煤礦錘式破碎機常見故障分析

任家葦

(同煤集團煤峪口礦)

隨著煤礦生產方式不斷追求高產高效，相應地對各類設備生產效率也提出更高的要求。作為確保井下原煤運輸效能的配套設備之一，破碎機工作的效率直接影響煤礦正常生產。

煤礦破碎機按工作原理可分為錘式和顎式兩種[1]，其中錘式破碎機處理能力大，最大可達4 000 t/h，因此目前煤礦多采用錘式破碎機進行塊煤破碎。錘式破碎機功率一般為90～400 kW，主要依靠設備回轉部件帶動錘頭升高，通過錘頭下落的沖擊力,擠壓破碎塊煤至便于運輸的粒徑[2]。目前國內形成了一批成規模的大功率錘式破碎機專業生產廠商，但相比國外起步較晚，設計還存在一定的不足，材質的選擇和生產工藝也存在一定差距，產品整體質量和工作性能略遜于國外設備，使用過程中故障率較高，影響煤礦連續穩定生產[3]。因此分析煤礦錘式破碎機常見故障，提出相應的解決措施，對減少維護頻率和周期、提高設備整體穩定性有積極作用。

1 錘式破碎機

錘式破碎機作為煤礦井下原煤運輸系統的重要設備，通常安裝于轉載輸送機卸載、爬坡段中部，工作面采出的大塊原煤經刮板輸送機轉運至轉載機，由轉載機刮板鏈引導進入錘式破碎機，運輸中段的原煤被錘式破碎機擠壓破碎成小塊，然后被輸送至地面煤場[4]。

煤礦錘式破碎機由底槽、破碎架體、破碎錘軸、傳動裝置及調節裝置、潤滑系統組成，無轉載功能，需要連接破碎底槽和聯接槽后與轉載機配套使用。錘式破碎機架體位于底槽上部，架體中間安裝有破碎錘軸。作用機理是破碎錘軸通過傳動裝置提升到一定高度，從而增大重力勢能，下落后錘頭對底槽處原煤進行沖擊、擠壓，破碎至較小粒徑，便于轉載機連續輸送。

煤礦井下錘式破碎機根據設備功率大小可采用皮帶輪和減速器兩種不同的傳動形式。通常情況下，皮帶輪傳動方式只用于功率250 kW以下的錘式破碎機，大于250 kW的錘式破碎機則通過減速器進行傳動。國內在250 kW以上的錘式破碎機的設計、生產方面經驗不足、加工水平落后，致使各零配件質量穩定性差，設備整體體積過大、故障率高、維護難度大，使用壽命較短，也沒有完善的監測、檢測制度，相比國外同類型設備，存在較大差距。

2 故障來源

對大功率錘式破碎機等大型設備故障進行分析，不能只針對特定故障進行診斷。如果認為設備故障是某單一零配件損壞導致，則診斷過于片面，檢測結果可能會出現偏差，后續的設備維修很可能達不到預期的修復效果。因此針對大功率錘式破碎機故障應從多方面因素考慮，從設計、加工、安裝、調試及使用等各方面分析故障來源。

(1)設計加工缺陷。設計應保證設備結構穩定、動態特性良好，不合理的機械構造都會導致設備局部出現應力集中現象，影響動態特性，從而可能出現強迫振動或自激振動等不良現象。另外，設計工況中工作轉速與非穩定區、臨界區域重合，構配件加工過程中零件材質達不到設計要求、加工精度過低、動錐平衡性能較差等也是常見的設計加工缺陷。

(2)安裝、調試、維修過程。錘式破碎機安裝、調試及維修階段都可能出現各零配件安裝錯位，傳動系統中各軸系配合及安裝位置不合適，整體設備幾何參數調整不到位，動錐安裝位置不合理等問題，繼而可能引發設備負荷大、運行狀態穩定性差等問題。

(3)人為操作失誤。人為操作過程中設備非正常開啟、關閉及調速不當，設備長期超出設計工況范圍運轉，設備缺乏維護，各構配件間潤滑不足等，也是造成錘式破碎機故障的因素。

(4)構配件磨損、變形。錘式破碎機長時間運轉，各構配件容易出現不同程度的磨損、變形。個別零件受到震動可能脫落、產生裂紋甚至損壞，動錐等部件撓度發生改變，零配件也會受外界環境影響而出現點蝕或腐蝕，或與其他零部件相互磨損，或受震動影響，造成設備所在地面不均勻沉降；同時個別零配件間間隙增大、配合松動，配合面摩擦力下降等，都會影響錘式破碎機正常工作。

