煤礦錘式破碎機(jī)常見(jiàn)故障分析

任家葦

(同煤集團(tuán)煤峪口礦)

隨著煤礦生產(chǎn)方式不斷追求高產(chǎn)高效，相應(yīng)地對(duì)各類設(shè)備生產(chǎn)效率也提出更高的要求。作為確保井下原煤運(yùn)輸效能的配套設(shè)備之一，破碎機(jī)工作的效率直接影響煤礦正常生產(chǎn)。

煤礦破碎機(jī)按工作原理可分為錘式和顎式兩種[1]，其中錘式破碎機(jī)處理能力大，最大可達(dá)4 000 t/h，因此目前煤礦多采用錘式破碎機(jī)進(jìn)行塊煤破碎。錘式破碎機(jī)功率一般為90～400 kW，主要依靠設(shè)備回轉(zhuǎn)部件帶動(dòng)錘頭升高，通過(guò)錘頭下落的沖擊力,擠壓破碎塊煤至便于運(yùn)輸?shù)牧絒2]。目前國(guó)內(nèi)形成了一批成規(guī)模的大功率錘式破碎機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠商，但相比國(guó)外起步較晚，設(shè)計(jì)還存在一定的不足，材質(zhì)的選擇和生產(chǎn)工藝也存在一定差距，產(chǎn)品整體質(zhì)量和工作性能略遜于國(guó)外設(shè)備，使用過(guò)程中故障率較高，影響煤礦連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)[3]。因此分析煤礦錘式破碎機(jī)常見(jiàn)故障，提出相應(yīng)的解決措施，對(duì)減少維護(hù)頻率和周期、提高設(shè)備整體穩(wěn)定性有積極作用。

1 錘式破碎機(jī)

錘式破碎機(jī)作為煤礦井下原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的重要設(shè)備，通常安裝于轉(zhuǎn)載輸送機(jī)卸載、爬坡段中部，工作面采出的大塊原煤經(jīng)刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至轉(zhuǎn)載機(jī)，由轉(zhuǎn)載機(jī)刮板鏈引導(dǎo)進(jìn)入錘式破碎機(jī)，運(yùn)輸中段的原煤被錘式破碎機(jī)擠壓破碎成小塊，然后被輸送至地面煤場(chǎng)[4]。

煤礦錘式破碎機(jī)由底槽、破碎架體、破碎錘軸、傳動(dòng)裝置及調(diào)節(jié)裝置、潤(rùn)滑系統(tǒng)組成，無(wú)轉(zhuǎn)載功能，需要連接破碎底槽和聯(lián)接槽后與轉(zhuǎn)載機(jī)配套使用。錘式破碎機(jī)架體位于底槽上部，架體中間安裝有破碎錘軸。作用機(jī)理是破碎錘軸通過(guò)傳動(dòng)裝置提升到一定高度，從而增大重力勢(shì)能，下落后錘頭對(duì)底槽處原煤進(jìn)行沖擊、擠壓，破碎至較小粒徑，便于轉(zhuǎn)載機(jī)連續(xù)輸送。

煤礦井下錘式破碎機(jī)根據(jù)設(shè)備功率大小可采用皮帶輪和減速器兩種不同的傳動(dòng)形式。通常情況下，皮帶輪傳動(dòng)方式只用于功率250 kW以下的錘式破碎機(jī)，大于250 kW的錘式破碎機(jī)則通過(guò)減速器進(jìn)行傳動(dòng)。國(guó)內(nèi)在250 kW以上的錘式破碎機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)方面經(jīng)驗(yàn)不足、加工水平落后，致使各零配件質(zhì)量穩(wěn)定性差，設(shè)備整體體積過(guò)大、故障率高、維護(hù)難度大，使用壽命較短，也沒(méi)有完善的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)制度，相比國(guó)外同類型設(shè)備，存在較大差距。

2 故障來(lái)源

對(duì)大功率錘式破碎機(jī)等大型設(shè)備故障進(jìn)行分析，不能只針對(duì)特定故障進(jìn)行診斷。如果認(rèn)為設(shè)備故障是某單一零配件損壞導(dǎo)致，則診斷過(guò)于片面，檢測(cè)結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)偏差，后續(xù)的設(shè)備維修很可能達(dá)不到預(yù)期的修復(fù)效果。因此針對(duì)大功率錘式破碎機(jī)故障應(yīng)從多方面因素考慮，從設(shè)計(jì)、加工、安裝、調(diào)試及使用等各方面分析故障來(lái)源。

