周志鸿，丁河江
（北京科技大学机械学院车辆工程系，北京 100083）
1.1 丹麦福创公司及其破碎锤简介
福创（Fractum）公司总部位于丹麦，是一家领先的破碎设备开发和供应商，专为岩石、钢渣、废模和钢筋混凝土破碎提供安全、可靠、高效而经济的解决方案。
短短十几年间，福创公司帮助世界各地的钢铁公司、采矿公司、采石公司和拆迁企业改进和简化了他们的破碎工作，破碎锤产品已经销售到古巴、俄罗斯、日本、阿曼、意大利和中国等地。
福创公司代理商分布在俄罗斯、智利、韩国、南非、中东和中国上海等地。
不同于我们常见的气液式、全液式、氮爆式液压破碎锤， 福创破碎锤是一种重力式破碎锤。丹麦是一个很小的国家，目前全国人口不到六百万，福创是一个年轻的公司，成立于2004年，但是在重力破碎锤产品开发方面，已经走在世界的前列。
福创破碎锤需搭载在液压挖掘机上，由挖掘机提供液压动力，搭载中国贵州詹阳挖掘机的福创破碎锤见图1。
图1 搭载中国贵州詹阳挖掘机的福创破碎锤
1.2 福创破碎锤在中国的应用
在我国废钢铁加工行业，通常把冲击式破碎锤称为石钢锤，武钢公司首先采用丹麦福创破碎锤[1]，后来又陆续采购福创破碎锤及其备件。中冶重机、太钢也陆续招标采购了福创破碎锤及其备件。湖北兴业钢铁炉料有限责任公司也使用破碎锤。
攀枝花钢城集团有限公司钱强工程师对破碎锤破碎钢渣运行成本进行了测算,每吨47 元，非常经济有效[2]。
中冶重机的福创破碎锤破碎钢渣见图2。
图2 中冶重机的福创破碎锤破碎钢渣
福创破碎锤的型号与规格网上资料很少，很难查到，笔者多方网上搜寻，整理总结出福创破碎锤型号有五种，规格参数见表1。
资料来源于网络，搜集截止时间为2022年1月26日。
根据表1 中数据可以看出， 福创破碎锤液压压力为（270-290）bar，液压流量为（200-600） L/min，挖掘机机重范围为（22-70）吨，对于挖掘机要求不是很苛刻，目前我国国产液压挖掘机能够满足福创破碎锤的要求。
表1 福创破碎锤型号与规格参数
3.1 钢铁行业
福创破碎锤首先是为破碎废钢铁而开发的，用于钢渣、废钢模破碎、钢渣罐清空、生铁和中间包的破碎，见图3。
也可以直接破碎炽热渣包，见图4， 一般破碎锤完全不能破碎温度500℃以上的炽热渣包。
图3 福创破碎锤破碎大块钢渣包
图4 福创破碎锤破碎炽热渣包
3.2 采矿采石行业
安百拓目前最大液压破碎锤HB10000 的冲击能为1.6 万焦耳，福创FB400 破碎锤冲击能已经到达40 万焦耳，是HB10000 的25 倍，只要冲击几次就可以破碎最坚硬的岩石，可以快速破碎超过200 吨的大块巨石，见图5。
图5 福创破碎锤破碎大块巨石
福创破碎锤破碎岩石的能力一般为200-400 吨/小时，生产效率远远高于一般破碎锤。
福创破碎锤破碎矿石见图6。
图6 福创破碎锤在破碎矿石
3.3 拆除行业
福创破碎锤拆除钢筋混凝土的效率非常高，拆除路面与工厂等大面积结构，能够达到每小时40立方米的破碎效率，见图7。
图7 福创破碎锤在拆除钢筋混凝土
4.1 福创FB200 破碎锤外形
武钢金属资源公司冶金渣分公司郝瀚超等人在文献[3]中详细论述了福创FB200 破碎锤的工作原理与故障排除。这是一篇难得的有价值的好论文。
福创FB200 破碎锤搭载在卡特365C 挖掘机上的图片见图8。
4.2 福创FB200 破碎锤结构与工作原理
福创FB200 破碎锤由液压缸、动静滑轮组、钢丝绳、抓盘、锤体和锤筒组成。
福创FB200 破碎锤依靠连接架安装在挖掘机小臂上，见图8。
从挖掘机获取液压动力，由破碎锤自带的电液阀控制液压缸的运动，液压缸通过动静滑轮组和钢丝绳， 实现行程和速度的倍增，油缸经钢丝绳带动抓盘，抓取锤体上升到预定的高度，然后释放锤体，锤体沿锤筒自由下落，完成一次冲击[3]。FB200 破碎锤工作原理见图9。
图8 福创FB200 石钢锤
图9 福创FB200 破碎锤工作原理
液压冲击破碎锤的工作原理一般分为气液式、氮爆式、全液式三种。我国企业生产的液压破碎锤工作原理几乎都是气液式，即由氮气和液压油联合作用， 在液压锤冲程时驱动活塞运动，冲击钎杆，传递活塞动能，破碎岩石等物料。氮爆式与全液式破碎锤很少见。
本文将气液式、氮爆式与全液式三种破碎锤统称为一般破碎锤。
