PCKF1825 可逆（nì）雙（shuāng）反（fǎn）擊錘式破碎機回（huí）轉部的優化設計（jì）-功能（néng）部件網-數控機床市場網（wǎng）

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PCKF1825 可逆雙反擊錘式破碎機回轉部的優化設計

2020-4-3 來源：北（běi）方（fāng）重工富勒( 沈陽) 礦業有限公司作者：趙冬博（bó）李樂

摘（zhāi）要：針對 PCKF1825 可逆雙反擊錘式破碎機在實際投入使用後發現（xiàn）的諸多問題，進行了深入的研究和分析，運用 Solidworks 軟件對回轉部建立三維模型，優（yōu）化關鍵部件並對主軸進行仿真模（mó）擬校核，最終達到了（le）降低設備維護成本、延長部件（jiàn）使用壽命（mìng）、強化設（shè）備整體性能的（de）目的。

關鍵詞：可逆雙反（fǎn）擊錘式破碎機回轉部（bù）錘頭錘盤 Solidworks 主軸

PCKF1825 可逆雙反擊錘式破碎機是一種新（xīn）型的破碎設備，回轉部是其關鍵部件，盡管該設備與傳（chuán）統 PC 型錘（chuí）式（shì）破碎（suì）機相（xiàng）比有諸多優勢，但在實際使用中也存（cún）在錘頭、錘柄組件更換率（lǜ）高，錘盤磨損嚴重（chóng）等（děng）問題，這給設備的使用效率和經濟效益帶來直接（jiē）影響。為解決上述問題（tí），運用 Solidworks 軟件對設備回轉部進行了優化設計和主軸校核。優化後的設備（bèi）在（zài）投入使用（yòng）後，提高了整體性能，滿足了設計（jì）和工作要求。

1、 PCKF1825 可逆雙反擊（jī）錘式破碎機

PCKF1825 可逆（nì）雙反擊錘式破碎機( 以（yǐ）下（xià）簡稱:PCKF1825 錘破) 破碎原理是物料通過錘頭組件的高速旋轉將其打擊，在經曆兩次破碎後進入主破碎腔，高速衝（chōng）向（xiàng）左右兩側的鋸齒形齒板，通過被錘頭和齒板的反（fǎn）複破碎，最後從（cóng）出料口排出，完成破（pò）碎。設（shè）備（bèi）主要由破碎機主體、電動機、液力偶合（hé）器及液壓站等組成。破碎機主體主要由中箱體、側箱體（tǐ）、底座部及回轉部組（zǔ）成。

圖 1 原回轉部結構（gòu）示意

1—錘頭; 2—錘頭銷軸; 3—錘柄; 4—錘柄銷軸; 5—錘盤; 6—隔套; 7—主軸

回轉部( 見圖 1) 是整台設備的核心部分，主要由主軸、錘盤（pán）、錘頭組件及軸承座等組成（chéng）。其回轉部采用大轉子多錘頭，電機為高速度。同樣的電機功（gōng）率，當（dāng）轉子直（zhí）徑加大時（shí），其線速度加快，從而可加大打擊力度，提高破碎能力，節省能源。主軸的兩端支撐在軸承座（zuò）上，軸承選用（yòng）專用軸承，可自動調心，能承受（shòu）較大的動載荷和震動。軸上固定有許多錘盤（pán），在錘盤（pán）之間（jiān）通過錘柄銷（xiāo）軸連接（jiē）錘頭組（zǔ）件（jiàn），錘頭組件由錘頭、錘柄、錘頭（tóu）軸、錘柄軸（zhóu）等組合而成。錘頭采用了特（tè）種耐磨合金材料製成（chéng），安裝好（hǎo）的錘柄、錘頭可正反兩（liǎng）麵使用。回轉部是可（kě）逆的，當一側錘頭（tóu）與反擊板磨（mó）損過大時，可使轉子反向旋轉，利用（yòng）錘頭與反擊板的另一麵工作，盡可能的延長使用壽命。

