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摘要：简要的介绍了SSC700破碎机在太西洗煤厂二分区原煤系统的重要作用，主要技术参数，现有连接方式，存在的弊端等；分析了SSC700破碎机减速机损坏的原因及改造方案。
关键词：SSC700破碎机 联轴器 转矩 强度 改造
SSC700破碎机属于太西洗煤厂二分区大块煤系统的主要破碎设备，在整个系统中起着非常重要的作用，主要担负着原煤二级破碎的功能。但是由于受原煤煤质的影响，破碎机的破碎功能急剧下降，经常出现破碎机减速机损坏及齿棍齿尖被掰的现象，使得此破碎机经常影响生产；尤其到近几年，由于受原煤煤质的影响，主要是高能灭火煤，原煤中带有大量杂质，破碎机所受的载荷急剧增大，使得破碎机不仅影响了生产的正常运行，同时也增加了维修的工作量和材料费用。通过分析后，建议对破碎机的安全防护装置进行改造。
1 技术特征及防护装置的结构
1.1 SSC700破碎机主要技术参数
破碎机型号：SSC700，双齿辊式，双电机驱动
处理量280t/h，入料粒度≤250mm（130～250）
电机型号：YB2-280S-4-75kw×2
减速机型号：H2SH7B
P2=75kw，n1=1500r/min，n2=75.98r/min
厂家：天地科技股份有限公司唐山分公司
1.2 破碎机防护装置的结构
116破碎机是大块煤破碎系统中的二级破碎系统，由双电机驱动双齿棍进行破碎的，电机与减速机之间通过液力耦合器进行连接，起到软起及急停保护，同时还在破碎机上安装有部分电气保护，主要有：失速保护、过流保护、过载保护等。
2 破碎机减速机损坏及齿尖被掰的原因分析
116破碎机属于大块煤系统二级破碎，主要承担着大于140mm的块煤破碎功能，是原煤破碎系统不可缺少的设备。近期原煤煤质发生急剧的变化，原煤中夹杂了部分大块矸石，矸石会和原煤一块进入破碎机进行破碎，通过重介选煤将其选出。同时，原煤中也会夹杂部分通过除铁器无法除去的铁器或者非铁器的硬质金属或非金属。通过查阅有关资料，矸石、铁块、硬质金属或者非金属的硬度比无烟煤的硬度大的多，在破碎过程中，破碎机比较吃力或者无法破碎。当矸石或者铁器进入破碎机内时，由于破碎机通过电机带动正常运转，破碎机齿棍会被瞬间堵停，而破碎机原装的失速保护、过流保护、过载保护和液力耦合器保护都需要经过一定的反应时间才能动作，在此短暂的瞬间，惯性力就会将破碎机齿尖及减速机损坏。
3 改造措施
经过上述分析，我们需要在破碎机合适的位置安装一套反应速度要比失速保护、过流保护、过载保护和液力耦合器保护都要快的保护装置。为此，我们选择柱销联轴器安装在液力耦合器与电机之间。柱销联轴器内的柱销在惯性力达到一定的时候，柱销就会齐齐的断裂，使得电机与减速机以及齿棍脱离，不在受惯性力。从而避免破碎机减速机或者齿尖在惯性力的驱动下而损坏。
3.1 改造优点
弹性柱销联轴器是利用若干非金属弹性材料制成的柱销，置于两半联轴器的凸缘孔中，通过柱销实现两半联轴器的连接，该联轴器结构简单，容易制造，装拆更换弹性元件比较方便，不用移动两半联轴器，弹性元件的材料一般选用尼龙6，有微量补偿两轴线偏移能力。同时具有防护能力强的特点，遇到外力较大时可以快速切断，有效的防护破碎机减速机及齿尖。
3.2 柱销联轴器选型计算
3.2.1 联轴器的理论转矩计算：
T=9500×（Pw／n）
其中：Pw——驱动功率，kw，Pw=75kw
n——工作转速，r/min，n=1500r/min
计算：T=9950×■=9950×■=477.5(N·m)
3.2.2 联轴器的计算转矩：
Tc=Tkwkzktk
其中：kw——动力参数；查表：kw=1.0，中等冲击载荷。
kz——启动参数；查表；主动端启动频率z形成附加载荷z≤120，kz=1.0。
kt——温度参数；查表；kt=1.2
k——工况参数；查表；k=2.75