3 常見故障分析

根據礦山生產實踐，將錘式破碎機故障分為以下幾種類型。

3.1 動錐不平衡

錘式破碎機運轉中的振動和動錐動作都會造成動錐磨損，進而導致動錐重心偏移形成偏心距，造成動錐不平衡。

錘式破碎機動錐不平衡引發的問題有：

(1)動錐產生偏心距，改變轉子受力狀況，使其受力不均，旋轉動作過程中動錐反復彎曲。當達到疲勞極限時，可能出現損傷甚至斷裂。

(2)動錐運行不平衡，設備脫離設計工況點，劇烈振動引發噪聲，干擾外界環境。

(3)轉子工作過程中因受力不均出現偏轉，與軸承或其他相鄰部件發生摩擦，不僅造成設備內各零部件的磨損，還影響設備工作效率，是較為嚴重的安全隱患，應加強巡查及時處置。

3.2 轉軸不對中

錘式破碎機等旋轉類機械轉子不對中是引發各類機械故障的主要原因之一，見圖1。

圖1 轉子不對中故障示意

采用聯軸器連接的轉子系統中，兩轉子間出現不對中會引起聯軸器偏轉，起連接作用的軸承受轉子不對中影響，會縮短使用壽命，影響滑動軸承的油膜穩定性，軸承整體運轉不暢，從而出現較為嚴重的不規律振動。應加大對轉子不對中故障的監控，重點檢測振動幅值和相位穩定性。通過觀測轉子系統是否出現徑向跳動，及其1倍頻和2倍頻(較為嚴重的轉子不對中可用高幅值下的2倍頻表征，聯軸器不對中所引發的轉子系統的軸向轉動則體現在振動頻率的1倍頻中)。

3.3 轉子碰摩

錘式破碎機轉子系統受轉子不對中、轉軸彎曲、基礎松動、軸承磨損、裝配不當等因素影響，與軸承等處摩擦甚至發生碰摩現象。雖然設備運轉時轉子承受的力矩可以維持平衡，但轉速受到很大影響，轉子系統也不穩定，設備整體穩定性下降。主要表現：一是轉子系統出現振動，二是碰摩對轉子自身有沖擊作用。二者相互疊加，產生更加復雜的不良反應，如相位反向位移和軸心軌跡擴散或紊亂。在設計階段，為確保設備穩定性，旋轉部件與相鄰部件間隙相對較小，更易提高碰摩現象的發生概率。

3.4 油膜渦動

油膜渦動是傳動系統轉子在轉動過程由振動、轉動波動變化作用造成的楔形油膜按油的平均流速繞軸瓦中心運動的現象，主要特征為：具有較為平穩的相位；受潤滑油特性影響明顯；為正進動方向，軌跡呈現雙環橢圓形；由振動產生的次諧波會隨轉速增加而改變；渦動頻率接近轉子轉速的一半，可見1倍頻。

3.5 基礎與軸承座松動

錘式破碎機屬旋轉振動設備，運轉過程中基礎地面和固定用的地腳螺栓隨之振動，容易引起基礎下沉和地腳螺栓連接松動，同時軸承座也會因振動而松動。振動振幅較大，主要作用于垂直方向。為確定基礎與軸承座松動情況，對各處垂直方向振動信號進行檢測，并與破碎機、地腳螺栓振動信號進行比對。如果基礎與軸承座較為松動，兩種振動信號間會出現較大差別，此時應及時處理，避免事故發生。

4 結 論

錘式破碎機是煤礦井下破碎大塊原煤的關鍵設備，是原煤運輸系統的重要組成部分。設計加工缺陷，安裝、調試、維修過程存在問題與人為操作失誤及構配件磨損、變形是錘式破碎機故障的主要來源，動錐不平衡、轉軸不對中、轉子碰摩、基礎與軸承座松動是錘式破碎機的常見故障，并提出針對性的解決措施，以確保錘式破碎機穩定運轉。

為改變我國大功率破碎設備性能，通過大量生產實踐，結合理論實際，不斷提高對設備隱患及故障的理解，有利于優化和改進設備設計和加工工藝，提高設備可靠性，縮短與國外先進設備差距[5]。