國產(chǎn)煤用分級破碎設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀范文

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摘要：文章論述了我國分級破碎設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，其總體結(jié)構(gòu)基本成熟，耐磨材質(zhì)性能大幅提高，關(guān)鍵零部件可靠性大幅提高，且控制系統(tǒng)不斷完善；并從現(xiàn)場適應(yīng)性程度、腔體結(jié)構(gòu)、粒度調(diào)整、齒型結(jié)構(gòu)等方面分析了國內(nèi)外分級破碎裝備的技術(shù)異同點，提出了顆粒破碎模擬試驗和完整的研發(fā)體系建設(shè)是未來的技術(shù)研究重點。

關(guān)鍵詞：分級破碎機(jī)；耐磨材質(zhì)；控制系統(tǒng)；顆粒破碎

破碎機(jī)是煤炭生產(chǎn)的關(guān)鍵輔助設(shè)備，煤炭工業(yè)中廣泛采用的各式破碎機(jī)由于結(jié)構(gòu)與機(jī)理不同，應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點各不相同。而在20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)的一種新型分級破碎技術(shù)，充分利用巖礦的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其抗剪和抗拉強(qiáng)度的特性，對物料通過剪切、劈裂的機(jī)理進(jìn)行破碎［1］。與反擊、錘式、顎式、圓錐、沖擊等傳統(tǒng)破碎技術(shù)相比，以其獨特的功能及技術(shù)優(yōu)勢迅速應(yīng)用于煤炭等中硬以下物料的破碎作業(yè)。本文將論述我國分級破碎設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，分析國內(nèi)外分級破碎裝備的技術(shù)異同點，并提出分級破碎未來的技術(shù)研究重點。

1國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

1.1總體結(jié)構(gòu)基本成熟國內(nèi)的分級破碎技術(shù)起步較晚，二十余年來國內(nèi)分級破碎技術(shù)發(fā)展較快，總體結(jié)構(gòu)基本成熟，機(jī)體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動型式、布置型式、行走機(jī)構(gòu)、齒型結(jié)構(gòu)等方面均有較大突破，工藝性能指標(biāo)如入料粒度、出料粒度、處理能力等方面也有了較大的進(jìn)步，尤其是“十一五”、“十二五”期間國產(chǎn)分級破碎機(jī)的大型化方面突飛猛進(jìn)，基本能夠滿足國內(nèi)大中型煤礦的需求，與國外先進(jìn)產(chǎn)品的差距明顯縮小，但國內(nèi)大多是對國外進(jìn)口產(chǎn)品的仿制，創(chuàng)新性不強(qiáng)。目前國內(nèi)各廠家傳動配套件現(xiàn)已基本趨同，均采用“高端集成”的理念，盡量縮小與國外產(chǎn)品的性能差異，電機(jī)大多采用佳木斯或南陽電機(jī)，偶合器采用德國VOITH或意大利TRANSFLUID，減速機(jī)采用德國FLENDER或SEW，已形成標(biāo)準(zhǔn)的配套模式。

1.2耐磨材質(zhì)性能大幅提高齒輥材質(zhì)的耐磨性是破碎機(jī)的重要性能指標(biāo)。隨著煤炭資源的深度開采，原煤含矸量增多、破碎強(qiáng)度增加對齒輥材質(zhì)帶來前所未有的挑戰(zhàn)，要求分級破碎機(jī)的破碎齒既要具有足夠的耐磨性又要有比較高的韌性，同時還要具有易加工性和可更換性［2］。齒輥材質(zhì)經(jīng)過多年的發(fā)展，從原來的合金鋼堆焊工藝發(fā)展到現(xiàn)在的整體鑄造貝氏體耐磨合金鋼并配以相應(yīng)的熱處理工藝，取得了了較大的技術(shù)進(jìn)步［3，4］，熱處理后的材質(zhì)硬度為HRC45－50，達(dá)到了硬度高、韌性佳的效果，齒輥易磨損、使用壽命短、掉齒、斷齒等失效情況明顯減少。

1.3關(guān)鍵零部件可靠性大幅提高經(jīng)過多年的快速發(fā)展，在設(shè)備大型化的同時，也堅持注重設(shè)備的可靠性研究，通過更新設(shè)計手段，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，改進(jìn)加工工藝等措施使分級破碎機(jī)關(guān)鍵零部件的可靠性有了較大提高，主軸斷裂、齒牙斷裂、圓螺母松動脫扣、齒板聯(lián)結(jié)松動等結(jié)構(gòu)失效問題基本得以解決，設(shè)備故障率明顯降低［5，6］，與國外先進(jìn)產(chǎn)品之間的差距明顯較小。