计算：Tc=Tkwkzktk=477.5×2.75×1×1.0×1.2=1575.75（N*m）
3.2.3 柱销中心分布圆直径
D1=（10~15）■=15■=15■=174.55≈180mm
3.2.4 柱销直径：d3=(0.1~0.14)D1=0.14×180=25.2≈30mm
3.2.5 柱銷长度：l=2d3=60mm
3.2.6 柱销数量：I=6~16=8个
3.2.7 联轴器外径：D=（1.2~1.4）D1=1.2×180=216≈220mm
3.2.8 公称转矩：Tn=2.2×103N.m=2200N*m
3.2.9 选择柱销联轴器
查手册得：型号：LH6
3.2.10 联轴器的剪切强度校核
τ=■=■=1.22N/mm2≤[τ]=7N/mm2
满足生产要求
3.2.11 联轴器压强校核
τ=■=■=2.44N/mm2≤15~20N/mm2
满足生产要求。
3.2.12 工业上常用抗压强度极限R (以MPa为单位)的十分之一衡量物科的抗破碎阻力f=■
f称为普氏硬度系数，矿石为10级，f值由0.3~20.f值越大，矿石越坚固，也越难破碎，按普氏硬度岩石分级无烟煤的普氏系数f=2烟煤的普氏系数f=1~1.5，那么，可以计算无烟煤的抗压强度极限，R=10f=20Mpa
3.2.13 已知116破碎机入料粒度为130~150mm，现以直径为D=φ150mm的煤例进行计算。
M=Fb/s。
其中M—强度
Fb—力
S—截面积
Fb=M×s=20×π×（150/2)2=353250N
也就是说破碎机齿辊在剪切破碎煤时所承受的力为Fb=353250N。
3.2.14 计算减速机低速轴上的扭矩。
扭矩=力×力臂
=353250×■=116572.5N·m
（功率=扭矩（N.m）×转速/9549）
3.2.15 计算机减速机高速轴上的扭矩。
T低/T高=n高/n低=1500/75.98=19.74
T高=5905.4N.m
3.2.16 计算联轴器柱销中心分布圆直径方向上的切向力。
FD1=T高/（D1/2）=2T高/D1=65615.56N
3.2.17 计算每一个柱销的剪切强度。
τ=■≤[τ]，A=πr2=■，■=A≥■?圯2■
3.2.18 计算安全运行情况下的尼龙柱销的最小直径。
已知116破碎机的破碎形式是折断破碎所以应承受的抗弯强度为980~1080MPa。
根据以上计算可得，d3≥2■=2■≈9.14
3.2.19 总结
通过以上计算分析可以得出，无烟煤强度极限为20MPa，正常情况下，柱销联轴器所用柱销直径为φ10就能满足要求，考虑到破碎机重载启动与冲击强度，需用柱销直径为φ15×8。
3.3 理论校验改造效果
3.3.1 计算柱销联轴器的反应时间
柱销联轴器的反应时间也就是从破碎机内进入较硬的矸石或者铁器等硬质材料时，将破碎机卡停到停止的时间。
根据刚体定轴转动的微分方程即刚体对转轴的转动惯量与角加速度的乘积等于作用于刚体的主动力对该轴的力矩之和。
即J■=Fr
其中J——转动力矩
w——角速度
t——动作时间
F——惯性力（以φ150的原煤为例计算出的惯性力F=353250N）
r——齿棍半径（r=0.33米）
其中转动惯量J=■=132kg·m2 （m为齿棍质量，m≈2500kg）
角速度w=2πn/60=7.95 （n为齿棍转速，n=75.98r/min）
通过计算可知：t=■=■=0.009s
3.3.2 其他防护装置与柱销联轴器运行时间比较
经过查阅有关技术标准可知，破碎机失速保护、过流保护、过载保护、堵转保护等防护装置都必须反应到电机，使得电机断电停机，而电机从断电开始到停机还存在惯性力，停止时间约为3秒，而液力耦合器起作用必须要等油液温度达到一定得情况下才能运行，反应时间更长。
4 效益分析
通过技术改造后，破碎机的减速机及齿尖的使用周期明显的延长，避免了由于破碎机堵停而损坏设备的事故，有利于安全生产，经济效益显著。
