阶梯式粉碎机锤的制作方法
【专利摘要】撞击粉碎机锤，具有位于相对侧的第一主表面和第二主表面，以及周缘。安装部包括安装孔，安装孔自第一主表面延伸至第二主表面，并被构造成接纳用于安装至粉碎系统内的锤安装销。远端部包括主撞击面和磨损边缘，主撞击面用以初始地撞击待粉碎的材料，磨损边缘用以随后对着设备的壁挤压、弄碎和/或剪切材料。锤在远端部设置有多个交替的突起和凹陷。
【专利说明】阶梯式粉碎机锤
[0001]相关申请
[0002]本申请要求享有2013年11月14日提交的题为“Stepped Shredder Hammers”的美国临时专利申请N0.61/904130的优先权，该申请的全部内容以引用方式包含于此。
技术领域
[0003]本发明涉及工业粉碎机。更具体地，本发明涉及具有粉碎机锤的粉碎机。
【背景技术】
[0004]工业粉碎装备或粉碎机通常用于将大物件碎成更易于处理的小块，例如在回收行业中。商业上可用的粉碎机的尺寸范围从那些粉碎诸如橡胶(例如汽车轮胎)、木头及纸的材料的粉碎机，到能够粉碎废弃金属、机动车、机动车体部件及类似物的较大的粉碎机。
[0005]大部分工业粉碎机的核心是粉碎室，在粉碎室内，多个锤，有时也称为粉碎机锤，在旋转头上旋转，并反复对着铁砧或其他坚硬表面撞击待粉碎的材料。因此，锤通常暴露于极为严酷的使用条件下，并因而通常由硬化钢材料构成，例如低合金钢或高锰合金钢(比如哈德菲尔德锰钢)。每个粉碎机锤可重达几百镑(例如，150-1200镑)，并且在通常的粉碎机运转期间这些重锤以相对高的速率猛击待粉碎的材料。即使采用硬化材料，粉碎机锤的典型使用寿命也可能仅仅是几天至几周。特别是，由于粉碎机锤的刃或是撞击区域与待处理材料反复撞击，粉碎机锤自身的材料易于磨损。
[0006]应理解的是，粉碎装备可处理的产量越大，装备就可运转得更有效率且更有利。因此，这一领域中对于粉碎机锤的结构和构造及利用这样的粉碎机锤的机器和系统仍有改进的空间。
[0007]粉碎机锤和工业粉碎机的例子公开于美国专利USRE14865、US1281829、US1301316、US2331597、US2467865、US3025067、US4049202、US4310125、US4373679、US6102312及US7325761中。这些专利以及在此引用的其他所有公开文献的内容均以引用方式为所有目的整体合并于此。
【发明内容】
[0008]本发明包括撞击锤，撞击锤具有近端部、远端部、位于相对侧的第一主表面和第二主表面以及周缘。近端部限定安装孔，安装孔延伸穿过锤以接纳锤安装销从而将锤安装至粉碎机。远端部具有主撞击面及具有多个位置的磨损边缘，主撞击面最初撞击待粉碎的材料，磨损边缘随后挤压、弄碎和/或剪切待粉碎的材料。锤的远端部具有交替的突起和凹陷。
[0009]在本发明的一个方面中，锤包括具有第一主表面和第二主表面的安装部，以及具有外表面和凹陷表面的作业部。一侧的外表面对应于另一侧的凹陷表面。相对侧的外表面限定标称厚度，标称厚度大于第一主表面和第二主表面间的厚度，但对应的凹陷表面和外表面间延伸的厚度与第一主表面和第二主表面间的厚度大致相同。
[0010]在本发明的另一方面中，锤在磨损边缘处的作业部或远端部通过两个主表面上连续的凹陷和突起成阶梯状，从而提供波浪状或波纹状的锤体。相邻凹陷和突起间的过渡提供了与运转期间待分离的材料接合的面或阶梯。
[0011]在本发明的另一方面中，沿磨损边缘任意点处的截面厚度小于锤的标称厚度。
[0012]在本发明的另一方面中，近端部在安装孔处具有自锤的第一主表面至第二主表面测得的截面厚度。远端部具有截面厚度。远端部的截面厚度大于近端部的截面厚度。
[0013]在本发明的另一方面中，第一主表面和第二主表面包括在远端部中的交替的突起和凹陷。
[0014]在本发明的另一方面中，撞击锤包括第一主表面、第二主表面、近端部和远端部。近端部具有安装孔，安装孔延伸穿过第一主表面至第二主表面以接纳锤安装销，从而将撞击锤安装至粉碎机。远端部具有主撞击面及具有多个位置的磨损边缘，主撞击面最初撞击待粉碎的材料，磨损边缘随后挤压、弄碎和/或剪切待粉碎的材料。磨损边缘包括沿磨损边缘的交替的突起和凹陷。突起和凹陷自磨损边缘向内朝着近端部延伸。
[0015]在本发明的另一方面中，锤包括一对主表面以及连接主表面的周向表面。孔延伸穿过锤并在各个主表面中开口以接纳支撑销，支撑销用于将锤安装于粉碎机内。锤的作业部或远端部远离所述孔，并在第一主表面上具有突起和与第一主表面上的突起相邻的凹陷，所述突起对应于第二主表面上的凹陷并且与其相对，并且，与第一主表面上的突起相邻的所述凹陷对应于与第二主表面上的所述凹陷相邻的突起并且与其相对。
