王平，李洪雙，田松閣，張喆，劉曉偉

1 前言

近十幾年來，機制砂骨料市場需求旺盛，產(chǎn)能逐年遞增，許多水泥企業(yè)利用自身優(yōu)勢，全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展機制砂骨料生產(chǎn)，在建、已建機制砂骨料生產(chǎn)線數(shù)量較多，大力促進了機制砂骨料行業(yè)的發(fā)展。

骨料生產(chǎn)最主要的工藝裝備為破碎機，中硬巖類礦物作為骨料生產(chǎn)用量最大的原料，最適宜使用的破碎機為沖擊式破碎機。目前，沖擊式破碎機主要有錘式和反擊式兩種機型，反擊式破碎機相對于錘式破碎機，破碎堅硬石灰石等材料的能力更強，出料粒型更好，且粒度可調(diào)節(jié)性強，更加適用于粒型和粒度可調(diào)節(jié)性要求高的骨料生產(chǎn)。按照工段的不同、進出料粒度的不同，中硬巖類反擊式破碎機又可以分為單段式、中碎式、細碎式三種，本文主要介紹中碎反擊式破碎機。

天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院有限公司（以下簡稱“天津水泥院”）于2011 年開發(fā)了第一代中碎反擊式破碎機，物料通過量、產(chǎn)品粒度級配均可滿足工況要求，但存在出料粒型針片度較高，反擊板、均整板等調(diào)節(jié)不便，均整板保護裝置保護效果差、均整板不可拆卸、殼體結(jié)構(gòu)有缺陷等問題。近兩年來，天津水泥院對第一代中碎反擊式破碎機進行了改造，設(shè)計開發(fā)了新一代TKPFM 型中碎反擊式破碎機，解決了上述問題，提高了設(shè)備適應(yīng)性和可靠性。

2 第一代中碎反擊式破碎機的工作原理及存在的問題

2.1 第一代中碎反擊式破碎機的工作原理

中碎反擊式破碎機是水泥、砂石骨料及其他非金屬礦業(yè)領(lǐng)域非常重要和常用的一種破碎機，一般在粗碎作業(yè)后使用，作用是將粒徑＜500mm 的脆性巖石破碎到出料粒度＜30mm，以滿足成品粒度和生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)量要求。

第一代中碎反擊式破碎機由轉(zhuǎn)子、兩道反擊板、均整板、殼體等部分組成，其結(jié)構(gòu)和實物照片見圖1，工作原理示意見圖2。如圖1、圖2所示，物料進入破碎機后，經(jīng)轉(zhuǎn)子打擊并拋向反擊板部，隨后反彈回來，經(jīng)轉(zhuǎn)子和其他物料的再次打擊，再次拋向反擊板部。如此反復(fù)粉碎至物料減小到既定粒度，最后被轉(zhuǎn)子帶入均整板部。均整板部是破碎機的重要組成部件之一，其作用是將物料進行最后一次破碎成型，達到要求的出料粒度并整形，使物料粒度、粒型皆滿足要求。

圖1 第一代中碎反擊式破碎機結(jié)構(gòu)及實物照片

圖2 第一代中碎反擊式破碎機工作原理示意

2.2 第一代中碎反擊式破碎機存在的問題

2.2.1 均整板和物料接觸表面形式過于平滑

第一代中碎反擊式破碎機均整板部結(jié)構(gòu)如圖3所示。均整板和物料接觸表面形式過于平滑，物料沒有經(jīng)過充分地反復(fù)摩擦和翻滾破碎，出料粒型針片度較高，平均＜8%。

圖3 第一代中碎反擊式破碎機均整板部結(jié)構(gòu)

2.2.2 反擊板調(diào)節(jié)保護裝置調(diào)節(jié)不方便

第一代中碎反擊式破碎機反擊板調(diào)節(jié)保護裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，兩道反擊板的調(diào)節(jié)保護裝置作用主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是使反擊板在通過難破碎異物時能夠回彈避讓，從而保護反擊板結(jié)構(gòu)不被破壞；二是調(diào)節(jié)反擊板的位置，使反擊板出料口和轉(zhuǎn)子之間的距離隨之改變，以調(diào)節(jié)出料粒度的大小或補償耐磨件的磨損。

