第三節　沖擊式制砂機

一、概述

20世紀80年代，巴馬克（Barmac）立式沖擊式破碎機的出現，是成功地應用細碎技術的典范，它能提供立方體形的物料，特別是用在制砂領域，由于其砂的質量、產量，得到一致公認好評，故稱為沖擊式制砂機。30多年來，沖擊式制砂機得到迅猛發展，世界上各個公司均相繼研發了各種各樣外形的立式沖擊式破碎機。國內許多公司也相應推出了引進、仿制、改進的立式沖擊式破碎機。

（一）發展趨勢

1.向大型化發展

為了滿足各種不同用戶的需要，為了達到更大的產量，其轉子直徑也越來越大，電機功率也越來越大。這樣允許進料的粒度也越來越大，甚至在一些場合，可作為二破使用。即機器的適用范圍越來越寬。目前國外沖擊式制砂機其轉子最大直徑已達1600mm，允許通過量達1500t/h，進料粒度達180mm。

2.型式多樣化

目前沖擊式制砂機已發展成開式轉子和閉式轉子兩大類，每一大類又分為帶反擊襯板（即石打鐵）和不帶反擊襯板（即石打石）。且每一規格的機器中又有幾種不同的轉子轉速，幾種不同的電機功率和幾種不同轉子出口數，進料有中心給料和中心給料加周邊給料等方式，從而組合成不同的通過量，不同的破碎效應，根據用戶需要，達到所需效果。即配置的多樣性和靈活性得到充分體現。

3.全自動控制

一臺機器的控制系統也是多樣化，一般用戶可采用常規控制，特殊用戶采用計算機或PLC控制。運行中可遠距離顯示工作狀態下的機器各種參數，如軸承的溫度、機器的振動、瞬時的通過量、潤滑油的質量情況等。也可通過無極調速調整轉子不同的轉速，適應不同物料，達到不同的出料粒度。

（二）工作原理

利用其高速離心產生的動能，把物料拋出，得到能量的物料與反擊板，或物料與物料間的碰撞，引起能量交換的連鎖反應：高能量、大質量的物料與較小物料的碰撞，或與反擊板碰撞形成劇烈的沖擊而沿其自然裂紋碎裂，較低能量的中等粒度的物料與前面沖擊產生的物料及其他物料相遇形成沖擊劈裂和磨蝕，而最低能量較小的物料也以高速運動，產生一種“砂噴”現象，使之繞破碎腔洶涌地涌動，從而發生相互碰撞、摩擦和研磨，直至失去足夠的速度掉出粒子云從而離開破碎腔。從設計角度而言，轉子的線速度一般在45～95m/s，但由于加工原因、配套原因等，實際上在50～85m/s之間，但對于制砂來說，這種線速度是足夠的。

沖擊破碎的計算：

1.處理量的確定

立式沖擊破碎的處理量計算大致可用如下公式計算：

Q=3600AρVω2R

式中　Q——沖擊破碎處理量，t/h；

A——補償系數，0.7～1.2t/（m·h），轉速越高取小值，轉速低取大值；

ρ——物料密度，t/m3；

V——轉子出口的總體積，m3，V=mV1；

m——轉子出口數；

V1——單個出口的體積，m3；

ω——轉子旋轉圓頻率（弧度）。

ω=2πn/60

式中　n——轉子轉速，r/min；

R——轉子半徑，m。

2.電機功率的確定

同一規格的機器可選用不同的電機功率，以滿足不同的需要，因此其功率的確定不過是一個范圍，一般而言，可用下述公式表達：

N=Φ（0.03～0.15）D2n

式中　N——電機功率，kW；

Φ——補償系數，0.8～1.8m2r·kW/min，視轉子直徑大小而定，轉子直徑越大，Φ值越大；

D——轉子直徑，m；

n——轉子轉速，r/min。

3.轉子線速度的確定

轉子線速度并非越高越好，因為破碎每一種物料均有一個最佳值，這最好要做試驗而定，在一般情況下，設計時在45～85m/s內選取，只要保證所破碎的效果能達到用戶要求，線速度取低一些為好，這樣對機器的壽命是有好處的。