[0016]根据本发明的另一方面，锤包括在锤的相对的第一主表面和第二主表面中开口的安装孔。锤具有总体横向厚度和实际厚度，总体横向厚度由限定锤的第一主表面和第二主表面的间隔最远的表面确定，而实际厚度在锤的作业部的至少相当大部分中小于总体横向厚度。
[0017]在本发明的又一方面，锤的阶梯状轮廓为锤提供了改进的工艺属性和材料属性。铸造过程中金属的固化需要以足够速率冷却以限制合金成分分离为具有不期望的材料属性的不利的晶粒结构。作业部中增大的表面积、减小的金属体积和截面厚度提高了对流冷却速率，有助于弹性冶金结构。
[0018]在本发明的另一方面中，本发明包括粉碎机或粉碎系统，其中粉碎机包括旋转头、围住旋转头的粉碎室、以及可枢转地联接至旋转头的多个锤。每个锤包括位于相对侧的第一主表面和第二主表面、周缘、近端部和远端部。各个锤的近端部限定安装孔以接纳锤安装销，而至少一个锤的远端部包括位于第一主表面和第二主表面的每个上的交替的阶梯和凹陷。在一个优选构造中，粉碎室包括材料入口以及靠近材料入口的铁砧，以使得待粉碎的材料一开始在铁站及撞击锤之间受到撞击。
[0019]锤的作业部包括磨损边缘和锤的靠近磨损边缘的部分，所述部分具有用于撞击待分离的目标材料的主接触面。在运转期间作业部经受磨损，并且是锤的用于损耗的部分。
[0020]本发明的其他方面、优点和特征将在以下进行更具体的描述，并且通过根据本发明公开的示例结构的以下详细描述将更易于理解。
【附图说明】
[0021]图1为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的前视图。
[0022]图2为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎系统的示意图。
[0023]图3为根据本发明的一示例性实施方式的旋转粉碎头的正视图。
[0024]图4为根据本发明的一示例性实施方式的图3的旋转粉碎头的透视图。
[0025]图5为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的正视图。
[0026]图6为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的顶视图。
[0027]图7为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的侧视图。
[0028]图8为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的侧视图。
[0029]图9为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的底视图。
[0030]图10为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的前侧立体图。
[0031]图11为如图1O中所示的粉碎机锤的剖视图。
[0032]图12为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的正视图。
[0033]图13为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的正视图。
[0034]图14为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的后视图，其中有横轴和纵轴。
[0035]图15为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的前侧立体图。
[0036]图16为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的前侧立体图，其中粉碎机锤具有沿磨损边缘的壁。
[0037]图17为根据本发明的一示例性实施方式的粉碎机锤的立体截面视图，其中粉碎机锤具有向磨损边缘开口的槽。
【具体实施方式】
[0038]粉碎系统中的锤以很高的速度运转以撞击材料并将材料分离为更小的部分，以允许材料在下游操作中作进一步处理。锤安装于头部并在壳体内转动。目标材料初始被经过材料入口附近的铁砧的锤面撞击。随着目标材料在锤的磨损边缘和粉碎系统的壁之间以及被其他锤撞击或是在锤之间撞击被粉碎、挤压，目标材料的尺寸被进一步减小。壁由具有开口的重格栅部分地限定，这些开口允许材料在小到足以穿过格栅开口时离开。仍然以高速旋转的锤在材料经过时对着格栅挤压、碎裂、剪切目标材料。
[0039]图2示意性地描绘了示例性的工业粉碎机或粉碎系统10。这样的粉碎系统的典型组件包括材料入口(例如溜槽12)，材料入口将待破碎或粉碎的材料14引入破碎室或粉碎室
