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破碎機易損件的工況及材質選擇
1．1 工況條件
五強溪水電工程中采用石英巖和石英砂巖制成砂石料，然后進行混凝土的配制。這兩種砂石料中SIO。含量達 75%～90%，莫氏硬度 7級以上，抗壓強度為200—300MPa。引進的破碎機技術參數為：轉子直徑1000×寬1000mm，轉速 740r/min，功率160 kw，最大進料粒度為 150mm，破碎能力 120 t／h。設備中隨機帶來的易損件經現場生產考核，使用壽命為 110— 125 h。易損配件在運行中的另一工況特點是：高速運轉的沖擊錘與高硬度的石英巖反復碰撞，沖擊錘工作表面溫度高達500—600℃，因此，抗磨材料必須在較高的溫度下具有足夠的韌性和硬度。
1．2 磨損機理
沖反擊式破碎機中的沖擊錘、反擊板等易損件的磨損是鑿削式磨粒磨損。這種磨損是表面應變和機械應變較強的溝槽磨損，溝槽的形成是由于磨料在外力作用下，以一定的速度切人金屬基體，經一段滑移后與金屬基體脫離，從而在基體上留下一道道溝槽。溝槽的形成取決于局部應力的大小和金屬表面與磨料硬度的相對值。在相同應力的情況下，磨料硬度越大，越容易產生溝槽。由于砂爍石硬度大，因而對金屬基體產生的溝槽往往在磨損中占主要地位。
1．3 材質選擇
為了借鑒國外經驗，首先我們對奧鋼聯進口產品殘體的金相組織、力學性能及化學成分進行了分析測試，結果表明，進口配件所用的材料為高合金抗磨材料，其化學成分見表1，其金相組織為馬氏體加條塊狀一次碳化物加二次碳化物，硬度為HRC62～64。我們對國內外常用抗磨材料的使用情況進行了廣泛的調研和實物分析，在此基礎上再根據反擊式破碎機的工作原理及國內資源進行了大量的材質試驗，選用CYK型高鉻合金鑄鐵來進行試制。
2.1 反擊式破碎機抗磨件的研制
2．L 熔煉工藝
表1 進口沖擊錘的化學成分 C Si Mn P S Cr Ni Cu 3．32 0．22 0．70 0．065 0．020 26．18 0.51 0.42 CYK型高鋁合金鑄鐵在中頻感應電爐內熔煉，熔化溫度為1500～1550℃，以確保合金熔解并充分擴散，為防止鑄件組織晶粒粗大或出現冷隔、皺皮等缺陷，澆鑄溫度控制在1360～1380℃。
2．2 鑄造工藝
選用的高鉻合金鑄鐵材質，具有合金含量高、流動性好、收縮量大、導熱性差等特點，因此在設計其鑄件造型工藝時，采取順序凝固的原則，并且為增強冒口對鑄件的補縮效果，沖擊錘、反擊板等厚大鑄件采用立澆雨淋式保溫冒口的澆鑄方法。
2.3 熱處理
熱處理采取多階梯雙曲型工藝，包括淬火、回火，見圖2，其工藝參數與鑄件壁厚密切相關，生產不同鑄件，參數有所不同。此外，由于該材質合金含量高，導熱性差，鑄造應力大，且諾里沖反擊式破碎機抗磨件在高應力下工作，因此必須經消除應力的熱處理， 3 CYK型合金鑄鐵的金相組織和力學性能
3．1 金相組織
奧鋼聯沖擊錘殘體的金相組織，是回火馬氏體加條塊狀一次碳化物加少量二次碳化物。為CYK型高合金鑄鐵熱處理后的組織，是回火馬氏體加條塊狀一次碳化物及在回火馬氏作基體上析出的顆粒狀二次碳化物，比較兩種合金的金相組織發現，CYK型高合金鑄鐵組織更細小，且析出的二次碳化物數量較多。
