礦用PLCM1000型輪式破碎機結構優化研究

2018-06-01 06:55:33楊建露

機械管理開發 2018年5期

楊建露

（西山煤電集團屯蘭礦，山西太原 030200）

引言

煤礦綜采工作面破碎機俗稱順槽破碎機，大多數順槽破碎機采用顎式破碎和錘式破碎兩種破碎形式[1]。其中，常見的順槽用錘式破碎機其主要采用輪式結構，安裝于轉載機的卸載段部位與爬坡段部位之間，用來破碎轉載機上的大塊物料。輪式結構的錘式破碎機與普通錘式破碎機的原理一樣，屬于沖擊式破碎機，主要采用沖擊和擠壓兩種破碎形式對煤或矸石進行破碎，兩者的區別主要是普通破碎機錘刀是活動的，輪式破碎機錘刀是固定的[2]。因輪式破碎機具有能量集中、工作效率高、破碎效果好等優點，常被用于破碎條件較復雜的情況，可破碎抗壓強度小于40 MPa的煤及少量抗壓強度小于100 MPa的矸石[3]。

破碎機運行不僅需要大量的電能，而且在會帶來粉塵危害、噪音污染的同時出現機械嚴重磨損等情況，因此，圍繞減少能耗以及減少振動和摩擦這兩個目標對破碎機結構進行優化改進[4]。

本文在原PLCM1000型輪式破碎機的基礎上，通過優化其結構，來提高破碎效果，減小錘刀與錘座之間的沖擊。主要采用的優化方案：第一，進料時先篩選后破碎；第二，將破碎錘刀與錘座之間的固定聯接改為銷軸活動鉸接。

1 工程運用背景

PLCM1000型輪式破碎機安裝于轉載運輸機機頭部位，主要結構包括：底座、機架、破碎錘組件、傳動部件和電機等。主要優點為破碎能力強、破碎效率高、破碎后物料粒度統一。

目前，PLCM1000型輪式破碎機經常出現的問題有兩大類[5]。第一類是堵塞問題，分析其原因，主要是由于該型號破碎機進料方式存在問題，為破碎大塊物料，所有的物料都需要進入破碎機的破碎腔，而實際進入破碎腔內的大塊物料很少，大部分物料粒度較小，因此破碎腔被小塊物料擠占，造成堵塞的發生。第二類是磨損問題，主要表現為軸承損壞和錘軸壓板螺栓磨損，PLCM1000型輪式破碎機的錘刀與錘座是用固定螺栓聯接，破碎機經過長時間的工作，錘刀多次受到較大沖擊力后，聯接錘刀與錘座的固定螺栓將會嚴重磨損，以至于出現松動甚至脫落的情況。作用于錘刀上的沖擊力傳遞到主軸及軸承上以后，主軸及軸承的磨損也會加劇，從而導致主軸及軸承等零件壽命變短。現場維修情況統計，PLCM1000型輪式破碎機錘刀更換時間大約為14個月，主軸更換時間約為18個月，軸承的更換時間約為5個月[6-8]。由于PLCM1000型輪式破碎機設計存在不足，其拆卸維修作業操作不便，一般更換受損零件所需時間約為1.5個工作日。

2 結構優化方案

現代化的綜采面采出的煤粒度大小與破采、普采煤粒度大小有很大區別，綜采面采出的煤大部分是松散的煤塊，很容易破碎，其中大塊矸石的含量一般低于15%[9]。基于以上認識，若將全部物料都投進破碎機內破碎，會有如下不良效果：一是從能耗的角度出發，將損失大量的電能；二是從經濟利益考慮，小塊煤的含量增大，收益減少；三是破碎機堵塞問題出現，影響產出。因此，從以上三方面分析，全部物料進入到破碎機的進料方式是不合理的。