作者简介：张乐明（1983年-），男，陕西神木人，助理工程师，2007年毕业于西安科技大学机械设计制造及其自动化专业，现在在神华宁煤太西洗煤厂二分区工作。
关键词：SSC700破碎机 联轴器 转矩 强度 改造
SSC700破碎机属于太西洗煤厂二分区大块煤系统的主要破碎设备，在整个系统中起着非常重要的作用，主要担负着原煤二级破碎的功能。但是由于受原煤煤质的影响，破碎机的破碎功能急剧下降，经常出现破碎机减速机损坏及齿棍齿尖被掰的现象，使得此破碎机经常影响生产；尤其到近几年，由于受原煤煤质的影响，主要是高能灭火煤，原煤中带有大量杂质，破碎机所受的载荷急剧增大，使得破碎机不仅影响了生产的正常运行，同时也增加了维修的工作量和材料费用。通过分析后，建议对破碎机的安全防护装置进行改造。
1 技术特征及防护装置的结构
1.1 SSC700破碎机主要技术参数
破碎机型号：SSC700，双齿辊式，双电机驱动
处理量280t/h，入料粒度≤250mm（130～250）
电机型号：YB2-280S-4-75kw×2
减速机型号：H2SH7B
P2=75kw，n1=1500r/min，n2=75.98r/min
厂家：天地科技股份有限公司唐山分公司
1.2 破碎机防护装置的结构
116破碎机是大块煤破碎系统中的二级破碎系统，由双电机驱动双齿棍进行破碎的，电机与减速机之间通过液力耦合器进行连接，起到软起及急停保护，同时还在破碎机上安装有部分电气保护，主要有：失速保护、过流保护、过载保护等。
2 破碎机减速机损坏及齿尖被掰的原因分析
116破碎机属于大块煤系统二级破碎，主要承担着大于140mm的块煤破碎功能，是原煤破碎系统不可缺少的设备。近期原煤煤质发生急剧的变化，原煤中夹杂了部分大块矸石，矸石会和原煤一块进入破碎机进行破碎，通过重介选煤将其选出。同时，原煤中也会夹杂部分通过除铁器无法除去的铁器或者非铁器的硬质金属或非金属。通过查阅有关资料，矸石、铁块、硬质金属或者非金属的硬度比无烟煤的硬度大的多，在破碎过程中，破碎机比较吃力或者无法破碎。当矸石或者铁器进入破碎机内时，由于破碎机通过电机带动正常运转，破碎机齿棍会被瞬间堵停，而破碎机原装的失速保护、过流保护、过载保护和液力耦合器保护都需要经过一定的反应时间才能动作，在此短暂的瞬间，惯性力就会将破碎机齿尖及减速机损坏。
3 改造措施
经过上述分析，我们需要在破碎机合适的位置安装一套反应速度要比失速保护、过流保护、过载保护和液力耦合器保护都要快的保护装置。为此，我们选择柱销联轴器安装在液力耦合器与电机之间。柱销联轴器内的柱销在惯性力达到一定的时候，柱销就会齐齐的断裂，使得电机与减速机以及齿棍脱离，不在受惯性力。从而避免破碎机减速机或者齿尖在惯性力的驱动下而损坏。
3.1 改造优点
弹性柱销联轴器是利用若干非金属弹性材料制成的柱销，置于两半联轴器的凸缘孔中，通过柱销实现两半联轴器的连接，该联轴器结构简单，容易制造，装拆更换弹性元件比较方便，不用移动两半联轴器，弹性元件的材料一般选用尼龙6，有微量补偿两轴线偏移能力。同时具有防护能力强的特点，遇到外力较大时可以快速切断，有效的防护破碎机减速机及齿尖。
3.2 柱销联轴器选型计算
3.2.1 联轴器的理论转矩计算：
T=9500×（Pw／n）
其中：Pw——驱动功率，kw，Pw=75kw
n——工作转速，r/min，n=1500r/min
计算：T=9950×■=9950×■=477.5(N·m)
3.2.2 联轴器的计算转矩：
Tc=Tkwkzktk
其中：kw——动力参数；查表：kw=1.0，中等冲击载荷。
kz——启动参数；查表；主动端启动频率z形成附加载荷z≤120，kz=1.0。
kt——温度参数；查表；kt=1.2
k——工况参数；查表；k=2.75
计算：Tc=Tkwkzktk=477.5×2.75×1×1.0×1.2=1575.75（N*m）
3.2.3 柱销中心分布圆直径
