井下顎式破碎機(jī)基礎(chǔ)頻繁失效研究與改進(jìn)

何鐵牛，劉 朋，王晉巖，耿永泉

(太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司峨口鐵礦，山西 代縣 034207)

1 前言

峨口鐵礦三號(hào)溜井及Ⅲ峒破碎運(yùn)輸系統(tǒng)于2013年7月建成，8月正式投產(chǎn)。主要承擔(dān)北西采場新建三號(hào)溜井井下破碎及長距離、大坡度的皮帶運(yùn)輸作業(yè)，到2017年底累計(jì)生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)V石5 000萬t左右。

Ⅲ峒井下破礦及皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝井下進(jìn)口顎式破碎機(jī),型號(hào)為CT6080杰弗朗，即復(fù)擺式破碎機(jī)，規(guī)格為80英寸×60英寸，即2 032mm×1 524mm，配用6 000V高壓電機(jī)YRKK4503- 6,額定轉(zhuǎn)速980r/min，功率400kW，破碎機(jī)破礦主軸轉(zhuǎn)速為200r/min，排礦口為160～280mm，機(jī)器重量155.8t，生產(chǎn)廠家為中外合資廠，主要用于井下鐵礦石破碎作業(yè)。井下顎式破碎機(jī)的工作主要是兩種襯板，一種定顎襯板，垂直或上端略外傾，固定在定顎機(jī)體前壁上，共2塊；另一是動(dòng)顎襯板，位置傾斜，固定在動(dòng)顎機(jī)體上，共2塊，與定顎襯板形成上大下小的破碎腔(工作腔)。動(dòng)顎對(duì)著定顎作周期性的住復(fù)運(yùn)動(dòng)，時(shí)而分開，時(shí)而靠近，分開時(shí)，鐵礦石進(jìn)人破碎腔，被破碎的鐵礦石由于自重從下部排出。靠近時(shí)，使在動(dòng)顎、定顎襯板的物料受到擠壓、彎折和劈裂作用而破碎。顎式破碎機(jī)最大給料粒度910～1 310mm，排料粒度240～310mm。通過3年多的使用發(fā)現(xiàn)顎式破碎機(jī)基礎(chǔ)部故障頻繁、振動(dòng)大，生產(chǎn)效率低，被動(dòng)搶修多，搶修任務(wù)量大，是制約峨口鐵礦井下生產(chǎn)的瓶頸。

2 基礎(chǔ)部改進(jìn)前使用情況及存在主要問題

2013年8月Ⅲ峒C6080顎式破碎機(jī)投產(chǎn)，運(yùn)行至2013年12月，顎式破碎機(jī)動(dòng)顎體軸承非正常損壞，造成308h故障停機(jī)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，造成40萬元的軸承損壞。經(jīng)分析得知原因，一是給礦口距顎式破碎機(jī)機(jī)口高度過高，下落的礦石直接沖擊動(dòng)顎體上部，礦石對(duì)動(dòng)顎體軸承造成巨大沖擊載荷和隱形傷害。需要減少給礦高度即適當(dāng)提高顎式破碎機(jī)基礎(chǔ)來解決過大的沖擊載荷；二是新顎式破碎機(jī)安裝時(shí)，直接安裝在水泥地面上，載荷主要集中在4個(gè)基礎(chǔ)螺絲附近，使地腳螺栓損壞頻繁；三是基礎(chǔ)地面為普通灌漿料澆筑，強(qiáng)度偏低，日常生產(chǎn)中顎式破碎機(jī)破礦時(shí)，強(qiáng)大破礦力會(huì)使機(jī)體遭受強(qiáng)大沖擊，基礎(chǔ)下沉、振動(dòng)大，導(dǎo)致顎式破碎機(jī)移位，基礎(chǔ)螺栓被剪斷，處于不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，需經(jīng)常停機(jī)緊固調(diào)整。盡管后期在顎式破碎機(jī)底座下增加斜鐵固定，但效果不明顯。要想從根本上解決此問題，經(jīng)過多次計(jì)算與研究，需重新澆灌基礎(chǔ)，同時(shí)在顎式破碎機(jī)下方增加新的鋼底座，增加地腳螺栓，將巨大載荷均勻分布在地面上，使顎式破碎機(jī)破礦更加穩(wěn)固，保證日常運(yùn)行平穩(wěn)。