針對破碎機堵塞問題，本文擬采用“先篩選后破碎”的原則來解決堵塞問題，即通過破碎機破碎腔前的物料，要先經過篩網篩選，將其中小顆粒物料篩選掉，只將大顆粒進入到破碎機破碎。除此之外，原來水平進料、水平出料模式改為水平進料、向下出料模式，可以借助重力作用節省能耗。改進后的進料方式過程為煤和矸石進入帶有篩網的導料槽，篩網將小顆粒的物料過篩后轉移至皮帶運輸機，大顆粒物料進入破損腔。先篩分后破碎工藝可以避免破碎機堵塞現象，也可以減少能耗，提高破碎效率。

針對第二類磨損問題，本文將破碎錘刀與錘座之間的固定聯接改為銷軸活動鉸接。當錘刀與錘座為固定聯接時，錘刀沖擊物料，物料將給錘刀一反作用力，這個反作用力傳遞至錘座上，由于沒有緩沖，反作用力作用下錘刀與錘座摩擦加劇；當兩者的聯接采用活動式鉸接時，反作用力將會被抵消，這樣摩擦將大大減少。參考其他破碎機的優點，為減小錘刀打擊物料時在主軸上產生的沖擊力，故將錘刀與錘座的聯接改為銷軸活動鉸接。

3 破碎篩的優化

進入破碎機前，煤及煤矸石將通過導料槽，導料槽的斜面滑道設有2 000 mm×2 000 mm的網狀篩用于篩分作業。鑒于其他研究成果，同時參考現場實際應用經驗，破碎機允許通過的最大粒度尺寸為150 mm×150 mm，小于篩孔尺寸的物料通過篩孔，大于篩孔尺寸的物料進入破碎腔，進入破碎腔的物料，經過錘刀的的沖擊作用，被破碎成粒度小于150 mm×150 mm的煤塊，進而可以順利通過篩網進入溜煤槽；若破碎后的入料仍未順利通過篩網，錘刀可將物料甩至擋板處，在擋板的阻擋下，物料又將回到破碎腔，進而被第二次甚至第三次破碎，直至破碎到滿足要求。

3.1 篩網

PLCM1000型輪式破碎機引入“先篩后破碎”的工藝后，要在原來的基礎上加入先篩分用的篩網，改進后的破碎機結構上共有兩套篩網，一是導料槽上的篩網，呈傾斜狀，二是破碎腔下的篩網，呈水平狀。

鑒于本型機確定的煤塊最大粒度150 mm，將破碎腔下的篩網篩孔尺寸設計為150 mm×150 mm的網狀篩。由于導料槽上的篩網是傾斜的，為了減少篩網對物料的阻礙作用，將傾斜篩的篩網設計成條形篩，沒有橫向篩條，僅有寬度為150 mm的縱向篩條；傾斜篩的傾角α也是影響篩分效果的重要參數，α過大，物料在重力的作用下能快速的進入破損腔，但是對篩分不利，α過小，篩分效果好，但對物料通過篩網不利，因此α必須要適當，參考目前大部分傾斜網的α值，將傾斜篩傾角設計為40°[10]。

3.2 錘刀與錘座聯結設計

錘刀為如圖1所示的剛體，錘刀與錘座聯結的中心為O點，設物料對錘刀的沖擊力為F，若沖擊力F未通過碰撞中心，則在錘刀銷軸上產生沖擊力F'，假設錘刀的碰撞中心為L，當沖擊力F作用在錘刀工作面上極限位置l時，且l＜L，錘刀銷軸所受碰撞反力達到最大值，由公式可知[11]：

圖1 錘刀受力示意圖

錘刀銷孔處的碰撞反力為負值，表明碰撞反力與沖擊力F方向相反。當錘刀與錘座為固定聯結時，錘刀的沖量會傳遞給錘座，從而增大了錘刀與錘座的摩擦力，根據作用力反作用力相等原理，錘座在銷軸上也將受到反作用力傳給錘座的主軸，使主軸軸承負荷增加，從而降低軸承的使用壽命。當錘刀與錘座的聯結為鉸接時，沖擊力F作用在錘刀上極限位置，錘刀銷軸所受碰撞反力F'達到最大時，但小于F。因此，錘刀與錘座采用銷軸鉸接，較之前的錘刀與錘座剛性聯結結構，錘刀與錘座之間的沖擊力減小。改進后錘刀與錘座的聯結形式如圖2所示。