国产煤用分级破碎设备的技术现状范文

摘要：文章论述了我国分级破碎设备的技术现状与发展趋势，其总体结构基本成熟，耐磨材质性能大幅提高，关键零部件可靠性大幅提高，且控制系统不断完善；并从现场适应性程度、腔体结构、粒度调整、齿型结构等方面分析了国内外分级破碎装备的技术异同点，提出了颗粒破碎模拟试验和完整的研发体系建设是未来的技术研究重点。

关键词：分级破碎机；耐磨材质；控制系统；颗粒破碎

破碎机是煤炭生产的关键辅助设备，煤炭工业中广泛采用的各式破碎机由于结构与机理不同，应用范围及优缺点各不相同。而在20世纪80年代开始出现的一种新型分级破碎技术，充分利用岩矿的抗压强度远高于其抗剪和抗拉强度的特性，对物料通过剪切、劈裂的机理进行破碎［1］。与反击、锤式、颚式、圆锥、冲击等传统破碎技术相比，以其独特的功能及技术优势迅速应用于煤炭等中硬以下物料的破碎作业。本文将论述我国分级破碎设备的技术现状与发展趋势，分析国内外分级破碎装备的技术异同点，并提出分级破碎未来的技术研究重点。

1国内技术现状

1.1总体结构基本成熟国内的分级破碎技术起步较晚，二十余年来国内分级破碎技术发展较快，总体结构基本成熟，机体结构、驱动型式、布置型式、行走机构、齿型结构等方面均有较大突破，工艺性能指标如入料粒度、出料粒度、处理能力等方面也有了较大的进步，尤其是“十一五”、“十二五”期间国产分级破碎机的大型化方面突飞猛进，基本能够满足国内大中型煤矿的需求，与国外先进产品的差距明显缩小，但国内大多是对国外进口产品的仿制，创新性不强。目前国内各厂家传动配套件现已基本趋同，均采用“高端集成”的理念，尽量缩小与国外产品的性能差异，电机大多采用佳木斯或南阳电机，偶合器采用德国VOITH或意大利TRANSFLUID，减速机采用德国FLENDER或SEW，已形成标准的配套模式。

1.2耐磨材质性能大幅提高齿辊材质的耐磨性是破碎机的重要性能指标。随着煤炭资源的深度开采，原煤含矸量增多、破碎强度增加对齿辊材质带来前所未有的挑战，要求分级破碎机的破碎齿既要具有足够的耐磨性又要有比较高的韧性，同时还要具有易加工性和可更换性［2］。齿辊材质经过多年的发展，从原来的合金钢堆焊工艺发展到现在的整体铸造贝氏体耐磨合金钢并配以相应的热处理工艺，取得了了较大的技术进步［3，4］，热处理后的材质硬度为HRC45－50，达到了硬度高、韧性佳的效果，齿辊易磨损、使用寿命短、掉齿、断齿等失效情况明显减少。

1.3关键零部件可靠性大幅提高经过多年的快速发展，在设备大型化的同时，也坚持注重设备的可靠性研究，通过更新设计手段，优化结构设计，改进加工工艺等措施使分级破碎机关键零部件的可靠性有了较大提高，主轴断裂、齿牙断裂、圆螺母松动脱扣、齿板联结松动等结构失效问题基本得以解决，设备故障率明显降低［5，6］，与国外先进产品之间的差距明显较小。

1.4控制系统不断完善分级破碎机的配套控制逐渐趋于完善，功能更加齐全，从原来简单的正反转、启停按钮发展到如今的多功能智能控制保护系统，其集成了正反转、启停、紧急保护等常规功能，具有手动／自动、就地／远方等多种控制方式，具有集中润滑控制、可对电动机的电流、轴承温度、齿辊转速等参数实现在线监测，并和整个矿井及选煤厂集控系统进行信息交换，主、被动保护功能基本完善［7，8］。但在控制系统稳定性、响应速度、控制精度、智能化等方面仍有较大提升空间，是未来的发展趋势。

2国内外技术异同

2.1产品对现场的适应程度不同澳大利亚ABON、英国MMD、瑞典SANDVIK、南非SHEAR等国际分级破碎产品普遍实行标准化，以英国MMD分级破碎机为例，公司自第一台破碎筛分机问世以来，已先后累计推出多种规格的轮齿式分级破碎机，用户只能选择相匹配的规格型号进行应用，产品对现场的适应性一般。而国内分级破碎产品大多采用定制化，尤以唐山研究院的SSC分级破碎机最具代表性，从整机结构到齿型布置等参数均采用为用户量体裁衣式的定制原则，产品对现场的适应性强。

