锤头质量越重，其所破碎物料的块度越大，锤头受到的冲击载荷也越大，因此应首先考虑在保证锤头韧性的前提下提高其硬度；对于中小型锤头，冲击载荷小，采用高锰钢不能发挥其加工硬化的特性，达不到耐磨效果，应选择高中碳低合金钢和中碳合金钢材料。
3.1.2 根据物料特征选择锤头材料
物料硬度越高，对锤头材质的硬度要求越高；而物料块度越大，对其韧性要求越高。实践经验表明，在Hm=（0.8～1.1）Ha范围内（Hm-金属硬度，Ha-物料硬度），材料耐磨性会得到提高，因此，锤头的材料硬度应该选为物料硬度的0.8倍以上。在此基础上，再兼顾锤头的大小、转速等情况选择硬度、韧性匹配合理的材料。
3.1.3 根据破碎机结构选择锤头材料
普通锤式破碎机锤头经锤架固定在轴上，运行时离心力大，锤头受冲击载荷大，应选高韧性耐磨材料；反击锤头式破碎机的锤头镶在转轮上，可用韧性较低的耐磨材料；破碎机规格越大，锤头的质量越大，动量和冲量也大，对锤头的要求越高，应选择韧性高的耐磨材料。
3.1.4 根据经济性选择锤头材料
在选用锤头材质时，还应考虑到技术经济效果，力争做到优质价廉，具有市场竞争力。同时还应考虑其工艺合理性，使生产厂家易于组织生产与质量控制。
3.2 合理设计锤头结构
a.在满足冲击力度的前提下，尽量选择两端带孔的锤头，它磨损后两端可进行多次调换，能有效延长锤头的使用寿命。b.如果工艺要求使用一端带孔的锤头，在保持锤头质量基本不变的情况下，尽量延长悬挂长度，增大工作部分尺寸，减小悬挂部分尺寸。这样，不仅可以增加锤头的磨损裕量，延长锤头的寿命，而且还能有效增加锤头的动量和冲量，加大打击力度，提高破碎效果。c.为了提高锤头的耐磨性，可在其工作面上涂焊一薄层硬质合金，或设计成复合型锤头，锤头工作部分使用高硬度材料，非工作部分使用高韧性材料，使锤头既耐磨又耐冲击。d.采用先进的锤头结构，如组合式快速更换的锤头。这种锤头由柄部和头部构成，两者材料不同，柄部韧、头部硬，柄部和头部通过销轴连接。头部磨损不可再用后，操作者不必拆下整个锤头，仅拆装销轴即可快速更换锤头。每次更换锤头时真正扔掉的金属仅占整个锤头质量的25%左右，相当经济的。
3.3 加强设备的管理与维护
锤式破碎机在日常使用与维护中应特别注意以下几点：a.根据设计型号，适当控制进料尺寸，严禁超出设计最大限定尺寸的物料入机。b.选用合适的给料设备，如采用板式给料机或振动给料机等进行喂料，保证进料均匀稳定，避免因喂料不均匀对设备造成冲击和发生无效运转。c.由于锤头铸造时质量有误差，锤头使用过程中应根据电流的情况，按时倒眼、翻个，以使锤头均匀磨损和转子运转平衡。d.更换新锤头时最好进行称量，根据质量平均分成几组，每组的质量要求相等，否则开机时转子不平衡容易引起振动。e.停车时要检查锤头与筛条之间、筛条与筛条之间的间隙，必要时进行调整，并定期更换筛条。因为锤头的成本比筛条高，新筛条与旧筛条相比，锤头能多用4～5个班。f.锤式破碎机的锤架是铸钢材质，与物料接触较少，但当破碎机内进入金属物或衬板脱落时，容易造成中锤盘损坏或弯曲，这时要及时将其换掉，否则容易夹锤头引起振动。g.锤架的边锤盘与机壳侧板间由于受到物料冲击，边锤盘的磨损较为严重，为了延长边盘的使用寿命，可在边盘的圆周面以及靠近侧板的一面堆焊出耐磨层。
结语
通过对锤式破碎机磨损锤头的影响因素分析，针对不同的影响因素，应采用不同的减磨措施，延长锤头的使用寿命，减少材料消耗和停机时间，达到降低成本，提高企业经济效益的目的。
参考文献
[1] 姚智华，刘纯利，戴青龙，李立和.基于ALGOR的锤式破碎机锤头的有限元分析[J].矿山机械，2013，11：86-89.
