雙齒輥破碎機(jī)原理及生產(chǎn)能力的計(jì)算

王磊

[摘 要]對破碎物料機(jī)理進(jìn)行分析，創(chuàng)新地提出了雙齒輥破碎機(jī)生產(chǎn)能力的簡便計(jì)算方法，該計(jì)算方法的結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)能力相接近。并將該計(jì)算方法與其它生產(chǎn)能力計(jì)算方法進(jìn)行對比和分析，結(jié)果表明，該計(jì)算方法更準(zhǔn)確、更簡便、更合理。該生產(chǎn)能力計(jì)算公式為雙齒輥破碎機(jī)的設(shè)計(jì)及系列開發(fā)提供合理、可靠的理論依據(jù)，對雙齒輥破碎機(jī)系列產(chǎn)品具有普遍意義。

[關(guān)鍵詞]破碎機(jī)；雙齒輥破碎機(jī)；生產(chǎn)能力；功率；計(jì)算方法

中圖分類號：TU459 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）18-0399-02

雙齒輥破碎機(jī)是破碎站的核心設(shè)備，用于將物料破碎到需要的粒度，與其它類型的破碎機(jī)相比，它具有體積小、重量輕、破碎效率高、入料粒度大、出料粒度均勻、不過度破碎物料、維護(hù)和檢修簡單方便等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外露天礦的連續(xù)和半連續(xù)開采工藝中得到廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)外對該設(shè)備的需求量很大，近年國內(nèi)準(zhǔn)格爾煤礦、大同煤礦、元寶山煤礦、霖林河煤礦、伊敏河煤礦等陸續(xù)進(jìn)口60多臺雙齒輥破碎機(jī)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。由于引進(jìn)價格昂貴，因此急需對其進(jìn)行技術(shù)消化吸收。

生產(chǎn)能力是雙齒輥破碎機(jī)性能的重要指標(biāo)。它直接關(guān)系到雙齒輥破碎機(jī)設(shè)計(jì)中各參數(shù)的選擇，如功率的確定等，也是用戶選型的重要依據(jù)。因此如何確定雙齒輥破碎機(jī)的生產(chǎn)能力非常重要。本文以準(zhǔn)格爾煤塊1250型雙齒輥破碎機(jī)為研究對象，通過理論分析，創(chuàng)新性地提出了生產(chǎn)能力的簡便計(jì)算方法，并將理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)能力和其它方法相比較，驗(yàn)證此計(jì)算方法的正確性，為雙齒輥破碎機(jī)的設(shè)計(jì)及系列開發(fā)提供重要的參考價值。

1 破碎及排料原理分析

雙齒輥破碎機(jī)的主要工作部件為兩個平行安裝的齒輥，每個齒輥沿軸向布置一定數(shù)量的齒環(huán)，通過齒輥的對轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)物料的破碎，其結(jié)構(gòu)見圖1。

齒對物料的作用過程可分為三個階段：第一階段，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中的輥齒遇到大塊物料，首先對它進(jìn)行沖擊剪切，接著進(jìn)行撕拉，如果碎塊能被輥齒咬入則進(jìn)入第二階段破碎，否則輥齒沿物料表面強(qiáng)行滑過，靠輥齒的螺旋布置迫使物料翻轉(zhuǎn)，等待下一對齒的繼續(xù)作用。在圖1中，這一階段為齒從1'-1位置到2'-2位置。第二階段從物料被咬入開始，到前一對齒脫離咬合終止，在圖1中表現(xiàn)為齒從2'-2位置運(yùn)動到3'-3位置的過程，這一階段兩齒包容的截面由大逐漸變到最小，然后再增大。粒度大的物粒由于包容體積逐漸變小而被強(qiáng)行擠壓剪碎，破碎后的物料被擠出，從齒側(cè)間隙漏下。前一對齒開始脫離嚙合時，破碎的物料大量下漏排出，個別粒度仍然偏大的物料被劈裂棒阻擋，當(dāng)齒運(yùn)動到劈裂棒附近時，與劈裂棒共同作用，將大塊物料劈碎并將其強(qiáng)行排出，這就是第三階段破碎。至此，一對齒的破碎過程結(jié)束。每對齒環(huán)上有多少個齒，齒輥運(yùn)行一周時同樣的過程就進(jìn)行多少次，循環(huán)往復(fù)。

2 主要參數(shù)計(jì)算

破碎機(jī)的工作對象是各種礦石、巖石和煤等，它們的物理特性、節(jié)理構(gòu)造千變?nèi)f化，所以用純理論推導(dǎo)出的公式進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)是不合適的，只有以適合該類型破碎機(jī)的破碎理論為基礎(chǔ)，通過試驗(yàn)臺試驗(yàn)以及工業(yè)運(yùn)行實(shí)踐而導(dǎo)出的經(jīng)驗(yàn)公式方是切實(shí)可行的。隨著人們生產(chǎn)實(shí)踐的不斷發(fā)展，會得出各種被破碎物料的修正系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)公式將給出更為精確的結(jié)果。

（1）產(chǎn)量計(jì)算

產(chǎn)量作為設(shè)計(jì)原始參數(shù)由用戶提供，它是確定破碎機(jī)結(jié)構(gòu)和傳動參數(shù)的重要依據(jù)，在設(shè)計(jì)中必須給予滿足，并要留有一定的富余量。

（2）液力偶合器注油量的確定

在液力偶合器富余的情況下，根據(jù)電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩值，在液力偶合器外特性曲線上找出相應(yīng)的注油量，按該注油量注油即可。