2.2产品粒度调整方式不同国外分级破碎机产品一般采用固定齿辊中心距，中心距不可调。英国MMD、南非SHEAR、美国PENNSYLVANIA、澳大利亚ABON等均为固定中心距，瑞典SANDVIK采用活动插板式的轴承座盖型式，原则上可以调整齿辊中心距，但实际操作起来极为困难，需要将整个上部联接溜槽拆除，破碎机设备主体进行解体，再重新组装，工程量太大，不具备机动灵活性，一般设备安装调试好后就很少调整。而英国MMD破碎机两个齿辊间距不可调整，齿辊内旋无法进行粒度调节，齿辊外旋时依靠调整侧板上的梳齿板来进行粒度调节；国内分级破碎机也大多采用刚性齿辊中心距，中心距可调与不可调的产品均有，新乡威达、山东莱芜、北京博创凯盛等为中心距不可调产品，以唐山研究院的为代表性的中心距可调产品SSC分级破碎机为例，其独特设计了偏心轴承杯粒度调整机构，轴承座盖是固定式，通过旋转偏心轴承杯，就可起到调整齿辊中心距的作用，调整后偏心轴承杯与轴承座盖采用螺栓联接，仍然是固定中心距［9，10］。采用该结构，调整齿辊中心距方便快捷，只需拆除若干条螺栓即可，工程量小，可以起到灵活调节排料粒度的作用，增强分级破碎机后续生产工艺的适应性。

2.3腔体设计不同国外分级破碎机大多采用连体腔体结构如图4所示，即破碎腔体包含轴承座盖，尤以英国MMD、澳大利亚ABON等生产厂商为代表。连体腔体结构优点是可以有效缩短整机长度，破碎腔体强度更高同时节省大量材料，缺点是该结构对轴承密封要求更高，轴承密封部位直接暴露破碎腔中，粉尘极易进入轴承，影响轴承正常使用寿命，轴承座盖检修较为困难。国内分级破碎机以分体腔体结构居多，如图5所示，分体轴承座盖结构灵活，检修方便，对轴承的防护也更加到位，缺点是增加了设备的整体长度，在紧凑型空间安装时有一定局限性。总体来说，连体腔体结构和分体腔体结构优劣各异。

2.4齿型结构的多样性不同国外分级破碎机齿型多种多样，涵盖粗、中、细碎各个粒级。其中常见的有整体辊式、齿板式、齿环式、齿帽式、齿靴式等齿型结构如图6所示［11，12］，各种齿型技术较为成熟，应用广泛。而国内厂商在齿型结构方面较为单一，仅在整体辊式、齿板式、齿环式方面技术成熟，而齿帽式、齿靴式方面技术相对有所欠缺，虽然这两种齿型也已推向市场，但实际应用效果并不理想，还需加大技术攻关力度，尽快掌握相关技术关键。

3分级破碎装备未来发展方向

3.1颗粒破碎模拟试验DEM离散单元法是一种用于分析物质系统动力学问题的数值计算方法，通过建立固体颗粒体系的参数化模型，进行颗粒行为模拟和分析，已成为过程分析、设计优化和产品研发的一种强有力的工具。目前DEM在工业领域的应用逐渐成熟，已经在颚式破碎机、反击式破碎机和球磨机等颗粒粉碎设备上得到了应用，而在分级破碎机的应用鲜有报道。高效煤炭洗选需要破碎工艺的成块率越高越好，而过粉碎越低越好，一般要求产品超限粒度不超过10％，这就需要探索齿辊转速、齿辊结构型式、齿的布置方式等工艺与结构参数对破碎效果影响规律。为了能有效减少分级破碎机研发成本和时间，并为产品结构优化和工作性能的提升提供参考，需要采用DEM开展大型分级破碎机的破碎过程数值模拟［13，14］，探索工艺与结构参数对大型分级破碎机产量、产物粒度组成和功耗等情况。

3.2完整的研发体系建设对于大型破碎机的机械设计，传统研究主要采用以“应力应变不超限”的静力学设计或经验设计方法为主，而在破碎过程中，不能忽视物料、尤其是高寒地区结块煤岩对分级破碎机破碎齿辊的瞬时冲击作用，以及破碎过程的持续动态激励诱发的设备可靠性差等问题［15］。现有大型分级破碎机进行结构强度校核时仅以静力法峰值载荷形式施加分析并不符合实际，需要建立分级破碎机的完整研发体系。可总结为：首先，在经验设计基础上建立分级破碎机三维模型；其次，引入离散元法仿真研究结构与工艺参数对破碎过程的影响，确定最佳工艺与破碎齿辊结构参数；然后，提取工艺需求下煤岩粒群对箱体结构的动载荷，通过有限元法分析和实际测试来评价分级破碎机结构性能；最后，通过肋板、加强筋等的布置最优化来实现箱体结构动应力的降低或分布均匀，以改善箱体动态特性，形成样机产品。

4结语

伴随着煤炭行业的迅猛发展，国产分级破碎技术水平得到快速提升，但也应该清醒地认识到国产装备与国际先进产品还存在一定差距，而随着我国煤炭行业形势的变化，分级破碎机技术研究不应再一味追求大型化，而应侧重于对分级破碎过程的数值模拟、有限元分析和设备可靠性保障等关键技术。

作者：王保强1，2；王国法1，3；李朋2 单位：1煤炭科学研究总院开采研究分院，2中煤科工集团唐山研究院有限公司，3􀆰天地科技股份有限公司