圖4 第一代中碎反擊式破碎機反擊板調(diào)節(jié)保護裝置結(jié)構(gòu)

第一代中碎反擊式破碎機反擊板調(diào)節(jié)保護裝置的調(diào)節(jié)方式為機械式，依靠兩側(cè)的螺桿進行螺紋調(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)方式速度極慢，如遇螺桿微變形、螺紋磨損、機架微變形、雜質(zhì)粘堵在螺紋處等情況，所需的調(diào)節(jié)力非常大，有時甚至無法調(diào)節(jié)，給現(xiàn)場維護造成了很大的困難，不僅增加了維護成本，而且降低了生產(chǎn)效率。

2.2.3 均整板調(diào)節(jié)保護裝置可靠性較低

均整板的調(diào)節(jié)保護裝置結(jié)構(gòu)與反擊板一致，其調(diào)節(jié)方式也是機械式，通過彈簧調(diào)節(jié)。如遇難破碎異物，調(diào)節(jié)保護裝置頂在均整板主體結(jié)構(gòu)原位置的彈簧自動壓縮，使均整板部回彈，出料口變大，異物通過，結(jié)構(gòu)受力瞬間降低，保護均整板不被損壞。但因設(shè)計時缺少精準算法，很難精確計算出破碎過程中所需的生產(chǎn)力和通過異物時的施加力，難以保證正常工況下，均整板部不會回彈，破碎正常進行；同時，在異物通過時，均整板部能夠回彈，起到保護作用。利用目前的算法計算出的結(jié)果，與實際情況往往相差很大。如果彈簧選型過大，則保護裝置保護能力受限；選型過小，則無法保證破碎機正常運行。彈簧的預(yù)壓力隨彈簧高度的改變作線性變化，而現(xiàn)場調(diào)節(jié)的彈簧預(yù)壓力往往不精準。

第一代中碎反擊式破碎機均整板僅下部設(shè)有調(diào)節(jié)保護裝置，上部完全固定，導(dǎo)致異物到達均整板上部時，結(jié)構(gòu)易損壞。同時，由于均整板上部無法進行大范圍的間距調(diào)節(jié)，導(dǎo)致破碎機出料粒度調(diào)控能力減弱，上下耐磨件磨損不均勻，利用率不高。

2.2.4 均整板不可拆卸

在一些工況下，破碎機工段越多，破碎效果越好，成品物料越細，但遇易碎物料時，工段多則可能會造成過粉碎情況，不符合成品物料粒度要求，此時需要減少破碎工段。第一代中碎反擊式破碎機為“兩道反擊板”+“一道均整板”三道破碎工段，當物料出現(xiàn)過粉碎情況，即便將各破碎工段間隙調(diào)得較大，提高物料粉碎粒度效果也不佳，此時需拆掉均整板，將三道破碎工段變?yōu)閮傻榔扑楣ざ巍５宀鹣潞?，對?yīng)的下殼體后部因沒有襯板保護，將遭受原料的持續(xù)打擊和沖刷，產(chǎn)生變形和磨蝕，不利于產(chǎn)品粒度調(diào)節(jié)，實際生產(chǎn)時均整板不可拆卸。

2.2.5 殼體筋板及各部分剖分面布置不當

破碎機殼體受力復(fù)雜，其作用是支撐其他工作部件，密閉破碎空間，使破碎機整機和外界結(jié)構(gòu)相連。第一代中碎反擊式破碎機由于殼體筋板布置不當，導(dǎo)致殼體長期使用易出現(xiàn)變形，對設(shè)備安全和維護造成影響。殼體各部分剖分面設(shè)置不當、側(cè)邊部分和端部部分采用焊接結(jié)構(gòu)，造成運輸時可拆解的最小殼體部件體積大、容重比大，運輸成本高，在狹小地域運輸和安裝時空間受限制。第一代中碎反擊式破碎機殼體剖分面和筋板布置見圖5，殼體結(jié)構(gòu)見圖6。