1.4控制系統(tǒng)不斷完善分級破碎機(jī)的配套控制逐漸趨于完善，功能更加齊全，從原來簡單的正反轉(zhuǎn)、啟停按鈕發(fā)展到如今的多功能智能控制保護(hù)系統(tǒng)，其集成了正反轉(zhuǎn)、啟停、緊急保護(hù)等常規(guī)功能，具有手動／自動、就地／遠(yuǎn)方等多種控制方式，具有集中潤滑控制、可對電動機(jī)的電流、軸承溫度、齒輥轉(zhuǎn)速等參數(shù)實現(xiàn)在線監(jiān)測，并和整個礦井及選煤廠集控系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，主、被動保護(hù)功能基本完善［7，8］。但在控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、控制精度、智能化等方面仍有較大提升空間，是未來的發(fā)展趨勢。

2國內(nèi)外技術(shù)異同

2.1產(chǎn)品對現(xiàn)場的適應(yīng)程度不同澳大利亞ABON、英國MMD、瑞典SANDVIK、南非SHEAR等國際分級破碎產(chǎn)品普遍實行標(biāo)準(zhǔn)化，以英國MMD分級破碎機(jī)為例，公司自第一臺破碎篩分機(jī)問世以來，已先后累計推出多種規(guī)格的輪齒式分級破碎機(jī)，用戶只能選擇相匹配的規(guī)格型號進(jìn)行應(yīng)用，產(chǎn)品對現(xiàn)場的適應(yīng)性一般。而國內(nèi)分級破碎產(chǎn)品大多采用定制化，尤以唐山研究院的SSC分級破碎機(jī)最具代表性，從整機(jī)結(jié)構(gòu)到齒型布置等參數(shù)均采用為用戶量體裁衣式的定制原則，產(chǎn)品對現(xiàn)場的適應(yīng)性強(qiáng)。

2.2產(chǎn)品粒度調(diào)整方式不同國外分級破碎機(jī)產(chǎn)品一般采用固定齒輥中心距，中心距不可調(diào)。英國MMD、南非SHEAR、美國PENNSYLVANIA、澳大利亞ABON等均為固定中心距，瑞典SANDVIK采用活動插板式的軸承座蓋型式，原則上可以調(diào)整齒輥中心距，但實際操作起來極為困難，需要將整個上部聯(lián)接溜槽拆除，破碎機(jī)設(shè)備主體進(jìn)行解體，再重新組裝，工程量太大，不具備機(jī)動靈活性，一般設(shè)備安裝調(diào)試好后就很少調(diào)整。而英國MMD破碎機(jī)兩個齒輥間距不可調(diào)整，齒輥內(nèi)旋無法進(jìn)行粒度調(diào)節(jié)，齒輥外旋時依靠調(diào)整側(cè)板上的梳齒板來進(jìn)行粒度調(diào)節(jié)；國內(nèi)分級破碎機(jī)也大多采用剛性齒輥中心距，中心距可調(diào)與不可調(diào)的產(chǎn)品均有，新鄉(xiāng)威達(dá)、山東萊蕪、北京博創(chuàng)凱盛等為中心距不可調(diào)產(chǎn)品，以唐山研究院的為代表性的中心距可調(diào)產(chǎn)品SSC分級破碎機(jī)為例，其獨特設(shè)計了偏心軸承杯粒度調(diào)整機(jī)構(gòu)，軸承座蓋是固定式，通過旋轉(zhuǎn)偏心軸承杯，就可起到調(diào)整齒輥中心距的作用，調(diào)整后偏心軸承杯與軸承座蓋采用螺栓聯(lián)接，仍然是固定中心距［9，10］。采用該結(jié)構(gòu)，調(diào)整齒輥中心距方便快捷，只需拆除若干條螺栓即可，工程量小，可以起到靈活調(diào)節(jié)排料粒度的作用，增強(qiáng)分級破碎機(jī)后續(xù)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性。

2.3腔體設(shè)計不同國外分級破碎機(jī)大多采用連體腔體結(jié)構(gòu)如圖4所示，即破碎腔體包含軸承座蓋，尤以英國MMD、澳大利亞ABON等生產(chǎn)廠商為代表。連體腔體結(jié)構(gòu)優(yōu)點是可以有效縮短整機(jī)長度，破碎腔體強(qiáng)度更高同時節(jié)省大量材料，缺點是該結(jié)構(gòu)對軸承密封要求更高，軸承密封部位直接暴露破碎腔中，粉塵極易進(jìn)入軸承，影響軸承正常使用壽命，軸承座蓋檢修較為困難。國內(nèi)分級破碎機(jī)以分體腔體結(jié)構(gòu)居多，如圖5所示，分體軸承座蓋結(jié)構(gòu)靈活，檢修方便，對軸承的防護(hù)也更加到位，缺點是增加了設(shè)備的整體長度，在緊湊型空間安裝時有一定局限性。總體來說，連體腔體結(jié)構(gòu)和分體腔體結(jié)構(gòu)優(yōu)劣各異。