16。待粉碎的材料14可以是任何需要的大小或形状。材料14可选地为在被引入至粉碎室16前是经过预处理的，例如通过加热、冷却、打碎、打包等等。材料入口 12可以可选地包括进料辊或其他机具，用以促进将材料供给至粉碎室16，和/或控制材料14进入粉碎室16的速率，和/或防止材料14在溜槽12上反向向上运动。
[0040]在粉碎室16内是旋转头18或旋转粉碎头。尽管本发明描述了旋转体或旋转粉碎头，但应当理解，多种旋转体配置，包括盘状旋转体、星型轮旋转体、筒状旋转体等也可用于本粉碎系统。旋转粉碎头18配备有根据本发明的至少一个、优选多个锤或粉碎机锤22，锤或粉碎机锤22被构造成绕轴或轴线20旋转。每个锤22包括紧密地容纳安装轴20的安装孔或安装眼。
[0041]典型的对称锤上的磨损边缘的构造反映了锤绕销的旋转的圆周。旋转的圆周小于格栅的曲率，格栅的曲率对应于具有一组锤的旋转头的旋转的圆周。每个锤22独立地可枢转地安装于旋转头，从而当旋转头18旋转时，作用于锤22的离心力驱使各个锤向外伸展，趋向各个锤的重心尽可能远离旋转轴线20的位置。
[0042]在粉碎系统的壳体内没有引入的材料的情况下，具有锤的头以运转速度旋转。在运转期间，锤通常紧密地围绕安装销自由旋转，具有很小的或不具有竖直或水平运动的空间。在未加载状态下，由于离心力，锤直接以远离旋转轴线的方向延伸(因粉碎室内的空气阻力会有一些变化)。响应于进入粉碎系统的材料，当锤对着格栅撞击材料时，锤围绕安装销偏斜和旋转。
[0043]以这种方式，当旋转粉碎头18旋转时，粉碎机锤撞击待粉碎的材料14，并通过锤
22、铁砧24和格栅间的撞击挤压、打碎、剪切材料14，以将材料破碎开。由于粉碎机锤22可旋转地安装于安装销32上，与待粉碎的材料14的接触可导致粉碎机锤22因撞击待粉碎的材料14而慢下来或甚至绕销旋转。
[0044]产生的已粉碎的材料可通过自粉碎室引出的出口26中的任意一个从粉碎室16排出。如图2所示，合适的出口26可设置于粉碎室壁的底部、顶部、和/或一侧或多侧或格栅25中。已粉碎的材料然后可被运输以供收集和/或进一步处理。
[0045]这些粉碎机的广泛的多种应用，从瓷土加工到机动车粉碎，产生了广范围的多种粉碎机配置。图3示出粉碎头18的一个典型例子。旋转粉碎头18包括由间隔件相互分开的多个转盘28，多个转盘28被构造成围绕驱动轴20安装。虽然旋转粉碎头中可采用任意数量的转盘28，但在所示例子中粉碎头18包括10个盘28。盘28相对于轴20牢固地安装，例如通过焊接、机械连接等，以使得在轴20由外部电机或其他功率源(未示出)转动时盘28得以被转动。除了提供间隔作用以外，间隔件还可帮助保护轴20免受由于与被粉碎时的材料14、或与破损的粉碎机锤22的碎片等的接触造成的损坏。
[0046]旋转粉碎头18还包括多个锤安装销32，锤安装销32在至少一些转盘28之间延伸和/或延伸通过粉碎头18的整个长度。粉碎机锤22可旋转地安装于锤安装销32上，从而粉碎机锤能够绕安装销自由且独立地旋转。在所描绘的例子中，粉碎头18包括绕转盘28的周向的四个安装销32，而粉碎机锤22如图所示地安装于各个相邻成对转盘28之间的选定的销32上。应理解的是，根据具体的应用，三个、四个或更多的锤可安装于相邻盘之间。尽管通常锤被定位成使得粉碎头对于旋转是平衡的，但锤的特定分布可根据需要改动。
[0047]安装销32、粉碎机锤22和转盘28可被构造和布置成使得，粉碎机锤22在不能完全通过材料14的情形下可旋转至相邻盘28间的位置并进而绕过材料14直至粉碎机锤在粉碎机头18的旋转的作用下能够再次向外伸展。在一些实施方式中，或是额外地，当粉碎机锤22绕过或穿过待粉碎的材料14时，粉碎机锤22可在其安装销32上侧向移位，并有很少的竖直运动或没有竖直运动。若需要，粉碎机头18的各个部分可相对于彼此成形或取向，以使得粉碎机锤22可绕其安装销32做360度旋转而不接触其他安装销32、驱动轴20、其他锤22等等。可替代地，靠近孔的主表面中的一个或两个上的凸起部可使得锤居中位于盘28之间。
[0048]本发明的撞击粉碎锤22如图1和图5-15所示。锤22具有近端部或安装部46及远端部或作业部48。锤22的近端部46可包括吊眼54。在存在吊眼54时，吊眼54通常置于沿安装部的周缘42上。吊眼54可用于帮助粉碎机锤22的操作和移动，粉碎机锤可以既是极重的又是相对不易操作的。通常，锤的作业部为外部，旨在完成更多的粉碎操作，而安装部为内部，其将锤安装至头部。