3．2 力學性能
對合金的力學性能經反復測試后結果見表2。由表中數據可見，CYK型高鉻合金鑄鐵不僅具有很高的硬度且沖擊韌性較好。 表2 CYK型高鉻合金鑄鐵的力學性能 力學性能狀態 沖擊值ak（J/ cm2） 硬度（HRC） UW（Mpa） 鑄態 - 54～58 >600 熱處理態 5—8 62～67 - 注： ak采用 20×20×110不加工，無缺口試樣，支距70mm； σw采用砂型鑄造，試樣尺寸為φ30×340，支距300 mm。
生產試驗
將CYK型高鉻合金鑄鐵的沖擊錘與奧鋼聯進口沖擊錘同機安裝滿負荷運轉，結果見表3。數據表明：在完全相同的工況下用＊＊K型高鉻合金鑄鐵生產的抗磨件抗磨性能與進口產品相當，完全可以取代進口產品。在五強溪水電工程中，由多家單位研制的產品對比使用后，該合金生產的配件成為最優選定產品，并已多次出口巴基斯坦。
用于中、細碎的破碎機的種類較多，顎式破碎機、圓錐破碎機、錘式破碎機、反擊式破碎機、輥式破碎機、高壓輥磨機等均可作中、細碎破碎機。
1、固定體：固定體的主要部件式機器，機器的制造工藝由兩種；中碳鋼鑄造機架和中碳鋼鋼板焊接機架。焊接機架是在原鑄造機架的基礎上又增加了多條強筋，并通過嚴格的質量控制和特定的工藝要求，達到與鑄造機架相同的使用效果。為了防止機架側壁的嚴重磨損，在破碎機腔左右側壁上裝有護板，可隨意更換。
2、轉動體：由動鄂、偏心軸、軸承、皮帶輪等幾個部分組成，是傳動和承受力矩的主要部分。 a、動鄂：由動鄂支架和活動鄂板組成等部分組成，動鄂支架采用35＃鑄鋼，并經過調質處理。 b、軸承：采用雙列向心球面滾子軸承，并具有微調、隨受力大，耐用等特點。 c、偏心軸：由45＃鋼車制，并經過調質處理。 d、鄂板：分活動和固定兩種，為提高破碎效果，表面采用優化齒形，材質采用ZGMN13具有硬度高，耐磨，使用效果良好的特點。
3、調整裝置：改裝置是用來調整排料口的大小尺寸，控制出料粒度。破碎機調整機構有兩種形式：提升契塊式和頂桿墊片式，調整方便靈活，能實現無級調整。
4、保險裝置：肘板除傳遞力外主要起著保險作用，即當非破碎物進入破碎腔時，肘板可先行折斷或折彎，從而保護機器其他零部件。?
中、細碎彈簧型圓錐破碎機
彈簧型圓錐破碎機(cone crusher)的結構中、細碎破碎機的規格用可動錐底部直徑D表示。中、細碎圓錐破碎機的工作原理與旋回破碎機基本相似，但結構上還是有區別的，主要區別是：
(1)旋回破碎機的兩個圓錐形狀都是急傾斜的，可動錐是正立截頭圓錐，固定錐是倒立截頭圓錐，這主要是為了增大給料口。中、細碎圓錐破碎機的兩個圓錐均為緩傾斜正立截頭圓錐，且兩錐體之間具有一定長度的平行碎料區(平行帶)，這是為了控制產品粒度。因為中、細碎破碎機的設計是以破碎產品質量和生產能力作為首要因素考慮的。
(2)旋回破碎機的可動錐懸掛在機器上部的橫梁上，中、細碎圓錐破碎機的可動錐支承在下部的球面軸承上。
(3)旋回破碎機采用干式防塵裝置，中、細碎圓錐破碎機采用水封防塵裝置。
(4)旋回破碎機利用可動錐的上升或下降調整排料口的大小，中、細碎圓錐破碎機則通過調節固定錐(調節環)的高度位置來實現排料口寬度的調整。 依據排料口調整裝置和保險裝置方式不同，中、細碎圓錐破碎機分為彈簧型和液壓型圓錐破碎機。