2.4齒型結(jié)構(gòu)的多樣性不同國外分級破碎機(jī)齒型多種多樣，涵蓋粗、中、細(xì)碎各個粒級。其中常見的有整體輥式、齒板式、齒環(huán)式、齒帽式、齒靴式等齒型結(jié)構(gòu)如圖6所示［11，12］，各種齒型技術(shù)較為成熟，應(yīng)用廣泛。而國內(nèi)廠商在齒型結(jié)構(gòu)方面較為單一，僅在整體輥式、齒板式、齒環(huán)式方面技術(shù)成熟，而齒帽式、齒靴式方面技術(shù)相對有所欠缺，雖然這兩種齒型也已推向市場，但實際應(yīng)用效果并不理想，還需加大技術(shù)攻關(guān)力度，盡快掌握相關(guān)技術(shù)關(guān)鍵。

3分級破碎裝備未來發(fā)展方向

3.1顆粒破碎模擬試驗DEM離散單元法是一種用于分析物質(zhì)系統(tǒng)動力學(xué)問題的數(shù)值計算方法，通過建立固體顆粒體系的參數(shù)化模型，進(jìn)行顆粒行為模擬和分析，已成為過程分析、設(shè)計優(yōu)化和產(chǎn)品研發(fā)的一種強(qiáng)有力的工具。目前DEM在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸成熟，已經(jīng)在顎式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)和球磨機(jī)等顆粒粉碎設(shè)備上得到了應(yīng)用，而在分級破碎機(jī)的應(yīng)用鮮有報道。高效煤炭洗選需要破碎工藝的成塊率越高越好，而過粉碎越低越好，一般要求產(chǎn)品超限粒度不超過10％，這就需要探索齒輥轉(zhuǎn)速、齒輥結(jié)構(gòu)型式、齒的布置方式等工藝與結(jié)構(gòu)參數(shù)對破碎效果影響規(guī)律。為了能有效減少分級破碎機(jī)研發(fā)成本和時間，并為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工作性能的提升提供參考，需要采用DEM開展大型分級破碎機(jī)的破碎過程數(shù)值模擬［13，14］，探索工藝與結(jié)構(gòu)參數(shù)對大型分級破碎機(jī)產(chǎn)量、產(chǎn)物粒度組成和功耗等情況。

3.2完整的研發(fā)體系建設(shè)對于大型破碎機(jī)的機(jī)械設(shè)計，傳統(tǒng)研究主要采用以“應(yīng)力應(yīng)變不超限”的靜力學(xué)設(shè)計或經(jīng)驗設(shè)計方法為主，而在破碎過程中，不能忽視物料、尤其是高寒地區(qū)結(jié)塊煤巖對分級破碎機(jī)破碎齒輥的瞬時沖擊作用，以及破碎過程的持續(xù)動態(tài)激勵誘發(fā)的設(shè)備可靠性差等問題［15］。現(xiàn)有大型分級破碎機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核時僅以靜力法峰值載荷形式施加分析并不符合實際，需要建立分級破碎機(jī)的完整研發(fā)體系。可總結(jié)為：首先，在經(jīng)驗設(shè)計基礎(chǔ)上建立分級破碎機(jī)三維模型；其次，引入離散元法仿真研究結(jié)構(gòu)與工藝參數(shù)對破碎過程的影響，確定最佳工藝與破碎齒輥結(jié)構(gòu)參數(shù)；然后，提取工藝需求下煤巖粒群對箱體結(jié)構(gòu)的動載荷，通過有限元法分析和實際測試來評價分級破碎機(jī)結(jié)構(gòu)性能；最后，通過肋板、加強(qiáng)筋等的布置最優(yōu)化來實現(xiàn)箱體結(jié)構(gòu)動應(yīng)力的降低或分布均勻，以改善箱體動態(tài)特性，形成樣機(jī)產(chǎn)品。

4結(jié)語

伴隨著煤炭行業(yè)的迅猛發(fā)展，國產(chǎn)分級破碎技術(shù)水平得到快速提升，但也應(yīng)該清醒地認(rèn)識到國產(chǎn)裝備與國際先進(jìn)產(chǎn)品還存在一定差距，而隨著我國煤炭行業(yè)形勢的變化，分級破碎機(jī)技術(shù)研究不應(yīng)再一味追求大型化，而應(yīng)側(cè)重于對分級破碎過程的數(shù)值模擬、有限元分析和設(shè)備可靠性保障等關(guān)鍵技術(shù)。

作者：王保強(qiáng)1，2；王國法1，3；李朋2 單位：1煤炭科學(xué)研究總院開采研究分院，2中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，3􀆰天地科技股份有限公司