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0、引言
    傳統(tǒng)式破碎機(jī)（顎式破碎機(jī)、旋回式破碎機(jī)、反擊式破碎和錘式破碎機(jī)等）依靠工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)施加于被破碎物料上的沖擊壓力實(shí)現(xiàn)破碎，機(jī)器笨重、效率低、能耗高，這些缺點(diǎn)限制了破碎機(jī)破碎能力的提高，已經(jīng)不能滿足煤礦生產(chǎn)的需要。目前，國內(nèi)對(duì)于適合高產(chǎn)高效礦井的大破碎能力的破碎機(jī)，主要依賴進(jìn)口，從20世紀(jì)90年代起，大量引進(jìn)英國MMD公司、德國克虜伯公司、美國Terlx公司的破碎機(jī)。這些外國公司在我國煤炭行業(yè)推廣的破碎機(jī)價(jià)格昂貴、維護(hù)成本很高。國內(nèi)同類產(chǎn)品的破碎結(jié)構(gòu)和國外相似，但由于傳動(dòng)部件強(qiáng)度不如國外產(chǎn)品以及對(duì)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)不夠優(yōu)化，破碎能力較低。目前，國內(nèi)還沒有真正適合于煤礦井下、破碎能力超過4 000 t/h的破碎機(jī)。基于以上原因，結(jié)合神華能源股份有限公司神東分公司的需求，研制了一種新型高效差動(dòng)分級(jí)齒輥式破碎機(jī)，彌補(bǔ)了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的不足。
1、差動(dòng)分級(jí)齒輥式破碎機(jī)主要結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)
    現(xiàn)代化高產(chǎn)高效礦井建設(shè)迫切需要高產(chǎn)高效的設(shè)備，尤其是以快速、高效、節(jié)能為特點(diǎn)的新型設(shè)備，破碎機(jī)是煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，破碎機(jī)的性能和工作效率直接影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。新型高效差動(dòng)分級(jí)齒輥式破碎機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表1所示。
1.1主要結(jié)構(gòu)
    新型高效差動(dòng)分級(jí)齒輥式破碎機(jī)采用先進(jìn)的礦料破碎理論，優(yōu)化利用多級(jí)篩分結(jié)構(gòu)、齒輥差動(dòng)剪切以及動(dòng)態(tài)顎板等結(jié)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)礦料的分級(jí)破碎，設(shè)備效率高、壽命長、能耗低，彌補(bǔ)了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的不足，完全可以替代國外同類產(chǎn)品。該設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖1所示。差動(dòng)分級(jí)式破碎機(jī)主要由篩分機(jī)構(gòu)、破碎機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置和箱體四大部分組成。
    篩分機(jī)構(gòu)是借鑒現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，它起到一個(gè)篩分和推移物料的作用，即滿足一定尺寸的物料直接從滾軸篩軸隙落下由輸送機(jī)運(yùn)走，同時(shí)將大于一定尺寸的物料推移到破碎箱體里進(jìn)行破碎。各個(gè)滾軸以一定的角度傾斜布置，此結(jié)構(gòu)更有利于大塊物料的推移。
    該破碎機(jī)的破碎機(jī)構(gòu)是綜合了雙齒輥破碎機(jī)、分級(jí)破碎機(jī)及顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，主要作用就是破碎大塊的物料，并具有一定的粒度調(diào)整功能。
    動(dòng)力裝置主要由電動(dòng)機(jī)、液力耦合器、減速器和聯(lián)軸器組成，用來提供動(dòng)力。箱體則是安裝各個(gè)組件的基體，也是分級(jí)和破碎的空間。
1.2工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
    該破碎機(jī)在工作過程中，物料（原煤）由輸送機(jī)源源不斷地運(yùn)至并傾卸在分級(jí)箱體上方，滿足一定尺寸的物料就直接從軸隙間落下并被下面的輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)走，而大塊的物料則被推移到破碎箱體內(nèi)。進(jìn)入破碎箱體后，大塊的物料在輪齒剪切作用下首先進(jìn)行部分破碎。同時(shí)，由于兩排輪齒的轉(zhuǎn)速不同，因此還對(duì)物料形成了一個(gè)拉伸的作用。由于大部分巖礦物料的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其抗剪和抗張強(qiáng)度，它們之間的比例大致為10:1。大量試驗(yàn)表明，在剪切力和拉伸力作用下，巖礦物料的缺陷（節(jié)理、裂紋和損傷）處易產(chǎn)生應(yīng)力集中而破裂。因此，物料可被輪齒較容易地破碎。物料在被輪齒破碎的同時(shí)往下落，在顎體同輪齒間的擠壓作用下也不斷地被破碎。被破碎掉的小塊物料可以從顎體同輪齒之間的縫隙落下，剩下的部分重復(fù)以上過程，直到大塊物料被完全破碎成符合要求的尺寸。
