裝卸采制樣破碎機故障診斷及改進方案

張旭哲

（河北省秦皇島港股份公司第九港務分公司，河北 秦皇島 0 6 6 0 0 0）

裝卸采制樣破碎機故障診斷及改進方案

張旭哲

（河北省秦皇島港股份公司第九港務分公司，河北 秦皇島 0 6 6 0 0 0）

秦港九公司裝船、卸車采制樣設備投入運行1 0年來，利用率相對較高。其中，破碎機作為采制樣設備系統的核心結構之一，主要用于大塊煤碳的粉碎以便于縮分器對破碎后的煤炭進行縮分采樣。目前裝卸采制樣破碎機在運行時存在振動過大的問題，導致相關部件磨損非常嚴重，故障率較高，成為制約采制樣系統運行的關鍵因素。本文從采制樣設備破碎機特點入手，分析裝卸采制樣破碎機故障，并研究其改進方案，增強其使用壽命。

采制樣；破碎機；使用壽命

近年來，我國工業對煤炭質量要求越來越高，煤炭質量成為煤炭交易中的最重要指標，這就對煤炭采樣的準確性和高效性提出要求。機械化采樣能按照煤炭采樣的基本原則進行所需精密度下的采樣，效率更高誤差更小，檢驗結果也更為客觀，成為煤炭運輸及加工流程中重要的一環。

1 立項背景

秦港九公司現有5套采制樣系統，每套采制樣系統的核心設備包括采樣機、錘式破碎機、縮分器，三者之中任何一項出現問題都會導致采制樣系統的停機，其中又以破碎機的故障率最高，維修一次的平均時長在1 2小時左右，嚴重影響著機械采制樣設備的正常運行。

錘式破碎機利用高速回轉的機械錘頭粉碎煤塊，具有結構簡單粉碎比高等優點，但同時由于回轉離心力對錘頭、軸承等部件造成的沖擊非常大，經常需要維修更換。錘式破碎機的原理是利用高速回轉的機械錘頭粉碎煤塊，在工作時，電機帶動主軸和轉子作高速旋轉，物料均勻地進入破碎機腔中，高速回轉的錘頭沖擊、剪切撕裂物料致物料被破碎。由于其依靠離心力沖擊破碎煤塊，沖擊力巨大，加上長時間連續運轉產生較大磨損，目前裝卸采制樣破碎機均存在振動及噪聲過大，軸承損耗率高、錘頭磨損嚴重等問題，導致的設備停機經常發生。

2 技術方案

目前裝、卸采制樣破碎機主要存在以下問題 ：（1）破碎機整體運行過程中周期性振動過大；（2）軸承磨損嚴重，故障率過高；（3）錘頭磨損與更換過于頻繁。問題1在于破碎機主軸固定套筒尺寸較短，使錘架產生了軸向移動，在高轉速的情況下導致破碎機運行時振動過大；問題2部分原因由問題1引發，周期性振動過大對軸承產生較大的損傷；問題3由于錘頭的形狀設計問題和材質抗磨性差，導致有效磨損量過小。

本項目針對以上三個問題制定了技術改造方案，總體思路如下：設計制作一種尺寸合理的零件固定套筒，對軸上零件的軸向位置加以固定，使零件承受軸向力而不產生軸向移動；對錘頭進行受力分析，找出薄弱環節，重新設計錘頭結構，并對錘頭的材質及加工工藝進行了優化；重新測繪并制造了新的破碎機組件。通過這些措施，有效地解決了破碎機振動過大及相關零件故障率高的問題，保證了裝、卸采制樣設備系統的平穩運行。

2.1 破碎機振動過大的原因分析及解決方案

通過對故障破碎機的拆解，發現隔套和隔盤等部件由于長期的沖擊磨損失去了定位作用，使得錘架與主軸產生了軸向移動，導致破碎機運行過程中振動過大。破碎機軸承采用深溝球6 3 1 4規格軸承，這種深溝球軸承受徑向載荷的能力并不是很高，所以由于這種周期性過大振動對軸承和軸承定位套的反復沖擊，使得軸承壽命大大降低，更換頻繁，最終造成了軸承乃至軸承座的損壞。

因此，重新設計了主軸固定套筒的尺寸，對錘架的軸向位置加以固定，使錘架承受軸向力而不產生軸向移動。重新測繪新的破碎機主軸和其它零件，并對其加工工藝和材質進行了改進。材質采用4 5號鋼調制處理，具有較高的強度和韌性。