2 、優化設計的必要性

盡管（guǎn） PCKF1825 錘破與傳統 PC 型錘式破碎機相比有諸多（duō）優勢，例如采用由特種耐磨合金（jīn）材料製造的鋸形齒板和（hé）錘頭，金（jīn）屬（shǔ）利用率高; 可逆的回部，具（jù）備高轉速、大破碎比、能耗低的性能，可以正反轉（zhuǎn）進行工作，提（tí）高了錘頭和齒板的利用率，延長了其使用壽命; 左、右箱體下部的偏心調（diào）節器使破碎腔內左右箱體同步變化，克服了分點調節因錯位而引起的同側箱體間（jiān）隙不均，保證出料（liào）細度均勻，提高（gāo）出料細度百分率等特點; 但在設備（bèi）實際投入使用後，尤其是在破碎鐵礦石的過程中，出（chū）現了以下問題:

( 1) 錘頭（tóu）組件磨損很（hěn）快。錘頭組件( 見圖 2) 是錘式破碎機最為關鍵的零部件之一，PCKF1825 錘破原設計所采用的是組合式的錘頭，由錘頭（tóu）、錘柄和銷軸等零件（jiàn）組成，其中（zhōng）錘柄是焊接件，是連接錘盤和錘頭的重要部件。盡管錘頭的材質是耐磨（mó）合金，在破（pò）碎物料過程中，尤其是破碎鐵礦（kuàng）石時，即便礦（kuàng）石硬度為中等硬度（dù），錘頭組件的（de）磨損率（lǜ）依然（rán）很高。按設備每天（tiān）平均工作 16 h 計算，大概 4 ～ 5 d 就要將 1台份( 共計 104 個) 錘頭組件全部更換 1 次（cì），更換至少需（xū）要 1 ～ 2 d。在更換的同時還需要對錘頭組件進行配裝，個（gè）別錘頭組（zǔ）件還需（xū）要打磨修整。

圖 2 原錘頭組件結構示意（yì）

錘頭組件磨（mó）損率過（guò）高的主要原因是錘柄，因為錘柄是焊接件，耐磨性不高，而其（qí）本身又是連（lián）接錘盤和錘頭的（de）主要部件，所以在破碎物料的過程中，錘柄（bǐng）的磨損在所難免，而且錘柄的過度磨損直接（jiē）影（yǐng）響（xiǎng）錘頭對破（pò）碎物料（liào）的（de）使用效率及性能，同時（shí）也無法給錘頭良好的支撐。尤其是當錘柄磨損率達到某一程度時，將無（wú）法固定和支撐錘頭，在轉子極大的慣性力（lì）作用下，錘頭很可能（néng）受到離心力的作用，脫離錘（chuí）柄，隨慣性飛（fēi）出（chū），在破碎機腔內不規則運動，對設備生產安全和使用壽命產生嚴（yán）重影響。此外，錘頭（tóu）的磨損使（shǐ）其有效的打擊麵積變小，在運轉中不能對物料進（jìn）行（háng）充分的打擊破碎和對錘盤及主軸進行有效的保護。

( 2) 錘盤磨損嚴重。對於磨損的問題不止於錘頭組件，錘盤的磨損也同樣存在，尤其是錘盤的外圓，PCKF1825 錘破破碎腔（qiāng）有（yǒu）效長度為 2 458 mm，在該跨度中均勻分布 27 個錘盤，錘盤（pán）直徑為 800 mm，單個錘（chuí）盤的厚度為 40 mm，兩個錘（chuí）盤（pán）之間圓周方向均布 4 個（gè）錘頭組件，整個回轉部的錘頭交叉（chā）排（pái）列。雖然設備運行時回轉部是高速運轉的，物料在破碎腔內受到錘頭的打擊破碎，但也有部分物料在（zài）受到打擊產生（shēng）反彈（dàn）之後會（huì）不規則（zé）的打擊到錘盤外圓，錘盤外徑與左、右箱體最小距離至少有 500 mm，給物料足夠的勢（shì）能（néng）和打擊空間，再加上物料被（bèi）打擊到齒板之後所產生的（de）反彈力，這對於普通（tōng）碳鋼材質的錘盤是極大的衝擊，尤其對（duì）錘盤外圓更是造成嚴重（chóng）的磨損。原設計（jì）並未充分考慮上述幾點，也未針對錘盤外圓（yuán）進行有效的耐磨保護，進而造成錘盤外圓磨損嚴重。原錘盤（pán）結構示意見圖 3。

