郭 帥
(晉能控股煤業(yè)集團機電管理部,山西 大同 037000)
晉華宮礦井下多個工作面順槽中安裝有PLM3500 型輪式破碎機,該設(shè)備與SZZ1200/525型順槽橋式轉(zhuǎn)載機配套使用,與工作面的皮帶機、刮板機、采煤機等配套形成機械化開采工藝。破碎機的作用是將轉(zhuǎn)載機上的大塊原煤進行破碎,然后運走,PLM3500 型輪式破碎機可調(diào)整出煤間隙為150~300 mm,將大塊原煤破碎到所需塊度。
從晉華宮礦的實踐情況來看,PLM3500 型輪式破碎機整體工作較為穩(wěn)定,對大塊的原煤和矸石起到了一定的粉碎效果。受井下惡劣環(huán)境的影響,井下常需要對該型號破碎機進行維修和保養(yǎng),設(shè)備工作時間和工作效率下降。針對這一情況,有必要對PLM3500 型輪式破碎機進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,以提高破碎機應(yīng)用性能,提高工作效率。
PLM3500 輪式破碎機的結(jié)構(gòu)如圖1。該破碎機主要由傳動部、主架體、破碎架、底槽、錘軸、調(diào)高墊板、減速器、耦合器、電機、噴霧裝置等組成。
圖1 PLM3500 輪式破碎機結(jié)構(gòu)示意圖
PLM3500 型輪式破碎機各部件通過螺栓緊固連接,構(gòu)成破碎機總體。主架體左右側(cè)安裝傳動裝置、潤滑裝置、防塵裝置;機架頂部有拆裝方便的檢查窗;破碎錘軸安裝在機架兩側(cè),調(diào)高使用墊板式調(diào)高裝置??筛鶕?jù)所需要的煤炭塊度,確定安裝墊板的件數(shù)。
PLM3500 型輪式破碎機的工作原理:SZZ1200/525 型順槽橋式轉(zhuǎn)載機輸送原煤,破碎機破碎錘軸帶動破碎錘頭進行高達417 r/min 旋轉(zhuǎn)運輸,從而對大塊原煤和矸石進行沖擊和截割,實現(xiàn)對大塊原煤和矸石的破碎。
裝置傳動部采用液力耦合器起動,起動特性軟、過載保護性能好。整個系統(tǒng)比皮帶輪傳動的能量損失少,傳動可靠,安裝維修方便。
PLM3500 輪式破碎機在晉華宮礦井下煤礦開采的生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)了如下設(shè)計缺陷。
PLM3500 輪式破碎機工作時,錘軸轉(zhuǎn)速高達417 r/min,但錘軸軸承座的固定采用4 個內(nèi)六角螺栓與螺母連接,該固定方式的設(shè)計易造成錘軸松動,進而使得錘軸動平衡失效而損壞錘軸軸承。
PLM3500 輪式破碎機重量高達30 t,加之晉華宮礦井下工作面順槽底板煤質(zhì)偏軟,表面凹凸不平,傾角大,使得滑動摩擦阻力增大,設(shè)備推進困難。破碎機的移動主要是依靠轉(zhuǎn)載機的移動而移動,其本身底槽無支撐點,行進過程產(chǎn)生巨大滑動摩擦阻力,設(shè)備向前推進問題嚴(yán)重。
從結(jié)構(gòu)分析可知,該破碎機錘頭是插入錘體中的,錘頭上開有螺紋盲孔,通過1 個M36×150 的螺栓連接,然后加緊固組件進行固定。錘頭的這種連接方式在實踐當(dāng)中會造成連接螺栓斷裂后無法從錘頭中取出,必須對錘頭進行更換,錘頭連接方式缺陷明顯。
PLM3500 型輪式破碎機通過增減調(diào)高墊板數(shù)量來調(diào)節(jié)錘頭與底槽的中板間距離,從而調(diào)節(jié)破碎機的輸出粒度。從實踐應(yīng)用情況來看,破碎機增減墊板數(shù)量的過程非常不便,錘頭與底槽的中板間距離調(diào)整難度大。
基于PLM3500 輪式破碎機在晉能控股煤業(yè)集團晉華宮礦的應(yīng)用情況,結(jié)合其設(shè)計缺陷,對PLM3500輪式破碎機的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計研究[1-6]。
對錘軸軸承座的固定進行優(yōu)化,優(yōu)化前后對比情況如圖2。從圖中可知,錘軸軸承座固定位置由主架體固定塊和活動壓塊之間調(diào)整到主架體固定塊與破碎架固定塊之間,錘軸重心位于主架體固定塊內(nèi),主架體固定塊開口處尺寸設(shè)置為500 mm。該設(shè)計可以有利于錘軸組件的裝配和拆卸。優(yōu)化后,錘軸軸承座的固定更加牢固,錘軸轉(zhuǎn)動過程中不易松動,也不易造成動平衡失效,可以有效提高設(shè)備的使用壽命。
圖2 錘軸軸承座固定優(yōu)化前后對比示意圖 (單位:mm)
對破碎機的推進進行優(yōu)化設(shè)計,優(yōu)化前后對比情況如圖3。從圖中可知,優(yōu)化后在破碎機底槽增加邁步自移的連接點,采煤時,增加的邁步自移能抬高破碎機使其與順槽底板分離,破碎機與底板之間的摩擦調(diào)整為滾動摩擦,有效降低了該位置處的向前推移阻力,對于順槽傾角大的工況條件更能適應(yīng)。
圖3 破碎機底槽優(yōu)化前后對比示意圖
對破碎機錘頭結(jié)構(gòu)及連接方式進行優(yōu)化設(shè)計,優(yōu)化前后對比情況如圖4。從圖中可知,優(yōu)化后錘頭結(jié)構(gòu)調(diào)整為臺階通孔,錘頭頸部從112 mm 縮短為64 mm,錘頭連接方式調(diào)整為螺栓與防松螺母結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后,螺栓斷后,可以非常容易從錘頭處取出,不用重新更換錘頭,另外提高了錘頭在頸部的抗斷能力。
圖4 優(yōu)化前、后錘頭結(jié)構(gòu)及連接方式對比
對破碎機調(diào)高墊板結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計,優(yōu)化前后對比情況如圖5。從圖中可知,優(yōu)化后調(diào)高墊板仍保留為三層,不同之處在于每層實行分段設(shè)計,一、二、三層分別分為兩段、三段、兩段,調(diào)整墊板銷孔和螺栓連接孔為開口結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后,墊板數(shù)量的增減操作便利。
圖5 調(diào)高墊板結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后對比示意圖
對晉華宮礦井下PLM3500 輪式破碎機的設(shè)計缺陷進行分析,基于晉華宮礦的地質(zhì)條件,針對性地對錘軸軸承座固定進行優(yōu)化,對破碎機的推進進行優(yōu)化,對錘頭結(jié)構(gòu)及連接方式進行優(yōu)化,對調(diào)高墊板結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化后的破碎機破碎穩(wěn)定性增加,破碎效率提高,整機及零部件的使用壽命大幅度延長,具有較好的安全經(jīng)濟效益。