(1)設(shè)計(jì)加工缺陷。設(shè)計(jì)應(yīng)保證設(shè)備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)特性良好，不合理的機(jī)械構(gòu)造都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備局部出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，影響動(dòng)態(tài)特性，從而可能出現(xiàn)強(qiáng)迫振動(dòng)或自激振動(dòng)等不良現(xiàn)象。另外，設(shè)計(jì)工況中工作轉(zhuǎn)速與非穩(wěn)定區(qū)、臨界區(qū)域重合，構(gòu)配件加工過(guò)程中零件材質(zhì)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求、加工精度過(guò)低、動(dòng)錐平衡性能較差等也是常見(jiàn)的設(shè)計(jì)加工缺陷。

(2)安裝、調(diào)試、維修過(guò)程。錘式破碎機(jī)安裝、調(diào)試及維修階段都可能出現(xiàn)各零配件安裝錯(cuò)位，傳動(dòng)系統(tǒng)中各軸系配合及安裝位置不合適，整體設(shè)備幾何參數(shù)調(diào)整不到位，動(dòng)錐安裝位置不合理等問(wèn)題，繼而可能引發(fā)設(shè)備負(fù)荷大、運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定性差等問(wèn)題。

(3)人為操作失誤。人為操作過(guò)程中設(shè)備非正常開(kāi)啟、關(guān)閉及調(diào)速不當(dāng)，設(shè)備長(zhǎng)期超出設(shè)計(jì)工況范圍運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備缺乏維護(hù)，各構(gòu)配件間潤(rùn)滑不足等，也是造成錘式破碎機(jī)故障的因素。

(4)構(gòu)配件磨損、變形。錘式破碎機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，各構(gòu)配件容易出現(xiàn)不同程度的磨損、變形。個(gè)別零件受到震動(dòng)可能脫落、產(chǎn)生裂紋甚至損壞，動(dòng)錐等部件撓度發(fā)生改變，零配件也會(huì)受外界環(huán)境影響而出現(xiàn)點(diǎn)蝕或腐蝕，或與其他零部件相互磨損，或受震動(dòng)影響，造成設(shè)備所在地面不均勻沉降；同時(shí)個(gè)別零配件間間隙增大、配合松動(dòng)，配合面摩擦力下降等，都會(huì)影響錘式破碎機(jī)正常工作。

3 常見(jiàn)故障分析

根據(jù)礦山生產(chǎn)實(shí)踐，將錘式破碎機(jī)故障分為以下幾種類型。

3.1 動(dòng)錐不平衡

錘式破碎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動(dòng)和動(dòng)錐動(dòng)作都會(huì)造成動(dòng)錐磨損，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)錐重心偏移形成偏心距，造成動(dòng)錐不平衡。

錘式破碎機(jī)動(dòng)錐不平衡引發(fā)的問(wèn)題有：

(1)動(dòng)錐產(chǎn)生偏心距，改變轉(zhuǎn)子受力狀況，使其受力不均，旋轉(zhuǎn)動(dòng)作過(guò)程中動(dòng)錐反復(fù)彎曲。當(dāng)達(dá)到疲勞極限時(shí)，可能出現(xiàn)損傷甚至斷裂。

(2)動(dòng)錐運(yùn)行不平衡，設(shè)備脫離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，劇烈振動(dòng)引發(fā)噪聲，干擾外界環(huán)境。

(3)轉(zhuǎn)子工作過(guò)程中因受力不均出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，與軸承或其他相鄰部件發(fā)生摩擦，不僅造成設(shè)備內(nèi)各零部件的磨損，還影響設(shè)備工作效率，是較為嚴(yán)重的安全隱患，應(yīng)加強(qiáng)巡查及時(shí)處置。