[0049]锤22的作业部48包括位于周缘42的远端表面处的磨损边缘56。当以未加载状态旋转时，磨损边缘56面朝外并与格栅25相对。磨损边缘同格栅一同作业以粉碎材料。在这一实施方式中，磨损边缘56被限定为沿锤22的远端边缘的凸弧。当粉碎机锤绕安装销32旋转时，如凸弧的磨损边缘56的形状帮助防止粉碎机锤22与粉碎室16的壁或与铁砧24之间的任何不希望的接触。弓形的磨损边缘能够使得作业部的质量最大化从而增大锤绕销旋转以撞击待粉碎的材料时的能量。弓形的磨损边缘还允许锤绕安装销32旋转所需要的间隙。弓形的磨损边缘还提供了同格栅的配合，以有效地破碎供给至机器内的材料。磨损边缘可以为圆的一段圆弧，其由一个半径限定或由多个半径或连续变化的弧所限定。弧优选由曲率中心位于安装孔50的中心处或附近(S卩，位于或靠近锤的旋转轴线及销32的中心)的半径限定。可替代地，磨损边缘可形成为具有平面或不规则的表面或部分。磨损边缘可由穿过锤的凹陷或沟槽中断。磨损边缘也可以为平面或可具有不规则形状。
[0050]粉碎机锤22为具有安装部46及作业部48的大致呈板状的锤体34，其中安装部46用于将锤固定在机器内，作业部48用于在机器内主要撞击和接合待粉碎的材料。安装部46具有限定了锤的相对侧的第一主表面36和第二主表面38。第一主表面36和第二主表面38大致相互平行并限定两者之间的厚度(即，第一和第二主表面间的垂直距离)。脊状物、突起、凹陷及类似物可形成于或设置于第一主表面和第二主表面中或第一主表面和第二主表面上。第一和第二主表面间的厚度并不考虑这些脊状物、突起、凹陷及类似物。锤22的安装部46包括并限定安装孔或开口 50，其被构造成在形状和大小上紧密容纳锤安装销32，以将粉碎机锤可旋转地安装至旋转粉碎头18。安装孔通常自锤的第一主表面36延伸至锤的第二主表面38，并形成穿过锤22的通道。安装孔50的内表面52可变并且为与所期望的安装销和旋转粉碎头相适配的形式，其中所期望的安装销和旋转粉碎头为粉碎机锤想要一同使用的。安装孔50的内表面52大致与安装销的外表面相匹配。内表面52可被成形为使得安装孔50大致为圆柱形。可替代地，安装孔50的内表面52可限定一个或多个曲面，例如美国专利N0.8，308，094中描述的，该专利以引用方式整体合并于此。纵向轴线44被限定于开口50的中心和锤的重心之间。
[0051]锤的形状主要由周缘42所限定，周缘42在第一主表面36和第二主表面38之间延伸并具有磨损边缘56。周缘42通常大致垂直于由第一主表面36或第二主表面38所限定的平面中的至少一个，或者大致垂直于第一主表面36以及第二主表面38。周缘通常包括多个边缘部分，包括一个或多个曲线边缘部分，以限定锤的整体轮廓。在本发明的优选实施方式中，锤的轮廓在平面视图中呈大致钟形，如由作业部宽于安装部的周缘42所限定。在这一实施方式中，磨损边缘自撞击面58至尾面60弯曲。这一形状可以是不同的。例如，在本发明的另一实施方式中，周缘42的远端部由一系列彼此相交的线性面构成。
[0052]周缘42包括与格栅相对的磨损边缘56，以及引导撞击面58，引导撞击面面朝前方以击打供给至机器内的材料。尽管引导撞击面58可具有多种取向，但其优选大致以纵向轴线44的方向延伸。撞击面58优选为大致平面，但可以具有圆整的或其他的构型。尾面60限定第二撞击面或辅助撞击面，以允许在作业部48的引导部分磨掉之后锤的可逆安装，但第二撞击面并不是必须的。引导面58和尾面60同磨损边缘56的引导端57及尾端59相连。引导撞击面大致自磨损边缘56向内朝安装孔延伸(S卩，大致沿纵向轴线44的方向延伸)。撞击面58面向旋转粉碎头18的旋转方向，以提供钝面来击打供给至机器内的材料。磨损边缘56的尾端59处的尾面60允许在作业部48的引导部分磨掉之后锤的可逆安装。
[0053]粉碎机锤22包括位于主表面36、38上的肩部64。肩部主要位于靠近安装孔50并同磨损边缘56隔开的安装部中。肩部可接触盘28并维持锤在安装轴32上的位置。
[0054]锤22的作业部48包括位于主表面36、38上的凹陷68和突起66。凹陷68和突起66优选不重叠，但在一些实施方式中凹陷和突起可以是重叠的。突起和凹陷主要处于作业部中，并且凹陷朝表面36或38和磨损边缘56开口。作业部48包括位于第一侧aa和第二侧bb中每侧的至少一凹陷68。作业部48的第一侧aa和第二侧bb由凹陷表面cc和外表面dd限定，凹陷表面cc和外表面dd同安装部46的第一主表面36和第二主表面38大致面向相同方向。外表面dd限定标称厚度，标称厚度大于第一主表面36和第二主表面38之间的厚度。标称厚度为同外表面dd大致共面的平面之间的垂直距离。各个外表面dd与锤的作业部48的相对侧上的凹陷表面cc大致横向地对齐。这些横向对齐的外表面和凹陷表面中的每一对将被称作对应的外表面和凹陷表面。对应的外表面dd和凹陷表面cc中的任意一对之间的厚度等于或小于第一主表面36和第二主表面38之间的厚度。设置沿着作业部的这样对应的外表面和凹陷表面使得作业部具有更大的标称厚度，同时在任何位置处的实际厚度都等于或小于安装部的第一主表面和第二主表面之间的厚度。这样的构造提高了铸锤尤其是钢铸锤的质量和效率。