圖5 第一代中碎反擊式破碎機殼體剖分面和筋板布置

圖6 新一代中碎反擊式破碎機殼體結(jié)構(gòu)

3 新一代TKPFM型中碎反擊式破碎機的設(shè)計優(yōu)化

3.1 重新設(shè)計改進均整板主體結(jié)構(gòu)

新設(shè)計的均整板主體部分由均整板架、齒條、承擊板、上滑軌、上支軸、下滑軌、杠桿、下支軸、銷軸、上液壓缸鉸軸、下液壓缸鉸軸等組成（見圖7）。均整板架為整體焊接結(jié)構(gòu)，由多個橫梁、鋼板、筋板、鋼管連接，上面依次加工出承擊板襯板孔、連接銷軸孔等（見圖8）。齒條有多根，相當于原第一代中碎反擊式破碎機襯板，為整體鑄造結(jié)構(gòu)，依次從橫梁推進，騎在橫梁上。承擊板用螺栓固定連接在鋼板上。

圖7 新一代中碎反擊式破碎機的均整板主體部分結(jié)構(gòu)

圖8 新一代中碎反擊式破碎機的均整板架結(jié)構(gòu)

第一代中碎反擊式破碎機均整板主體部分的支撐全靠上部銷軸懸掛，在滿負荷運行時可靠性不強，且下部調(diào)節(jié)時，均整板受力更大，調(diào)節(jié)不方便。而新一代中碎反擊式破碎機均整板主體部分對應(yīng)的下殼體位置增加了支撐臺，使整個均整板可以通過上下滑軌直接支撐在下殼體上。改造后，均整板主體部分的調(diào)節(jié)和支撐比第一代更加方便和可靠。

新一代中碎反擊式破碎機均整板的優(yōu)點在于“襯板改齒條”，將第一代的平緩襯板結(jié)構(gòu)替換為了具有牙板鋸齒狀結(jié)構(gòu)的齒條組件，均整板架支撐從鋼板變?yōu)闄M梁，以連接齒條。改造后，新一代中碎反擊式破碎機均整板階梯阻礙效果比平緩襯板結(jié)構(gòu)增強很多，物料在轉(zhuǎn)子的帶動下，在齒條上翻滾、研磨更加充分，最大限度均整物料，保證出料粒型（針片度）符合GB/T 14685-2022《建筑用卵石、碎石》第一類標準要求；同時，均整板上部保留承擊板結(jié)構(gòu)（相當于原來的第一道襯板），經(jīng)受物料的首次沖擊，防止物料濺出破碎腔。

3.2 重新設(shè)計反擊板調(diào)節(jié)保護裝置

新一代中碎反擊式破碎機反擊板調(diào)節(jié)保護裝置由調(diào)節(jié)架、底架、懸掛螺桿組件、彈簧支撐螺桿組件、彈簧、調(diào)節(jié)液壓缸及其連接銷軸組成（見圖9）。懸掛螺桿組件包括U 型連接板、懸掛螺桿、鎖緊螺母及其防松墊片、碟簧、支撐螺母、外部壓緊螺母、護套等（見圖10）。彈簧支撐螺桿組件包括支撐螺桿、鎖緊螺母、壓帽、護套等（見圖11）。改造后，新一代中碎反擊式破碎機反擊板調(diào)節(jié)保護裝置懸掛螺桿由調(diào)節(jié)、懸掛功能變?yōu)閮H具有懸掛功能，調(diào)節(jié)功能由調(diào)節(jié)液壓缸代替。

圖10 新一代中碎反擊式破碎機懸掛螺桿組件

圖11 新一代中碎反擊式破碎機彈簧支撐螺桿組件

改造后，新一代中碎反擊式破碎機反擊板和轉(zhuǎn)子間距調(diào)小的方法如圖12 所示，先將外部壓緊螺母和護套擰至需調(diào)節(jié)的距離，抬升液壓缸，直至調(diào)節(jié)架和外部壓緊螺母接觸；再將鎖緊螺母擰出，直至和調(diào)節(jié)架接觸；最后，將液壓缸縮回到原位置。反擊板和轉(zhuǎn)子間距調(diào)大的方法如圖13 所示，先將液壓缸抬升至需調(diào)節(jié)的距離，再將鎖緊螺母擰出直到和殼體接觸，將液壓缸縮回到原位置，最后將外部壓緊螺母和護套擰緊。