福创破碎锤不属于以上三种破碎锤的任何一种，在冲程时，福创破碎锤只利用地球引力驱动锤体自由下落，势能转化为动能，产生冲击力，破碎废钢或岩石等物料。冲程时无需任何液压力或氮气膨胀力，液压动力只在回程时用来提升锤体到预定高度。
本文将锤体自由下落式冲击破碎锤称为重力破碎锤。
（1）冲击能大。
福创破碎锤的冲击能范围在8 万焦耳至40 万焦耳之间，详见表1。
即使福创破碎锤最小的冲击能（8 万焦耳）也远远大于目前最大的一般破碎锤。
能轻易破碎废钢铁，破碎岩石更是不在话下。
（2）破碎效率高。
福创破碎锤的锤头直接撞击物料，没有钎杆传递能量的损失，破碎效率自然比一般破碎锤高。
（3）故障少。
福创破碎锤无需氮气室，没有一般破碎锤的中缸体和上、下缸体，没有贯穿螺杆，没有钎杆，也没有钎杆套与扁销。圆形锤筒结构，无需密封，加工成本低。福创重力式破碎锤比一般破碎锤的机械结构简单得多，工作中产生的故障也相应减少很多。
6.4 冲击能计算简单准确
一般破碎锤冲击能的计算比较复杂，冲击能的检测更是一大难题，检测成本很高，费时费力，更重要的是测试误差很大， 数据可信度不高，重复性也不好。
重力式破碎锤冲击能计算公式很简单，检测也很简单，数据可信度很高。
E=mgH
式中 E——冲击能，J
H——锤体提升高度，m
m——锤体质量，kg
g——重力加速度，m/s2
6.5 调整冲击能方便
只要调整锤体的提升高度，就可以方便准确地调整破碎锤的冲击能，扩大了破碎锤的适用范围。
7.1 对挖掘机的振动损害很小
一般破碎锤在冲击行程时，因为氮气和液压的反作用力，会产生很大的振动，活塞撞击钎杆也会产生振动与反弹，传递到挖掘机，对挖掘机结构件损害较大。
重力式破碎锤冲击时完全没有反作用力，不会产生振动，不存在撞击钎杆现象，挖掘机结构件寿命会大大延长。挖掘机司机也不会受挖掘机振动的危害。
采用福创破碎锤的部份客户挖掘机使用时间达到2 万个小时以上。
7.2 无碎石飞溅
福创破碎锤的锤筒罩住了锤头和物料，物料破碎时产生的碎石不会乱飞，避免了碎石击中司机室和司机的危险，也避免了对于破碎场地附近其他设备如卡车的损坏。
福创破碎锤对人员的安全范围为15 米外，而对同时工作的其他设备的安全范围为0 米。
7.3 噪声很小
锤体的锤头部分直接撞击物料， 无需钎杆，因此没有一般破碎锤的活塞撞击钎杆而产生的噪声，金属撞击是一般破碎锤工作时的最大噪声源。
福创破碎锤的锤筒罩住了物料和锤头，锤头撞击物料而产生的噪声被锤筒隔离，大大减少了噪声的扩散传播。
8.1 液压与控制系统复杂
福创破碎锤液压系统包含了电液比例阀、流量阀、安全阀等元件。
福创破碎锤控制系统包含了压力传感器、转动计数器、碰撞传感器、控制器等元件，详见图9。
福创破碎锤的液压系统与控制系统远比一般破碎锤复杂，因此大大限制了福创破碎锤的推广应用。
8.2 采购成本较高
福创破碎锤的液压系统与控制系统远比一般破碎锤复杂，可能初次采购成本比一般破碎锤高，但是总体使用成本低于一般破碎锤。
8.3 不能倾斜工作
重力式破碎锤需要在垂直状态下工作，在倾斜状态下工作，破碎效果和效率会减小。
一般倾斜角度不能超过30°。
倾斜角度接近90°，破碎效果和效率将完全丧失，这就大大限制了重力式破碎锤在建筑物拆除方面的应用。
8.4 破碎锤外形高度尺寸较大
为了得到较大的锤体提升高度，福创破碎锤的锤筒高度可达到7 米至10 米， 远远大于一般破碎锤的高度，给运输和安装造成一定的不便。
8.5 冲击次数较少
福创破碎锤的冲击次数不超过10 次/分，详见表1，远远小于一般破碎锤的冲击次数。
不过，福创破碎锤冲击能大的优势早已弥补了冲击次数少的缺点。福创破碎锤总体破碎效率远大于一般破碎锤。
（1）液压破碎锤可分为气液式，全液式，氮爆式（全氮式），重力式四种。
（2）重力式破碎锤有破碎效率高、故障少、环境友好、无振动向挖掘机传递等优点。
（3）福创破碎锤在我国废钢铁加工行业得到了很好的应用。
（4）目前尚未见到福创破碎锤在我国采矿采石行业的应用报道，希望有人尝试。
（5）我国气液式破碎锤采矿采石效率不高，应考虑开发和使用重力式破碎锤。
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