惠學(xué)齊，周柏峰，劉 振，周 莉

(1.陜西延長榆林可可蓋煤業(yè)公司，陜西 榆林 719000；2.山西懷仁聯(lián)順璽達(dá)柴溝煤業(yè)有限公司，山西 懷仁 038300；3.泰伯克(天津)機(jī)械設(shè)備有限公司，天津 301712)

某選煤廠是一座設(shè)計能力為10.00 Mt/a的礦井型動力煤選煤廠，其煤質(zhì)條件優(yōu)越，含矸率低，但煤種硬度大、韌性高，礦井采用斜井開拓，盤區(qū)條帶式開采，采用一次采全高采煤工藝，多數(shù)情況下原煤粒度較大。該廠在主運(yùn)大巷輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)安裝了1臺MMD706進(jìn)口齒輥破碎機(jī)用于破碎工作面大塊原煤。設(shè)備使用初期運(yùn)轉(zhuǎn)良好，但隨著使用年限增加，設(shè)備磨損嚴(yán)重、性能降低，破碎粒度超限，設(shè)備維修量增加，由于進(jìn)口設(shè)備備件的成本高、供貨周期長，備件不能及時得到更換，制約了選煤廠生產(chǎn)能力的提高。

MMD706型分級破碎機(jī)采用齒帽結(jié)構(gòu)，具有分級和破碎的雙重功效，因具有整機(jī)高度低、成塊率高、過粉碎低、單機(jī)處理能力大和破碎效率高等技術(shù)優(yōu)勢，在國內(nèi)被推薦應(yīng)用于煤炭、石灰石和鋁土礦等中硬度以下物料的破碎[1-2]。齒輥工作部的結(jié)構(gòu)形式主要有齒板式、齒靴式、齒帽式等結(jié)構(gòu)形式。為了降低進(jìn)口備件采購成本，各大集團(tuán)與科研院所及企業(yè)合作進(jìn)行破碎齒輥工作部國產(chǎn)化研制工作。齒板式和齒靴式破碎輥結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了良好應(yīng)用，但齒帽式結(jié)構(gòu)破碎輥工作部因齒帽與齒座復(fù)雜，曲面配合技術(shù)難以攻克，一直沒有間斷國產(chǎn)化工作的研究。該選煤廠與破碎機(jī)供貨廠家針對MMD706分級破碎機(jī)齒帽進(jìn)行了國產(chǎn)化升級研究，齒帽采用了TBM-I型強(qiáng)化技術(shù)，升級后的齒帽耐磨性和使用壽命得到顯著提升。

1 升級前使用現(xiàn)狀

該廠于2011年購入MMD706型齒帽式分級破碎機(jī)，用于大塊原煤破碎，入料粒度小于500 mm，出料粒度小于300 mm，處理量為3 000 t/h。隨著設(shè)備使用年限增加，出現(xiàn)如下問題。

(1)齒帽式分級破碎機(jī)的4個齒帽均布在一個圓周，齒帽見圖1。齒座的齒頭與齒帽配套裝配，齒帽間由螺栓串聯(lián)連接，當(dāng)其中一個螺栓剪斷，4個齒帽將會順序從齒座脫落，通過齒輥間的空隙落入出料膠帶，對出料膠帶等其他設(shè)備產(chǎn)生損壞，存在嚴(yán)重安全隱患的同時帶來經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 MMD706破碎機(jī)齒帽

(2)MMD706破碎機(jī)為進(jìn)口設(shè)備，備件價格高，供貨周期長，購買困難。齒帽的嚴(yán)重磨損以及破碎粒度超限等問題，給生產(chǎn)系統(tǒng)帶來壓力。

(3)齒帽磨損穿孔(見圖2)，齒座隨之磨損，因齒座短時間不具備更換條件，齒座與齒帽間間隙量變大。當(dāng)大塊物料進(jìn)入后，螺栓易松動并在聯(lián)接處剪斷，加大了工作人員的維修量，同時帶來安全隱患。

圖2 進(jìn)口齒帽磨損情況

2 MMD706齒輥破碎機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

MMD706型齒帽式分級破碎機(jī)主要由電機(jī)、耦合器、減速機(jī)、聯(lián)軸器、破碎輥、側(cè)梳齒、機(jī)架以及破碎梁等部件組成，采用單電機(jī)驅(qū)動。2個平行的破碎輥沿軸向分別布置了8個4齒齒帽組件，齒帽和齒座構(gòu)成1組齒帽組件。

齒帽式分級破碎機(jī)主要利用剪切力作用于塊煤上，兼并受到刺破和劈裂等作用實現(xiàn)破碎，充分利用了煤炭的強(qiáng)度特性(即抗壓強(qiáng)度>抗剪強(qiáng)度>抗拉強(qiáng)度)[2]。破碎后的物料從齒間間隙漏下，部分粒度大的物料被破碎梁阻擋，隨著齒與破碎梁的共同作用，大塊物料被進(jìn)一步破碎后強(qiáng)行排出[3]。

