张旭哲

（河北省秦皇岛港股份公司第九港务分公司，河北 秦皇岛 0 6 6 0 0 0）

装卸采制样破碎机故障诊断及改进方案

张旭哲

（河北省秦皇岛港股份公司第九港务分公司，河北 秦皇岛 0 6 6 0 0 0）

秦港九公司装船、卸车采制样设备投入运行1 0年来，利用率相对较高。其中，破碎机作为采制样设备系统的核心结构之一，主要用于大块煤碳的粉碎以便于缩分器对破碎后的煤炭进行缩分采样。目前装卸采制样破碎机在运行时存在振动过大的问题，导致相关部件磨损非常严重，故障率较高，成为制约采制样系统运行的关键因素。本文从采制样设备破碎机特点入手，分析装卸采制样破碎机故障，并研究其改进方案，增强其使用寿命。

采制样；破碎机；使用寿命

近年来，我国工业对煤炭质量要求越来越高，煤炭质量成为煤炭交易中的最重要指标，这就对煤炭采样的准确性和高效性提出要求。机械化采样能按照煤炭采样的基本原则进行所需精密度下的采样，效率更高误差更小，检验结果也更为客观，成为煤炭运输及加工流程中重要的一环。

1 立项背景

秦港九公司现有5套采制样系统，每套采制样系统的核心设备包括采样机、锤式破碎机、缩分器，三者之中任何一项出现问题都会导致采制样系统的停机，其中又以破碎机的故障率最高，维修一次的平均时长在1 2小时左右，严重影响着机械采制样设备的正常运行。

锤式破碎机利用高速回转的机械锤头粉碎煤块，具有结构简单粉碎比高等优点，但同时由于回转离心力对锤头、轴承等部件造成的冲击非常大，经常需要维修更换。锤式破碎机的原理是利用高速回转的机械锤头粉碎煤块，在工作时，电机带动主轴和转子作高速旋转，物料均匀地进入破碎机腔中，高速回转的锤头冲击、剪切撕裂物料致物料被破碎。由于其依靠离心力冲击破碎煤块，冲击力巨大，加上长时间连续运转产生较大磨损，目前装卸采制样破碎机均存在振动及噪声过大，轴承损耗率高、锤头磨损严重等问题，导致的设备停机经常发生。

2 技术方案

目前装、卸采制样破碎机主要存在以下问题 ：（1）破碎机整体运行过程中周期性振动过大；（2）轴承磨损严重，故障率过高；（3）锤头磨损与更换过于频繁。问题1在于破碎机主轴固定套筒尺寸较短，使锤架产生了轴向移动，在高转速的情况下导致破碎机运行时振动过大；问题2部分原因由问题1引发，周期性振动过大对轴承产生较大的损伤；问题3由于锤头的形状设计问题和材质抗磨性差，导致有效磨损量过小。

本项目针对以上三个问题制定了技术改造方案，总体思路如下：设计制作一种尺寸合理的零件固定套筒，对轴上零件的轴向位置加以固定，使零件承受轴向力而不产生轴向移动；对锤头进行受力分析，找出薄弱环节，重新设计锤头结构，并对锤头的材质及加工工艺进行了优化；重新测绘并制造了新的破碎机组件。通过这些措施，有效地解决了破碎机振动过大及相关零件故障率高的问题，保证了装、卸采制样设备系统的平稳运行。

2.1 破碎机振动过大的原因分析及解决方案

通过对故障破碎机的拆解，发现隔套和隔盘等部件由于长期的冲击磨损失去了定位作用，使得锤架与主轴产生了轴向移动，导致破碎机运行过程中振动过大。破碎机轴承采用深沟球6 3 1 4规格轴承，这种深沟球轴承受径向载荷的能力并不是很高，所以由于这种周期性过大振动对轴承和轴承定位套的反复冲击，使得轴承寿命大大降低，更换频繁，最终造成了轴承乃至轴承座的损坏。

因此，重新设计了主轴固定套筒的尺寸，对锤架的轴向位置加以固定，使锤架承受轴向力而不产生轴向移动。重新测绘新的破碎机主轴和其它零件，并对其加工工艺和材质进行了改进。材质采用4 5号钢调制处理，具有较高的强度和韧性。