[0055]由此，远端部的截面厚度大于近端部的截面厚度以增加锤的作业部内的表面积。突起和凹陷间的过渡在锤的作业部上提供阶梯，进一步抓持和接合目标材料，从而提高生产率和分离。通过增大可供材料接触的表面面积，粉碎机锤的主表面中的一个或两个上的额外边缘有利地作为辅助撞击面，进而提高粉碎机锤的运转效率，包括输出材料密度。改进的材料粉碎通过提供对含铁金属、不含铁金属以及其他材料的有效分类，改善了后处理。
[0056]尽管锤的主表面中凹陷的形成从锤上移除了材料，但由额外的材料撞击导致的加工硬化，特别是凹陷边缘处的加工硬化，将加工硬化延伸至具有高锰钢合金的锤体内更深处。这使得更大百分比体积的锤体具有改进的操作材料特性。
[0057]作业部中主表面36和主表面38上的突起66限定锤的标称厚度。优选地，锤的截面厚度在锤体的不同点或区域变化很大。凹陷和突起的面优选为平面，但也可以是曲面或由多个平面形成。凹陷的壁典型地包括上游壁68a和下游壁68B，由其在运转期间相对于撞击面58或材料流动的取向来限定。凹陷68的各侧的上游壁和下游壁彼此相对。上游壁和下游壁可以是彼此倾斜并在远离凹陷68的底部的方向上分离，或者自凹陷68的底部平行延伸，或具有其他形状。延伸远离磨损边缘56的上游壁和下游壁可以是平行的、分离的或会聚的(例如，相对于安装孔50的中心径向取向)。壁68A和68B主要限定凹陷并将各个凹陷从相邻突起分开。
[0058]突起66包括顶壁66A，其同磨损边缘56间隔开并处于突起和锤的主表面36或38之间。壁66A为处于不同水平高度的突起和主表面之间的过渡。处于凹陷和突起之间的一些壁68A和68B形成阶梯，阶梯大致垂直于突起和凹陷的面。相邻凹陷和突起间的一些过渡是形成斜面的更平缓的过渡。在美国专利申请N0.13/789，031中更详细地公开了包括凹陷、阶梯和过渡的锤，其全部内容以引用方式包含于此。这些多种的凹陷及类似物可同根据本发明的锤一同使用。
[0059]成斜面的过渡部分可以是提供自突起至相邻凹陷的更平缓更延展过渡的任何构型。在此，过渡为与突起表面成钝角地自凹陷的底部延伸至突起表面的平面表面。再次地，凹陷过渡可以为其他构型，例如，不延伸至凹陷的底部的圆角边缘或斜面。过渡远离磨损边缘朝着安装部延伸，并且优选沿着磨损边缘和孔之间的半径对齐。斜面的边缘可远离磨损边缘56延伸会聚。凹陷过渡的至少一部分优选与凹陷上游边缘处的锤表面形成钝角。
[0060]凹陷和突起的其他构型也是可能的。图15中示出了具有替代构型的锤22’，其具有位于作业部48中的由弯曲的引导阶梯68C和弯曲的尾阶梯68D隔开的突起66和凹陷68。阶梯68C和68D远离磨损边缘56朝向锤22’的安装端46延伸。在运转期间这些过渡以与壁68A和68B相似的方式接合材料。这一实施方式中的锤在制造和材料接合方面具有如前所述相似的优点。以更快且更均匀速率冷却的锤材料比相似标称厚度的非阶梯式锤具有更佳的晶粒形成。
[0061 ]在与图10相似的另一替代的实施方式中，壁68A和68B限定凹陷的很大部分，其形成彼此倾斜的并且自突起向锤内会聚延伸的两个面。在锤的相对侧上，各个对应的突起大部分由壁68A和68B所限定，壁68A和68B形成彼此倾斜并且远离凹陷会聚延伸的两个面。在另一替代的实施方式中，相邻突起间的各个凹陷可由连续曲线限定。
[0062]许多其他的变化是可行的，并且仍落入本发明的范围内。尽管附图中显示有三个突起和凹陷位于锤的每侧上，但也可采用更多或更少的突起和凹陷。也可采用突起和凹陷构型的不同组合。例如，在另一替代的实施方式中，面之间的一些过渡为壁68A和/或68B，并且一些过渡为弯曲的阶梯68C和/或68D。
[0063]在一些情况下，制造锤使得粉碎用凹陷(S卩，主要在作业部中的那些)靠近或邻近边缘42但并不如图16中所示的向边缘开口是有利的。锤可被制造为具有薄壁或隔断70，薄壁或隔断70将边缘56和凹陷分开，使得凹陷与磨损边缘56间隔开并且磨损边缘56是无突起及凹陷的。隔断或薄壁70被示出为跨越锤的标称厚度40。由于壁70相对薄，这一实施方式可获得与图10的实施方式相同的优势。壁70还可因薄壁70内的材料硬度的提升而有利于双重热处理或感应淬火的锤。在安装和开始运转时，隔断被磨掉或快速从锤上分离，从而在锤的初始运转时以及在锤的整个使用寿命提供凹陷的优点。尽管凹陷并非一开始就在边缘56开口，但在运转中得以实现凹陷的全部优点。可替代地，只要多数凹陷仅延伸穿过锤的厚度的一部分以提供足够的强度和可靠性，粉碎用凹陷就可以完全开口(即，贯穿全部厚度)达一跨度(例如沿磨损边缘56)。
