Kruszarki młotowe, jak i wszystkie inne typy omawianych maszyn do rozdrabniania średniego, należą do kruszarek wirnikowych, czyli takich, w których głównym elementem roboczym jest obracający się wirnik. Ruch obrotowy wirnika powoduje w efekcie (w różny sposób) oddziaływanie udarowe na ziarna rozdrabnianego materiału. W przypadku kruszarek młotowych główne uderzenie w ziarno następuje przy spotkaniu się strumienia materiału z wirującymi, zawieszonymi swobodnie na wirniku młotkami. Rozpędzony młotek rozbija ziarno i odrzuca je na płyty kruszące, stanowiące część obudowy kruszarki. W końcowym stadium procesu ziarna opadają na ruszt i jeżeli nie przejdą przezeń, są ścierane przez przesuwające się po nich, zgodnie z kierunkiem ruchu wirnika, młotki. Tak więc w kruszarce młotkowej działają, w kolejności od najbardziej do najmniej istotnego, trzy czynniki rozdrabniające: udar sprężysty, udar oraz ścieranie.
Na napędzanym głównym wale kruszarki, usytuowanym poziomo, pomiędzy bocznymi ścianami, osadzone są tarcze. Pomiędzy tarczami, na wspólnych sworzniach, zamocowane są przegubowo młotki. Zależnie od ilości tarcz rozróżniamy wirniki, a co za tym idzie także i kruszarki jedno-(dwie tarcze) lub wielorzędowe. Liczba rzędów młotków wynosi zwykle 3-6. Ilość młotków w jednym rzędzie, tj. zamocowanych pomiędzy dwoma kolejnymi tarczami, wynosi zwykle 4-8, co daje liczbę szeregów młotków. Liczba rzędów ma ścisły, proporcjonalny związek z wydajnością kruszarki, tak jak liczba szeregów z jakością produktu, w sensie uzysku odpowiedniej granulacji ziarn. Większość pracujących kruszarek młotowych to typy jednowirnikowe, lecz istnieją także rzadziej stosowane, kruszarki dwuwirnikowe. Średnica wirnika D (minimalna) mierzona jest przy radialnym (roboczym) położeniu młotków i często określana jest jako średnica wirowania. Dla kruszarek z pionowym podawaniem materiału wynosi ona :
D=3dmax + 500 (mm)
gdzie: d max - max. wymiar ziarn nadawy (mm)
Dla kruszarek, gdzie materiał podawany jest zsuwnią z boku wirnika
D= 1,65 d max + 520 (mm)
Długość wirnika L przyjmowana jest w zakresie
L = 0,5 - 1,5 D
Prędkość obrotowa wirnika związana jest ściśle z prędkością obrotową młotków, która zależy od typu przeznaczenia kruszarki i wynosi zwykle od 20-60 , a w wyjątkowych przypadkach do 100 (m / s ) .Stąd też prędkość obrotowa może być rozpatrywana jedynie w powiązaniu ze średnicą wirnika. Ze względu na ciężar i duże prędkości obrotowe wirniki kruszarek młotowych powinny być wyważane dynamicznie.
Młotki są bezpośrednim elementem rozdrabniającym obok płyt kruszących i są najszybciej zużywającymi się częściami kruszarki. Wykonywane są zwykle ze staliwa manganowego, co zwiększa ich odporność na ścieranie .
Zużycie młotków zależne jest głównie od rozdrabnianego surowca, jak również od wydajności kruszarki i wymaganego stopnia rozdrabniania. Obliczeniowe zużycie młotków wynosi 1-4 g / 1 t surowca i rośnie w miarę wzrostu twardości nadawy. Stosuje się szereg metod mających na celu równomierne wykorzystanie młotka w procesie rozdrabniania.
Najczęściej stosuje się konstrukcje młotków, pozwalającą na ich prostą wymianę z celem wielokrotnego użycia.
Długość młotków od osi mocowania powinna wynosić około 20 % średnicy wirnika, natomiast wymiary części uderzeniowej (głowy) uzależnia się od wymiaru ziarn nadawy. Doboru ilości młotków i ich ciężaru jednostkowego dokonuje się według zasady, że im drobniejsze rozdrabnianie i bardziej miękki surowiec, tym więcej powinno być młotków o małym ciężarze jednostkowym.
Odmianą kruszarek młotkowych są kruszarki młotkowo-pierścieniowe, gdzie zamiast opisanych młotków stosuje się różnego typu pierścienie gładkie (płaskie i owalne ), uzębione.
Aczkolwiek pracują kruszarki młotkowe bezrusztowe, jednakże tego typu kruszarek wyposażona jest w ruszt. Ma on za zadanie ujednolicenie wymiarów produktu poprzez umożliwienie rozdrobnienia nie skruszonego udarowo materiału przez ścierające działanie młotków przesuwających się po leżącym na ruszcie gruzie. Odległość pomiędzy końcem głowy młotka a powierzchnią rusztu powinna być 2-3 krotnie większa od wymiaru maksymalnych ziarn produktu, przy czym wartość wyższą przyjmuje się dla rozdrabniania drobnego. Większość kruszarek ma urządzenia pozwalające na regulację tej szczeliny.
Nie można jednakże w zbyt dużym stopniu zwiększać szczeliny pomiędzy rusztem i młotkami, nawet jeżeli jest to narzucane przez ilość materiału znajdującą się na ruszcie podczas pracy kruszarki. Sytuacja taka wskazuje na konieczność przeanalizowania parametrów pracy maszyny w celu zlikwidowania zjawiska „niedokruszenia” ziarn we właściwy dla kruszarki udarowy sposób. Pręty rusztu mają przekrój trapezowy i oparte są na łukowych belkach. Ruszt zwykle daje się łatwo wyjmować, co umożliwia wymianę dla usunięcia awarii przy zapychaniu się rusztu. Szerokość szczeliny rusztu przyjmuje się większą od wymiaru ziarn produktu, bowiem skruszone ziarna mają znaczne szybkości, nie pozwalające im przechodzić przez otwory rusztu w normalny sposób, jak np. przy przesiewaniu.
