第三节　冲击式制砂机

一、概述

20世纪80年代，巴马克（Barmac）立式冲击式破碎机的出现，是成功地应用细碎技术的典范，它能提供立方体形的物料，特别是用在制砂领域，由于其砂的质量、产量，得到一致公认好评，故称为冲击式制砂机。30多年来，冲击式制砂机得到迅猛发展，世界上各个公司均相继研发了各种各样外形的立式冲击式破碎机。国内许多公司也相应推出了引进、仿制、改进的立式冲击式破碎机。

（一）发展趋势

1.向大型化发展

为了满足各种不同用户的需要，为了达到更大的产量，其转子直径也越来越大，电机功率也越来越大。这样允许进料的粒度也越来越大，甚至在一些场合，可作为二破使用。即机器的适用范围越来越宽。目前国外冲击式制砂机其转子最大直径已达1600mm，允许通过量达1500t/h，进料粒度达180mm。

2.型式多样化

目前冲击式制砂机已发展成开式转子和闭式转子两大类，每一大类又分为带反击衬板（即石打铁）和不带反击衬板（即石打石）。且每一规格的机器中又有几种不同的转子转速，几种不同的电机功率和几种不同转子出口数，进料有中心给料和中心给料加周边给料等方式，从而组合成不同的通过量，不同的破碎效应，根据用户需要，达到所需效果。即配置的多样性和灵活性得到充分体现。

3.全自动控制

一台机器的控制系统也是多样化，一般用户可采用常规控制，特殊用户采用计算机或PLC控制。运行中可远距离显示工作状态下的机器各种参数，如轴承的温度、机器的振动、瞬时的通过量、润滑油的质量情况等。也可通过无极调速调整转子不同的转速，适应不同物料，达到不同的出料粒度。

（二）工作原理

利用其高速离心产生的动能，把物料抛出，得到能量的物料与反击板，或物料与物料间的碰撞，引起能量交换的连锁反应：高能量、大质量的物料与较小物料的碰撞，或与反击板碰撞形成剧烈的冲击而沿其自然裂纹碎裂，较低能量的中等粒度的物料与前面冲击产生的物料及其他物料相遇形成冲击劈裂和磨蚀，而最低能量较小的物料也以高速运动，产生一种“砂喷”现象，使之绕破碎腔汹涌地涌动，从而发生相互碰撞、摩擦和研磨，直至失去足够的速度掉出粒子云从而离开破碎腔。从设计角度而言，转子的线速度一般在45～95m/s，但由于加工原因、配套原因等，实际上在50～85m/s之间，但对于制砂来说，这种线速度是足够的。

冲击破碎的计算：

1.处理量的确定

立式冲击破碎的处理量计算大致可用如下公式计算：

Q=3600AρVω2R

式中　Q——冲击破碎处理量，t/h；

A——补偿系数，0.7～1.2t/（m·h），转速越高取小值，转速低取大值；

ρ——物料密度，t/m3；

V——转子出口的总体积，m3，V=mV1；

m——转子出口数；

V1——单个出口的体积，m3；

ω——转子旋转圆频率（弧度）。

ω=2πn/60

式中　n——转子转速，r/min；

R——转子半径，m。

2.电机功率的确定

同一规格的机器可选用不同的电机功率，以满足不同的需要，因此其功率的确定不过是一个范围，一般而言，可用下述公式表达：

N=Φ（0.03～0.15）D2n

式中　N——电机功率，kW；

Φ——补偿系数，0.8～1.8m2r·kW/min，视转子直径大小而定，转子直径越大，Φ值越大；

D——转子直径，m；

n——转子转速，r/min。

3.转子线速度的确定

转子线速度并非越高越好，因为破碎每一种物料均有一个最佳值，这最好要做试验而定，在一般情况下，设计时在45～85m/s内选取，只要保证所破碎的效果能达到用户要求，线速度取低一些为好，这样对机器的寿命是有好处的。

