張旭哲

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

裝卸采制樣破碎機(jī)故障診斷及改進(jìn)方案

張旭哲

（河北省秦皇島港股份公司第九港務(wù)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(shè)備投入運(yùn)行1 0年來，利用率相對(duì)較高。其中，破碎機(jī)作為采制樣設(shè)備系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)之一，主要用于大塊煤碳的粉碎以便于縮分器對(duì)破碎后的煤炭進(jìn)行縮分采樣。目前裝卸采制樣破碎機(jī)在運(yùn)行時(shí)存在振動(dòng)過大的問題，導(dǎo)致相關(guān)部件磨損非常嚴(yán)重，故障率較高，成為制約采制樣系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。本文從采制樣設(shè)備破碎機(jī)特點(diǎn)入手，分析裝卸采制樣破碎機(jī)故障，并研究其改進(jìn)方案，增強(qiáng)其使用壽命。

采制樣；破碎機(jī)；使用壽命

近年來，我國(guó)工業(yè)對(duì)煤炭質(zhì)量要求越來越高，煤炭質(zhì)量成為煤炭交易中的最重要指標(biāo)，這就對(duì)煤炭采樣的準(zhǔn)確性和高效性提出要求。機(jī)械化采樣能按照煤炭采樣的基本原則進(jìn)行所需精密度下的采樣，效率更高誤差更小，檢驗(yàn)結(jié)果也更為客觀，成為煤炭運(yùn)輸及加工流程中重要的一環(huán)。

1 立項(xiàng)背景

秦港九公司現(xiàn)有5套采制樣系統(tǒng)，每套采制樣系統(tǒng)的核心設(shè)備包括采樣機(jī)、錘式破碎機(jī)、縮分器，三者之中任何一項(xiàng)出現(xiàn)問題都會(huì)導(dǎo)致采制樣系統(tǒng)的停機(jī)，其中又以破碎機(jī)的故障率最高，維修一次的平均時(shí)長(zhǎng)在1 2小時(shí)左右，嚴(yán)重影響著機(jī)械采制樣設(shè)備的正常運(yùn)行。

錘式破碎機(jī)利用高速回轉(zhuǎn)的機(jī)械錘頭粉碎煤塊，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單粉碎比高等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)由于回轉(zhuǎn)離心力對(duì)錘頭、軸承等部件造成的沖擊非常大，經(jīng)常需要維修更換。錘式破碎機(jī)的原理是利用高速回轉(zhuǎn)的機(jī)械錘頭粉碎煤塊，在工作時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)主軸和轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)，物料均勻地進(jìn)入破碎機(jī)腔中，高速回轉(zhuǎn)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(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生較大磨損，目前裝卸采制樣破碎機(jī)均存在振動(dòng)及噪聲過大，軸承損耗率高、錘頭磨損嚴(yán)重等問題，導(dǎo)致的設(shè)備停機(jī)經(jīng)常發(fā)生。

2 技術(shù)方案

目前裝、卸采制樣破碎機(jī)主要存在以下問題 ：（1）破碎機(jī)整體運(yùn)行過程中周期性振動(dòng)過大；（2）軸承磨損嚴(yán)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(jī)主軸固定套筒尺寸較短，使錘架產(chǎn)生了軸向移動(dòng)，在高轉(zhuǎn)速的情況下導(dǎo)致破碎機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)過大；問題2部分原因由問題1引發(fā)，周期性振動(dòng)過大對(duì)軸承產(chǎn)生較大的損傷；問題3由于錘頭的形狀設(shè)計(jì)問題和材質(zhì)抗磨性差，導(dǎo)致有效磨損量過小。

本項(xiàng)目針對(duì)以上三個(gè)問題制定了技術(shù)改造方案，總體思路如下：設(shè)計(jì)制作一種尺寸合理的零件固定套筒，對(duì)軸上零件的軸向位置加以固定，使零件承受軸向力而不產(chǎn)生軸向移動(dòng)；對(duì)錘頭進(jìn)行受力分析，找出薄弱環(huán)節(jié)，重新設(shè)計(jì)錘頭結(jié)構(gòu)，并對(duì)錘頭的材質(zhì)及加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化；重新測(cè)繪并制造了新的破碎機(jī)組件。通過這些措施，有效地解決了破碎機(jī)振動(dòng)過大及相關(guān)零件故障率高的問題，保證了裝、卸采制樣設(shè)備系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

2.1 破碎機(jī)振動(dòng)過大的原因分析及解決方案

通過對(duì)故障破碎機(jī)的拆解，發(fā)現(xiàn)隔套和隔盤等部件由于長(zhǎng)期的沖擊磨損失去了定位作用，使得錘架與主軸產(chǎn)生了軸向移動(dòng)，導(dǎo)致破碎機(jī)運(yùn)行過程中振動(dòng)過大。破碎機(jī)軸承采用深溝球6 3 1 4規(guī)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(dòng)對(duì)軸承和軸承定位套的反復(fù)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(shè)計(jì)了主軸固定套筒的尺寸，對(duì)錘架的軸向位置加以固定，使錘架承受軸向力而不產(chǎn)生軸向移動(dòng)。重新測(cè)繪新的破碎機(jī)主軸和其它零件，并對(duì)其加工工藝和材質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)。材質(zhì)采用4 5號(hào)鋼調(diào)制處理，具有較高的強(qiáng)度和韌性。