那么，主轴的计算安全系数为：

故可得出不同应力下的N值

设应力S下的N值为：

要使主轴破坏，应满足式

将以上公式联立，可得

由上式可大致估算出任意应力下主轴能承受的最大循环应力次数，一般来说主轴受力仅为2~3 MP a左右，计算可以得出，新材料下主轴大致疲劳寿命可为3 0年左右，大大超出原破碎机主轴的寿命。

2.2 锤头的改进

原破碎机锤头采用对称型矩形冗余孔式设计，结构简单，一孔磨损后可换另一孔继续使用，这种设计表面上看节约了成本，但实际上由于矩形结构所限，锤头的有效磨损量很小，仅占锤头整体的1/6左右。由于锤头的重心回转半径很大，对主轴的负载也是极大的，这也是造成破碎机整体振动过大的原因之一。因此，重新设计锤头形状，采用弧形锤头设计，有效增加了总体磨损量，达到1/3左右。

此外，由于破碎煤块所需应力并不高，全新形状的锤头在不改变回转半径的情况下将锤头中心内移，在并未影响破碎效果的情况下有效降低了冲击力，减轻了主轴及锤架等回转机构的负荷，延长了使用时间。另外，在锤头磨损部位材质上，采用高铬铸铁，经高温淬火低温回火工艺后，锤头具有极佳的硬度和耐磨性能，半年内锤头不需要更换，并且破碎效率更高，使用效果非常好。

3 技术创新点

本项技术改造已在装卸采制样破碎机设备系统中进行应用，收到了良好的改造效果。主轴的重制及固定套筒的增加成功解决了破碎机运行中振动过大的问题，减小了对轴承及轴承座的冲击，降低轴承故障率，延长轴承的使用寿命。安装了全新设计的锤头，有效降低了对主轴及相关部件的回转冲击力，减少了因锤头磨损造成的维修工作量，对保证采制样设备的完好率和降低运行成本有积极意义。

本项技术改造的创新点主要在于：（1）对装、卸采制样系统破碎机加装新的零件固定套筒，轴向固定锤架，解决了煤炭采制样破碎机系统存在振动过大的问题，降低了破碎机的故障率，新设计的固定套筒对原有破碎机的安装结构没有任何影响，也不用在破碎机上进行机械加工，提高了维修效率。（2）重新设计了破碎机锤头，采用扇形锤头有效增加了磨损量，达到锤头整体质量的1/3左右，主要磨损区采用高铬合金制作，抗磨损性大大增强，降低了锤头维修工作量。

对装、卸采制样系统破碎机加装新的零件固定套筒并更换全新锤头以后，成功解决了破碎机运转过程中振动过大和锤头易磨损的问题，故障率大大降低。

4 经济效益和社会效益

通过对装卸采制样破碎机设备进行改造，可以大大降低设备维修的成本。更新一台新的破碎机，设备采购费用需要约1 5万元，现有破碎机经改造维修后延长了使用寿命，而改造维修一台破碎机备件费用仅为0.5万元，大大降低了维修成本，每台破碎机可以节省资金1 4.5万元，装、卸采制样五套破碎机系统共计节省成本为：1 4.5×5=7 2.5万元

现有破碎机采用S K F 6 3 1 4轴承，每个轴承采购费用为2 6 8元，破碎机改造之前每台破碎机轴承磨损严重，3个月左右就需要更换，改造后如果按照每台破碎机每年更换一次，五套破碎机可以节约更换轴承的成本为：2×5×（4-1）×2 6 8=8 0 4 0元

通过对装、卸采制样设备破碎机系统改造，解决了运行过程中振动过大的问题，缩短了破碎机的维修时间，提高了设备的完好率，降低了破碎机运行的故障率，保证了机械采制样设备的正常运行。同时能够对装卸生产作业提供更高效、更准确的采样服务。采样设备服务是我公司生产服务内容中重要的组成部分。当前煤炭生产形势非常严峻，这种形势下更考验着公司的服务能力，公司必须不断提高服务质量，作为采样设备管理部门，要充分发挥采样设备的优势，打造公司采样服务品牌，提升公司在煤炭运输市场的美誉度和知名度，广揽货源，展示公司良好形象，为公司业务拓展创造更好契机。

[1]郭年琴.颚式破碎机机构优化设计方法.颚式破碎机现代设计方法，2 0 1 2.

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