圖12 反擊板和轉(zhuǎn)子間隙調(diào)小的方法

圖13 反擊轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)子間隙調(diào)大的方法

新一代中碎反擊式破碎機的反擊板調(diào)節(jié)保護裝置采用液壓結(jié)構(gòu)取代第一代調(diào)節(jié)保護裝置結(jié)構(gòu)中的機械調(diào)節(jié)方式，極大增加了調(diào)節(jié)保護裝置的調(diào)節(jié)力和調(diào)節(jié)速率，操作簡單，大幅減少了停機檢修時間，提高了生產(chǎn)效率。

3.3 重新設(shè)計均整板調(diào)節(jié)保護裝置

新設(shè)計的均整板調(diào)節(jié)保護裝置包含兩套液壓缸系統(tǒng)（每套一對液壓缸），液壓缸和均整板主體部分的上下滑軌通過銷軸相連，液壓缸中間擺軸支撐在殼體的相應(yīng)鉸支板里。兩套液壓缸系統(tǒng)分別位于均整板上部和下部，液壓缸通過管路連接至液壓站，液壓缸與液壓站之間有氮氣囊，當進入異物時，氮氣囊起到反彈保護作用。新一代中碎反擊式破碎機均整板液壓調(diào)節(jié)保護裝置及其液壓系統(tǒng)見圖14。

圖14 均整板液壓調(diào)節(jié)保護裝置及其液壓系統(tǒng)示意

改進后，新一代中碎反擊式破碎機均整板調(diào)節(jié)保護裝置，將第一代均整板調(diào)節(jié)保護裝置支撐螺桿和保護彈簧等機械調(diào)節(jié)保護機構(gòu)整合為純液壓結(jié)構(gòu)，上部和下部的液壓系統(tǒng)均可通過伸縮液壓缸，調(diào)節(jié)均整板和轉(zhuǎn)子間距。當進入異物時，如氮氣囊壓力高于設(shè)定值，則氮氣囊打開，液壓缸回縮，均整板向后推出，異物排出，均整板壓回。氮氣囊壓力設(shè)定值的可調(diào)范圍很大，現(xiàn)場可隨時變值，使其滿足生產(chǎn)工況。采用新型均整板調(diào)節(jié)保護裝置后，均整板調(diào)節(jié)方便且調(diào)節(jié)工時大幅減少，可靠性提高，均整板上部液壓系統(tǒng)也能實現(xiàn)可靠的調(diào)節(jié)保護功能。

3.4 提高均整板拆裝靈活性

在新型均整板的基礎(chǔ)上，將其對應(yīng)殼體支撐結(jié)構(gòu)的連接方式變?yōu)榭刹鹦兜穆菟ㄟB接方式。在實際工況需拆卸均整板部件時，其對應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)也可拆卸，使下殼體原包絡(luò)均整板部的位置變成平整板結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計一批新的襯板組，安裝在原包絡(luò)均整板部的殼體位置，并在殼體上開襯板孔，用以安裝襯板，防止此工況下物料對殼體板材的沖擊。在使用均整板時，設(shè)計堵頭將襯板孔堵死，起到密封作用。裝配均整板和卸下均整板后的結(jié)構(gòu)對比見圖15。

圖15 裝配均整板和卸下均整板后的結(jié)構(gòu)對比

改造后，均整板殼體支撐結(jié)構(gòu)可靈活拆裝，使均整板部件在需要時可以裝上，充分發(fā)揮其作用；不需要時，均整板與支撐結(jié)構(gòu)可一并拆下，安裝新的襯板組，對殼體進行保護，實現(xiàn)了“一機多用”。

3.5 重新設(shè)計改進殼體結(jié)構(gòu)