彈簧型圓錐破碎機的工作機構是由帶錳鋼襯板的可動錐和固定錐組成?？蓜渝F壓裝在主軸15上，主軸一端插入偏心軸套的錐形孔內，當偏心軸套轉動時就帶動可動錐作旋擺運動。為了保證可動錐作旋回運動的要求，可動錐的下部表面要做成球面，并支承在球面軸承上，可動錐體和主軸的全部質量都由球面軸承和機架承受。 該機的保險裝置就是裝設在機架周圍的彈簧，當大鐵塊等非破碎物料進入破碎腔時，支承在彈簧上的支承環和調整環被迫向上抬起而壓縮彈簧，從而增大可動錐與固定錐之間的距離，增大排料口，排出非破碎物，避免機件損壞。
然后在彈簧的彈力作用下，支承環和調整環迅速恢復原位，重新進行破碎。 中、細碎圓錐破碎機依破碎腔形式分為：標準型(中碎用)、中間型(中、細碎用)和短頭型(細碎用)三種。其中以標準型和短頭型應用最廣泛。它們的主要區別在于破碎腔的剖面形狀和平行帶的長度不同，見圖2—8。標準型的動錐傾斜較陡，平行帶短；短頭型的動錐傾斜較緩，平行帶較長，中間型介于二者之間。
中、細碎液壓型圓錐破碎機
液壓圓錐破碎機有單缸式和多缸式兩種。單缸式結構簡單，應用廣泛。圖2—9所示是單缸液壓圓錐破碎機。它是在主軸下面設有一個液壓缸，升降動錐即可調節排料口大小。鐵塊等非破碎物通過破碎腔時，液缸放油，起到保險作用。
液壓圓錐破碎機的調整裝置和鎖緊機構，實際上都是固定錐的一部分，主要由調整環、支承環、鎖緊螺帽、推動油缸和鎖緊油缸等組成。其中調整環和支承環則構成排料口尺寸的調整裝置。支承環安裝在機架上部，并借助于破碎機周圍的彈簧和機架貼緊。支承環上部裝有鎖緊油缸和活塞，支承環與調整環的接觸面處均刻有鋸齒形螺紋。兩對撥爪和一對推動油缸分別裝在支承環上。破碎機工作時，高壓油通人鎖緊缸使活塞上升，將鎖緊螺帽和調整環稍微頂起，使兩者的鋸齒形螺紋呈斜面緊密貼合。調整排料口時，需將鎖緊缸卸載，使鋸齒形螺紋放松，然后*縱液壓系統，使推動缸動作，帶動調整環向左或向右轉動，使固定錐上升或下降，實現排料口的調整。
圖2—10是多缸液壓圓錐破碎機，機架周圍的液壓缸，可調節排料口大小，同時當鐵塊等非破碎物通過破碎腔時，液缸放油，起到保險作用。
在礦物加工工程領域，“多碎少磨”的原則受到較大重視。近年來，各種產品粒度小于10mm的液壓圓錐破碎機在細碎作業中獲得了推廣應用。
沖擊式破碎機
沖擊式破碎機是利用沖擊作用進行破碎，屬于這一類破碎機的主要有反擊式破碎機(impact mill)、錘式破碎機(hammer mill)和籠式破碎機等。
反擊式破碎機的規格用“轉子直徑×轉子長度”表示。 反擊式破碎機問世于1945年。按轉子個數分為單轉子和雙轉子反擊式破碎機。單轉子反擊式破碎機如圖2—11所示。
該機主要由轉子5、打擊板4、反擊板7和機體等組成。轉子固定在主軸上，轉子上面裝有若干塊打擊板，轉子與打擊板多呈鋼性聯結，打擊板用耐磨高錳鋼或其他合金制作。反擊板一端通過懸掛軸鉸接在上機體3上，另一端由拉桿螺栓6利用球面墊圈支承在機體的錐面墊圈9上，故反擊板在機內呈自由懸掛狀態。當破碎機中進入非破碎物時，反擊板受到較大的反作用力時，迫使拉桿螺栓“自動”后退抬起，排出非破碎物，保證設備安全。通過調節拉桿螺栓上面的螺母，可改變打擊板與反擊板之間的間隙大小。