（3）破碎輥軸承的選用及調(diào)整

以選用錐孔外圈帶油槽的雙列球面滾子軸承為好。這種軸承裝拆方便，軸承間隙可通過緊定套調(diào)整，這就排除了因軸承間隙過大而造成的軸承失效問題。由于軸承間隙直接關(guān)系到軸承的承載能力和使用壽命，所以使用說明書中應(yīng)對軸承調(diào)整間隙值加以規(guī)定，以便用戶定期檢查和調(diào)整。

（4）密封及潤滑設(shè)計(jì)

由于雙齒輥破碎機(jī)的工作條件惡劣，破碎輥軸承密封性不好往往是造成軸承損壞的直接原因，因此密封問題應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員高度重視。目前，國產(chǎn)及部分進(jìn)口破碎機(jī)多采用迷宮或迷宮加油封密封。從工業(yè)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，該種密封結(jié)構(gòu)的密封效果并不理想，往往會出現(xiàn)破碎物料粉塵進(jìn)入軸承腔內(nèi)，與潤滑脂滲合干結(jié)的情況，結(jié)果造成軸承損壞，直接影響了設(shè)備的使用壽命。為解決這個問題，可考慮設(shè)置一臺自動干油潤滑站，定時定量向迷宮與油封之間補(bǔ)油，多余的油經(jīng)迷宮擠出，這樣就可阻止粉塵進(jìn)入迷宮，同時也解決了軸承的潤滑；當(dāng)然，軸承端蓋下部必須加設(shè)排油孔，定期放油。如果密封情況良好，軸承使用鋰基二硫化鉬潤滑脂進(jìn)行潤滑，設(shè)備運(yùn)行6-12個月一般不會出現(xiàn)問題。

（5）減速器的選用

減速器作為閉式傳動，其主要破壞形式是齒面疲勞，在齒面疲勞計(jì)算通過的情況下，齒輪彎曲破壞強(qiáng)度較為富余，常規(guī)可不進(jìn)行齒輪彎曲強(qiáng)度校核。由于在過載情況發(fā)生時，齒輥和減速器轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量較大，所以在選用減速器時應(yīng)提高一個檔次，另外，減速器上的所有傳動齒輪均應(yīng)采用硬齒面齒輪。

3 雙齒輥破碎機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算

生產(chǎn)能力是雙齒輥破碎機(jī)的主要性能指標(biāo)，直接關(guān)系到破碎機(jī)設(shè)計(jì)中各參數(shù)的選擇，也是用戶擇機(jī)的重要依據(jù)?？梢娙绾未_定生產(chǎn)能力是非常重要的。

在傳統(tǒng)的輥式破碎機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)算公式中，一般假設(shè)物料是以相同的速度通過兩輥間的間隙的。雙齒輥破碎機(jī)與傳統(tǒng)輥式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別在于雙齒輥破碎機(jī)的齒牙又高又大，直接影響到物料通過兩輥間隙時的速度和吃料、排料的能力，而且輥間間隙比普通輥式破碎機(jī)輥間間隙大的多。因此不能簡單地認(rèn)為在雙齒輥破碎機(jī)中物料通過兩輥間的速度是相同的。

為此本文提出了一種適用于雙齒輥破碎機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算方法，它的基本思想是：破碎機(jī)的生產(chǎn)能力等于將輥齒看作物料時單位時間內(nèi)通過兩輥間的物料的總體積減去在所有輥齒中所占的體積。

（4）式中各變量參見式（1）、（2）和（3）。K值的選取可借用輥式破碎機(jī)經(jīng)驗(yàn)公式中的系數(shù)，K=0.4～0.6。將本方法應(yīng)用于MMD1250雙齒輥破碎機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為：

此結(jié)果與雙齒輥破碎機(jī)的實(shí)際破碎能力很接近，說明本方法是正確的，實(shí)際運(yùn)用是可行的。

4 雙齒輥破碎機(jī)功率的計(jì)算方法

功率計(jì)算是破碎機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是選擇電機(jī)的理論依據(jù)。而電機(jī)的選擇直接影響到后續(xù)設(shè)計(jì)。過去破碎機(jī)設(shè)計(jì)中，確定功率一般采用兩種方法：經(jīng)驗(yàn)公式法和理論計(jì)算法。

由于雙齒輥破碎機(jī)是一種新型設(shè)備，無經(jīng)驗(yàn)可循，因此基于電機(jī)功率應(yīng)與單位時間破碎物料的功耗相同的原則，提出如下電機(jī)功率的理論計(jì)算方法：N=QW/Z式中：Q為設(shè)計(jì)要求的生產(chǎn)能力，t/h；W為單位生產(chǎn)量的功耗，kW·h；Z為破碎機(jī)的傳動效率。由此可見這一方法的關(guān)鍵在于如何確定單位生產(chǎn)量的功耗W。目前有四種理論計(jì)算方法可以確定W：Rittinger法，Kick-Kirpichev法，Bond法和Holmes法。其中Rittinger法適用于細(xì)磨，Kick-Kirpichev法適用于粗碎，Bond法介于二者之間。而Holmes法是前三種方法的統(tǒng)一，其表達(dá)式為：

由于Holmes公式中i的取值范圍過大，稍有不當(dāng)，將與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。通過對1250雙齒輥破碎機(jī)功率的計(jì)算以及所繪制的N-i曲線（N=WH·Q），初步得出對于雙齒輥破碎機(jī)，i可取0.45～0.5。

5 結(jié)論

（1）通過分析針對雙齒輥破碎機(jī)的破碎原理及破碎過程和破碎力的特點(diǎn)，可見雙齒輥破碎機(jī)較傳統(tǒng)其他類型破碎機(jī)具有的突出優(yōu)勢。

（2）提出的生產(chǎn)能力及功率等的計(jì)算方法，經(jīng)我國對雙齒輥破碎機(jī)反復(fù)計(jì)算及驗(yàn)證，是可行而實(shí)用的。

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