破碎機安全防護裝置改造

摘要：簡要的介紹了SSC700破碎機在太西洗煤廠二分區原煤系統的重要作用，主要技術參數，現有連接方式，存在的弊端等；分析了SSC700破碎機減速機損壞的原因及改造方案。

關鍵詞：SSC700破碎機 聯軸器 轉矩 強度 改造

SSC700破碎機屬于太西洗煤廠二分區大塊煤系統的主要破碎設備，在整個系統中起著非常重要的作用，主要擔負著原煤二級破碎的功能。但是由于受原煤煤質的影響，破碎機的破碎功能急劇下降，經常出現破碎機減速機損壞及齒棍齒尖被掰的現象，使得此破碎機經常影響生產；尤其到近幾年，由于受原煤煤質的影響，主要是高能滅火煤，原煤中帶有大量雜質，破碎機所受的載荷急劇增大，使得破碎機不僅影響了生產的正常運行，同時也增加了維修的工作量和材料費用。通過分析后，建議對破碎機的安全防護裝置進行改造。

1 技術特征及防護裝置的結構

1.1 SSC700破碎機主要技術參數

破碎機型號：SSC700，雙齒輥式，雙電機驅動

處理量280t/h，入料粒度≤250mm（130～250）

電機型號：YB2-280S-4-75kw×2

減速機型號：H2SH7B

P2=75kw，n1=1500r/min，n2=75.98r/min

廠家：天地科技股份有限公司唐山分公司

1.2 破碎機防護裝置的結構

116破碎機是大塊煤破碎系統中的二級破碎系統，由雙電機驅動雙齒棍進行破碎的，電機與減速機之間通過液力耦合器進行連接，起到軟起及急停保護，同時還在破碎機上安裝有部分電氣保護，主要有：失速保護、過流保護、過載保護等。

2 破碎機減速機損壞及齒尖被掰的原因分析

116破碎機屬于大塊煤系統二級破碎，主要承擔著大于140mm的塊煤破碎功能，是原煤破碎系統不可缺少的設備。近期原煤煤質發生急劇的變化，原煤中夾雜了部分大塊矸石，矸石會和原煤一塊進入破碎機進行破碎，通過重介選煤將其選出。同時，原煤中也會夾雜部分通過除鐵器無法除去的鐵器或者非鐵器的硬質金屬或非金屬。通過查閱有關資料，矸石、鐵塊、硬質金屬或者非金屬的硬度比無煙煤的硬度大的多，在破碎過程中，破碎機比較吃力或者無法破碎。當矸石或者鐵器進入破碎機內時，由于破碎機通過電機帶動正常運轉，破碎機齒棍會被瞬間堵停，而破碎機原裝的失速保護、過流保護、過載保護和液力耦合器保護都需要經過一定的反應時間才能動作，在此短暫的瞬間，慣性力就會將破碎機齒尖及減速機損壞。

3 改造措施

經過上述分析，我們需要在破碎機合適的位置安裝一套反應速度要比失速保護、過流保護、過載保護和液力耦合器保護都要快的保護裝置。為此，我們選擇柱銷聯軸器安裝在液力耦合器與電機之間。柱銷聯軸器內的柱銷在慣性力達到一定的時候，柱銷就會齊齊的斷裂，使得電機與減速機以及齒棍脫離，不在受慣性力。從而避免破碎機減速機或者齒尖在慣性力的驅動下而損壞。

3.1 改造優點

彈性柱銷聯軸器是利用若干非金屬彈性材料制成的柱銷，置于兩半聯軸器的凸緣孔中，通過柱銷實現兩半聯軸器的連接，該聯軸器結構簡單，容易制造，裝拆更換彈性元件比較方便，不用移動兩半聯軸器，彈性元件的材料一般選用尼龍6，有微量補償兩軸線偏移能力。同時具有防護能力強的特點，遇到外力較大時可以快速切斷，有效的防護破碎機減速機及齒尖。

3.2 柱銷聯軸器選型計算

3.2.1 聯軸器的理論轉矩計算：

T=9500×（Pw／n）

其中：Pw——驅動功率，kw，Pw=75kw

n——工作轉速，r/min，n=1500r/min

計算：T=9950×■=9950×■=477.5(N·m)

