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(shù)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(jié)構(gòu)，安裝于轉(zhuǎn)載機的卸載段部位與爬坡段部位之間，用來破碎轉(zhuǎn)載機上的大塊物料。輪式結(jié)構(gòu)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(qū)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(yōu)點，常被用于破碎條件較復(fù)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(xiàn)機械嚴(yán)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(biāo)對破碎機結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改進[4]。

本文在原PLCM1000型輪式破碎機的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，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(yōu)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(lián)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(zhuǎn)載運輸機機頭部位，主要結(jié)構(gòu)包括：底座、機架、破碎錘組件、傳動部件和電機等。主要優(yōu)點為破碎能力強、破碎效率高、破碎后物料粒度統(tǒng)一。

目前，PLCM1000型輪式破碎機經(jīng)常出現(xiàn)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(nèi)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(fā)生。第二類是磨損問題，主要表現(xiàn)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(lián)接，破碎機經(jīng)過長時間的工作，錘刀多次受到較大沖擊力后，聯(lián)接錘刀與錘座的固定螺栓將會嚴(yán)重磨損，以至于出現(xiàn)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(dǎo)致主軸及軸承等零件壽命變短?，F(xiàn)場維修情況統(tǒng)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(shè)計存在不足，其拆卸維修作業(yè)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(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

現(xiàn)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(qū)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]?；谝陨险J(rèn)識，若將全部物料都投進破碎機內(nèi)破碎，會有如下不良效果：一是從能耗的角度出發(fā)，將損失大量的電能；二是從經(jīng)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(xiàn)，影響產(chǎn)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(jīng)過篩網(wǎng)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(jié)省能耗。改進后的進料方式過程為煤和矸石進入帶有篩網(wǎng)的導(dǎo)料槽，篩網(wǎng)將小顆粒的物料過篩后轉(zhuǎn)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(xiàn)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(lián)接改為銷軸活動鉸接。當(dāng)錘刀與錘座為固定聯(lián)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?。划?dāng)兩者的聯(lián)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(yōu)點，為減小錘刀打擊物料時在主軸上產(chǎn)生的沖擊力，故將錘刀與錘座的聯(lián)接改為銷軸活動鉸接。

3 破碎篩的優(yōu)化

進入破碎機前，煤及煤矸石將通過導(dǎo)料槽，導(dǎo)料槽的斜面滑道設(shè)有2 000 mm×2 000 mm的網(wǎng)狀篩用于篩分作業(yè)。鑒于其他研究成果，同時參考現(xiàn)場實際應(yīng)用經(jīng)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(jīng)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(wǎng)進入溜煤槽；若破碎后的入料仍未順利通過篩網(wǎng)，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(wǎng)

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(chǔ)上加入先篩分用的篩網(wǎng)，改進后的破碎機結(jié)構(gòu)上共有兩套篩網(wǎng)，一是導(dǎo)料槽上的篩網(wǎng)，呈傾斜狀，二是破碎腔下的篩網(wǎng)，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(wǎng)篩孔尺寸設(shè)計為150 mm×150 mm的網(wǎng)狀篩。由于導(dǎo)料槽上的篩網(wǎng)是傾斜的，為了減少篩網(wǎng)對物料的阻礙作用，將傾斜篩的篩網(wǎng)設(shè)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(shù)，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(wǎng)不利，因此α必須要適當(dāng)，參考目前大部分傾斜網(wǎng)的α值，將傾斜篩傾角設(shè)計為40°[10]。

3.2 錘刀與錘座聯(lián)結(jié)設(shè)計

錘刀為如圖1所示的剛體，錘刀與錘座聯(lián)結(jié)的中心為O點，設(shè)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(chǎn)生沖擊力F'，假設(shè)錘刀的碰撞中心為L，當(dāng)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(fù)值，表明碰撞反力與沖擊力F方向相反。當(dāng)錘刀與錘座為固定聯(lián)結(jié)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(jù)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(fù)荷增加，從而降低軸承的使用壽命。當(dāng)錘刀與錘座的聯(lián)結(jié)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(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，錘刀與錘座之間的沖擊力減小。改進后錘刀與錘座的聯(lián)結(jié)形式如圖2所示。

圖2 錘刀與錘座的鉸接聯(lián)結(jié)

4 結(jié)論

工程實踐中，PLCM1000型輪式破碎機經(jīng)常出現(xiàn)兩大問題，第一是堵塞，第二是磨損。針對這兩類問題，本文提出的優(yōu)化方案有：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(lián)接改為銷軸活動鉸接。

導(dǎo)料槽上的傾斜篩網(wǎng)主要參數(shù)：縱向篩條寬度150 mm，無橫向篩條；篩網(wǎng)的傾角為40°。

當(dāng)錘刀與錘座為固定聯(lián)結(jié)時，根據(jù)作用力反作用力相等原理，銷軸受到的沖量也為F。當(dāng)錘刀與錘座的聯(lián)結(jié)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，但小于F。因此，本機錘刀與錘座采用銷軸鉸接，較之前的錘刀與錘座剛性聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，錘刀與錘座之間的沖擊力減小。

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