ZPG-LC-500×1500齒輥式破碎機結構方案論證及耦合器的選擇

杜鵬

（武警工程大學，陜西 西安 710086）

我國煤炭生產(chǎn)量及消費量均占據(jù)世界首位，是全球少數(shù)以煤炭為主要能源的國家之一。按年產(chǎn)量約10億噸的煤炭產(chǎn)量計算，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“去硫”程序，即將硫及其伴生物通過煤的充分破碎得以從高硫煤中進行解離。這一過程就需要破碎機的參與。

當前礦石破碎及粉磨方法有兩種：一是物理方法，包括水電效應粉碎、超聲波粉碎、低聲波粉碎，該系列粉碎技術暫處于試驗階段，暫未在工業(yè)領域廣泛應用。二是機械粉碎方法，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用，且在破碎機械的研制生產(chǎn)上已有常見的沖擊破碎機、錘式破碎機、圓錐破碎機、旋回破碎機、顎式破碎機等。破碎機在各類工業(yè)生產(chǎn)中都發(fā)揮著無法替代的重要作用。例如在選礦廠內需要使用破碎機進行破碎磨粉。前期工廠需要投入接近60%的資金在于采購相關設備，使用維護所產(chǎn)生的費用占據(jù)工廠總費用的40%左右。總之破碎機對于工業(yè)企業(yè)而言意義重大。也因此諸多工業(yè)發(fā)達的國家專門成立破碎機科研隊伍進行專項研究，提升破碎磨粉設備的技術水平和工作效用。但我國在破碎機研發(fā)上則相對遲緩落后。

1 齒輥破碎機的工作原理及主要設計參數(shù)

1．1 工作原理

齒輥破碎機使用2個破碎輥，其傳動裝置呈相向轉動模式。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、移動輥3則支承在移動軸承4上，配備安全裝置（彈簧保護裝置或液壓缸保險裝置）5用于活動軸承的穩(wěn)固、定位墊塊6用于兩輥間隙調節(jié)。使用時在兩輥上方加入物料，經(jīng)過輥子與物料間的摩擦擠壓，物料被持續(xù)帶入兩輥之間而受力破碎、粉磨，再經(jīng)機械下部排出。齒輥破碎機的顯著優(yōu)勢在于能夠進行排料口寬度的自由調節(jié)來控制破碎塊產(chǎn)品粒度，可控范圍為80～120mm。

圖1 齒輥破碎機工作原理示意圖

1．2 設計主要參數(shù)（見表1）

表1 主要參數(shù)

2 結構設計及方案的擬定

2．1 主要技術參數(shù)

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

本機為齒輥選擇性破碎機，主要用于煤的第二段破碎。本機的最大特點是破碎產(chǎn)品的粉末產(chǎn)出率低，產(chǎn)品大部分呈顆粒狀。輪齒式破碎機可以在整個機器上部接受被破碎物料。物料可以從破碎機上部任何角度給入。兩個向內旋轉的主軸上，裝有適量的破碎齒，所有物料皆從此通過。細粒級和合格粒級物料由旋轉齒間快速通過排出，基本上不受到進一步破碎。粗粒級物料被齒牙的剪切作用破碎，然后通過破碎機底部排出。任何細的被粘在旋轉輪齒軸部件上的物料，可以被安裝在機架側壁上的清理齒板清除干凈，可有效地防止產(chǎn)品的回流。輪齒式破碎機的主軸被支撐在調心滾子軸承上，滾子軸承采用油脂潤滑，并用唇形密封圈和迷宮密封保護，以防水及塵土的侵入。輪齒式破碎機齒輥主軸是通過齒式聯(lián)軸器與減速箱輸出軸聯(lián)接。而電動機則通過液力偶合器驅動減速箱輸入端，確保傳動平穩(wěn)和過載保護。本機兩主軸的間距用液壓系統(tǒng)調節(jié)。

2．2 結構布置方案論證

根據(jù)齒輥破碎機的工作原理和機械設計，其箱體外側調整裝置的設計方案可參考如下：

方案一：使用螺栓頂推裝置調整。在排料口處安裝螺栓頂推襯板座。安裝時在頂推襯板座前方適當放松拉緊彈簧，加入墊片，松開壓緊墊板螺栓，排料口則相對應減小；反之，取出墊片則使排料口相對應增大。