電動機通過皮帶帶動轉子5高速轉動，進入機內的物料受到轉子上的打擊板的高速沖擊而破碎，且受沖擊后的物料沿打擊板的切線方向高速拋向第一級反擊板，經反擊板的沖擊作用，再次被破碎。從第一級反擊板返回的大塊物料，又受到打擊板的二次沖擊破碎。二次沖擊后的物料又可拋向第二級反擊板，再次被二級反擊板沖擊、破碎。物料在打擊板和反擊板之間往返途中，除受打擊板和反擊板的主沖擊作用外，物料顆粒之間還發生撞擊，產生粉碎作用。上述過程反復進行，直到物料破碎到小于排料口尺寸，經排料口排出成產品。
反擊式破碎機具有以下優點：
①破碎比大，一般為30～40，最大可達150，而一般破碎機的破碎比最大不超過10，因此，可以簡化流程，節省投資和管理費用。②由于一般礦石的抗沖擊強度比抗壓強度小十幾倍，當礦石受到打擊板高速旋轉的沖擊作用和多次打擊后，沿著節理界面和組織脆弱的地方首先被擊裂，因此，破碎效率高，能耗低。③由于這種破碎機是利用動能破碎物料的，每顆(塊)物料的動能大小與質量成正比，因此，在破碎過程中，大顆(塊)受到較大程度的破碎，而小顆(塊)物料在一定條件下可能不被破碎，故產品粒度均勻。④在沖擊破碎過程中，有用礦物與脈石首先沿著節理面破裂，有利于有用礦物單體解離和選擇性破碎。⑤適應性較強。特別適合破碎脆性、纖維性和中硬以下的物料，故在非金屬礦、化工、輕工部門應用廣泛。⑥體積小，質量輕，結構簡單，制造容易，維修方便。
但是，破碎硬物料時，打擊板和反擊板的磨損大，故在硬度大的金屬礦山應用較少。此外，由于高速轉動且靠沖擊破碎物料，要求零件加工精度高。 圖2—12為錘式破碎機，其結構工作原理與反擊式破碎機基本相同，不同之處是錘式破碎機的轉子與錘頭呈活動聯結，錘頭沖擊能力更大。環錘式破碎機的環錘還可隨轉子高速旋轉而自身旋轉，適用于破碎各種脆性材料的礦物。
輥式破碎機
輥式破碎機(crushing rolls)于1806年問世，由于構造簡單，產品粒度均勻，現仍在非金屬礦山、水泥、硅酸鹽等工業部門應用。但占地面積大，生產能力低，金屬礦山很少采用。 輥式破碎機按輥面形狀分為光面輥式和齒面輥式兩種破碎機。按輥數分為單輥、雙輥(對輥)、三輥和四輥四種破碎機。 雙輥式破碎機(圖2—13)由破碎輥、調整裝置、彈簧保險裝置、傳動裝置和機架組成。 破碎輥是在水平軸上平行安裝的相向回轉的兩個輥子，其中一個輥子的軸是不可移動的，另一個是可移動的。破碎輥由軸、輪轂和輪皮構成。輥皮用高錳鋼、高鉻白口鑄鐵等耐磨材料制成，磨損后可更換。 通過增減兩輥子的軸承之間的墊片數，或利用蝸輪調整機械來調整兩個輥子之間所產生的作用力，以保持排料口間隙，使產品粒度均勻。 當破碎機進入非破碎物時，彈簧被壓縮，迫使可移動輥后退，增大排料口，保證機器不致損壞。非破碎物排除后，彈簧恢復原狀，機器照常工作。 電動機通過皮帶輪或齒輪帶動兩輥主軸相向轉動，或由兩臺電動機分別帶動兩輥轉動。物料靠自重和與輥面之間的摩擦力進入破碎機內破碎并排出。機架用鑄鐵鑄造，也可用型鋼焊接或鉚接。 單輥破碎機是由一個旋轉輥子和一個顎板組成，故又稱顎輥破碎機。 輥式破碎機的規格用“輥子直徑×輥子長度”表示。
高壓輥壓機