4.轉子主軸強度計算

一般可按設計手冊上有關軸的強度計算來計算。

5.轉子動載荷的計算

由于制造等問題，當機器工作時，有一動載荷出現，故必須按有關手冊，計算動載荷，以避免出現不良問題。

（三）破碎巖石的種類和性質

一般來說，制成的砂大多是作為混凝土集料用，故首先必須對砂石的性能有所了解，才能更好地設計出與眾不同的立式沖擊式破碎機。

1.巖石的種類

自然界中巖石按其形成過程可分為三大類：

（1）火成巖　它是由地下深處的巖漿經火山爆發流在地表表面或者巖漿向地表表面上升過程中受到冷卻而形成的巖石。其巖石種類主要為流紋巖、安山巖、玄武巖、頁巖、輝綠巖、花崗巖、片巖、角閃巖、斑巖、橄欖巖等。

（2）沉積巖　地表的巖石，經長時間的風化和大自然的搬運與堆積而形成的巖石。其巖石種類主要是泥巖、貝殼巖、凝灰巖、凝灰角閃巖、石灰巖、鐵礦巖、白云巖、燧巖等。

（3）變質巖　地下的巖石在高溫、高壓的作用下，礦物組成與結構發生變化而形成的巖石。其巖石種類主要是結晶片巖、千枚巖、片麻巖、蛇紋巖、角閃巖、大理石、黏板巖等。

2.砂的性質

按照定義：經除土處理，由機械破碎篩分制成粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包含軟質巖、風化巖石的顆粒。在混凝土中0.15～4.75mm的料稱細集料或細骨料，也稱為砂。一般砂的表觀密度在2.5以上，吸水率在3.5％以下，最好在3％以下。因為吸水率表示集料顆粒內部的孔隙比例，是集料質量好壞的一個指標。特別是集料的強度對混凝土強度的影響很大，尤其是對高強度混凝土的影響。且一般高強度混凝土均選取級配良好的Ⅱ區中砂。而立式沖擊式破碎機的料又正好落在此區域內，故立式沖擊式破碎機作為機制砂的首選產品是當仁不讓的。

我國地域遼闊，故砂資源十分豐富，但必須認識到，砂石是一種不可再生的資源，尤其是天然砂，也不是可以無限制開采的。

因此，用機制砂是大勢所趨。我國砂石量較多的地區有遼寧、山東、江蘇、江西、浙江、廣東、福建等省區。但砂石生產廠家大多是產量不高、條件簡單、利用率較低的小廠，且由于急功近利的原因，往往破壞了環境，這一點要引起大家足夠的重視。也是制造立式沖擊式破碎機廠家應注意的問題。開發出更加符合環保要求的立式沖擊式破碎機是我們廠家的義務和方向。

（四）分類

沖擊式制砂機的種類從轉子角度分為開式轉子和閉式轉子兩種；從碰撞角度分帶反擊板和不帶反擊板兩種，這樣排列組合就有四種立式沖擊式制砂機。

1.開式轉子立式沖擊式制砂機

開式轉子立式沖擊式制砂機一般來說是一種開放式轉子系統，帶反擊板，轉子給料的制砂機。根據用戶要求也可以換成閉式轉子，不帶反擊板，轉子給料的制砂機。該系列制砂機根據轉子直徑大小，其出口數為3～5個，目前有700、850、1000、1200等規格。每個規格又有不同的線速度和不同的電機功率，這樣組合而成幾十種配置，以滿足不同用戶對不同物料和不同通過量的需求。主要組成部件為回轉機構、進料斗、筒體、轉子、機座、電動機座、電機等。開放式轉子是在一個圓盤上焊有安裝流道板的支撐柱，支撐柱放置位置一般為徑向式。由于開放式轉子制作工藝相對簡單，但由于轉子內部其結構特點，形成不了物料墊，故流道板要受到沖蝕磨損，其磨損機理是由于物料沿流道板流動時，會形成旋渦體，旋渦的曲率半徑緊貼流道板壁面，瞬時的對流速度很大，故對壁面的切削作用也很強，使流道板壁面掏成坑穴，其流向是前深后淺。因此，其使用壽命也較短，特別是在濕法破碎上，其使用壽命不到干法破碎的1/2。故如何提高流道板的使用壽命是今后要改進的一個方向。開式轉子系列立式沖擊式制砂機特點是進料相對較大，偶爾一小塊鐵塊進入不影響機器使用。