新設(shè)計的殼體結(jié)構(gòu)由上殼體前部、上殼體后部、下殼體部、襯板組（殼體內(nèi)部）等部分組成（見圖16）。相對于第一代中碎反擊式破碎機殼體結(jié)構(gòu)，新一代殼體結(jié)構(gòu)增加了上殼體后部和下殼體部之間的剖分面，在上殼體后部兩側(cè)、上殼體前部物料沖擊嚴重部位、檢修翻蓋時受力位置，重新設(shè)計和布置了筋板。每個殼體的側(cè)部和端部采用螺栓連接（見圖17），取代了第一代中碎反擊式破碎機殼體的焊接結(jié)構(gòu)。根據(jù)殼體所支撐部件的結(jié)構(gòu)變化，對整個殼體其余結(jié)構(gòu)也做了相應(yīng)的適應(yīng)性調(diào)整。

圖16 新一代中碎反擊式破碎機的殼體結(jié)構(gòu)

圖17 新一代中碎反擊式破碎機殼體的側(cè)殼體和端殼體

改進后，運輸可拆解的最小殼體部件體積減小，甚至可以零散拆解發(fā)貨，運輸容重比小，能夠適應(yīng)狹小空間內(nèi)殼體的運輸安裝等。針對現(xiàn)場實際工況和檢修時的受力部位，尤其是受沖擊部位，重新設(shè)計了筋板，有效增加了殼體強度，防止殼體變形。改進后的新一代中碎反擊式破碎機殼體結(jié)構(gòu)，相對于第一代機型殼體結(jié)構(gòu)，重量和體積變化不大。

4 新一代TKPFM 型中碎反擊式破碎機的實際應(yīng)用

新一代TKPFM型中碎反擊式破碎機成品結(jié)構(gòu)如圖18 所示。目前，新一代TKPFM型中碎反擊式破碎機已在吉林亞泰水泥、中聯(lián)水泥、天瑞水泥等多家水泥生產(chǎn)企業(yè)中得到應(yīng)用。在相同工況下，新一代中碎反擊式破碎機的物料通過量和產(chǎn)品級配等性能指標均能滿足生產(chǎn)要求，長期運轉(zhuǎn)可靠性高，結(jié)構(gòu)不變形、無損壞。實際應(yīng)用效果如下：

圖18 新一代中碎反擊式破碎機成品結(jié)構(gòu)

（1）新一代中碎反擊式破碎機出料粒型針片度比例實驗如圖19 所示。實驗結(jié)果表明，新一代中碎反擊式破碎機相對于第一代中碎反擊式破碎機，產(chǎn)品的針片度含量平均降低3.6%以下，達到了GB/T 14685-2022《建設(shè)用卵石、碎石》中關(guān)于針、片狀顆粒含量（見表1）的第一類標準，產(chǎn)品粒型均整度提高。

表1 GB/T 14685-2022《建筑用卵石、碎石》針、片狀顆粒含量規(guī)定

圖19 出料粒型針片度比例實驗

（2）第一代中碎反擊式破碎機殼體易變形部位，在新一代中碎反擊式破碎機中沒有發(fā)生變形，殼體強度升級。

（3）當均整板通過鐵器等難破碎異物時，液壓保護系統(tǒng)能及時彈出，保護均整板結(jié)構(gòu)，均整板安全可靠性提高，損壞率降低。

（4）對兩道反擊板和一道均整板，不論是進行間隙調(diào)節(jié)，還是進行耐磨件磨損補償維修，其操作過程大為簡化，停機檢修時間由3～7h縮短至1h，且用工量由平均5人下降到2～3人，生產(chǎn)連續(xù)性提高，維護成本降低。

（5）當物料易碎，需減少反擊工段數(shù)時，可以拆掉均整板，同時將支撐件換為襯板組件，保證在下殼體不受損壞的前提下，物料不過粉碎，實現(xiàn)了“一機多用”的功能。

（6）殼體可拆卸，最小件體積大幅減小，對于安裝運輸空間狹小的場合（豎井平硐以及地下施工空間等），施工及運輸適應(yīng)性提高，成本降低。

相對于第一代中碎反擊式破碎機機型，新一代TKPFM 型中碎反擊式破碎機性能優(yōu)良、自動化水平較高、運輸施工適應(yīng)性較強，可適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)裝備的高要求，滿足機制砂骨料市場的需求，發(fā)展前景廣闊。