礦用PLCM1000型輪式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

楊建露

（西山煤電集團(tuán)屯蘭礦， 山西 太原 030200）

引言

煤礦綜采工作面破碎機(jī)俗稱順槽破碎機(jī)，大多數(shù)順槽破碎機(jī)采用顎式破碎和錘式破碎兩種破碎形式[1]。其中，常見(jiàn)的順槽用錘式破碎機(jī)其主要采用輪式結(jié)構(gòu)，安裝于轉(zhuǎn)載機(jī)的卸載段部位與爬坡段部位之間，用來(lái)破碎轉(zhuǎn)載機(jī)上的大塊物料。輪式結(jié)構(gòu)的錘式破碎機(jī)與普通錘式破碎機(jī)的原理一樣，屬于沖擊式破碎機(jī)，主要采用沖擊和擠壓兩種破碎形式對(duì)煤或矸石進(jìn)行破碎，兩者的區(qū)別主要是普通破碎機(jī)錘刀是活動(dòng)的，輪式破碎機(jī)錘刀是固定的[2]。因輪式破碎機(jī)具有能量集中、工作效率高、破碎效果好等優(yōu)點(diǎn)，常被用于破碎條件較復(fù)雜的情況，可破碎抗壓強(qiáng)度小于40 MPa的煤及少量抗壓強(qiáng)度小于100 MPa的矸石[3]。

破碎機(jī)運(yùn)行不僅需要大量的電能，而且在會(huì)帶來(lái)粉塵危害、噪音污染的同時(shí)出現(xiàn)機(jī)械嚴(yán)重磨損等情況，因此，圍繞減少能耗以及減少振動(dòng)和摩擦這兩個(gè)目標(biāo)對(duì)破碎機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)[4]。

本文在原PLCM1000型輪式破碎機(jī)的基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，來(lái)提高破碎效果，減小錘刀與錘座之間的沖擊。主要采用的優(yōu)化方案：第一，進(jìn)料時(shí)先篩選后破碎；第二，將破碎錘刀與錘座之間的固定聯(lián)接改為銷軸活動(dòng)鉸接。

1 工程運(yùn)用背景

PLCM1000型輪式破碎機(jī)安裝于轉(zhuǎn)載運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭部位，主要結(jié)構(gòu)包括：底座、機(jī)架、破碎錘組件、傳動(dòng)部件和電機(jī)等。主要優(yōu)點(diǎn)為破碎能力強(qiáng)、破碎效率高、破碎后物料粒度統(tǒng)一。

目前，PLCM1000型輪式破碎機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題有兩大類[5]。第一類是堵塞問(wèn)題，分析其原因，主要是由于該型號(hào)破碎機(jī)進(jìn)料方式存在問(wèn)題，為破碎大塊物料，所有的物料都需要進(jìn)入破碎機(jī)的破碎腔，而實(shí)際進(jìn)入破碎腔內(nèi)的大塊物料很少，大部分物料粒度較小，因此破碎腔被小塊物料擠占，造成堵塞的發(fā)生。第二類是磨損問(wèn)題，主要表現(xiàn)為軸承損壞和錘軸壓板螺栓磨損，PLCM1000型輪式破碎機(jī)的錘刀與錘座是用固定螺栓聯(lián)接，破碎機(jī)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的工作，錘刀多次受到較大沖擊力后，聯(lián)接錘刀與錘座的固定螺栓將會(huì)嚴(yán)重磨損，以至于出現(xiàn)松動(dòng)甚至脫落的情況。作用于錘刀上的沖擊力傳遞到主軸及軸承上以后，主軸及軸承的磨損也會(huì)加劇，從而導(dǎo)致主軸及軸承等零件壽命變短?，F(xiàn)場(chǎng)維修情況統(tǒng)計(jì)，PLCM1000型輪式破碎機(jī)錘刀更換時(shí)間大約為14個(gè)月，主軸更換時(shí)間約為18個(gè)月，軸承的更換時(shí)間約為5個(gè)月[6-8]。由于PLCM1000型輪式破碎機(jī)設(shè)計(jì)存在不足，其拆卸維修作業(yè)操作不便，一般更換受損零件所需時(shí)間約為1.5個(gè)工作日。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