[0064]在一可替代的实施方式中，具有创新性的锤的许多优点可以由图17所示的具有创新性的锤实现。锤100具有限定锤的相对侧的第一主表面136和第二主表面138，而作业部中的表面136和138的最大间隔部分限定标称厚度140。锤100包括并限定被构造成接纳锤安装销的安装孔或开口 150。锤的形状主要由周缘142限定，周缘142在第一主表面136和第二主表面138间延伸并包括磨损边缘156。
[0065]粉碎机锤100包括穿过锤作业部148的槽160，槽160沿磨损边缘156的长度的大部分开口，并远离磨损边缘朝着开口 150延伸。槽160大致沿着在第一主表面136和第二主表面138间延伸的平面。在一优选实施方式中，第一主表面136和第二主表面138是无凹陷的，但是，第一主表面和第二主表面可以具有类似于此前讨论的在锤22及22’上的凹陷和突起。槽160如图所示具有横向阶梯160A，其沿着磨损边缘的长度延伸并且不向撞击面158开口。相比于标准的锤，所述锤具有实际上更薄的截面，并且由槽给予更大的表面积。槽使得锤能够在锤的厚度上均匀地冷却，由此凝固成形被限制为贯穿整个锤地具有一致的材料属性。可替代地，槽为线性的并且沿磨损边缘的长度延伸，没有例如阶梯的中断。可替代地，槽向处于磨损边缘两端的一个或两个撞击面开口。
[0066]锤22可包括额外的凹陷比如凹穴62(图1、5、10-12及15)。凹穴62主要位于锤的安装部46中，其在没有实质上降低运转效果的情况下降低了锤的总重量。在运转期间，当锤高速旋转时，远端处的物质相较于安装部的物质以远远更高的速度运动并具有更大的动量。安装端46处的质量下降对于锤提供的冲击影响有限，同时减小了在锤的使用寿命结束时废弃的物质。
[0067]本发明适于对称和非对称的锤。在优选实施方式中，锤为如美国专利申请公开US-2014/0151475所公开的非对称锤，该专利的全部内容以引用方式合并于此。在非对称的锤中，由周缘限定的磨损边缘不具有对称轴线，因而当锤绕头部旋转时锤的重心相较于锤的引导端更靠近锤的尾端(即，所述锤的重心在对应的对称锤的重心的后方)。所以，锤在安装销上沿头部的旋转方向向前旋转，以相较于对称锤在磨损边缘的引导部和相对的格栅之间提供具有更大容积的更大的间隙。在负载下，由于撞击和摩擦力，具有偏离的重心的非对称的锤仍可能以同头部的旋转相反的方向绕销旋转，但负载下的接纳间隙相比于在相似负载下由对称锤所提供的接纳间隙更宽。非对称锤优选具有更大的质量，使得锤的重心远离主撞击面58移位，但本发明在质量偏移使得重心相较于尾端更靠近引导端的非对称锤中也是有用的。图13示出具有叠加的对称锤22A的非对称的锤。在未加载状态下这两个锤均通过销悬吊，由此重心CG重叠并且处于销的中心的正下方。非对称锤的右引导侧或前侧反映出与所描绘的对称锤相似的轮廓，但锤可具有任何轮廓。两个锤均参照安装销32的同一中心。
[0068]非对称锤的尾面具有额外的质量，其使重心移位从而使得重心相较于引导侧更靠近尾侧。所以，锤在销上在头部的旋转方向上向前旋转，主撞击面58相比于对称锤的撞击面58A在头部的旋转方向上向前移位。横线TL自纵向轴线在磨损边缘处交叉点向前垂直地延伸。磨损边缘56的位于非对称锤的主撞击面处的前端点57距横线TL的距离da相较于对称锤上的对应点57A距横线的距离ds更长。这提供了用于容纳待分离和粉碎的目标材料的更宽的开口或间隙，并提高了系统的效率。
[0069]锤22的远端或作业部同锤的近端可由横向轴线47区分，横向轴线47垂直于纵向轴线并延伸穿过重心CG，但也可位于重心的外侧或内侧，S卩，安装部和作业部之间的划分可以不同方式限定，并且对于不同的锤可以是不同的。横向轴线可以是直线47A或弧线47B或其他配置，以提供两个部分的划分。
[0070]用于粉碎系统领域的粉碎机锤通常由特别耐用的材料构造而成，比如硬化合金钢。适于制造粉碎机锤的材料包括低合金钢或尤其是高锰合金钢。铸件合金钢组件的大小会受到固化工艺限制，这在大型铸件中可导致合金成分的分离以及材料性质的劣化。锤，尤其是低合金钢的锤，一般被限制为大约5英寸厚以使得部件在固化期间得以很快地以均匀速率均匀冷却，并由此使其以同质成分固化。在热处理工艺期间锤能够被完全、快速地冷却的能力对于获得优良的机械属性是关键的。更慢的冷却速率使得碳及其他成分能够在固化期间从熔融金属中析出。当铸件自外部向中心固化时，这些非铁成分的浓度在固化前沿增大。铸件的中心是最后固化的，因而具有更高浓度的这些非铁元素。由于这些元素的作用，形成于铸件中心的晶粒同铸件外部的晶粒具有不同的属性。这可导致材料韧性降低、抗磨损性变差以及材料在中心处的开裂。铸件的快速冷却限制了析出，从而非铁成分在整个铸件里更均匀地分布，因而具有更同质性的结构和一致的材料属性。在铸造期间，采用具有增大的表面积及更高的冷却速率的包含凹陷和突起的铸模，可带来改进的材料属性，并进而为得到的粉碎机锤带来更好的抗磨损性能和可靠性。这一设计的更快的冷却速率还显著地影响了热处理期间的淬火处理，并使得材料被硬化到大得多的深度，从而在铸件磨损时提供远远更好的抗磨损性。