3.2.2 聯軸器的計算轉矩：

Tc=Tkwkzktk

其中：kw——動力參數；查表：kw=1.0，中等沖擊載荷。

kz——啟動參數；查表；主動端啟動頻率z形成附加載荷z≤120，kz=1.0。

kt——溫度參數；查表；kt=1.2

k——工況參數；查表；k=2.75

計算：Tc=Tkwkzktk=477.5×2.75×1×1.0×1.2=1575.75（N*m）

3.2.3 柱銷中心分布圓直徑

D1=（10~15）■=15■=15■=174.55≈180mm

3.2.4 柱銷直徑：d3=(0.1~0.14)D1=0.14×180=25.2≈30mm

3.2.5 柱銷長度：l=2d3=60mm

3.2.6 柱銷數量：I=6~16=8個

3.2.7 聯軸器外徑：D=（1.2~1.4）D1=1.2×180=216≈220mm

3.2.8 公稱轉矩：Tn=2.2×103N.m=2200N*m

3.2.9 選擇柱銷聯軸器

查手冊得：型號：LH6

3.2.10 聯軸器的剪切強度校核

τ=■=■=1.22N/mm2≤[τ]=7N/mm2

滿足生產要求

3.2.11 聯軸器壓強校核

τ=■=■=2.44N/mm2≤15~20N/mm2

滿足生產要求。

3.2.12 工業上常用抗壓強度極限R (以MPa為單位)的十分之一衡量物科的抗破碎阻力f=■

f稱為普氏硬度系數，礦石為10級，f值由0.3~20.f值越大，礦石越堅固，也越難破碎，按普氏硬度巖石分級無煙煤的普氏系數f=2煙煤的普氏系數f=1~1.5，那么，可以計算無煙煤的抗壓強度極限，R=10f=20Mpa

3.2.13 已知116破碎機入料粒度為130~150mm，現以直徑為D=φ150mm的煤例進行計算。

M=Fb/s。

其中M—強度

Fb—力

S—截面積

Fb=M×s=20×π×（150/2)2=353250N

也就是說破碎機齒輥在剪切破碎煤時所承受的力為Fb=353250N。

3.2.14 計算減速機低速軸上的扭矩。

扭矩=力×力臂

=353250×■=116572.5N·m

（功率=扭矩（N.m）×轉速/9549）

3.2.15 計算機減速機高速軸上的扭矩。

T低/T高=n高/n低=1500/75.98=19.74

T高=5905.4N.m

3.2.16 計算聯軸器柱銷中心分布圓直徑方向上的切向力。

FD1=T高/（D1/2）=2T高/D1=65615.56N

3.2.17 計算每一個柱銷的剪切強度。

τ=■≤[τ]，A=πr2=■，■=A≥■?圯2■

3.2.18 計算安全運行情況下的尼龍柱銷的最小直徑。

已知116破碎機的破碎形式是折斷破碎所以應承受的抗彎強度為980~1080MPa。

根據以上計算可得，d3≥2■=2■≈9.14

3.2.19 總結

通過以上計算分析可以得出，無煙煤強度極限為20MPa，正常情況下，柱銷聯軸器所用柱銷直徑為φ10就能滿足要求，考慮到破碎機重載啟動與沖擊強度，需用柱銷直徑為φ15×8。

3.3 理論校驗改造效果

3.3.1 計算柱銷聯軸器的反應時間

柱銷聯軸器的反應時間也就是從破碎機內進入較硬的矸石或者鐵器等硬質材料時，將破碎機卡停到停止的時間。

根據剛體定軸轉動的微分方程即剛體對轉軸的轉動慣量與角加速度的乘積等于作用于剛體的主動力對該軸的力矩之和。

即J■=Fr

其中J——轉動力矩

w——角速度

t——動作時間

F——慣性力（以φ150的原煤為例計算出的慣性力F=353250N）

r——齒棍半徑（r=0.33米）

其中轉動慣量J=■=132kg·m2 （m為齒棍質量，m≈2500kg）

角速度w=2πn/60=7.95 （n為齒棍轉速，n=75.98r/min）

通過計算可知：t=■=■=0.009s

3.3.2 其他防護裝置與柱銷聯軸器運行時間比較

經過查閱有關技術標準可知，破碎機失速保護、過流保護、過載保護、堵轉保護等防護裝置都必須反應到電機，使得電機斷電停機，而電機從斷電開始到停機還存在慣性力，停止時間約為3秒，而液力耦合器起作用必須要等油液溫度達到一定得情況下才能運行，反應時間更長。

4 效益分析

通過技術改造后，破碎機的減速機及齒尖的使用周期明顯的延長，避免了由于破碎機堵停而損壞設備的事故，有利于安全生產，經濟效益顯著。

作者簡介：張樂明（1983年-），男，陜西神木人，助理工程師，2007年畢業于西安科技大學機械設計制造及其自動化專業，現在在神華寧煤太西洗煤廠二分區工作。