那么，主軸的計(jì)算安全系數(shù)為：

故可得出不同應(yīng)力下的N值

設(shè)應(yīng)力S下的N值為：

要使主軸破壞，應(yīng)滿足式

將以上公式聯(lián)立，可得

由上式可大致估算出任意應(yīng)力下主軸能承受的最大循環(huán)應(yīng)力次數(shù)，一般來說主軸受力僅為2~3 MP a左右，計(jì)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(jī)主軸的壽命。

2.2 錘頭的改進(jìn)

原破碎機(jī)錘頭采用對(duì)稱型矩形冗余孔式設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一孔磨損后可換另一孔繼續(xù)使用，這種設(shè)計(jì)表面上看節(jié)約了成本，但實(shí)際上由于矩形結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)半徑很大，對(duì)主軸的負(fù)載也是極大的，這也是造成破碎機(jī)整體振動(dòng)過大的原因之一。因此，重新設(shè)計(jì)錘頭形狀，采用弧形錘頭設(shè)計(jì)，有效增加了總體磨損量，達(dá)到1/3左右。

此外，由于破碎煤塊所需應(yīng)力并不高，全新形狀的錘頭在不改變回轉(zhuǎn)半徑的情況下將錘頭中心內(nèi)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(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的負(fù)荷，延長(zhǎng)了使用時(shí)間。另外，在錘頭磨損部位材質(zhì)上，采用高鉻鑄鐵，經(jīng)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(nèi)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(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)技術(shù)改造已在裝卸采制樣破碎機(jī)設(shè)備系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)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(jī)運(yùn)行中振動(dòng)過大的問題，減小了對(duì)軸承及軸承座的沖擊，降低軸承故障率，延長(zhǎng)軸承的使用壽命。安裝了全新設(shè)計(jì)的錘頭，有效降低了對(duì)主軸及相關(guān)部件的回轉(zhuǎn)沖擊力，減少了因錘頭磨損造成的維修工作量，對(duì)保證采制樣設(shè)備的完好率和降低運(yùn)行成本有積極意義。

本項(xiàng)技術(shù)改造的創(chuàng)新點(diǎn)主要在于：（1）對(duì)裝、卸采制樣系統(tǒng)破碎機(jī)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(jī)系統(tǒng)存在振動(dòng)過大的問題，降低了破碎機(jī)的故障率，新設(shè)計(jì)的固定套筒對(duì)原有破碎機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)沒有任何影響，也不用在破碎機(jī)上進(jìn)行機(jī)械加工，提高了維修效率。（2）重新設(shè)計(jì)了破碎機(jī)錘頭，采用扇形錘頭有效增加了磨損量，達(dá)到錘頭整體質(zhì)量的1/3左右，主要磨損區(qū)采用高鉻合金制作，抗磨損性大大增強(qiáng)，降低了錘頭維修工作量。

對(duì)裝、卸采制樣系統(tǒng)破碎機(jī)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中振動(dòng)過大和錘頭易磨損的問題，故障率大大降低。

4 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

通過對(duì)裝卸采制樣破碎機(jī)設(shè)備進(jìn)行改造，可以大大降低設(shè)備維修的成本。更新一臺(tái)新的破碎機(jī)，設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用需要約1 5萬元，現(xiàn)有破碎機(jī)經(jīng)改造維修后延長(zhǎng)了使用壽命，而改造維修一臺(tái)破碎機(jī)備件費(fèi)用僅為0.5萬元，大大降低了維修成本，每臺(tái)破碎機(jī)可以節(jié)省資金1 4.5萬元，裝、卸采制樣五套破碎機(jī)系統(tǒng)共計(jì)節(jié)省成本為：1 4.5×5=7 2.5萬元

現(xiàn)有破碎機(jī)采用S K F 6 3 1 4軸承，每個(gè)軸承采購(gòu)費(fèi)用為2 6 8元，破碎機(jī)改造之前每臺(tái)破碎機(jī)軸承磨損嚴(yán)重，3個(gè)月左右就需要更換，改造后如果按照每臺(tái)破碎機(jī)每年更換一次，五套破碎機(jī)可以節(jié)約更換軸承的成本為：2×5×（4-1）×2 6 8=8 0 4 0元

通過對(duì)裝、卸采制樣設(shè)備破碎機(jī)系統(tǒng)改造，解決了運(yùn)行過程中振動(dòng)過大的問題，縮短了破碎機(jī)的維修時(shí)間，提高了設(shè)備的完好率，降低了破碎機(jī)運(yùn)行的故障率，保證了機(jī)械采制樣設(shè)備的正常運(yùn)行。同時(shí)能夠?qū)ρb卸生產(chǎn)作業(yè)提供更高效、更準(zhǔn)確的采樣服務(wù)。采樣設(shè)備服務(wù)是我公司生產(chǎn)服務(wù)內(nèi)容中重要的組成部分。當(dāng)前煤炭生產(chǎn)形勢(shì)非常嚴(yán)峻，這種形勢(shì)下更考驗(yàn)著公司的服務(wù)能力，公司必須不斷提高服務(wù)質(zhì)量，作為采樣設(shè)備管理部門，要充分發(fā)揮采樣設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，打造公司采樣服務(wù)品牌，提升公司在煤炭運(yùn)輸市場(chǎng)的美譽(yù)度和知名度，廣攬貨源，展示公司良好形象，為公司業(yè)務(wù)拓展創(chuàng)造更好契機(jī)。

[1]郭年琴.顎式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法.顎式破碎機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，2 0 1 2.

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