另外，根據不同用戶需要可配有振動保護裝置，在運轉過程中，一旦振動超過某一設定值，會發出信號給進料裝置，使進料裝置停止給料，過一段時段，主機電機會自動停止。以保護機器不受損壞。為了方便裝拆易損件，減少開機蓋的時間，為了適應現場無起重設備的情況，對機蓋采用了液壓開蓋方式。由液壓小車帶動液壓缸頂升機蓋。由于液壓缸內裝有滾動軸承，故只要隨勢而推，上蓋可以任意旋轉。

2.閉式轉子立式沖擊式制砂機

閉式轉子系列立式沖擊式制砂機是一種閉式轉子帶反擊板、轉子給料的制砂機。其破碎作用是物料由上部進料口進入，落到高速旋轉的轉子中心部，落下的物料在轉子強大離心力作用下，被高速拋出，撞擊到機架內部的反擊板上被破碎。由于與反擊板撞擊的角度為90°，故能量得到充分利用。它是由進料斗、轉子、軸系、破碎室、底座、電動機底座、電動機等零部件組成。在物料進料口兩側，備有空氣循環裝置，使其轉子旋轉所產生的風，在循環裝置內循環，以減少排到外面的灰塵量。視轉子大小，分為若干不同規格。每一規格根據不同用戶的要求分別有兩種不同的轉子轉速和多種電機功率，組成幾十種組合。由于是閉式轉子，裝有鑲硬質合金刀片的外刀，故對進料粒度的控制十分嚴格，且絕對不允許有鐵塊進入，以免沖壞硬質合金刀片，整個轉子采用堆焊耐磨焊條的方式來保護轉子本體，故一旦磨損，修復工作量較大，其修復工藝要求也較高，也不能無限制地一次又一次修復。其易損件的使用壽命在破碎河卵石時大約為500小時。

二、主要零部件要求

1.主要零件材料

制造制砂機主要零件的材料，其力學性能應不低于表2-3-1所述材料規定。

2.主軸

（1）必要時，主軸應進行超聲波探傷，并應符合JB/T 5000.15—1998中V級的規定。當采用其他方法探傷時，應符合相應標準的規定。

（2）主軸與軸承配合處的表面粗糙度應不低于Ra1.6，與密封件配合處的表面粗糙度應不低于Ra3.2的要求。

（3）主軸各主要段軸徑的同軸度公差應不低于GB/T 1184—1996中8級的規定，與軸承配合處的圓柱度公差應不低于GB/T 1184—1996中8級的規定。

3.筒體

（1）筒體的未注線性尺寸公差、未注角度公差應符合JC/T 532中B級的規定。

（2）筒體內徑的圓度公差為：

①筒體內徑<1000mm，圓度公差≤2mm；

②筒體內徑為1000～2500mm，圓度公差≤3mm；

③筒體內徑>2500mm，圓度公差≤4mm。

（3）上下法蘭端面的平行度公差應符合JC/T 532中F級的規定。

（4）筒體的焊縫質量要求缺陷分級應不低于GB/T 12469中Ⅲ級的規定。

4.轉子

（1）轉子的未注線性尺寸公差、未注角度公差應符合JC/T 532中B級的規定。

（2）轉子的直線度、平面度、垂直度的未注公差應符合JC/T 532中F級的規定。

（3）轉子的焊縫質量要求缺陷分級應不低于GB/T 12469—1990中Ⅲ級的規定。

（4）轉子應根據設計計算要求，對其進行靜平衡或動平衡試驗，其平衡精度應不低于GB/T 9239—1988中G16的規定。當采用其他方法和要求進行平衡時應符合相應標準的規定。