新Ⅲ峒顎式破碎機(jī)在安裝時(shí)主要存在以下幾個(gè)問題。

(1)顎式破碎機(jī)與重板給礦中心不在同一直線上，顎式破碎機(jī)偏離重板給礦中心線20mm，重板給礦機(jī)不能中心給礦，造成給料偏斜，從而導(dǎo)致顎式破碎機(jī)破礦時(shí)單邊過載或受力不均勻，使破碎機(jī)本體、基礎(chǔ)及動(dòng)顎軸承承受較大的偏載，造成破碎機(jī)基礎(chǔ)及動(dòng)顎體軸承較大的偏心負(fù)載，從而導(dǎo)致其振動(dòng)大、故障頻繁、壽命短。

(2)顎式破碎機(jī)對(duì)給礦有非常嚴(yán)格的要求，其要求給礦高度不能超過顎式破碎機(jī)機(jī)口1m，給料斗保證破碎機(jī)前機(jī)架及動(dòng)顎體免受磨損和沖擊，另外要求物料不能直接沖擊動(dòng)顎體上方，而要求顎式破碎機(jī)盡量在擠滿2/3破碎腔的情況下生產(chǎn)，經(jīng)測算當(dāng)顎式破碎腔擠滿礦至2/3時(shí)，1m高的給礦高度正好落到破碎腔機(jī)口的礦石上，不會(huì)對(duì)動(dòng)顎體造成沖擊。而現(xiàn)場C6080顎式破碎機(jī)的給礦條件為重板上平面到顎式破碎機(jī)口落差為3m，給料機(jī)料層上平面到顎式破碎機(jī)口落差為4.9m左右。在實(shí)際運(yùn)行過程中，大量落料經(jīng)前端護(hù)板改變方向后，沖向動(dòng)顎體上齒板上，粒級(jí)較大的物料直接落到動(dòng)顎體軸承部位的護(hù)板上，當(dāng)粒級(jí)大于1m的礦石從4m左右的高度落下直接沖向動(dòng)顎軸承位置時(shí)，對(duì)于高硬度、低沖擊韌性的軸承損傷非常嚴(yán)重，見圖1。

圖1 顎式破碎機(jī)下礦示意圖

2013年12月發(fā)生動(dòng)顎體軸承損壞事故后，由于沒有備用軸承，生產(chǎn)廠商被迫將動(dòng)顎體總成發(fā)到現(xiàn)場，而動(dòng)顎體總成內(nèi)軸承已全部改為沖壓保持架C3游隙等級(jí)軸承，因此新動(dòng)顎體軸承較已損壞動(dòng)顎體軸承顎定轉(zhuǎn)速更小，內(nèi)外套更薄，兩種軸承參數(shù)對(duì)比見表1。如果不盡快制定行之有效措施，改變重板給料方式及減少落料高度，新動(dòng)顎體內(nèi)軸承壽命將更短。

表1 兩種軸承參數(shù)對(duì)比

3 基礎(chǔ)部主要改進(jìn)技術(shù)

通過現(xiàn)場觀察測量，以及考慮峒內(nèi)天車提升高度等因素，經(jīng)多方研究與計(jì)算，決定將原來顎式破碎機(jī)整體提高540mm。在顎式破碎機(jī)原有的水泥底座基礎(chǔ)上增加420mm的鋼底座，下部預(yù)留120mm的基礎(chǔ)調(diào)整二次灌漿層。以此保護(hù)動(dòng)顎體內(nèi)軸承不承受下落礦石的直接沖擊，同時(shí)將顎式破碎機(jī)機(jī)體和重板給礦機(jī)中心線找正，使破碎機(jī)受料均勻。

(1)在改造實(shí)施時(shí)，為了便于顎式破碎機(jī)下部鉆孔、打眼及安裝鋼底座等施工，顎式破碎機(jī)需整體頂高1 200mm。在顎式破碎機(jī)開始頂起時(shí)，使用200t液壓千斤頂4臺(tái)，分別頂在顎式破碎機(jī)地腳的4個(gè)頂板下部。在千斤頂頂起高度820mm、顎式破碎機(jī)高度起到420mm時(shí)，在顎式破碎機(jī)機(jī)體地腳座下部讓開地腳螺栓孔處放置支撐座。拆除頂板下的千斤頂，放置在顎式破碎機(jī)地腳座下部，開始頂顎式破碎機(jī)。在顎式破碎機(jī)頂起的同時(shí)，取出支撐座，并在頂板下部放置支撐墊鐵(支撐墊鐵共計(jì)4組每組4件)。放置支撐墊鐵1時(shí)必須與支撐座進(jìn)行斷焊固定，支撐墊鐵2～4依次與支撐座用螺栓固定；顎式破碎機(jī)整體頂高到1 200mm時(shí)拆除液壓千斤頂，如圖2和圖3所示。