Stąd wymiary szczelin przyjmuje się :
S = 3-5 d (mm) dla rozdrabniania drobnego,
S = 1,2-2 d (mm) dla rozdrabniania średniego,
gdzie : d = max. wymiar ziarn produktu (mm).
Wirnik kruszarki napędzany jest zwykle za pomocą przekładni pasowo-klinowej, czasem bezpośrednio poprzez sprzęgło elastyczne. Praktycznie wyszły już z użycia napędy pasowe. Oprócz funkcji przeniesienia mocy napęd pasowo-klinowy spełnia funkcję bezpiecznika mechanicznego jako najsłabsze ogniwo w łańcuchu kinematycznym. W razie nagłego przeciążenia (zaklinowania się wirnika ) pasy zaczną się ślizgać lub zerwą się. Zwykle montuje się na wale głównym koło zamachowe, służące do wyrównywania biegu wirnika i magazynowania energii.
Oprócz podanej wyżej możliwości uznania napędu pasowo-klinowego jako pewnego rodzaju zabezpieczenia, jedyną możliwością ochrony kruszarki przed uszkodzeniem przez przedmioty nieskruszalne jest montaż uławiacza żelaza na wlocie maszyny. Nie ma natomiast praktycznie zabezpieczenia przed ułamanymi lub obluzowanymi kawałkami młotków lub wirnika, które mogą spowodować znaczne szkody w komorze kruszenia.
Korpus kruszarki wykonany jest jako skrzynkowa konstrukcja spawana i w pewnym zakresie bierze czynny udział w procesie rozdrabniania. W płaszczyźnie prostopadłej do osi wirnika wyłożony on jest płytami kruszącymi, które są wtórnym elementem rozdrabniającym, odbijając i krusząc ziarno uderzone przez młotki. Płyty te wykonane są ze stali lub żeliwa utwardzonego, często z dodatkiem manganu. Nietypowym przykładem ruchomej płyty odbojowej jest wykorzystanie w tym celu przenośnika członowego pancernego lub zestawu łańcuchów. Najczęściej klasyczne płyty kruszące mają powierzchnie załamania, co pozwala na sterowanie w pewnym stopniu kierunkiem odbicia ziarn i regulowanie zużycia. Zużycie płyt drobiących jest zwykle 1,2-1,6 raza wolniejsze od młotków. Celowe jest stosowanie regulowanego pochylenia pierwszej płyty, tak by osłabiać uderzenia ziarn i równomiernie wykorzystywać wszystkie pozostałe płyty. Rzadziej stosuje się płyty gładkie. Z boków korpus wyłożony jest wykładziną, nie biorącą udziału w procesie kruszenia.
Rzeczywista wydajność kruszarki dla określonego typu materiału może być określona jedynie na podstawie bezpośrednich obserwacji ruchowych. Wszelkie wzory teoretyczne określają właściwie przelotowość maszyny, tj. ilość materiału, który można przepuścić przez maszynę bez gwarancji, jakie będą parametry produktu.
Przelotowość kruszarek młotowych wynosi :
przy D > L
Q = 100 D L n (m / h )
przy D < L
Q = 100 D L n ( m / h )
gdzie :
D - średnica wirowania młotków (m)
L - długość wirnika (m)
N - prędkość obrotowa wirnika (obr./min)
3600 k B D n
Q = ( t/h )
I - 1
gdzie :
D, L, B (m ) ; n ( obr/min ) ; - stopień rozdrabniania,
K - współczynnik zależny od konstrukcji kruszarki i twardości surowca,
Dla węgla k = 0,12 - 0,22,
Który jako jedyny wiąże wydajność kruszarki z jakością („i”) jej pracy.
Ocena ogólna :
Kruszarki młotkowe stosuje się głównie do rozdrabniania materiałów kruszących, co wynika z istoty oddziaływania udarowego, średnio twardych, jednakże przy wzroście twardości surowca obniżają się efekty działania, a szybko rośnie zużycie części, co czyni pracę kruszarki nieekonomiczną. Zależnie od rodzaju materiału kruszonego, kruszarki mogą być używane do rozdrabniania średniego lub drobnego, co wiąże się z uzyskiwanym stopniem rozdrabniania. Może on sięgać nawet 20, jednakże przeciętnie wynosi 10-15, co jest wartością średnio wyższą niż w innych typach kruszarek. Wadą kruszarek z rusztem jest nieprzydatność do rozdrabniania materiałów wilgotnych, zailonych, lub plastycznych, które powodują zaklejenie się rusztu. Graniczna zawartość wilgoci zależy od rodzaju materiału kruszonego i waha się w granicach 6-20%.
Kruszarki dwuwirnikowe ogólnie charakteryzują się większym stopniem rozdrobnienia - do 40, możliwością kruszenia dużych brył - do 1200 mm oraz względnie niskimi obrotami wirnika ( dwu -, trzykrotnie mniej od jednowirnikowych ).
Można stwierdzić ogólnie, że kruszarki młotkowe charakteryzuje prosta konstrukcja, duża wydajność bezwzględna jednostkowa oraz pewność pracy. Wymagają one stosunkowo starannej i systematycznej obsługi. Stosowane są głównie w przemyśle rudnym, budowlanym i ceramicznym, przemyśle kruszyw, wyjątkowo w górnictwie węglowym.
1