現(xiàn)代化的綜采面采出的煤粒度大小與破采、普采煤粒度大小有很大區(qū)別，綜采面采出的煤大部分是松散的煤塊，很容易破碎，其中大塊矸石的含量一般低于15%[9]?；谝陨险J(rèn)識(shí)，若將全部物料都投進(jìn)破碎機(jī)內(nèi)破碎，會(huì)有如下不良效果：一是從能耗的角度出發(fā)，將損失大量的電能；二是從經(jīng)濟(jì)利益考慮，小塊煤的含量增大，收益減少；三是破碎機(jī)堵塞問(wèn)題出現(xiàn)，影響產(chǎn)出。因此，從以上三方面分析，全部物料進(jìn)入到破碎機(jī)的進(jìn)料方式是不合理的。

針對(duì)破碎機(jī)堵塞問(wèn)題，本文擬采用“先篩選后破碎”的原則來(lái)解決堵塞問(wèn)題，即通過(guò)破碎機(jī)破碎腔前的物料，要先經(jīng)過(guò)篩網(wǎng)篩選，將其中小顆粒物料篩選掉，只將大顆粒進(jìn)入到破碎機(jī)破碎。除此之外，原來(lái)水平進(jìn)料、水平出料模式改為水平進(jìn)料、向下出料模式，可以借助重力作用節(jié)省能耗。改進(jìn)后的進(jìn)料方式過(guò)程為煤和矸石進(jìn)入帶有篩網(wǎng)的導(dǎo)料槽，篩網(wǎng)將小顆粒的物料過(guò)篩后轉(zhuǎn)移至皮帶運(yùn)輸機(jī)，大顆粒物料進(jìn)入破損腔。先篩分后破碎工藝可以避免破碎機(jī)堵塞現(xiàn)象，也可以減少能耗，提高破碎效率。

針對(duì)第二類磨損問(wèn)題，本文將破碎錘刀與錘座之間的固定聯(lián)接改為銷軸活動(dòng)鉸接。當(dāng)錘刀與錘座為固定聯(lián)接時(shí)，錘刀沖擊物料，物料將給錘刀一反作用力，這個(gè)反作用力傳遞至錘座上，由于沒(méi)有緩沖，反作用力作用下錘刀與錘座摩擦加??；當(dāng)兩者的聯(lián)接采用活動(dòng)式鉸接時(shí)，反作用力將會(huì)被抵消，這樣摩擦將大大減少。參考其他破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，為減小錘刀打擊物料時(shí)在主軸上產(chǎn)生的沖擊力，故將錘刀與錘座的聯(lián)接改為銷軸活動(dòng)鉸接。

3 破碎篩的優(yōu)化

進(jìn)入破碎機(jī)前，煤及煤矸石將通過(guò)導(dǎo)料槽，導(dǎo)料槽的斜面滑道設(shè)有2 000 mm×2 000 mm的網(wǎng)狀篩用于篩分作業(yè)。鑒于其他研究成果，同時(shí)參考現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，破碎機(jī)允許通過(guò)的最大粒度尺寸為150 mm×150 mm，小于篩孔尺寸的物料通過(guò)篩孔，大于篩孔尺寸的物料進(jìn)入破碎腔，進(jìn)入破碎腔的物料，經(jīng)過(guò)錘刀的的沖擊作用，被破碎成粒度小于150 mm×150 mm的煤塊，進(jìn)而可以順利通過(guò)篩網(wǎng)進(jìn)入溜煤槽；若破碎后的入料仍未順利通過(guò)篩網(wǎng)，錘刀可將物料甩至擋板處，在擋板的阻擋下，物料又將回到破碎腔，進(jìn)而被第二次甚至第三次破碎，直至破碎到滿足要求。

3.1 篩網(wǎng)

PLCM1000型輪式破碎機(jī)引入“先篩后破碎”的工藝后，要在原來(lái)的基礎(chǔ)上加入先篩分用的篩網(wǎng)，改進(jìn)后的破碎機(jī)結(jié)構(gòu)上共有兩套篩網(wǎng)，一是導(dǎo)料槽上的篩網(wǎng)，呈傾斜狀，二是破碎腔下的篩網(wǎng)，呈水平狀。

