ZPG-LC-500×1500齒輥式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)方案論證及耦合器的選擇

杜鵬

（武警工程大學(xué)，陜西 西安 710086）

我國(guó)煤炭生產(chǎn)量及消費(fèi)量均占據(jù)世界首位，是全球少數(shù)以煤炭為主要能源的國(guó)家之一。按年產(chǎn)量約10億噸的煤炭產(chǎn)量計(jì)算，其中高硫煤產(chǎn)量約為1億噸，約占煤炭總產(chǎn)量的10%。高硫煤需要經(jīng)過(guò)“去硫”程序，即將硫及其伴生物通過(guò)煤的充分破碎得以從高硫煤中進(jìn)行解離。這一過(guò)程就需要破碎機(jī)的參與。

當(dāng)前礦石破碎及粉磨方法有兩種：一是物理方法，包括水電效應(yīng)粉碎、超聲波粉碎、低聲波粉碎，該系列粉碎技術(shù)暫處于試驗(yàn)階段，暫未在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。二是機(jī)械粉碎方法，包括擠壓破碎、沖擊破碎、磨碎、彎曲破碎、勞裂破碎，已被普遍推廣及廣泛應(yīng)用，且在破碎機(jī)械的研制生產(chǎn)上已有常見的沖擊破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、旋回破碎機(jī)、顎式破碎機(jī)等。破碎機(jī)在各類工業(yè)生產(chǎn)中都發(fā)揮著無(wú)法替代的重要作用。例如在選礦廠內(nèi)需要使用破碎機(jī)進(jìn)行破碎磨粉。前期工廠需要投入接近60%的資金在于采購(gòu)相關(guān)設(shè)備，使用維護(hù)所產(chǎn)生的費(fèi)用占據(jù)工廠總費(fèi)用的40%左右?？傊扑闄C(jī)對(duì)于工業(yè)企業(yè)而言意義重大。也因此諸多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家專門成立破碎機(jī)科研隊(duì)伍進(jìn)行專項(xiàng)研究，提升破碎磨粉設(shè)備的技術(shù)水平和工作效用。但我國(guó)在破碎機(jī)研發(fā)上則相對(duì)遲緩落后。

1 齒輥破碎機(jī)的工作原理及主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1．1 工作原理

齒輥破碎機(jī)使用2個(gè)破碎輥，其傳動(dòng)裝置呈相向轉(zhuǎn)動(dòng)模式。參考圖1，其工作原理在于：固定輥1倍支承在固定軸承2上、移動(dòng)輥3則支承在移動(dòng)軸承4上，配備安全裝置（彈簧保護(hù)裝置或液壓缸保險(xiǎn)裝置）5用于活動(dòng)軸承的穩(wěn)固、定位墊塊6用于兩輥間隙調(diào)節(jié)。使用時(shí)在兩輥上方加入物料，經(jīng)過(guò)輥?zhàn)优c物料間的摩擦擠壓，物料被持續(xù)帶入兩輥之間而受力破碎、粉磨，再經(jīng)機(jī)械下部排出。齒輥破碎機(jī)的顯著優(yōu)勢(shì)在于能夠進(jìn)行排料口寬度的自由調(diào)節(jié)來(lái)控制破碎塊產(chǎn)品粒度，可控范圍為80～120mm。

圖1 齒輥破碎機(jī)工作原理示意圖

1．2 設(shè)計(jì)主要參數(shù)（見表1）

表1 主要參數(shù)

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及方案的擬定

2．1 主要技術(shù)參數(shù)

（1）齒輥直徑×長(zhǎng)度mm：Φ500×1500；（2）齒輥轉(zhuǎn)速：60r/min；（3）齒輥主軸間距調(diào)節(jié)范圍mm：470～585；（4）破碎物料：f≤10的脆性物料；（5）最大進(jìn)料粒度：300mm；（6）出料粒度：≤75mm；（7）處理能力200～250t/h；（8）電動(dòng)機(jī)：YB系列隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)YB225S-4 2×37kW 1480r/min；（9）外 型 尺 寸：4500×2500×800mm；（10）機(jī) 器 重 量：12310kg。