4.转子主轴强度计算

一般可按设计手册上有关轴的强度计算来计算。

5.转子动载荷的计算

由于制造等问题，当机器工作时，有一动载荷出现，故必须按有关手册，计算动载荷，以避免出现不良问题。

（三）破碎岩石的种类和性质

一般来说，制成的砂大多是作为混凝土集料用，故首先必须对砂石的性能有所了解，才能更好地设计出与众不同的立式冲击式破碎机。

1.岩石的种类

自然界中岩石按其形成过程可分为三大类：

（1）火成岩　它是由地下深处的岩浆经火山爆发流在地表表面或者岩浆向地表表面上升过程中受到冷却而形成的岩石。其岩石种类主要为流纹岩、安山岩、玄武岩、页岩、辉绿岩、花岗岩、片岩、角闪岩、斑岩、橄榄岩等。

（2）沉积岩　地表的岩石，经长时间的风化和大自然的搬运与堆积而形成的岩石。其岩石种类主要是泥岩、贝壳岩、凝灰岩、凝灰角闪岩、石灰岩、铁矿岩、白云岩、燧岩等。

（3）变质岩　地下的岩石在高温、高压的作用下，矿物组成与结构发生变化而形成的岩石。其岩石种类主要是结晶片岩、千枚岩、片麻岩、蛇纹岩、角闪岩、大理石、黏板岩等。

2.砂的性质

按照定义：经除土处理，由机械破碎筛分制成粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包含软质岩、风化岩石的颗粒。在混凝土中0.15～4.75mm的料称细集料或细骨料，也称为砂。一般砂的表观密度在2.5以上，吸水率在3.5％以下，最好在3％以下。因为吸水率表示集料颗粒内部的孔隙比例，是集料质量好坏的一个指标。特别是集料的强度对混凝土强度的影响很大，尤其是对高强度混凝土的影响。且一般高强度混凝土均选取级配良好的Ⅱ区中砂。而立式冲击式破碎机的料又正好落在此区域内，故立式冲击式破碎机作为机制砂的首选产品是当仁不让的。

我国地域辽阔，故砂资源十分丰富，但必须认识到，砂石是一种不可再生的资源，尤其是天然砂，也不是可以无限制开采的。

因此，用机制砂是大势所趋。我国砂石量较多的地区有辽宁、山东、江苏、江西、浙江、广东、福建等省区。但砂石生产厂家大多是产量不高、条件简单、利用率较低的小厂，且由于急功近利的原因，往往破坏了环境，这一点要引起大家足够的重视。也是制造立式冲击式破碎机厂家应注意的问题。开发出更加符合环保要求的立式冲击式破碎机是我们厂家的义务和方向。

（四）分类

冲击式制砂机的种类从转子角度分为开式转子和闭式转子两种；从碰撞角度分带反击板和不带反击板两种，这样排列组合就有四种立式冲击式制砂机。

1.开式转子立式冲击式制砂机

开式转子立式冲击式制砂机一般来说是一种开放式转子系统，带反击板，转子给料的制砂机。根据用户要求也可以换成闭式转子，不带反击板，转子给料的制砂机。该系列制砂机根据转子直径大小，其出口数为3～5个，目前有700、850、1000、1200等规格。每个规格又有不同的线速度和不同的电机功率，这样组合而成几十种配置，以满足不同用户对不同物料和不同通过量的需求。主要组成部件为回转机构、进料斗、筒体、转子、机座、电动机座、电机等。开放式转子是在一个圆盘上焊有安装流道板的支撑柱，支撑柱放置位置一般为径向式。由于开放式转子制作工艺相对简单，但由于转子内部其结构特点，形成不了物料垫，故流道板要受到冲蚀磨损，其磨损机理是由于物料沿流道板流动时，会形成旋涡体，旋涡的曲率半径紧贴流道板壁面，瞬时的对流速度很大，故对壁面的切削作用也很强，使流道板壁面掏成坑穴，其流向是前深后浅。因此，其使用寿命也较短，特别是在湿法破碎上，其使用寿命不到干法破碎的1/2。故如何提高流道板的使用寿命是今后要改进的一个方向。开式转子系列立式冲击式制砂机特点是进料相对较大，偶尔一小块铁块进入不影响机器使用。