[0071]除了在此公开的粉碎机锤的有关提高作用效率的优点以外，本发明的粉碎机锤还可提供有关其制造的优势。尽管本发明的粉碎机锤的凹陷及凹穴可以是在铸造后机加工而成，但这些特征优选包含于用于通过熔融金属制造粉碎机锤的铸模内。位于锤的作业部处的交替的突起和凹陷在作业部处为锤的标称厚度提供了缩小的截面。凹陷的存在增大了锤的表面积，其进而提高了铸造及热处理期间的冷却效果，从而产生一致的金属晶体结构以及硬化深度，尤其是对于大型锤(例如那些厚度在四英寸或以上的锤)。增大的表面积使得在不牺牲材料属性的情况下相比于传统锤构造得以制造高质量的更厚的锤，尤其是钢锤。这使得属性适于所需应用的的材料选择的范围更广。
[0072]本发明的锤可以在仅有有限的合金分解的情况下具有6英寸或更大的标称厚度。例如，具有6英寸的总厚度或标称厚度的锤可具有跨过相对表面上的阶梯和凹陷测得的5英寸的截面。作业端处的阶梯状、波纹状构造可提供小于6英寸标称厚度的截面。公开的粉碎机锤的所述特征设计用于在铸造过程、热处理期间改善冻结、固化、淬火，从而改善材料及机械性能和产品可靠性。
[0073]在运转期间，冷却也是重要因素。在运转期间，锤在粉碎机内高速旋转以施加分离目标材料所需要的很大的撞击及剪切力。粉碎机内锤和材料之间的摩擦力产生热量并且粉碎机内的运转温度可达到300°C或更高。锤的产生最大摩擦力的磨损边缘和作业部可大幅变热，这会降低撞击目标材料时锤的硬度和效率。
[0074]在本发明中，锤中的热量可通过锤旋转时的强制对流冷却被消散到在锤表面上方经过的空气中。突起和凹陷增大了锤的表面积，并且对流冷却速率和/或锤的其他形式的热传递速率也可被增大。通过阶梯和突起形成的锤的高低不平的表面在运转时还产生跨过锤的表面的湍流。这种空气湍流可进一步提高对流冷却速率，降低锤和材料的运转温度，从而提尚效率。
[0075]—些锤材料在特定环境下表现出流动的倾向。自锤的突起以直角过渡至凹壁的凹陷的尖锐边缘容易形成通常不期望的特征。在反复的撞击下，锤面材料会变形并偏斜从而产生部分或完全地在凹陷上方延伸的悬垂部分，这会限制凹陷开口的大小或封住凹陷开口。这会减少由凹陷的下游边缘撞击的材料的量。将凹陷的引导边缘或上游边缘自直角修改为更加平缓的过渡可降低形成这些特征的倾向。斜的过渡构型形成檐口的可能性较小，尤其是对于具有流动倾向的锤材料。
[0076]应当理解的是，尽管在此公开了代表性的粉碎机锤的选定的实施方式，但本领域普通技术人员可以想到这些实施方式的多种变型，这些变型并不偏离本发明的范围。当前在此公开的粉碎机锤的设计可供锰及合金锤类型采用，并且产生的锤可很好地适用于除金属粉碎和金属回收之外的多种粉碎应用。
[0077]相信在此提出的公开内容包含多个具有独立功用的不同发明。尽管这些发明中的每一个均以其优选形式公开，但多种变型均是可能的，因而在此公开和描绘的【具体实施方式】不应被理解成是限制性的。每个例子限定前述公开内容中公开的实施方式，但任何一个例子并不必须包含可能最终要求保护的所有特征或组合。说明书中记载了 “一”或“第一”元件或其等同物的描述包括一个或更多个这种元件，既要求也不排除两个或更多个这种元件。并且，用于识别元件的计数词，例如第一、第二或第三，是用来区分元件，而并不表示这种元件的要求的或限制的数量，也并不表示这种元件的特定位置或顺序，除非另有明确表述。
【主权项】
1.一种用于在粉碎机内粉碎材料的锤，包括: 安装部，所述安装部包括第一主表面、相对的第二主表面及安装孔，所述安装孔横向延伸穿过所述安装部并在第一主表面和第二主表面中开口以接纳安装销，从而将锤安装至粉碎设备上，所述安装部具有第一厚度，第一厚度在第一主表面和第二主表面间横向延伸； 作业部，所述作业部远离所述安装孔并具有用于撞击待粉碎材料的引导面、相对的尾面、在所述引导面和所述尾面之间延伸的磨损边缘、第一侧以及与第一侧相对的第二侧，第一侧和第二侧大致面向与所述安装部的第一主表面和第二主表面相同的方向，其中，第一侧和第二侧包括交替的突起和凹陷，从而使得所述作业部的总体厚度大于所述安装部的第一厚度。2.一种用于在粉碎机内粉碎材料的锤，包括: 近端部，所述近端部包括第一主表面、相对的第二主表面及安装孔，所述安装孔横向延伸穿过锤并在第一主表面和第二主表面中开口以接纳安装销，从而将锤安装至粉碎设备上； 远端部，所述远端部具有用于撞击待粉碎材料的引导面、相对的尾面、在所述引导面和所述尾面之间延伸的磨损边缘、以及位于所述远端部的相对侧上的多个凹陷和突起，其中，沿所述远端部任何一点处的截面厚度小于锤的标称厚度。3.