[2] 李正峰.锤式破碎机锤头销孔碰撞反力的定量计算[J].煤矿机械，2006，02：185-186.
[关键词]锤式破碎机；锤头寿命；措施
中图分类号：TH114 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0329-01
1 锤式破碎机的工作原理及锤头失效分析
1.1 锤式破碎机的工作原理
如图1所示，物料从喂料口落下进入破碎腔，与高速旋转的锤头相撞击，被破碎的物料以很高的速度撞击在有一定间隙的蓖条上，粒度较大的物料经过反复破碎，破碎后符合要求的细小物料通过蓖条缝排除。
1.2 锤頭失效分析
锤头在工作初期表面形状未发生改变时，锤头主要受到撞击磨损，物料以正向力撞击金属表面产生塑性变形和撞击坑。当锤头的工作面磨成圆弧后，此时其表面受力发生了变化，原来锤头锤面受力F，现在作用在磨损面上的力F可分解为2个分力，一个是垂直于锤面的法向力Ff=Fsina，一个是平行于锤面的切向力Fq=Fcosa。前者对锤头产生撞击作用，后者对锤面造成切削、冲刷。二者的大小取决于冲击角α。在锤头工作初期，冲击角α=90°，这时主要表现为撞击磨损，当锤头磨损后，α角变小，Fq变大，这就使金属从锤面上迁移，表现为冲刷磨损，此类磨损是锤头失效的主要形式。尽管物料的撞击可产生一定量的加工硬化，但冲击力还不足以使锤头的工作面形成坚固的硬化层，造成锤头的耐磨性不够，最终使得锤头在工作初期失效。因此提高锤头的硬度，可提高其耐磨性，从而减轻撞击磨损；提高材料的韧性有助抑制裂纹的产生和扩展，有利于减轻冲刷磨损。
2 影响锤头磨损的主要因素
2.1 锤头材质的影响
要提高锤头的耐磨性，就要增加其硬度，随着硬度的提高，抗冲击韧性就会降低。如何兼顾锤头适宜的硬度和良好的抗冲击韧性是提高锤头耐磨性的关键。高锰钢的主要特点是：在较大的冲击或接触应力作用下，表面层将迅速产生加工硬化，其加工硬化指数比其它高5倍～7倍，且马氏体和ε相沿滑移面易产生晶格畸变，形成耐磨表面层，而其内层仍保持冲击韧性良好的奥氏体组织。如果使用中冲击力不够或接触应力小，不能使表面迅速产生加工硬化，则高锰钢的耐磨性就不能充分发挥。
2.2 锤头的结构及几何形状
不同的结构和几何形状对其热处理的力学性能、内部的金相组织有很大的影响，特别是厚度尺寸大的锤头影响更为突出。在不改变锤头的打击动能和强度的情况下，对锤头的结构进行优化设计，可提高锤头的利用率，同时又减少对热处理的影响。
2.3 破碎机技术参数及结构参数的影响
破碎机转子的功率和转速，不仅关系到破碎机的生产能力，也关系到锤头冲击硬化的程度，锤头冲击硬化程度良好，使用寿命就长；破碎机内部间隙主要是指转子与反击板、篦条以及锤头之间的间隙，这些间隙的尺寸会关系到篦条及安全门附近是否有積料，如果积料存在，而锤头无法将积料从篦条上压下时，锤头就会受到严重的摩擦磨损。
3 提高锤头寿命的措施
3.1 合理选择锤头材料
3.1.1 根据冲击载荷大小选择锤头材料
当破碎物料的粒度大时，锤头所承受的冲击载荷也大，因此，应选择合金化的高强高锰钢，其韧性可保证安全使用，其初始硬度高、屈服强度高、奥氏体内有弥散碳化物，可保证其高耐磨性；锤头质量越重，其所破碎物料的块度越大，锤头受到的冲击载荷也越大，因此应首先考虑在保证锤头韧性的前提下提高其硬度；对于中小型锤头，冲击载荷小，采用高锰钢不能发挥其加工硬化的特性，达不到耐磨效果，应选择高中碳低合金钢和中碳合金钢材料。