另外，根据不同用户需要可配有振动保护装置，在运转过程中，一旦振动超过某一设定值，会发出信号给进料装置，使进料装置停止给料，过一段时段，主机电机会自动停止。以保护机器不受损坏。为了方便装拆易损件，减少开机盖的时间，为了适应现场无起重设备的情况，对机盖采用了液压开盖方式。由液压小车带动液压缸顶升机盖。由于液压缸内装有滚动轴承，故只要随势而推，上盖可以任意旋转。

2.闭式转子立式冲击式制砂机

闭式转子系列立式冲击式制砂机是一种闭式转子带反击板、转子给料的制砂机。其破碎作用是物料由上部进料口进入，落到高速旋转的转子中心部，落下的物料在转子强大离心力作用下，被高速抛出，撞击到机架内部的反击板上被破碎。由于与反击板撞击的角度为90°，故能量得到充分利用。它是由进料斗、转子、轴系、破碎室、底座、电动机底座、电动机等零部件组成。在物料进料口两侧，备有空气循环装置，使其转子旋转所产生的风，在循环装置内循环，以减少排到外面的灰尘量。视转子大小，分为若干不同规格。每一规格根据不同用户的要求分别有两种不同的转子转速和多种电机功率，组成几十种组合。由于是闭式转子，装有镶硬质合金刀片的外刀，故对进料粒度的控制十分严格，且绝对不允许有铁块进入，以免冲坏硬质合金刀片，整个转子采用堆焊耐磨焊条的方式来保护转子本体，故一旦磨损，修复工作量较大，其修复工艺要求也较高，也不能无限制地一次又一次修复。其易损件的使用寿命在破碎河卵石时大约为500小时。

二、主要零部件要求

1.主要零件材料

制造制砂机主要零件的材料，其力学性能应不低于表2-3-1所述材料规定。

2.主轴

（1）必要时，主轴应进行超声波探伤，并应符合JB/T 5000.15—1998中V级的规定。当采用其他方法探伤时，应符合相应标准的规定。

（2）主轴与轴承配合处的表面粗糙度应不低于Ra1.6，与密封件配合处的表面粗糙度应不低于Ra3.2的要求。

（3）主轴各主要段轴径的同轴度公差应不低于GB/T 1184—1996中8级的规定，与轴承配合处的圆柱度公差应不低于GB/T 1184—1996中8级的规定。

3.筒体

（1）筒体的未注线性尺寸公差、未注角度公差应符合JC/T 532中B级的规定。

（2）筒体内径的圆度公差为：

①筒体内径<1000mm，圆度公差≤2mm；

②筒体内径为1000～2500mm，圆度公差≤3mm；

③筒体内径>2500mm，圆度公差≤4mm。

（3）上下法兰端面的平行度公差应符合JC/T 532中F级的规定。

（4）筒体的焊缝质量要求缺陷分级应不低于GB/T 12469中Ⅲ级的规定。

4.转子

（1）转子的未注线性尺寸公差、未注角度公差应符合JC/T 532中B级的规定。

（2）转子的直线度、平面度、垂直度的未注公差应符合JC/T 532中F级的规定。

（3）转子的焊缝质量要求缺陷分级应不低于GB/T 12469—1990中Ⅲ级的规定。

（4）转子应根据设计计算要求，对其进行静平衡或动平衡试验，其平衡精度应不低于GB/T 9239—1988中G16的规定。当采用其他方法和要求进行平衡时应符合相应标准的规定。