那么，主軸的計算安全系數為：

故可得出不同應力下的N值

設應力S下的N值為：

要使主軸破壞，應滿足式

將以上公式聯立，可得

由上式可大致估算出任意應力下主軸能承受的最大循環應力次數，一般來說主軸受力僅為2~3 MP a左右，計算可以得出，新材料下主軸大致疲勞壽命可為3 0年左右，大大超出原破碎機主軸的壽命。

2.2 錘頭的改進

原破碎機錘頭采用對稱型矩形冗余孔式設計，結構簡單，一孔磨損后可換另一孔繼續使用，這種設計表面上看節約了成本，但實際上由于矩形結構所限，錘頭的有效磨損量很小，僅占錘頭整體的1/6左右。由于錘頭的重心回轉半徑很大，對主軸的負載也是極大的，這也是造成破碎機整體振動過大的原因之一。因此，重新設計錘頭形狀，采用弧形錘頭設計，有效增加了總體磨損量，達到1/3左右。

此外，由于破碎煤塊所需應力并不高，全新形狀的錘頭在不改變回轉半徑的情況下將錘頭中心內移，在并未影響破碎效果的情況下有效降低了沖擊力，減輕了主軸及錘架等回轉機構的負荷，延長了使用時間。另外，在錘頭磨損部位材質上，采用高鉻鑄鐵，經高溫淬火低溫回火工藝后，錘頭具有極佳的硬度和耐磨性能，半年內錘頭不需要更換，并且破碎效率更高，使用效果非常好。

3 技術創新點

本項技術改造已在裝卸采制樣破碎機設備系統中進行應用，收到了良好的改造效果。主軸的重制及固定套筒的增加成功解決了破碎機運行中振動過大的問題，減小了對軸承及軸承座的沖擊，降低軸承故障率，延長軸承的使用壽命。安裝了全新設計的錘頭，有效降低了對主軸及相關部件的回轉沖擊力，減少了因錘頭磨損造成的維修工作量，對保證采制樣設備的完好率和降低運行成本有積極意義。

本項技術改造的創新點主要在于：（1）對裝、卸采制樣系統破碎機加裝新的零件固定套筒，軸向固定錘架，解決了煤炭采制樣破碎機系統存在振動過大的問題，降低了破碎機的故障率，新設計的固定套筒對原有破碎機的安裝結構沒有任何影響，也不用在破碎機上進行機械加工，提高了維修效率。（2）重新設計了破碎機錘頭，采用扇形錘頭有效增加了磨損量，達到錘頭整體質量的1/3左右，主要磨損區采用高鉻合金制作，抗磨損性大大增強，降低了錘頭維修工作量。

對裝、卸采制樣系統破碎機加裝新的零件固定套筒并更換全新錘頭以后，成功解決了破碎機運轉過程中振動過大和錘頭易磨損的問題，故障率大大降低。

4 經濟效益和社會效益

通過對裝卸采制樣破碎機設備進行改造，可以大大降低設備維修的成本。更新一臺新的破碎機，設備采購費用需要約1 5萬元，現有破碎機經改造維修后延長了使用壽命，而改造維修一臺破碎機備件費用僅為0.5萬元，大大降低了維修成本，每臺破碎機可以節省資金1 4.5萬元，裝、卸采制樣五套破碎機系統共計節省成本為：1 4.5×5=7 2.5萬元

現有破碎機采用S K F 6 3 1 4軸承，每個軸承采購費用為2 6 8元，破碎機改造之前每臺破碎機軸承磨損嚴重，3個月左右就需要更換，改造后如果按照每臺破碎機每年更換一次，五套破碎機可以節約更換軸承的成本為：2×5×（4-1）×2 6 8=8 0 4 0元

通過對裝、卸采制樣設備破碎機系統改造，解決了運行過程中振動過大的問題，縮短了破碎機的維修時間，提高了設備的完好率，降低了破碎機運行的故障率，保證了機械采制樣設備的正常運行。同時能夠對裝卸生產作業提供更高效、更準確的采樣服務。采樣設備服務是我公司生產服務內容中重要的組成部分。當前煤炭生產形勢非常嚴峻，這種形勢下更考驗著公司的服務能力，公司必須不斷提高服務質量，作為采樣設備管理部門，要充分發揮采樣設備的優勢，打造公司采樣服務品牌，提升公司在煤炭運輸市場的美譽度和知名度，廣攬貨源，展示公司良好形象，為公司業務拓展創造更好契機。

[1]郭年琴.顎式破碎機機構優化設計方法.顎式破碎機現代設計方法，2 0 1 2.

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