圖2 初始顎式破碎機(jī)體頂高時(shí)千斤頂替換示意圖

圖3 顎式破碎機(jī)體頂高后支撐墊鐵固定示意圖

(2)原來顎式破碎機(jī)與地面僅有4條M80螺栓固定，強(qiáng)度不夠。與地面接觸面積也僅為1 410mm×385mm×4=2 171 400mm2≈2.17m2。在顎式破碎機(jī)破礦時(shí)，巨大沖擊力使水泥基礎(chǔ)面上承受壓力太大，導(dǎo)致地腳處水泥基礎(chǔ)下沉近30mm，而且開裂，露出原預(yù)埋鋼筋，且顎式破碎機(jī)整體左右移位。因此在顎式破碎機(jī)下面增加一個(gè)420mm鋼底座，可將顎式破碎機(jī)沖擊載荷均勻分布在水泥基礎(chǔ)面上，同時(shí)增加28條M56地腳螺栓，擰緊強(qiáng)度為原來5倍左右，可將鋼底座、顎式破碎機(jī)座牢牢固定在水泥地面上，避免顎式破碎機(jī)破礦時(shí)產(chǎn)生巨大破礦力，對(duì)水泥基礎(chǔ)造成的沖擊力及振動(dòng)。鋼底座設(shè)計(jì)分為前后底座一、底座二兩部分組成，中間設(shè)計(jì)兩個(gè)連接梁，以便峒內(nèi)空間狹小安裝和運(yùn)輸。設(shè)計(jì)鋼底座如圖4。

圖4 顎式破碎機(jī)新增加的鋼底座示意圖

(3)原來顎式破碎機(jī)水泥基礎(chǔ)偏軟，為普通鋼筋水泥灌漿，強(qiáng)度明顯不適應(yīng)顎式破碎機(jī)自重及巨大的破礦沖擊力，水泥基礎(chǔ)底座處下沉近30mm，而且開裂，破碎機(jī)運(yùn)行存在較大風(fēng)險(xiǎn)，基礎(chǔ)損壞情況見圖5。

圖5 顎式破碎機(jī)原基礎(chǔ)損壞情況

(4)基礎(chǔ)部改造中采用無收縮灌漿料。高強(qiáng)無收縮灌漿料是一種水泥基微膨脹二次灌漿材料，具有流動(dòng)性好、微膨脹、凝固強(qiáng)度早、凝固強(qiáng)度高和抗油滲等特點(diǎn)，可保證在灌漿時(shí)能夠充分填充灌注空間，并具有一定的微膨脹應(yīng)力以保證設(shè)備安裝定位、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)或栽筋錨固等在1d內(nèi)甚至更短時(shí)間內(nèi)滿足需求，大大縮短了施工周期，達(dá)到省時(shí)、省工、早運(yùn)轉(zhuǎn)或早承載的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。其主要技術(shù)特性如下：①早強(qiáng)，灌漿后1～3d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到30～50MPa以上，設(shè)備安裝完畢24h后即可運(yùn)行生產(chǎn)；②高強(qiáng)，最終強(qiáng)度可以滿足各類設(shè)備安裝及修補(bǔ)加固的需求；28d終期強(qiáng)度達(dá)到70MPa左右；③高流態(tài)，可填滿機(jī)座下面全部空隙，滿足設(shè)備水泥基礎(chǔ)修補(bǔ)、加固的二次灌漿要求，無需震搗；④微膨脹，灌漿后無收縮，保證設(shè)備與基礎(chǔ)之間的緊密接觸，與鋼筋的握裹力不低于6MPa；⑤耐久性, 高強(qiáng)無收縮灌漿料屬于無機(jī)膠結(jié)材料，使用壽命大于基礎(chǔ)混凝土的使用壽命，經(jīng)上百次疲勞試驗(yàn)，50萬次凍融循環(huán)試驗(yàn)無明顯變化。

