李朋
（中煤科工集團唐山研究院有限公司；河北省煤炭洗選工程技術研究中心）

　　【摘　要】：介紹了一種適用于露天煤礦中碎作業的齒輥破碎機，重點闡述了該齒輥破碎機的齒輥結構及齒板材質，并對傳動系統采用耐低溫措施，在實際應用中取得了較好的效果，具有推廣前景。
　　近年來隨著煤炭行業的轉型升級，對煤炭開發高效、環保的要求與日俱增，越來越多的露天煤礦所生產的褐煤均銷往煤化工企業，進行下一步深加工。煤化工領域對產品粒度的要求極為嚴格，一般要求粒度在25～70mm之間，如果粒度過大就會堵塞爐膛，無法進行后續深加工。而齒輥破碎機是目前應用于煤炭破碎較為成熟的產品，因其處理能力大、過粉碎率低，受到廣大煤炭用戶的認可。但針對露天礦特有的凍塊物料破碎難的問題以及特殊的低溫作業環境，現有的齒輥破碎機并不適用，急需在原有齒輥破碎機的基礎上加以優化改進，以適應露天開采物料的中碎作業，確保煤礦的正常生產。

　　1　齒輥破碎機的結構
　　齒輥破碎機一般采用雙電動機驅動，通過2臺電動機、偶合器和減速器傳動系統，分別帶動兩套獨立旋轉運行的齒輥來破碎大塊物料，減速器與破碎齒輥之間采用聯軸器傳遞轉矩，破碎齒輥與傳動系統分別聯接在整體機架上，Z大限度地減小了設備的振動。齒輥破碎機的整體結構如圖1所示，其主要工作部件即為破碎齒輥，齒形結構決定了整機的工藝性能。

　　2　中碎齒輥結構
　　傳統出料粒度為70mm的齒輥破碎機普遍采用齒環結構或齒板結構。齒環結構穩定，可靠性高，缺點是破碎齒磨損后不易更換，必須返廠進行大修，無法在現場完成；傳統的齒板結構主要靠高強螺栓及齒座進行聯接，承載力較小，主要應用于精煤破碎作業。而露天礦用齒輥破碎機既要有較高的可靠性，又要有較強的可更換性，需要重新設計齒板聯接結構，以保證設備穩定運行。

　　如圖2所示，新型齒輥座采用正八方型式，齒板與齒輥座通過平鍵及內六角螺栓進行聯接（原有齒板只靠螺栓聯接），齒板與齒輥座接觸部位全部進行加工，并以平鍵傳遞轉矩，使內六角緊固螺栓不受破碎物料產生的剪切力作用，更加緊固牢靠，不易松動。齒板緊固螺栓與齒輥座之間采用螺紋緊固塊進行聯接，在保證聯接強度的同時，又具有良好的互換性及可更換性。

　　2　新型齒輥結構
　　因露天開采物料具有粒度偏大的特點，同時對齒板的齒型也進行了合理的優化設計。齒型布置在圓周方向，采用大小齒相間隔的布置形式，在保證出料粒度的前提下，可有效提高齒輥對物料的嚙合能力，進而提高設備的處理能力，減小齒輥的磨損，延長齒板使用壽命。

　　3　齒板材質及耐低溫措施
　　破碎齒板是破碎機上的關鍵易磨損部件，其材質的選擇至關重要。要求齒板不僅要有較強的硬度、韌性、耐沖擊性及耐磨性，同時還要兼顧后續的可加工性及可焊性。目前常用的耐磨材料有高錳鋼、低合金調質鋼加以表面堆焊和中碳貝氏體耐磨鋼等。

　　高錳鋼是Z常見的耐磨材料，熱處理后的高錳鋼沖擊韌性極高，而硬度及強度則不高。但是，當高錳鋼零件在使用過程中受到物料的反復強烈沖擊而變形時，其表層奧氏體組織發生轉變，產生馬氏體組織，使零件表面硬度急劇增加，可高達HRC54以上，耐磨性顯著提高，而中心仍保持韌性狀態，從而形成良好的強韌性配合，這是高錳鋼的重要特點。但齒輥破碎機對物料的作用主要為剪切和拉伸，并沒有太大的沖擊和擠壓過程，這樣高錳鋼的強度和硬度都無法提高，故齒輥破碎機不宜采用高錳鋼制作齒板。