5.轴承座

（1）轴承座上、下轴承孔的同轴度应不低于GB/T 1184—1996中8级的规定。

（2）轴承座上、下轴承孔的表面粗糙度应不低于Ra1.6的要求。

（3）轴承座上轴承孔表面对下端面止口的径向圆跳动应不大于GB/T 1184—1996中8级的规定。

（4）轴承座上、下轴承孔的圆柱度应不低于GB/T 1184—1996中8级的规定。

三、装配及安装要求

1.装配要求

（1）所有零、部件必须经检验部门检验合格，外购件、外协件必须有质量合格证明文件或经检验部门检验合格后方可进行装配。

（2）电动机皮带轮上端面与主轴皮带轮上端面应在同一平面内，其偏移误差不应大于两皮带轮中心距的1.5/1000。

（3）轴承装配后，上轴承（非传动端）的轴承外圈端面与端盖的轴向间隙为0.15～0.25mm。

2.安全要求

（1）制砂机设计应符合GB 18452的相应规定。

（2）制砂机空负荷运转时的噪声声压级：

①电机功率≤110kW应不超过85dB（A）；

②电机功率>110kW应不超过88dB（A）。

（3）制砂机的旋转传动部件应有安全防护装置，由用户自备的安全防护装置应在产品使用说明书中说明。

（4）制砂机的接合部位应严实密封，不应泄漏粉尘。

四、安装调试与维护修理

1.安全操作一般规则

（1）在机器周围不穿着宽松的衣服。

（2）穿戴适当的防护用品（防护眼镜、耳塞、防护盔、呼吸器和安全鞋袜）。

（3）工人只能在工厂区的安全通道上走动。

（4）安全通道应该保持清洁、整齐并且完好。

（5）不得穿越于起吊的负载之下。

（6）不得站立在吊起的负荷和其他物品之间。

（7）检查卷扬机、起重机和提升装置的提升能力是否大于起吊负荷的重量。

（8）你不要试图提升过重的负荷以免损伤你的身体，应该使用提升装置提升重物。

（9）未经许可不要进入其他工作区域。

（10）阅读并且留意所有设备上的危险标记。

（11）在确信所有人员均远离机械后，才能启动设备的任何部分。

（12）在设备操作期间不要移动、接触护板。

（13）电控箱以及所有的电动机都必须适当接地，未切断电源前不要维修任何电气元件。

（14）启动前从机械上拿走所有不必要的物品，使一切井井有条。

（15）特别是在雨天要当心，不要滑倒在楼梯上或者过道上。

（16）远离输送石料设备和下料区，下落的石块可能使人伤亡。

（17）不要遮盖紧急停止按钮。

（18）在紧急停止按钮周围不要设置障碍。

2.日检项目（见表2-3-2）

3.周检项目（表2-3-3）

4.查故障、排除故障（见表2-3-4）

5.维修规则

（1）在操作或保养设备之前，确认你已经学习过手册并且接受过安全操作培训。确认如果事故发生，你懂得如何关闭机器。

（2）维修设备应该使用合格的零件和正确的工具。

（3）使用说明书中推荐的润滑剂。

（4）不要使用汽油或者其他易燃溶剂来清洗零件，应该使用商用非易燃溶剂，同时应该适当处理废物。

（5）向上级汇报有关设备的任何异常现象。

（6）在维修设备之前应该对所有电气控制设备和电动机进行断电，锁闭并且贴出维修标识。

（7）当设备运转或者操作时，不要进行润滑、清洗、修理或者保养工作。

（8）对于有危险标记（红色旗子）的开关或者阀门不要进行操作。

（9）必须经过负责人（其姓名应该记录在案）授权才能除去危险标识。

（10）只有合格工人才能进行如下工作：

①操作起重机或者提升装置；

②进行吊运工作；

③进行电弧焊以及气割工作；

④进行磨削工作。

（11）在启动设备之前重新装好所有安全装置。

6.检修规程