5.軸承座

（1）軸承座上、下軸承孔的同軸度應不低于GB/T 1184—1996中8級的規定。

（2）軸承座上、下軸承孔的表面粗糙度應不低于Ra1.6的要求。

（3）軸承座上軸承孔表面對下端面止口的徑向圓跳動應不大于GB/T 1184—1996中8級的規定。

（4）軸承座上、下軸承孔的圓柱度應不低于GB/T 1184—1996中8級的規定。

三、裝配及安裝要求

1.裝配要求

（1）所有零、部件必須經檢驗部門檢驗合格，外購件、外協件必須有質量合格證明文件或經檢驗部門檢驗合格后方可進行裝配。

（2）電動機皮帶輪上端面與主軸皮帶輪上端面應在同一平面內，其偏移誤差不應大于兩皮帶輪中心距的1.5/1000。

（3）軸承裝配后，上軸承（非傳動端）的軸承外圈端面與端蓋的軸向間隙為0.15～0.25mm。

2.安全要求

（1）制砂機設計應符合GB 18452的相應規定。

（2）制砂機空負荷運轉時的噪聲聲壓級：

①電機功率≤110kW應不超過85dB（A）；

②電機功率>110kW應不超過88dB（A）。

（3）制砂機的旋轉傳動部件應有安全防護裝置，由用戶自備的安全防護裝置應在產品使用說明書中說明。

（4）制砂機的接合部位應嚴實密封，不應泄漏粉塵。

四、安裝調試與維護修理

1.安全操作一般規則

（1）在機器周圍不穿著寬松的衣服。

（2）穿戴適當的防護用品（防護眼鏡、耳塞、防護盔、呼吸器和安全鞋襪）。

（3）工人只能在工廠區的安全通道上走動。

（4）安全通道應該保持清潔、整齊并且完好。

（5）不得穿越于起吊的負載之下。

（6）不得站立在吊起的負荷和其他物品之間。

（7）檢查卷揚機、起重機和提升裝置的提升能力是否大于起吊負荷的重量。

（8）你不要試圖提升過重的負荷以免損傷你的身體，應該使用提升裝置提升重物。

（9）未經許可不要進入其他工作區域。

（10）閱讀并且留意所有設備上的危險標記。

（11）在確信所有人員均遠離機械后，才能啟動設備的任何部分。

（12）在設備操作期間不要移動、接觸護板。

（13）電控箱以及所有的電動機都必須適當接地，未切斷電源前不要維修任何電氣元件。

（14）啟動前從機械上拿走所有不必要的物品，使一切井井有條。

（15）特別是在雨天要當心，不要滑倒在樓梯上或者過道上。

（16）遠離輸送石料設備和下料區，下落的石塊可能使人傷亡。

（17）不要遮蓋緊急停止按鈕。

（18）在緊急停止按鈕周圍不要設置障礙。

2.日檢項目（見表2-3-2）

3.周檢項目（表2-3-3）

4.查故障、排除故障（見表2-3-4）

5.維修規則

（1）在操作或保養設備之前，確認你已經學習過手冊并且接受過安全操作培訓。確認如果事故發生，你懂得如何關閉機器。

（2）維修設備應該使用合格的零件和正確的工具。

（3）使用說明書中推薦的潤滑劑。

（4）不要使用汽油或者其他易燃溶劑來清洗零件，應該使用商用非易燃溶劑，同時應該適當處理廢物。

（5）向上級匯報有關設備的任何異常現象。

（6）在維修設備之前應該對所有電氣控制設備和電動機進行斷電，鎖閉并且貼出維修標識。

（7）當設備運轉或者操作時，不要進行潤滑、清洗、修理或者保養工作。

（8）對于有危險標記（紅色旗子）的開關或者閥門不要進行操作。

（9）必須經過負責人（其姓名應該記錄在案）授權才能除去危險標識。

（10）只有合格工人才能進行如下工作：

①操作起重機或者提升裝置；

②進行吊運工作；

③進行電弧焊以及氣割工作；

④進行磨削工作。

（11）在啟動設備之前重新裝好所有安全裝置。

6.檢修規程