    由以上分析可以得出該新型差動(dòng)分級(jí)式齒輥式破碎機(jī)具有如下特點(diǎn)：
    (1)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的分級(jí)破碎。設(shè)計(jì)了專門的篩分機(jī)構(gòu)，把不需要破碎的物料直接過濾掉．而把需要破碎的推移到破碎箱內(nèi)進(jìn)行破碎。
    (2)產(chǎn)量大，并且不會(huì)發(fā)生物料堵塞現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，在產(chǎn)量比較高，物料濕度比較大的情況下，普通的分級(jí)破碎機(jī)極易發(fā)生堵塞而影響生產(chǎn)。其原因就是沒有專門的篩分機(jī)構(gòu)，所有的物料都要經(jīng)過破碎箱進(jìn)行破碎。
    (3)破碎齒的壽命得到很大的提高。根據(jù)現(xiàn)場情況知道，物料（原煤）大約70%都是小塊，即不需要破碎的，而只有大約30%是需要破碎的。則在產(chǎn)量相同的情況下，破碎齒的工作強(qiáng)度大大減小，壽命自然提高。
    (4)能耗低。該破碎機(jī)的裝機(jī)功率為270 kW，比具有相同產(chǎn)量的破碎機(jī)有更小的功率( MMD850的裝機(jī)功率為400 kW)。
    (5)采用最新的破碎理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分利用輪齒的剪切和拉伸作用進(jìn)行破碎，并結(jié)合顎式破碎機(jī)的特點(diǎn)，使破碎效果達(dá)到最佳。
    (6)結(jié)構(gòu)緊湊，移動(dòng)較靈活，可用于井下及地面。
2、差動(dòng)分級(jí)齒輥式破碎機(jī)的建模及運(yùn)動(dòng)仿真
    為了進(jìn)一步對(duì)該新型高效差動(dòng)分級(jí)齒輥式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，在此利用Pro/E軟件對(duì)其進(jìn)行建模，建立起虛擬樣機(jī)，然后利用Pro/E的Mechanism仿真模塊，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。這樣可以避免必須制造樣機(jī)才能再做實(shí)驗(yàn)的弊端，同時(shí)也可以對(duì)設(shè)計(jì)工作起到指導(dǎo)作用。
2.1破碎機(jī)的建模
    以形狀比較復(fù)雜的破碎齒為例，主要建模過程如下：使用口]拉伸工具，建立破碎齒基體模型，如圖2(a)所示；使用口]拉伸及陣列工具，在基體的基礎(chǔ)上添加齒的模型，如圖2(b)所示；利用’倒圓和’倒角工具進(jìn)行修改，得到的模型如圖2(c)所示；選取一個(gè)齒，點(diǎn)擊菜單欄“插入”，在下拉菜單中依次選取“掃描混合”、“切口”，按照彈出對(duì)話框的步驟，草繪掃描軌跡和掃描截面，切除破碎齒多余部分，利用]I[鏡像工具和陣列工具，可作用于其他3個(gè)齒，最終建立的破碎齒模型如圖2(d)所示。差動(dòng)分級(jí)齒輥式破碎機(jī)整體模型如圖3所示。
2.2運(yùn)動(dòng)仿真
    建立好各個(gè)零部件的模型后，根據(jù)破碎機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)，將各零部件裝配成具有連接關(guān)系的整體。其中：滾軸篩軸組件和箱體基座之間為銷釘連接；2個(gè)破碎軸與箱體基座也是銷釘聯(lián)接；電動(dòng)機(jī)部件與相連的軸之間為剛性聯(lián)接，以便傳遞動(dòng)力；滾軸篩部分的各齒輪之間要按照傳動(dòng)的順序，定義成齒輪副連接。裝配完成后，進(jìn)入Mechanism機(jī)構(gòu)仿真環(huán)境進(jìn)行操作。首先，使用( Servo)定義伺服電機(jī)工具，分別在各個(gè)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上添加一個(gè)動(dòng)力源，并設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)。然后，使用．( Analyses)分析工具建立分析，選擇運(yùn)動(dòng)分析并運(yùn)行。最后，使用( Playback)回放工具，選取所得的分析結(jié)果，運(yùn)行并觀察得到的結(jié)果。經(jīng)過觀察破碎機(jī)的模擬工作情況，不僅可以更加深刻地理解該差動(dòng)分級(jí)齒輥式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而且還可以從中發(fā)現(xiàn)問題，為以后的改進(jìn)提供直觀的依據(jù)。
3、結(jié)語
    差動(dòng)分級(jí)齒輥式破碎機(jī)采用先進(jìn)的礦料破碎理論，在設(shè)備結(jié)構(gòu)上綜合利用了“多級(jí)篩分”結(jié)構(gòu)、齒輥差動(dòng)剪切以及動(dòng)態(tài)顎板等結(jié)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)礦料的“分級(jí)破碎”。大大提高了破碎量，降低了齒輥的工作強(qiáng)度；設(shè)備效率高、壽命長、能耗低，彌補(bǔ)了國內(nèi)外同類產(chǎn)品的不足，完全可以替代國外同類產(chǎn)品。