鑒于本型機(jī)確定的煤塊最大粒度150 mm，將破碎腔下的篩網(wǎng)篩孔尺寸設(shè)計(jì)為150 mm×150 mm的網(wǎng)狀篩。由于導(dǎo)料槽上的篩網(wǎng)是傾斜的，為了減少篩網(wǎng)對(duì)物料的阻礙作用，將傾斜篩的篩網(wǎng)設(shè)計(jì)成條形篩，沒(méi)有橫向篩條，僅有寬度為150 mm的縱向篩條；傾斜篩的傾角α也是影響篩分效果的重要參數(shù)，α過(guò)大，物料在重力的作用下能快速的進(jìn)入破損腔，但是對(duì)篩分不利，α過(guò)小，篩分效果好，但對(duì)物料通過(guò)篩網(wǎng)不利，因此α必須要適當(dāng)，參考目前大部分傾斜網(wǎng)的α值，將傾斜篩傾角設(shè)計(jì)為40°[10]。

3.2 錘刀與錘座聯(lián)結(jié)設(shè)計(jì)

錘刀為如圖1所示的剛體，錘刀與錘座聯(lián)結(jié)的中心為O點(diǎn)，設(shè)物料對(duì)錘刀的沖擊力為F，若沖擊力F未通過(guò)碰撞中心，則在錘刀銷軸上產(chǎn)生沖擊力F'，假設(shè)錘刀的碰撞中心為L(zhǎng)，當(dāng)沖擊力F作用在錘刀工作面上極限位置l時(shí)，且l＜L，錘刀銷軸所受碰撞反力達(dá)到最大值，由公式可知[11]：

圖1 錘刀受力示意圖

錘刀銷孔處的碰撞反力為負(fù)值，表明碰撞反力與沖擊力F方向相反。當(dāng)錘刀與錘座為固定聯(lián)結(jié)時(shí)，錘刀的沖量會(huì)傳遞給錘座，從而增大了錘刀與錘座的摩擦力，根據(jù)作用力反作用力相等原理，錘座在銷軸上也將受到反作用力傳給錘座的主軸，使主軸軸承負(fù)荷增加，從而降低軸承的使用壽命。當(dāng)錘刀與錘座的聯(lián)結(jié)為鉸接時(shí)，沖擊力F作用在錘刀上極限位置，錘刀銷軸所受碰撞反力F'達(dá)到最大時(shí)，但小于F。因此，錘刀與錘座采用銷軸鉸接，較之前的錘刀與錘座剛性聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，錘刀與錘座之間的沖擊力減小。改進(jìn)后錘刀與錘座的聯(lián)結(jié)形式如圖2所示。

圖2 錘刀與錘座的鉸接聯(lián)結(jié)

4 結(jié)論

工程實(shí)踐中，PLCM1000型輪式破碎機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)兩大問(wèn)題，第一是堵塞，第二是磨損。針對(duì)這兩類問(wèn)題，本文提出的優(yōu)化方案有：第一，進(jìn)料時(shí)先篩選后破碎；第二，將破碎錘刀與錘座之間的固定聯(lián)接改為銷軸活動(dòng)鉸接。

導(dǎo)料槽上的傾斜篩網(wǎng)主要參數(shù)：縱向篩條寬度150 mm，無(wú)橫向篩條；篩網(wǎng)的傾角為40°。

當(dāng)錘刀與錘座為固定聯(lián)結(jié)時(shí)，根據(jù)作用力反作用力相等原理，銷軸受到的沖量也為F。當(dāng)錘刀與錘座的聯(lián)結(jié)為鉸接時(shí)，沖擊力F作用在錘刀上極限位置，錘刀銷軸所受碰撞反力F'達(dá)到最大，但小于F。因此，本機(jī)錘刀與錘座采用銷軸鉸接，較之前的錘刀與錘座剛性聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，錘刀與錘座之間的沖擊力減小。

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