3.2 轉(zhuǎn)軸不對(duì)中

錘式破碎機(jī)等旋轉(zhuǎn)類機(jī)械轉(zhuǎn)子不對(duì)中是引發(fā)各類機(jī)械故障的主要原因之一，見(jiàn)圖1。

圖1 轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障示意

采用聯(lián)軸器連接的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，兩轉(zhuǎn)子間出現(xiàn)不對(duì)中會(huì)引起聯(lián)軸器偏轉(zhuǎn)，起連接作用的軸承受轉(zhuǎn)子不對(duì)中影響，會(huì)縮短使用壽命，影響滑動(dòng)軸承的油膜穩(wěn)定性，軸承整體運(yùn)轉(zhuǎn)不暢，從而出現(xiàn)較為嚴(yán)重的不規(guī)律振動(dòng)。應(yīng)加大對(duì)轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的監(jiān)控，重點(diǎn)檢測(cè)振動(dòng)幅值和相位穩(wěn)定性。通過(guò)觀測(cè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是否出現(xiàn)徑向跳動(dòng)，及其1倍頻和2倍頻(較為嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子不對(duì)中可用高幅值下的2倍頻表征，聯(lián)軸器不對(duì)中所引發(fā)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)則體現(xiàn)在振動(dòng)頻率的1倍頻中)。

3.3 轉(zhuǎn)子碰摩

錘式破碎機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)受轉(zhuǎn)子不對(duì)中、轉(zhuǎn)軸彎曲、基礎(chǔ)松動(dòng)、軸承磨損、裝配不當(dāng)?shù)纫蛩赜绊?，與軸承等處摩擦甚至發(fā)生碰摩現(xiàn)象。雖然設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子承受的力矩可以維持平衡，但轉(zhuǎn)速受到很大影響，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)也不穩(wěn)定，設(shè)備整體穩(wěn)定性下降。主要表現(xiàn)：一是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)出現(xiàn)振動(dòng)，二是碰摩對(duì)轉(zhuǎn)子自身有沖擊作用。二者相互疊加，產(chǎn)生更加復(fù)雜的不良反應(yīng)，如相位反向位移和軸心軌跡擴(kuò)散或紊亂。在設(shè)計(jì)階段，為確保設(shè)備穩(wěn)定性，旋轉(zhuǎn)部件與相鄰部件間隙相對(duì)較小，更易提高碰摩現(xiàn)象的發(fā)生概率。

3.4 油膜渦動(dòng)

油膜渦動(dòng)是傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程由振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)波動(dòng)變化作用造成的楔形油膜按油的平均流速繞軸瓦中心運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，主要特征為：具有較為平穩(wěn)的相位；受潤(rùn)滑油特性影響明顯；為正進(jìn)動(dòng)方向，軌跡呈現(xiàn)雙環(huán)橢圓形；由振動(dòng)產(chǎn)生的次諧波會(huì)隨轉(zhuǎn)速增加而改變；渦動(dòng)頻率接近轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一半，可見(jiàn)1倍頻。

3.5 基礎(chǔ)與軸承座松動(dòng)

錘式破碎機(jī)屬旋轉(zhuǎn)振動(dòng)設(shè)備，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中基礎(chǔ)地面和固定用的地腳螺栓隨之振動(dòng)，容易引起基礎(chǔ)下沉和地腳螺栓連接松動(dòng)，同時(shí)軸承座也會(huì)因振動(dòng)而松動(dòng)。振動(dòng)振幅較大，主要作用于垂直方向。為確定基礎(chǔ)與軸承座松動(dòng)情況，對(duì)各處垂直方向振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并與破碎機(jī)、地腳螺栓振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行比對(duì)。如果基礎(chǔ)與軸承座較為松動(dòng)，兩種振動(dòng)信號(hào)間會(huì)出現(xiàn)較大差別，此時(shí)應(yīng)及時(shí)處理，避免事故發(fā)生。

4 結(jié) 論

錘式破碎機(jī)是煤礦井下破碎大塊原煤的關(guān)鍵設(shè)備，是原煤運(yùn)輸系統(tǒng)的重要組成部分。設(shè)計(jì)加工缺陷，安裝、調(diào)試、維修過(guò)程存在問(wèn)題與人為操作失誤及構(gòu)配件磨損、變形是錘式破碎機(jī)故障的主要來(lái)源，動(dòng)錐不平衡、轉(zhuǎn)軸不對(duì)中、轉(zhuǎn)子碰摩、基礎(chǔ)與軸承座松動(dòng)是錘式破碎機(jī)的常見(jiàn)故障，并提出針對(duì)性的解決措施，以確保錘式破碎機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

為改變我國(guó)大功率破碎設(shè)備性能，通過(guò)大量生產(chǎn)實(shí)踐，結(jié)合理論實(shí)際，不斷提高對(duì)設(shè)備隱患及故障的理解，有利于優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)備設(shè)計(jì)和加工工藝，提高設(shè)備可靠性，縮短與國(guó)外先進(jìn)設(shè)備差距[5]。