煤礦井下順槽用破碎機消耗功率計算研究與應用

摘 要：順槽用破碎機是煤礦井下機械化采煤關鍵的大塊煤破碎設備。順槽用破碎機工作過程中消耗功率的計算關系著破碎機的選型與電機功率配置，影響著整個煤礦井下機械化采煤工作面輸送設備的正常工作。本文采用理論研究及分析軟件對破碎機工作過程消耗功率計算作詳細研究，得到了破碎機空載和破碎煤巖所需功率計算方法，并對PLM6000順槽用破碎機進行實例驗證。

關鍵詞：順槽用破碎機;破碎過程;消耗功率

一、引言

煤礦井下順槽用破碎機是綜采配套設備中的破碎設備，與轉載機配套使用，并與配套的采煤機及液壓支架、工作面刮板輸送機、膠帶式輸送機一起實現綜合機械化采煤的連續采、運、破碎煤炭。破碎機安裝在轉載機主體和機尾部（即落地段）之間，當轉載機輸送煤炭通過破碎機時，破碎機的破碎軸帶著破碎錘頭將大塊煤沖擊破碎成所需的塊度，以完成破碎工作[1-2]。

破碎機功耗學說，也稱破碎理論，是研究破碎過程與破碎能量消耗關系的學說。雖然人類使用破碎工具已有上千年的歷史，但提出破碎理論還是上個世紀的事情。由于破碎是物料粒度減小的過程，所以要對物料加外力以克服物料內部質點間的內聚力，也就是對物料做功，功轉化為變形量，當變形達到極限時破碎才能發生。因此，從實質上看，破碎是一個功能轉換的過程。

破碎機消耗功率計算是破碎機的選型與電機功率配置的基礎。本文從兩個方面對破碎機工作過程功率消耗進行研究，一是破碎機空載啟動時所需的功率消耗，二是破碎錘頭與煤巖碰撞時的功率消耗。

二、破碎機空載功率計算

破碎機電動機從接通電源開始轉動，轉速將逐漸增高，直至達到穩定轉速，這一過程稱為起動過程。空載啟動功率是破碎機所需求的最小裝機功率，此功率用以滿足破碎機空載時的正常啟動，此過程功率消耗主要用來克服慣性載荷和摩擦阻力做功。

破碎軸啟動后轉動動能計算：

三、破碎機破碎過程消耗功率

由于破碎機破碎過程是一個復雜的物料塊尺寸變化過程，破碎過程非常復雜，與許多因素有關，相關破碎理論都是建立在假說基礎之上，其中最經典的是Rittinger的“面積說”和Kick的“體積說”及后來Bond的“裂縫說”[3]，目前為止還沒有一種破碎理論能完美的描述破碎過程，因此從物料破碎過程計算破碎機破碎能力或破碎消耗功率較為困難。因此本文另辟蹊徑，從能力守恒的角度，描述破碎機破碎過程，并驗證PLM6000電機裝機功率是否滿足破碎過程消耗功率需求。

（1）破碎機在啟動完成后，未破碎煤巖，正常運轉時，由于慣性作用，破碎軸將持續旋轉，僅需消耗極小的電機功率，克服破碎軸轉動摩擦阻力。

（2）破碎機在破碎煤巖時，破碎錘頭沖擊煤巖，由于破碎煤巖需要消耗能量，此時破碎軸瞬時速度及轉動動能都會降低。煤巖破碎完后，電動機對破碎軸做功，使破碎軸轉動動能再恢復到破碎前的正常水平，由于破碎軸“一字型”布置，破碎軸每轉一圈破碎兩次，電動機對破碎軸做功距離應為180°，即π個弧度值。

根據能量守恒定理，破碎軸破碎后瞬時動能的增加值等于電動機在此過程中對破碎軸所做的功，數學表達式為：

PLM6000破碎機錘擊煤巖后轉遞給煤巖的能量來表示△E=E2-E1。

最后采用分析軟件來仿真煤炭沖擊破碎過程，驗證PLM6000破碎機錘擊煤巖后轉遞給煤巖的能量是否滿足破碎過程消耗能量需求。

分析軟件包括兩部分：①PLM6000破碎機錘頭;②破碎機入口粒度大小的煤巖體[4]。仿真結果顯示，PLM6000破碎入口粒度大小的煤巖體時，需要消耗的能量為89321J<133213J，因此PLM6000電機裝機功率為700kW，錘擊煤巖后轉遞給煤巖的能量大于破碎煤巖所需能量，完全可以滿足使用需求。

四、總結

（1）本文通過理論分析方法推導出了順槽用破碎機空載功率計算公式，并利用此公式對PLM6000型順槽用破碎機的空載功率進行了計算。

（2）本文從能力守恒的角度，描述了破碎機破碎過程，得到了PLM6000錘擊煤巖后轉遞給煤巖的能量，采用分析仿真軟件驗證了PLM6000電機功率為700kW，破碎機錘擊煤巖后轉遞給煤巖的能量大于破碎入口粒度大小的煤巖體時所消耗能量，完全滿足使用需求。

參考文獻：

[1]高強，張建華.破碎理論及破碎機的研究現狀與展望[J].機械設計，2009，26（10）：72-75.

[2]李永志. 煤礦井下破碎設備及其選擇[J].選煤技術，2017，10（5）：58-61.

[3]李為，詹肇麟，李松.破碎理論發展淺析[J]，礦山機械，2008（19）：96-98.

[4]黃堯.錘式破碎機破碎煤巖時內能消耗功率研究[J].煤礦機械，2017，38（11）：32-33.

作者簡介：

姬慧慧（1985-），女，甘肅天水人，工學學士學位，工程師，研究方向：煤炭機械設計。