本機(jī)為齒輥選擇性破碎機(jī)，主要用于煤的第二段破碎。本機(jī)的最大特點(diǎn)是破碎產(chǎn)品的粉末產(chǎn)出率低，產(chǎn)品大部分呈顆粒狀。輪齒式破碎機(jī)可以在整個(gè)機(jī)器上部接受被破碎物料。物料可以從破碎機(jī)上部任何角度給入。兩個(gè)向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的主軸上，裝有適量的破碎齒，所有物料皆從此通過(guò)。細(xì)粒級(jí)和合格粒級(jí)物料由旋轉(zhuǎn)齒間快速通過(guò)排出，基本上不受到進(jìn)一步破碎。粗粒級(jí)物料被齒牙的剪切作用破碎，然后通過(guò)破碎機(jī)底部排出。任何細(xì)的被粘在旋轉(zhuǎn)輪齒軸部件上的物料，可以被安裝在機(jī)架側(cè)壁上的清理齒板清除干凈，可有效地防止產(chǎn)品的回流。輪齒式破碎機(jī)的主軸被支撐在調(diào)心滾子軸承上，滾子軸承采用油脂潤(rùn)滑，并用唇形密封圈和迷宮密封保護(hù)，以防水及塵土的侵入。輪齒式破碎機(jī)齒輥主軸是通過(guò)齒式聯(lián)軸器與減速箱輸出軸聯(lián)接。而電動(dòng)機(jī)則通過(guò)液力偶合器驅(qū)動(dòng)減速箱輸入端，確保傳動(dòng)平穩(wěn)和過(guò)載保護(hù)。本機(jī)兩主軸的間距用液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

2．2 結(jié)構(gòu)布置方案論證

根據(jù)齒輥破碎機(jī)的工作原理和機(jī)械設(shè)計(jì)，其箱體外側(cè)調(diào)整裝置的設(shè)計(jì)方案可參考如下：

方案一：使用螺栓頂推裝置調(diào)整。在排料口處安裝螺栓頂推襯板座。安裝時(shí)在頂推襯板座前方適當(dāng)放松拉緊彈簧，加入墊片，松開壓緊墊板螺栓，排料口則相對(duì)應(yīng)減?。环粗?，取出墊片則使排料口相對(duì)應(yīng)增大。

方案二：使用液壓缸頂推裝置調(diào)整。在排料口安裝液壓缸頂推裝置，借助液壓缸柱塞推動(dòng)后軸座，增加墊片數(shù)量，排料口則相對(duì)應(yīng)減小，停止供油后用螺栓將后肘座壓實(shí)壓緊；反之，減少墊片數(shù)量，排料口則相對(duì)應(yīng)增大。

方案二描述：

圖2是輪齒式破碎機(jī)箱體部分活動(dòng)端的結(jié)構(gòu)，另一邊對(duì)稱部分為固定端。1是一個(gè)帶三位四通換向閥受動(dòng)油泵，由泵驅(qū)動(dòng)2雙作用單活塞桿油缸推動(dòng)整個(gè)活動(dòng)端的箱體進(jìn)行間隙調(diào)整，3是壓板，壓板下是一對(duì)導(dǎo)向梁，箱體沿著導(dǎo)向梁進(jìn)行移動(dòng)。當(dāng)需要調(diào)整巖石大小的時(shí)候可以自動(dòng)調(diào)節(jié)活塞桿油缸的推動(dòng)方向來(lái)決定箱體開口間隙的大小。

圖2

方案比較：

結(jié)論：比較上述兩個(gè)結(jié)構(gòu)布置方案，方案二整體結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜，但操作便捷、靈活且省力，在大中型破碎機(jī)中的實(shí)用性和操作性更強(qiáng)。在破碎機(jī)側(cè)壁安裝液壓缸頂推來(lái)增減墊片，不僅可以方便操控調(diào)整排料口大小外，還能確保后軸座始終緊壓后壁，不需要另外附加螺栓進(jìn)行壓緊操作。綜上所述，故選擇第二種方案為佳。

2．3 耦合器的選擇

液力耦合器是一種液力傳動(dòng)設(shè)備，借助動(dòng)能、勢(shì)能來(lái)傳遞動(dòng)力，其具備無(wú)極調(diào)速、啟動(dòng)能力高、有效防護(hù)動(dòng)力過(guò)載、均衡負(fù)載分配、隔離振動(dòng)、方便離合、工作可靠、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。使用液力耦合器，首先其耦合器流道充油便能立即接合、排空流道油便能自行脫離，因此離合效能能及時(shí)實(shí)現(xiàn)。其次在電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定裝下可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)節(jié)工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，更比傳統(tǒng)節(jié)流調(diào)節(jié)省電節(jié)能。再次能夠在輕載或空載狀態(tài)下啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)并逐步啟動(dòng)大慣量負(fù)載，使得異步電機(jī)的啟動(dòng)能力顯著提升。能夠允許多臺(tái)電機(jī)實(shí)現(xiàn)差別化轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)的負(fù)載平均分配，能夠在出現(xiàn)動(dòng)力過(guò)載時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)防護(hù)，當(dāng)負(fù)載阻力矩突增時(shí)因耦合器泵輪與渦輪之間的無(wú)機(jī)械聯(lián)系實(shí)現(xiàn)滑差的隨時(shí)增大和制動(dòng)作用，電機(jī)也就能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不被迫停車，因此能夠有效格力震動(dòng)和緩和沖擊?？傮w來(lái)說(shuō)液力耦合器僅軸承一項(xiàng)磨損型配件，整體工作可靠且使用壽命較長(zhǎng)，也因此得以在冶金、發(fā)電、化工、紡織、運(yùn)輸?shù)裙I(yè)企業(yè)中普遍應(yīng)用。