圖（tú） 3 原錘盤結（jié）構示意

3、改進方式及優化設計

通過對上述問題的分析、研究與總結，決定對PCKF1825 錘破回轉部進行針對性的優化設（shè）計。在保證左、右箱體所組成的破碎腔（qiāng）空（kōng）間尺寸（cùn）不變的（de）情況下進行改進優化。

3． 1 錘頭的改進和優化設計

將原來的組合式錘（chuí）頭改為（wéi）一體式錘頭，取（qǔ）消不耐磨的焊接錘柄（bǐng）。同時，加大錘頭的外（wài）廓尺寸（cùn），增加破碎的有效麵積，提高錘頭整體的耐磨性，通過對鑄造工藝（yì）的（de）研究，在鑄造時加入磁性元素，使新型錘頭表麵呈弱磁性，這樣在（zài）破碎鐵礦石時，物料粉末就可被吸附在錘頭上，對錘頭進行有效的保護。通過（guò）理論設（shè）計和設（shè）備實際運行情況分析，新錘頭( 見圖（tú） 4) 采用整體鑄造結構，錘頭厚（hòu）度由（yóu） 90 mm增加到 110 mm，整體長度（dù）變短至 390 mm。將錘頭設計變短的原因主要是: 降低錘頭受到離心力和慣性力（lì）矩的影響，提（tí）高錘（chuí）頭的運轉安全性; 降低更換錘頭的時間和經濟成本。通過（guò）計算和 SolidWorks 模擬分（fèn）析，對錘頭的質量和打擊平衡中心進行了重新計算，同時保留原錘柄位（wèi）置（zhì）的限位塊設計，錘頭重量由39 kg 降至 29 kg。

改進後的錘頭外廓尺寸更大，破碎物料的有效麵積更（gèng）大，取消錘（chuí）柄、銷軸等零件，也避免了錘（chuí）柄的不耐磨（mó）和銷軸因受到循環應力而產生鬆（sōng）動或斷裂［1］。使錘頭的耐磨性、安全性、使用壽命都有所（suǒ）提高，同時對（duì）錘盤也起到了更好（hǎo）的保護作用。

圖 4 改進後錘頭（tóu）結構示意

3． 2 錘盤的改（gǎi）進和優化（huà）設計

在回轉（zhuǎn）部整體外徑保持不變的基礎上，由於錘頭整體（tǐ）變短，所以錘盤外徑相應增加，由 800 mm增加到 1 125 mm，進一步（bù）減小了物料在破碎腔內對錘盤的打擊空間，使物料在（zài）更合理的破碎腔空間內被高（gāo）效破碎。改（gǎi）進後的左、右兩端的（de）錘盤( 見圖5) 厚度由 40 mm 變為 45 mm，中間錘盤( 見圖（tú） 6) 厚度由 40 mm 變為 33 mm，圖 5、圖 6 中錘盤圓周黑（hēi）色邊緣部分是在錘盤外圓堆焊耐（nài）磨層［2］，堆焊厚度約為 5 mm，目的是為了（le）保護錘盤，提（tí）高耐磨性。