（1）在轉子完全停止之前絕對不要開啟檢修（檢查）門，物料可能以高速度射出造成人員傷亡。

（2）操作時絕對不要窺視破碎腔的給料口，要保持適當距離，物料以高速度噴出可能使人員傷亡。

（3）在試圖清除被擁塞或者被堵塞的區域或者檢查破碎腔的內部之前應該：

①斷電、鎖閉并且標識所有的控制裝置（制砂機、給料機、輸送機以及裝載機等）。

②清除制砂機（給料機、輸送機、料槽）上面容易滑落的石料。在接通電源之前完全關閉檢修門。

（4）絕對不要供入超過最大允許進料尺寸的物料，因為它可能導致轉子堵塞或者產生不平衡。

（5）不要使機器的圓周速度超過在規范中以及本手冊中規定的數值，否則會導致轉子的異常振動以及制砂機本體的磨損。當需要改變轉子的圓周速度時，應該事先詢問制造廠。

（6）不要只更換部分外刀和轉子襯板（上和下），而是更換所有外刀和轉子襯板。部分更換會造成轉子的異常振動，結果會損壞軸承。

（7）絕對不要進行不安全和不穩定的動作，例如攀爬機架。

（8）不要用鐵錘敲擊V形皮帶輪。

（9）操作時，不得通過破碎腔排料口下面。

（10）為進行操作控制，閱讀并且遵守所有的維修保養規則。

（11）設備運轉期間，不要移動、接近護板。

（12）設備運轉期間，不要潤滑、調節、清洗、修理或者保養設備。

五、試運轉

（一）試運轉要求

1.空負荷運轉要求

（1）制砂機運動部件轉動應靈活無卡阻現象，空負荷運轉時無異常響聲。

（2）制砂機連續空負荷運轉時間應不少于2h，且必須在軸承溫度達到穩定1h后才能結束試運轉。

（3）制砂機空運轉時，用潤滑脂潤滑的滾動軸承最高溫度不應大于75℃，且溫升不應大于30℃。

（4）制砂機在空運轉時，其上蓋的振幅應不大于0.25mm。

2.負荷運轉要求

（1）負荷試驗可在用戶現場進行。

（2）負荷試驗應在空負荷試驗后進行，并先進行半負荷試驗。

（3）負荷試驗時應均勻投料，并應遵守先開車后投料等有關安全操作事宜。

（4）負荷試驗時測量制砂機的處理能力、出料粒度和合格率等應符合有關的規定。

（二）試運轉操作

1.準備工作

在完成了安裝之后、進行無負載試運轉之前進行下列項目或者檢查下列各點：

（1）將潤滑脂注入軸承和V形環中。

（2）確認每個零件的螺栓/螺母已經上緊。

（3）確認V形皮帶被適當拉緊。

（4）確認主機內沒有混入異物。

（5）確認轉子襯板已經固定在轉子上。

2.無負載試運轉

在開始操作之前確認在機器內部或者周圍無人停留，并檢查或者測量下列項目：

（1）確認電動機的旋轉方向正確。

（2）啟動機器確認沒有任何異常聲音。

（3）確認機器沒有任何異常強烈的振動。如果發現異常振動，停止操作進行檢查是否零件遺漏，螺栓松弛等。

（4）如果沒有發現異常現象，進行無負載操作約5h（直到軸承溫度穩定）。

（5）記錄無負載操作期間的電流值。

（6）如果沒有發現異常現象，停機，檢查每只螺栓是否松弛。

3.負載試運轉

在完成了無負載試運轉之后開始負載試運轉。

（1）在機器達到額定旋轉速度之前不要給機器加料。

（2）首先加入粒度大概為5mm或者小于5mm的細料約1m3，在轉子內部形成靜止存料（當轉子被更換時或者無用廢料被除去時不要忘記進行此項工作）。

（3）絕對不要使機器的圓周速度超過該機規定的最大速度。

一般來說，立式沖擊式破碎機（用于制砂），其圓周速度為60m/s和70m/s；而用于分級或整粒，其圓周速度為45m/s、50m/s和60m/s，然而取決于材料的特性和粒度，圓周速度稍微有所不同。

（4）起初機器以半載容量運轉約2h，確認機器沒有異常振動等故障。

（5）當將材料的進料率調節在電動機的額定輸出之內時，小心操作不要過載。