（1）對(duì)于大慣量工作機(jī)，只要求平穩(wěn)啟動(dòng)的可選擇牽引型；在運(yùn)轉(zhuǎn)中可能被卡住不轉(zhuǎn)，要求防護(hù)動(dòng)力過(guò)載的可選用動(dòng)壓傾泄式限矩型；對(duì)于既要防護(hù)動(dòng)力過(guò)載，又希望大慣量工作機(jī)在較長(zhǎng)的啟動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大負(fù)荷的可選用延充式限矩型；當(dāng)要求防爆、防燃、防油污染工作環(huán)境時(shí)，可選用水介質(zhì)限矩型。

（2）如要求耦合器進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速為1000～1500r/min。傳遞功率小于200～300kW時(shí)，可選用緊湊、輔助設(shè)備簡(jiǎn)單、軸向尺寸小、重量輕、造價(jià)低的進(jìn)口調(diào)節(jié)式；當(dāng)耦合器輸入轉(zhuǎn)速大于或等于3000r/min時(shí)，或轉(zhuǎn)速雖為600～1500r/min，但所傳的功率大于200～300kW，有效直徑較大時(shí)，可選用帶有堅(jiān)實(shí)箱體支持、運(yùn)轉(zhuǎn)平衡可靠地出口調(diào)節(jié)式。

（3）已知或能計(jì)算出工作機(jī)的實(shí)際負(fù)載容量和轉(zhuǎn)速時(shí)，首先計(jì)算實(shí)際負(fù)載容量和轉(zhuǎn)速，在計(jì)算出的軸功率和轉(zhuǎn)速在規(guī)格尺寸選擇圖上直接選取。如無(wú)尺寸選擇圖可按下式確定耦合器的有效直徑D。

式中，D為耦合器的有效直徑，m；K為與耦合器性能有關(guān)的系數(shù)，對(duì)調(diào)速型K=14.7～13.8，對(duì)限矩型K=15.4～14.4；Ne為耦合器所配工作機(jī)的軸功率，kW；n為泵輪轉(zhuǎn)速，r/min。

把計(jì)算的D值用毫米表示，從產(chǎn)品樣本中選擇一個(gè)比D值大者，就是耦合器的規(guī)格。

（4）如不知道工作機(jī)的實(shí)際負(fù)載，就可以用原動(dòng)機(jī)的額定功率和轉(zhuǎn)速，按上面的方法來(lái)選擇，這樣一般耦合器選擇偏大。

（5）充分了解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工制造質(zhì)量，尤其是產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)使用的情況。破碎機(jī)是屬于礦山機(jī)械行業(yè)，動(dòng)力提供較大，并且振動(dòng)負(fù)載大，選擇液力型的耦合器比較適合。

結(jié)論：所以選擇的型號(hào)為YOXDm-400（見圖3）。

圖3 耦合器

3 結(jié)語(yǔ)

筆者通過(guò)對(duì)ZPG-LC-500×1500齒輥破碎機(jī)工作原理的分析，給出了利用螺栓頂推裝置進(jìn)行調(diào)整和利用液壓缸頂推裝置進(jìn)行調(diào)整兩種箱體外側(cè)調(diào)整裝置設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)充分論證比對(duì)，后者操作靈活省力方便，但是結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜些，適合大中型破碎機(jī)。液壓加墊片調(diào)整裝置安裝在破碎機(jī)側(cè)壁。這種方式除能調(diào)整排料口外，同時(shí)又能使肘座壓緊在后壁上，不必附加壓緊螺栓，故選擇第二種方案為佳。同時(shí)經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，在充分綜合了產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)使用的情況的基礎(chǔ)上，鑒于破碎機(jī)是屬于礦山機(jī)械行業(yè)，動(dòng)力提供較大，并且振動(dòng)負(fù)載大，因此選擇型號(hào)為YOXDm-400液力型的耦合器比較適合。