4 基礎(chǔ)部改進(jìn)施工

(1)顎式破碎機(jī)及鋼底座安裝。顎式破碎機(jī)頂起1 200mm后，開始找基準(zhǔn)放線，以顎式破碎機(jī)和重板給礦機(jī)兩側(cè)立柱作為基準(zhǔn)，找出顎式破碎機(jī)及重板給礦機(jī)的軸向中心線，并在兩端墻壁同等高度上沖孔，同時(shí)懸掛直徑為0.5～0.8mm的鋼絲，拉線時(shí)一般拉緊力應(yīng)為鋼絲抗拉強(qiáng)度的30%～80%，采取吊線錘的方式，使線錘尖端對(duì)準(zhǔn)地面，在基礎(chǔ)表面上劃出中心線，同時(shí)根據(jù)圖紙上尺寸，通過幾何方法依次找出顎式破碎機(jī)橫向中心線及傳動(dòng)部中心線，依次做好標(biāo)記。

(2)地腳螺栓預(yù)埋。為便于安裝時(shí)調(diào)整，顎式破碎機(jī)機(jī)座水泥基礎(chǔ)采取二次灌漿法。一次灌漿前，將原底座徹底打磨平整，新的鋼底座尺寸為5 520mm×3 320mm×420mm。根據(jù)要求，灌漿基礎(chǔ)底座尺寸為6 320mm×4 120mm，根據(jù)已經(jīng)確定的中心線，依次放出需灌漿基礎(chǔ)的尺寸，地腳螺栓孔的位置，地腳螺栓栽筋錨固預(yù)設(shè)孔尺寸為φ100mm，深度為800mm。找出基礎(chǔ)尺寸后，將地面打成麻面，麻面深度不少于10mm，密度為每平方分米內(nèi)3～5個(gè)點(diǎn)，并用水沖洗干凈，為下工序二次灌漿做準(zhǔn)備。埋設(shè)螺栓預(yù)留孔時(shí)保證螺栓孔垂直，孔壁完整，周圍無裂縫和損傷，其平面位置偏差不得大于2mm。

(3)墊鐵安裝。墊鐵的面積或組數(shù)應(yīng)根據(jù)設(shè)備負(fù)荷按下式確定：

A≥C×(Q1+Q2)×104/R

式中：A——墊鐵面積，mm2；

Q1——設(shè)備等重量加在墊鐵組上的負(fù)荷,N；

Q2——地腳螺栓擰緊所分布在該墊鐵組上的壓力，可取螺栓的許抗應(yīng)力,N；

R——基礎(chǔ)或地坪單位面積抗壓強(qiáng)度，可取混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度,MPa；

C——安全系數(shù)，宜取1.5～3。

根據(jù)設(shè)計(jì)，墊鐵面積取400mm×200mm，根據(jù)地腳螺栓孔設(shè)計(jì)數(shù)量，至少準(zhǔn)備28組，每組墊鐵為平墊2個(gè)、斜墊2個(gè)，各種規(guī)格墊鐵厚度為6、8、10、20、40mm。

設(shè)計(jì)地腳螺栓間距均勻，且稍大于墊鐵寬度，在滿足兩墊鐵之間最大間距的條件下，采用標(biāo)準(zhǔn)等距墊法，如圖6。

圖6 顎式破碎機(jī)基礎(chǔ)墊鐵安裝示意圖

(4)安裝鋼底座。依據(jù)地上做的基準(zhǔn)標(biāo)記，按照?qǐng)D紙上的尺寸安裝好鋼底座，并逐一襯上斜鐵，穿上地腳螺栓，利用水平管按照?qǐng)D紙尺寸標(biāo)高找正，再利用水平儀找平。斜墊成對(duì)使用，最厚的放置于墊鐵組下面，最薄的放在墊鐵組中間，平墊鐵露出設(shè)備支座底板外緣15mm。調(diào)整完成后，手錘敲擊，確定堅(jiān)實(shí)無松動(dòng)后，將一組墊鐵互相全部焊牢。

(5)顎式破碎機(jī)安裝。將新增底座組裝完成后，用螺絲固定在顎式破碎機(jī)底部，固定之前應(yīng)對(duì)顎式破碎機(jī)機(jī)座底面進(jìn)行充分打磨，消除雜物及水泥殘?jiān)?。固定完成后，依?jù)先前頂起顎式破碎機(jī)的相反程序，通過協(xié)調(diào)4個(gè)千斤頂?shù)南侣渌俣龋徛鶆蚪迪聶C(jī)體，直至平穩(wěn)降到鋼底座上。利用4個(gè)角的頂絲左右找正顎式破碎機(jī)中心，使顎式破碎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中心與重板給礦機(jī)中心在一條直線上，滿足重板給礦機(jī)中心給礦、破碎機(jī)中心受料及均勻破礦的要求。

