順槽用破碎機錘頭防松研究

王鵬

（寧夏天地奔牛實業(yè)集團有限公司，銀川750011）

0 引言

順槽用破碎機在井下潮濕、腐蝕的工作環(huán)境下破碎煤塊，破碎機錘頭不僅要敲碎較軟的煤塊，有時還要敲碎較硬的矸石。工作時破碎機錘頭上承受著劇烈的沖擊載荷，固定其錘頭的螺栓極易發(fā)生松動，錘頭螺栓松動失效造成的錘頭脫落數(shù)量遠大于錘頭或螺栓斷裂造成的錘頭脫落數(shù)量。破碎機錘頭易于松動脫落，不僅增大了用戶的檢修工作量，降低了破碎機工作效率，甚至可能由于錘頭飛出造成重大事故。

1 螺紋防松失效的原因

順槽用破碎機錘頭全部采用螺栓固定的方式，國內(nèi)廠家大都采用帶內(nèi)螺紋孔的固定座加螺釘?shù)姆浪煞绞健?/p>

破碎機錘頭敲煤時，受到煤塊很大的反沖擊力F的作用，沖擊力F會傳遞到錘頭與刀齒座的接觸面上，導(dǎo)致接觸面上產(chǎn)生彈塑性變形，變形量為ΔS，由于錘頭剛度較大，它很難吸收此變形量，就會將此變形量傳遞到錘頭上的螺釘上，使其產(chǎn)生縱向位移ΔS′。由于沖擊力F是隨時間周期變化的力（0＜F＜Fmax），所以螺釘縱向位移 ΔS′也是不斷變化的（0＜S′＜ΔS′max）。顯然在不斷變化的 ΔS′的影響下，螺釘和固定座發(fā)生周期性碰撞，很容易松動。錘頭受力示意圖見圖1所示。

圖1 錘頭螺釘受力示意圖

根據(jù)理論與實踐可知，螺釘聯(lián)接在受變載荷作用下，在最小應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)力幅越小，則螺釘越不容易發(fā)生疲勞破壞，聯(lián)接的可靠性就越高。當螺釘所受的工作拉力在0～F之間變化時，則螺釘?shù)目偫⒃贔0～F2之間變動，公式［1］為

式中：F0為螺釘上的初始預(yù)緊力，F(xiàn)2為螺釘所受的總拉力，Cb為螺釘?shù)膭偠龋珻m為錘頭的剛度。

在保持初始預(yù)緊力F0不變的情況下，減小螺釘?shù)膭偠然蚴窃龃箦N頭的剛度都可以減小螺釘總拉力F2，提高螺釘?shù)目蛊趶姸取?/p>

綜上所述，不難理解德國DBT公司、美國久益（JOY）采礦設(shè)備公司破碎錘頭都采用長螺栓連接。長螺栓剛度較小，在擰緊的過程中產(chǎn)出彈性拉伸變形，工作時可以抵消錘頭受沖擊產(chǎn)生的塑性變形，使其始終保持對錘頭拉緊；而且長螺栓剛度小，抗疲勞強度好。

2 凹凸螺母在破碎機上的應(yīng)用

長螺栓聯(lián)接應(yīng)用于破碎錘頭上防松效果較好，若將長螺栓連接上的螺母更換為凹凸螺母，其防松效果更佳。

凹凸螺母的詳細結(jié)構(gòu)見圖2所示，凹凸螺母的自鎖原理如下：左螺母一端有一圓柱凸臺，相應(yīng)的右螺母一端具有與左螺母相配合的圓柱凹臺；左、右螺母的螺紋相同，其螺紋中心線在同一軸向中心線上；左、右螺母的凸、凹臺是相互配合的圓柱面，其圓柱中心線偏離螺紋孔中心線，偏離量為d。

工作時，將左、右螺母的圓柱面配合好，保證左、右螺母中心線在同一軸線上。用套筒扳手同時將左、右螺母擰緊在錘頭螺桿上，自鎖時將右螺母繞圓柱面中心線旋轉(zhuǎn)一個角度，右螺母內(nèi)螺紋中心將發(fā)生偏移，在此偏心作用下，使右螺母內(nèi)螺紋相對錘頭螺桿外螺紋在嚙合處產(chǎn)生很大的徑向力，根據(jù)力學(xué)原理，左螺栓內(nèi)螺紋相對于錘頭螺桿外螺紋在嚙合處也產(chǎn)生一個很大的徑向反力，在上述兩個徑向力作用下，使凹凸螺母與錘頭螺桿牢牢鎖死，這種自鎖力隨著右螺母相對左螺母轉(zhuǎn)動的角度增大而增強，從而實現(xiàn)防松功能。自鎖力的大小還和偏離量d的大小有關(guān)，d越大，自鎖力也就越大。

圖2 凹凸螺母結(jié)構(gòu)

當需要拆卸凹凸螺母時，只要將其沿自鎖時的相反方向，使右螺母復(fù)位，右螺母內(nèi)螺紋的中心線和左螺母內(nèi)螺紋的中心線重合，便可順利拆卸凹凸螺母，同普通螺母一樣，重復(fù)使用。凹凸螺母在破碎機錘頭上的應(yīng)用示意圖如圖3所示。

圖3 凹凸螺母的應(yīng)用示意圖

3 結(jié)語

本文分析了螺紋防松產(chǎn)生失效的原因和影響螺紋聯(lián)接抗疲勞特性的因素，指出，聯(lián)接剛度越小，螺紋聯(lián)接的防松性能及抗疲勞特性越好。

長螺栓加螺母的防松方式聯(lián)接剛度小，應(yīng)用于破碎錘頭防松問題效果好。由于凹凸螺母具有較好的自鎖防松性能，因此將凹凸螺母和長螺栓同時使用，防松效果更佳。

［1］ 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計［M］.7版.北京：高等教育出版社，2001.