　　為了更好地提高輥齒的耐磨性能，常采用低合金調質鋼加以表面堆焊硬質耐磨材料。一般使用40Cr加工破碎齒，經調質處理，以提高破碎齒的綜合力學性能，在齒頭的表面堆焊耐磨焊條，從而提高了輥齒的使用壽命。但由于齒頭表面只有區區幾個毫米厚的耐磨層，這就需要在使用過程中經常加以堆焊修補，工人維修量大，效率低。現大多用于破碎精煤等較軟的物料，不適用于露天礦凍塊的破碎作業。

　　綜合以上分析，中碎齒輥破碎機齒板采用整體鑄造成型工藝，對耐磨材質的各種主要元素C、Cr、Mn、Mo、Si、Ni等進行優化配比，并進行正交試驗，Z終選擇中碳貝氏體耐磨鑄鋼作為破碎齒板的材質。該材質具有較好的淬透性，可得到較深的淬透層，經過淬火、回火熱處理工藝后，得到強韌的貝氏體，尤其是下貝氏體，下貝氏體具有優良的強韌性，硬度和耐磨性也很高。材質熱處理后具有較好的綜合力學性能，淬透層硬度在HRC50左右，其抗拉強度可達1500MPa，保證了足夠的破碎強度。經磨損試驗對比，該材質的耐磨性較40Cr調質加表面堆焊耐磨層提高40%左右。另外對整個齒輥結構，包括齒板、齒輥座、螺紋緊固塊進行材質的合理匹配，使各部件強度、硬度更為均衡合理。

　　由于內蒙古地區冬季寒冷，Z低溫度甚至達到-30℃，為了保證齒輥破碎機能夠在低溫下長期可靠運行，必須采取相應的技術措施。電動機配備電加熱系統，液力偶合器和減速器采用低溫合成油，并配備電加熱器系統（見圖3）。通過采取以上措施，保證了傳動系統的可靠運行。

　　4　齒輥破碎機的使用效果
　　蒙東錫林浩特煤礦原煤開采采用單斗卡車半連續開采工藝，原煤粒度大、矸石多且硬度大。原煤首先經2號破碎站破碎至300mm以下，再由一臺環錘破碎機破碎至70mm以下，然后經轉運膠帶運至儲煤倉，經篩分后，25～70mm的Z終產品銷往化工企業。

　　原有的環錘破碎機經長期使用后存在以下問題：①產品過粉碎率高，成塊率低，嚴重影響企業的經濟效益；②銷軸、錘頭、篦子磨損嚴重，經常需要更換維護，維修量大；③設備故障率高，維修成本高。

　　現場急需進行技術改進，以減輕企業運行成本及工人的勞動強度，保障生產系統的正常運行。用戶Z終選用一臺齒輥破碎機替換原有的環錘破碎機。

　　自齒輥破碎機投入使用以后，設備運行穩定，產品的出料粒度得到了明顯改善，過粉碎率低，成塊率高（見表1）。通過表1數據對比可以看出，設備更換前后合格產品相差18.2%，大幅度提高了合格產品的產量，給企業創造了極大的經濟效益。

　　另外，由于齒輥破碎機對物料進行拉伸、剪切破碎，轉速較低，因而設備運行穩定，振動小、噪聲低，環境友好；齒輥破碎機齒板耐磨性高，緊固螺栓不易松動，減少了大量的維修時間，減輕了工人的勞動強度，極大地降低了煤礦后期維護成本。

　　實踐證明，齒輥破碎機破碎露天煤礦的凍塊，較環錘破碎機有更大的技術優勢，具有處理能力大、過粉碎低、可靠性高及維護量小等優點，取得了較好的使用效果。

　　5　結語
　　隨著煤炭行業的轉型升級，大力發展煤化工是必然趨勢。煤化工領域對煤炭粒度的要求嚴格，這對破碎設備提出了更高的要求。而新型中碎齒輥破碎機通過對齒輥的結構型式和材質進行一系列優化，并對傳動系統采取耐低溫措施，較好地完成了露天煤礦的破碎作業，其成塊率高，維護量小，具有明顯的技術優勢，應用及推廣前景廣闊。

　　引文格式：

　　[1]李朋.中碎齒輥破碎機在露天礦的應用.[J].礦山機械，2016，44(11):42-44.

來源：《礦山機械》2016年11期