圖 5 端部錘盤結構（gòu）示意

圖 6 中間（jiān）錘盤結構示意

3． 3 回轉部整體改進和優化設計

在對回轉部兩個主要零件改進（jìn）後，再（zài）將錘盤、錘頭進行重新布置，由於錘頭的外廓尺寸加大，錘盤的厚度也有所變化，所（suǒ）以在（zài）保證主軸整體裝配長（zhǎng）度（dù）不變的情況下，將錘盤間距由 53 mm 變為 61 mm，錘盤總數由原來的 27 件/台變為 26 件/台，錘頭數量由原（yuán）來的 104 件/台變為（wéi） 100 件/台。其次，由於錘盤外徑的增大，在裝（zhuāng）配過程中，為保證各錘盤之間的間（jiān）距（jù）及垂（chuí）直度，在每兩個錘盤之間增加 1 個支撐隔套。支（zhī）撐隔套的固定方式是將隔套一端（duān）采用斷續焊的（de）方式與錘盤焊成一體裝配在主軸（zhóu）上［3］。改進（jìn）後的回轉（zhuǎn）部結構示意見圖 7。

3． 4 利用 Solidworks 校核主軸

在對回轉部優化設計後，雖然整體結構形式變化不大，但主要零部（bù）件（jiàn）的尺寸、重量、數量等參數均有所（suǒ）改變，這（zhè）些參數的改變對主軸的強度產生了一定的影響，使主軸承受的總（zǒng）載荷有所增加。原回轉部主（zhǔ）軸（zhóu）上承載的部件總重為 8 143 kg，改進後總重增加（jiā）至9 583 kg ，總載荷增加了約18 個百分點。

圖 7 改進後（hòu）的回轉部結（jié）構示意

運用 Solidworks 對主軸進行模擬分析，在固定主軸兩端軸承座位置的圓柱麵後，對主軸的主要承載表麵均布施加一個 100 kN 的外部載荷，然後通過Solidworks 對主軸進行強度運算得出結果。運算主要考察主軸的應力、位移及應變情況，看其是否仍滿足設計（jì）要求。運算結果見圖 8。由運（yùn）算結果可知，主軸的最大應力為4． 56 MPa，最大位移量為 0.011 mm，最大應變為1．3 × 10－ 5。由於主軸材質為 45 號鋼，調質後的抗拉強度為 590 MPa，根據軸的材質和抗拉強度，查詢機（jī）械設計手冊［4］得其許用應力為 95 MPa。主軸的（de）最大應力遠小於其許用應力，最大位移和最大應變對主軸及回轉部的（de）整體影（yǐng）響也極小，基本可忽略不計，故主軸仍滿足設計和工作（zuò）要求（qiú）。

4、結論

( 1) 通過對 PCKF1825 可逆雙反擊（jī）錘式破碎機回轉（zhuǎn）部的性（xìng）能（néng）研究（jiū），結合設備在實際運行（háng）中回轉部錘頭、錘盤等部件出現的問題（tí），運用 Solidworks 三維軟件建立模型，對回轉（zhuǎn）部、錘頭、錘盤進行結構分析和優化設計，對改進後主軸重新校核，確認仍滿足設計和工作要求。

圖 8 主軸強度校核（hé）

( 2) 采用一體化高（gāo）強度（dù）錘頭、錘盤堆焊耐磨層等設計方案使部件的耐磨性和抗衝（chōng）擊性均有（yǒu）很大（dà）改（gǎi）善，提高了 PCKF1825 可逆（nì）雙反擊錘式破碎機（jī）的技術性能。

( 3) 據現場實際（jì）應用（yòng）情況反饋，改進（jìn）後（hòu）錘頭平均使用壽命由 5 d 增至近 20 d，錘盤磨損情（qíng）況有了（le）根（gēn）本性改善，更換錘頭的次數和更（gèng）換時（shí）長也明顯降低，設備運行時間和使用效率明顯提（tí）高，降低（dī）了維護（hù）成本和（hé）更換部（bù）件所產生的費用，提高（gāo）了經（jīng）濟效益。

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