(6)基礎(chǔ)灌漿。先將每條新增地腳螺栓孔灌漿，待基本硬化后，根據(jù)現(xiàn)場尺寸，在顎式破碎機(jī)邊緣周圍400mm左右區(qū)域內(nèi)，全部采用高強(qiáng)度微收縮灌漿料進(jìn)行灌漿。灌漿高度在120mm左右。除此之外，在無收縮灌漿料周圍10.07m2范圍全部重新灌漿，地面硬化，養(yǎng)護(hù)7d后，擰緊地腳螺栓。

5 改造后效果

通過對(duì)顎式破碎機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行一系列的改進(jìn)，對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行起了至關(guān)重要的作用。

(1)消除原來顎式破碎機(jī)中心與重板給礦機(jī)中心偏離20mm造成顎式破碎機(jī)受料偏析現(xiàn)象，破礦不均勻?qū)е缕扑闄C(jī)單邊過載或破礦力偏向問題。破碎機(jī)與重板給礦機(jī)中心重合，有效解決給礦偏析和破礦力不均勻等重大隱患，保證顎式破碎機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)將顎式破碎機(jī)整體提高540mm后，極大地減少重板給礦機(jī)下落礦石直接沖擊動(dòng)顎體軸承的沖擊載荷，有效保護(hù)動(dòng)顎體軸承部不受損傷，延長軸承使用壽命。

(3)顎式破碎機(jī)下部增加鋼底座，同時(shí)增加28條M56的地腳螺栓，緊固強(qiáng)度為原有4條M80地腳螺栓的5倍，可牢牢將顎式破碎機(jī)、鋼底座和地面聯(lián)結(jié)在一起。破碎機(jī)破礦時(shí)產(chǎn)生的高沖擊載荷也能通過鋼底座均勻分布在基礎(chǔ)地面上，避免對(duì)基礎(chǔ)造成破壞。

(4)原來顎式破碎機(jī)基礎(chǔ)偏軟，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)地面下沉近30mm，露出預(yù)埋鋼筋，多次停機(jī)處理。本次改造打破傳統(tǒng)灌漿方式，改為無收縮灌漿料進(jìn)行二次灌漿，流動(dòng)性好、微膨脹、早強(qiáng)高強(qiáng)和抗油滲等，保證在灌漿時(shí)能夠充分填充灌注空間，并具有一定的微膨脹應(yīng)力以保證顎式破碎機(jī)安裝定位在1d內(nèi)甚至更短時(shí)間內(nèi)滿足需求，大大縮短了施工周期，終凝強(qiáng)度達(dá)到70MPa以上。

(5)增加基礎(chǔ)地面強(qiáng)度和增加鋼底座，還能大大減小顎式破碎機(jī)的振動(dòng)，甚至偏移，避免因破碎機(jī)移位導(dǎo)致傳動(dòng)部出現(xiàn)三角帶脫落、斷裂，甚至小皮帶輪及電機(jī)軸承早期損壞等一系列問題。

6 結(jié)語

顎式破碎機(jī)基礎(chǔ)改進(jìn)后，巧妙地利用鋼底座、地腳螺栓和高強(qiáng)度微收縮灌漿料等技術(shù)，改善破碎機(jī)破礦、擠壓、彎折和劈裂作用力對(duì)破碎機(jī)基礎(chǔ)部的影響。簡化了鋼底座更換，地腳螺栓緊固調(diào)整操作程序，延長了基礎(chǔ)部使用壽命，解決了以前破碎機(jī)地腳螺栓頻繁斷裂、壽命短、基礎(chǔ)開裂及下沉、破礦效率低、螺栓松動(dòng)等技術(shù)難題。改進(jìn)后使破礦效率提高8%，排礦粒度降低5.8%，故障率降低4.8%，解決峨口鐵礦的生產(chǎn)瓶頸，實(shí)現(xiàn)低成本破碎鐵礦石900萬t/a，獲得良好經(jīng)濟(jì)效益，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和操作性。