3.1.2 根据物料特征选择锤头材料
物料硬度越高，对锤头材质的硬度要求越高；而物料块度越大，对其韧性要求越高。实践经验表明，在Hm=（0.8～1.1）Ha范围内（Hm-金属硬度，Ha-物料硬度），材料耐磨性会得到提高，因此，锤头的材料硬度应该选为物料硬度的0.8倍以上。在此基础上，再兼顾锤头的大小、转速等情况选择硬度、韧性匹配合理的材料。
3.1.3 根据破碎机结构选择锤头材料
普通锤式破碎机锤头经锤架固定在轴上，运行时离心力大，锤头受冲击载荷大，应选高韧性耐磨材料；反击锤头式破碎机的锤头镶在转轮上，可用韧性较低的耐磨材料；破碎机规格越大，锤头的质量越大，动量和冲量也大，对锤头的要求越高，应选择韧性高的耐磨材料。
3.1.4 根据经济性选择锤头材料
在选用锤头材质时，还应考虑到技术经济效果，力争做到优质价廉，具有市场竞争力。同时还应考虑其工艺合理性，使生产厂家易于组织生产与质量控制。
3.2 合理设计锤头结构
a.在满足冲击力度的前提下，尽量选择两端带孔的锤头，它磨损后两端可进行多次调换，能有效延长锤头的使用寿命。b.如果工艺要求使用一端带孔的锤头，在保持锤头质量基本不变的情况下，尽量延长悬挂长度，增大工作部分尺寸，减小悬挂部分尺寸。这样，不仅可以增加锤头的磨损裕量，延长锤头的寿命，而且还能有效增加锤头的动量和冲量，加大打击力度，提高破碎效果。c.为了提高锤头的耐磨性，可在其工作面上涂焊一薄层硬质合金，或设计成复合型锤头，锤头工作部分使用高硬度材料，非工作部分使用高韧性材料，使锤头既耐磨又耐冲击。d.采用先进的锤头结构，如组合式快速更换的锤头。这种锤头由柄部和头部构成，两者材料不同，柄部韧、头部硬，柄部和头部通过销轴连接。头部磨损不可再用后，操作者不必拆下整个锤头，仅拆装销轴即可快速更换锤头。每次更换锤头时真正扔掉的金属仅占整个锤头质量的25%左右，相当经济的。
3.3 加强设备的管理与维护
锤式破碎机在日常使用与维护中应特别注意以下几点：a.根据设计型号，适当控制进料尺寸，严禁超出设计最大限定尺寸的物料入机。b.选用合适的给料设备，如采用板式给料机或振动给料机等进行喂料，保证进料均匀稳定，避免因喂料不均匀对设备造成冲击和发生无效运转。c.由于锤头铸造时质量有误差，锤头使用过程中应根据电流的情况，按时倒眼、翻个，以使锤头均匀磨损和转子运转平衡。d.更换新锤头时最好进行称量，根据质量平均分成几组，每组的质量要求相等，否则开机时转子不平衡容易引起振动。e.停车时要检查锤头与筛条之间、筛条与筛条之间的间隙，必要时进行调整，并定期更换筛条。因为锤头的成本比筛条高，新筛条与旧筛条相比，锤头能多用4～5个班。f.锤式破碎机的锤架是铸钢材质，与物料接触较少，但当破碎机内进入金属物或衬板脱落时，容易造成中锤盘损坏或弯曲，这时要及时将其换掉，否则容易夹锤头引起振动。g.锤架的边锤盘与机壳侧板间由于受到物料冲击，边锤盘的磨损较为严重，为了延长边盘的使用寿命，可在边盘的圆周面以及靠近侧板的一面堆焊出耐磨层。
结语
通过对锤式破碎机磨损锤头的影响因素分析，针对不同的影响因素，应采用不同的减磨措施，延长锤头的使用寿命，减少材料消耗和停机时间，达到降低成本，提高企业经济效益的目的。
参考文献
[1] 姚智华，刘纯利，戴青龙，李立和.基于ALGOR的锤式破碎机锤头的有限元分析[J].矿山机械，2013，11：86-89.
[2] 李正峰.锤式破碎机锤头销孔碰撞反力的定量计算[J].煤矿机械，2006，02：185-186.