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

方案二描述：

圖2是輪齒式破碎機箱體部分活動端的結構，另一邊對稱部分為固定端。1是一個帶三位四通換向閥受動油泵，由泵驅動2雙作用單活塞桿油缸推動整個活動端的箱體進行間隙調整，3是壓板，壓板下是一對導向梁，箱體沿著導向梁進行移動。當需要調整巖石大小的時候可以自動調節(jié)活塞桿油缸的推動方向來決定箱體開口間隙的大小。

圖2

方案比較：

結論：比較上述兩個結構布置方案，方案二整體結構稍顯復雜，但操作便捷、靈活且省力，在大中型破碎機中的實用性和操作性更強。在破碎機側壁安裝液壓缸頂推來增減墊片，不僅可以方便操控調整排料口大小外，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設備，借助動能、勢能來傳遞動力，其具備無極調速、啟動能力高、有效防護動力過載、均衡負載分配、隔離振動、方便離合、工作可靠、壽命長等優(yōu)勢特點。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實現(xiàn)。其次在電機轉速恒定裝下可實現(xiàn)無極調節(jié)工作機的轉速，更比傳統(tǒng)節(jié)流調節(jié)省電節(jié)能。再次能夠在輕載或空載狀態(tài)下啟動電動機并逐步啟動大慣量負載，使得異步電機的啟動能力顯著提升。能夠允許多臺電機實現(xiàn)差別化轉速而實現(xiàn)多臺電機的負載平均分配，能夠在出現(xiàn)動力過載時實現(xiàn)自動防護，當負載阻力矩突增時因耦合器泵輪與渦輪之間的無機械聯(lián)系實現(xiàn)滑差的隨時增大和制動作用，電機也就能繼續(xù)運轉而不被迫停車，因此能夠有效格力震動和緩和沖擊。總體來說液力耦合器僅軸承一項磨損型配件，整體工作可靠且使用壽命較長，也因此得以在冶金、發(fā)電、化工、紡織、運輸?shù)裙I(yè)企業(yè)中普遍應用。

（1）對于大慣量工作機，只要求平穩(wěn)啟動的可選擇牽引型；在運轉中可能被卡住不轉，要求防護動力過載的可選用動壓傾泄式限矩型；對于既要防護動力過載，又希望大慣量工作機在較長的啟動過程中，電機不會出現(xiàn)過大負荷的可選用延充式限矩型；當要求防爆、防燃、防油污染工作環(huán)境時，可選用水介質限矩型。

（2）如要求耦合器進行無極調速，當輸入轉速為1000～1500r/min。傳遞功率小于200～300kW時，可選用緊湊、輔助設備簡單、軸向尺寸小、重量輕、造價低的進口調節(jié)式；當耦合器輸入轉速大于或等于3000r/min時，或轉速雖為600～1500r/min，但所傳的功率大于200～300kW，有效直徑較大時，可選用帶有堅實箱體支持、運轉平衡可靠地出口調節(jié)式。

（3）已知或能計算出工作機的實際負載容量和轉速時，首先計算實際負載容量和轉速，在計算出的軸功率和轉速在規(guī)格尺寸選擇圖上直接選取。如無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的系數(shù)，對調速型K=14.7～13.8，對限矩型K=15.4～14.4；Ne為耦合器所配工作機的軸功率，kW；n為泵輪轉速，r/min。

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

（4）如不知道工作機的實際負載，就可以用原動機的額定功率和轉速，按上面的方法來選擇，這樣一般耦合器選擇偏大。

（5）充分了解產(chǎn)品結構特點和加工制造質量，尤其是產(chǎn)品實際生產(chǎn)使用的情況。破碎機是屬于礦山機械行業(yè)，動力提供較大，并且振動負載大，選擇液力型的耦合器比較適合。

結論：所以選擇的型號為YOXDm-400（見圖3）。

圖3 耦合器

3 結語

筆者通過對ZPG-LC-500×1500齒輥破碎機工作原理的分析，給出了利用螺栓頂推裝置進行調整和利用液壓缸頂推裝置進行調整兩種箱體外側調整裝置設計方案，經(jīng)過充分論證比對，后者操作靈活省力方便，但是結構稍復雜些，適合大中型破碎機。液壓加墊片調整裝置安裝在破碎機側壁。這種方式除能調整排料口外，同時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。同時經(jīng)過計算分析，在充分綜合了產(chǎn)品實際生產(chǎn)使用的情況的基礎上，鑒于破碎機是屬于礦山機械行業(yè)，動力提供較大，并且振動負載大，因此選擇型號為YOXDm-400液力型的耦合器比較適合。