高壓輥壓機(hydraulic roller press，or HRP)，又稱高壓輥磨機(high pressure roller grinding)、擠壓磨，是20世紀80年代中期發展起來的一種新型破碎設備。如圖2—14(a)，從外形看很像普通的對輥機，兩個相向轉動的輥子組成破碎區，物料在兩輥之間受液壓驅動高壓輥的壓力而被粉碎。但二者的破碎機理又有所不同，普通對輥機基本上呈單顆粒破碎產品粒度較粗。如圖2—14(b)，高壓輥壓機是以料層粉碎方式破碎的，產生大量細粒，且顆粒有眾多裂縫，隨后可更易進行單體解離。這樣一來，可大大節約后繼磨礦作業的單位能耗。所以，應用高壓輥壓機符合“多碎少磨”的原則，很有推廣前景。目前，高壓輥壓機已在水泥工業獲得較廣應用，在金屬礦山也有應用。 為了保證高壓輥壓機以料層粉碎方式進行破碎，給礦裝置必須具有一定的高度，有的在料斗中加設螺旋壓力裝置，以保證物料擠滿連續均衡進入工作輥間的壓力區。普通對輥機的破碎壓力較小，高壓輥磨機破碎壓力大，小型機由彈簧提供壓力，大型機則由液壓系統提供足夠的壓力。 輥子間間隙寬度與生產能力密切相關。輥子間間隙寬度與輥子直徑之比值[圖2—14(b)中的S/D-]稱為相對間隙寬度，一般的比值范圍為0．01～0．02。給料中大于輥子間隙寬度的顆粒含量應小于20％，輥子直徑與最大給料粒度的比值應大于30～40。 高壓輥壓機的規格用“輥子直徑×輥子長度”表示。
雙腔回轉破碎機
雙腔回轉破碎機是我國產品，是一種按照“多碎少磨”和“層壓破碎”現代高能破碎理論研制成功的高效節能型細碎設備。其破碎腔型設計運用了新的嚙角原理，極大地改善了咬料能力。同時，在擠滿式給料條件下，寓磨于碎，效果更為理想。 如圖2—15，普通機型雙腔回轉破碎機工作部件為一個偏心回轉的圓輥機構，圓輥與固定對稱設 置在其兩側的棘齒凹面形破碎板耦合，形成兩個高效曲線形破碎腔。腔底有大傾角非阻塞式排料口。物料從給料口同時進入兩個破碎腔，借助于偏心回轉輥的旋擺運動，而依次被壓縮、磨削及劈裂，在三者的綜合作用下被破碎。破碎工作在兩個破碎腔內交替進行，每個破碎腔都能高效破碎并將產品迅速排出。 雙腔回轉破碎機的特點是節能顯著，破碎電耗僅為0．3～0．5kwh/t，較傳統破碎機降低50％以上。更重要的是能多碎少磨，由于產品受層壓破碎，產品粒度分布中細粒級含量高，如細碎型雙腔回轉破碎機產品中小于6mm占50％，且顆粒有眾多裂縫，可提高磨礦效率10％～20％。 由于有以上諸多優點，該機自20世紀90年代問世以來，獲得了迅速的推廣應用。圖2-16是XPC雙腔回轉超細碎破碎機的外觀圖。
柱磨機
柱磨機是一種采用連續反復中壓力輥壓原理的新型立式磨機。該機上部傳動，帶動主軸旋轉，使滾輪在環錐形內襯中轉動(輥、襯之間間隙可調，不接觸)，物料從上部給入后，靠自重和上部推料作用在滾輪與襯板之間形成料層，受到滾輪的反復滾動碾壓而成粉末，最后從磨機的下部自動卸料。由于滾輪只作規則的公轉和自轉，并可隨著料層的厚度及物料顆粒大小而柔性波動，且其作用力主要來自于擠壓力及彈性裝置給予的壓力，從而避免了滾輪與襯板因撞擊而產生的磨損及能耗。 柱磨機的出磨物料，最大粒徑可小于5mm，其中小于0．08mm的占30％左右，故作水泥預粉磨可以明顯改善后繼球磨機工作狀態，降低其破碎和研磨負擔，提高系統生產能力，增產幅度在50％以上，其粉磨效果與高壓輥壓機相當。
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