3 升級方案

3.1 齒帽曲面配合尺寸模擬優(yōu)化

破碎齒座與齒帽復(fù)雜曲面配合的設(shè)計優(yōu)化。傳統(tǒng)齒帽研制多數(shù)停留在外形的仿制階段，在齒座出現(xiàn)磨損的情況下，原有的曲面配合關(guān)系已經(jīng)被破壞。齒帽在破碎工作過程中受到剪切力、擠壓力和拉伸力的作用，結(jié)合齒帽實際工況，將3D掃描技術(shù)引用到設(shè)備研制過程中，采用Solid Works simulation進(jìn)行有限元靜態(tài)應(yīng)力分析[4]，對齒帽進(jìn)行數(shù)字模擬以及虛擬優(yōu)化[5]。設(shè)計和優(yōu)化齒帽與齒座復(fù)雜曲面的尺寸，對齒帽與齒座外圓結(jié)合部進(jìn)行強(qiáng)化處理，減小集中應(yīng)力，增強(qiáng)齒帽的耐磨性和使用壽命。

3.2 增強(qiáng)增韌技術(shù)研究

破碎部的耐磨性是破碎機(jī)的主要考核指標(biāo)，目前破碎齒部的主要材料以高錳鋼和低合金鋼為主[6-7]。通常情況下，材料的耐磨性與材料的硬度有關(guān)，硬度高則耐磨性好，但隨著硬度的提高，其韌性就會隨之降低，齒帽容易發(fā)生斷裂。通過研究分析碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)、鉬(Mo)對合金鋼性能的影響，結(jié)果顯示，隨著C、Mn含量的增加，鋼的硬度隨之上升，但韌性隨著C、Mn含量的增加而下降，Si、Mo含量對材質(zhì)影響不明顯。通過調(diào)節(jié)C、Si、Mn、Mo的比例，得到良好韌性和較高硬度的低合金鋼[8-9]。

此外，依據(jù)分級破碎機(jī)的工況，齒帽不僅有接觸磨損，還有沖擊磨損，在齒帽兩側(cè)易磨損部位進(jìn)行強(qiáng)化處理，增加耐磨性，延長齒帽的使用壽命。

3.3 聯(lián)接部優(yōu)化設(shè)計

MMD 706破碎機(jī)每組齒座對應(yīng)4個齒帽，齒帽依靠連接螺栓前后串聯(lián)，破碎機(jī)工作時，在動載荷強(qiáng)烈的震動和沖擊力作用下，螺栓螺母易松動脫落。對連接螺栓進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計，采用高強(qiáng)度螺栓以及放松螺母，同時為防止螺母松動進(jìn)而造成螺栓脫落，對螺栓結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，在適當(dāng)位置增加止退銷(見圖3)，確保即使螺母松動脫落，螺栓不脫落。止退銷選用42CrMo材質(zhì)，以增加其韌性和強(qiáng)度，防止斷裂。

圖3 高強(qiáng)度螺栓結(jié)構(gòu)優(yōu)化

4 應(yīng)用效果

MMD706型分級破碎機(jī)升級后，安裝使用并進(jìn)行了效果對比，安裝位置位于齒帽受沖擊力最大的入料口處，由TBM-1型強(qiáng)化齒帽替代原裝進(jìn)口齒帽4件，見圖4。通過對后期使用情況進(jìn)行跟蹤，現(xiàn)場反饋齒帽與齒座安裝和配合尺寸與進(jìn)口設(shè)備原裝齒帽相符，對比進(jìn)口原裝齒帽使用壽命6個月，TBM升級齒帽使用近12個月，使用壽命增加近一倍，基本達(dá)到了替代進(jìn)口齒帽的使用標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 TBM-1強(qiáng)化升級齒帽應(yīng)用現(xiàn)場

5 結(jié) 語

為適應(yīng)選煤廠高效、低成本運(yùn)行形勢要求，針對齒帽式分級破碎機(jī)提出TBM-1升級技術(shù)，采用3D掃描，結(jié)合磨損數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬、優(yōu)化材料選擇分析等，解決了曲面結(jié)合問題；通過對低合金鋼元素組成分析，調(diào)整元素比例以達(dá)到滿足韌性和強(qiáng)度需求；優(yōu)化設(shè)計連接部結(jié)構(gòu)，采用高強(qiáng)度螺栓、放松螺母以及增加止退銷防止螺母松動等。齒帽的耐磨性和使用壽命得到顯著提升，在滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需要前提下，提高了安全系數(shù)，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。