（1）在转子完全停止之前绝对不要开启检修（检查）门，物料可能以高速度射出造成人员伤亡。

（2）操作时绝对不要窥视破碎腔的给料口，要保持适当距离，物料以高速度喷出可能使人员伤亡。

（3）在试图清除被拥塞或者被堵塞的区域或者检查破碎腔的内部之前应该：

①断电、锁闭并且标识所有的控制装置（制砂机、给料机、输送机以及装载机等）。

②清除制砂机（给料机、输送机、料槽）上面容易滑落的石料。在接通电源之前完全关闭检修门。

（4）绝对不要供入超过最大允许进料尺寸的物料，因为它可能导致转子堵塞或者产生不平衡。

（5）不要使机器的圆周速度超过在规范中以及本手册中规定的数值，否则会导致转子的异常振动以及制砂机本体的磨损。当需要改变转子的圆周速度时，应该事先询问制造厂。

（6）不要只更换部分外刀和转子衬板（上和下），而是更换所有外刀和转子衬板。部分更换会造成转子的异常振动，结果会损坏轴承。

（7）绝对不要进行不安全和不稳定的动作，例如攀爬机架。

（8）不要用铁锤敲击V形皮带轮。

（9）操作时，不得通过破碎腔排料口下面。

（10）为进行操作控制，阅读并且遵守所有的维修保养规则。

（11）设备运转期间，不要移动、接近护板。

（12）设备运转期间，不要润滑、调节、清洗、修理或者保养设备。

五、试运转

（一）试运转要求

1.空负荷运转要求

（1）制砂机运动部件转动应灵活无卡阻现象，空负荷运转时无异常响声。

（2）制砂机连续空负荷运转时间应不少于2h，且必须在轴承温度达到稳定1h后才能结束试运转。

（3）制砂机空运转时，用润滑脂润滑的滚动轴承最高温度不应大于75℃，且温升不应大于30℃。

（4）制砂机在空运转时，其上盖的振幅应不大于0.25mm。

2.负荷运转要求

（1）负荷试验可在用户现场进行。

（2）负荷试验应在空负荷试验后进行，并先进行半负荷试验。

（3）负荷试验时应均匀投料，并应遵守先开车后投料等有关安全操作事宜。

（4）负荷试验时测量制砂机的处理能力、出料粒度和合格率等应符合有关的规定。

（二）试运转操作

1.准备工作

在完成了安装之后、进行无负载试运转之前进行下列项目或者检查下列各点：

（1）将润滑脂注入轴承和V形环中。

（2）确认每个零件的螺栓/螺母已经上紧。

（3）确认V形皮带被适当拉紧。

（4）确认主机内没有混入异物。

（5）确认转子衬板已经固定在转子上。

2.无负载试运转

在开始操作之前确认在机器内部或者周围无人停留，并检查或者测量下列项目：

（1）确认电动机的旋转方向正确。

（2）启动机器确认没有任何异常声音。

（3）确认机器没有任何异常强烈的振动。如果发现异常振动，停止操作进行检查是否零件遗漏，螺栓松弛等。

（4）如果没有发现异常现象，进行无负载操作约5h（直到轴承温度稳定）。

（5）记录无负载操作期间的电流值。

（6）如果没有发现异常现象，停机，检查每只螺栓是否松弛。

3.负载试运转

在完成了无负载试运转之后开始负载试运转。

（1）在机器达到额定旋转速度之前不要给机器加料。

（2）首先加入粒度大概为5mm或者小于5mm的细料约1m3，在转子内部形成静止存料（当转子被更换时或者无用废料被除去时不要忘记进行此项工作）。

（3）绝对不要使机器的圆周速度超过该机规定的最大速度。

一般来说，立式冲击式破碎机（用于制砂），其圆周速度为60m/s和70m/s；而用于分级或整粒，其圆周速度为45m/s、50m/s和60m/s，然而取决于材料的特性和粒度，圆周速度稍微有所不同。

（4）起初机器以半载容量运转约2h，确认机器没有异常振动等故障。

（5）当将材料的进料率调节在电动机的额定输出之内时，小心操作不要过载。