一种用于在粉碎机内粉碎材料的锤，包括: 近端部，所述近端部限定安装孔，所述安装孔延伸穿过第一主表面至第二主表面以接纳锤安装销，从而将锤安装至粉碎设备上； 远端部，所述远端部具有用于初始地撞击待粉碎材料的引导面，相对的尾面、以及面朝外的磨损边缘，所述磨损边缘自所述引导面向后延伸，所述远端部通过位于所述远端部的相对侧的每一侧上的凹陷和突起而成阶梯状，从而限定波纹状的远端部。4.一种用于在粉碎机内粉碎材料的锤，包括: 安装部，所述安装部包括第一主表面、相对的第二主表面及安装孔，所述安装孔用于接纳安装销以将锤安装于粉碎机内，所述安装部限定在第一主表面和第二主表面间横向延伸的第一厚度；以及 作业部，所述作业部包括大致面向与所述安装部的第一主表面和第二主表面相同方向的第一侧和第二侧，第一侧和第二侧中的每侧都包括至少一个外表面和至少一个凹陷表面以在所述侧中的每侧上限定至少一个凹陷，一侧上的每个所述外表面与相对侧上的一个凹陷表面大致横向地对齐，所述侧上的所述外表面限定所述作业部的总体厚度，所述作业部的总体厚度大于所述安装部的第一厚度，并且任何横向对齐的凹陷表面和外表面间的横向厚度等于或小于所述安装部的第一厚度。5.根据权利要求4所述的锤，其中，所述作业部包括面朝外的磨损边缘。6.根据权利要求1-3或5中任意一项所述的锤，其中，所述磨损边缘没有凹陷。7.根据权利要求6所述的锤，其中，所述磨损边缘和所述凹陷由薄壁分开，从而使得所述凹陷与所述磨损边缘隔开。8.根据权利要求1-3或5中任意一项所述的锤，其中，所述突起和所述凹陷自各个所述侧与所述磨损边缘相接处向上延伸。9.根据权利要求1-3中任意一项所述的锤，其中，所述突起中的每个不与相对侧上的所述突起重叠。10.根据权利要求1-3中任意一项所述的锤，其中，所述远端部具有最小厚度，所述最小厚度自相对侧之一上的所述突起之一至与另一相对侧上的所述突起相对的凹陷测得，所述最小厚度小于锤的标称厚度。11.一种用于在粉碎机内粉碎材料的锤，包括: 安装部，所述安装部包括第一主表面、相对的第二主表面及安装孔，所述安装孔用于接纳安装销以将锤安装于粉碎机内，所述安装部限定在第一主表面和第二主表面间横向延伸的第一厚度；以及 远端部，所述远端部具有用于初始地撞击待粉碎材料的主撞击面、自所述主撞击面向后延伸的面朝外的磨损边缘、和与所述安装部的第一主表面和第二主表面大致面向相同方向的第一侧及第二侧，所述磨损边缘包括槽，所述槽远离所述磨损边缘朝所述安装部延伸，所述槽大致沿在第一侧和第二侧之间延伸的平面定位。12.根据权利要求11所述的锤，其中，第一侧和第二侧没有凹陷。13.根据权利要求11或12所述的锤，其中，所述槽包括大致邻近于所述主撞击面的引导侦叭大致与所述槽的所述引导侧相对的尾侧、以及在所述引导侧和所述尾侧之间延伸的一对相对侧，其中，所述槽在所述一对相对侧上具有交替的突起和凹陷。14.根据权利要求11-13中任意一项所述的锤，其中，所述安装部限定在第一主表面和第二主表面间横向延伸的第一厚度，所述远端的第一侧和第二侧限定所述远端部的总体厚度，其中，所述远端部的总体厚度大于所述安装部的第一厚度，并且所述远端部的任意连续部分间的横向厚度等于或小于所述安装部的第一厚度。15.根据权利要求1-10或13-14中任意一项所述的锤，其中，所述凹陷的每一个由将所述凹陷与相邻突起分开的相对的壁限定。16.根据权利要求15所述的锤，其中，所述相对的壁大致为平面。17.根据权利要求15或16所述的锤，其中，所述相对的壁随着其延伸远离各个所述凹陷而彼此相互分离。18.根据权利要求1_3、5或11中任意一项所述的锤，其中，所述磨损边缘位于距离所述安装孔最远的表面上。19.根据前述权利要求中任意一项所述的锤，其中，所述锤大致呈钟形。20.根据前述权利要求中任意一项所述的锤，其中，所述安装孔的大小与所述锤安装销的大小大致匹配。21.根据权利要求1-3中任意一项所述的锤，其中，所述引导面和所述尾面是可调换的，以延长所述锤的寿命。22.—种用于粉碎材料的粉碎机，所述粉碎机包括旋转头、包围所述旋转头的粉碎室、多个根据前述权利要求中任意一项所述的锤、以及多个安装销以将各个所述锤以可枢转的方式联接至所述旋转头。23.根据权利要求21所述的粉碎机，其中，所述粉碎室包括材料入口以及靠近所述材料入口的铁砧，从而使得待粉碎的材料在所述铁砧和所述锤之间受到初始撞击。24.根据权利要求21或22所述的粉碎机，其中，所述锤内的所述安装孔的内表面大致匹配所述锤安装销的外表面。
【文档编号】B02C13/28GK105916587SQ201480070009
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年11月13日
【发明人】M·R·威克斯, D·M·格拉夫, C·M·卡彭特
【申请人】埃斯科公司