D1=（10~15）■=15■=15■=174.55≈180mm
3.2.4 柱销直径：d3=(0.1~0.14)D1=0.14×180=25.2≈30mm
3.2.5 柱銷长度：l=2d3=60mm
3.2.6 柱销数量：I=6~16=8个
3.2.7 联轴器外径：D=（1.2~1.4）D1=1.2×180=216≈220mm
3.2.8 公称转矩：Tn=2.2×103N.m=2200N*m
3.2.9 选择柱销联轴器
查手册得：型号：LH6
3.2.10 联轴器的剪切强度校核
τ=■=■=1.22N/mm2≤[τ]=7N/mm2
满足生产要求
3.2.11 联轴器压强校核
τ=■=■=2.44N/mm2≤15~20N/mm2
满足生产要求。
3.2.12 工业上常用抗压强度极限R (以MPa为单位)的十分之一衡量物科的抗破碎阻力f=■
f称为普氏硬度系数，矿石为10级，f值由0.3~20.f值越大，矿石越坚固，也越难破碎，按普氏硬度岩石分级无烟煤的普氏系数f=2烟煤的普氏系数f=1~1.5，那么，可以计算无烟煤的抗压强度极限，R=10f=20Mpa
3.2.13 已知116破碎机入料粒度为130~150mm，现以直径为D=φ150mm的煤例进行计算。
M=Fb/s。
其中M—强度
Fb—力
S—截面积
Fb=M×s=20×π×（150/2)2=353250N
也就是说破碎机齿辊在剪切破碎煤时所承受的力为Fb=353250N。
3.2.14 计算减速机低速轴上的扭矩。
扭矩=力×力臂
=353250×■=116572.5N·m
（功率=扭矩（N.m）×转速/9549）
3.2.15 计算机减速机高速轴上的扭矩。
T低/T高=n高/n低=1500/75.98=19.74
T高=5905.4N.m
3.2.16 计算联轴器柱销中心分布圆直径方向上的切向力。
FD1=T高/（D1/2）=2T高/D1=65615.56N
3.2.17 计算每一个柱销的剪切强度。
τ=■≤[τ]，A=πr2=■，■=A≥■?圯2■
3.2.18 计算安全运行情况下的尼龙柱销的最小直径。
已知116破碎机的破碎形式是折断破碎所以应承受的抗弯强度为980~1080MPa。
根据以上计算可得，d3≥2■=2■≈9.14
3.2.19 总结
通过以上计算分析可以得出，无烟煤强度极限为20MPa，正常情况下，柱销联轴器所用柱销直径为φ10就能满足要求，考虑到破碎机重载启动与冲击强度，需用柱销直径为φ15×8。
3.3 理论校验改造效果
3.3.1 计算柱销联轴器的反应时间
柱销联轴器的反应时间也就是从破碎机内进入较硬的矸石或者铁器等硬质材料时，将破碎机卡停到停止的时间。
根据刚体定轴转动的微分方程即刚体对转轴的转动惯量与角加速度的乘积等于作用于刚体的主动力对该轴的力矩之和。
即J■=Fr
其中J——转动力矩
w——角速度
t——动作时间
F——惯性力（以φ150的原煤为例计算出的惯性力F=353250N）
r——齿棍半径（r=0.33米）
其中转动惯量J=■=132kg·m2 （m为齿棍质量，m≈2500kg）
角速度w=2πn/60=7.95 （n为齿棍转速，n=75.98r/min）
通过计算可知：t=■=■=0.009s
3.3.2 其他防护装置与柱销联轴器运行时间比较
经过查阅有关技术标准可知，破碎机失速保护、过流保护、过载保护、堵转保护等防护装置都必须反应到电机，使得电机断电停机，而电机从断电开始到停机还存在惯性力，停止时间约为3秒，而液力耦合器起作用必须要等油液温度达到一定得情况下才能运行，反应时间更长。
4 效益分析
通过技术改造后，破碎机的减速机及齿尖的使用周期明显的延长，避免了由于破碎机堵停而损坏设备的事故，有利于安全生产，经济效益显著。
作者简介：张乐明（1983年-），男，陕西神木人，助理工程师，2007年毕业于西安科技大学机械设计制造及其自动化专业，现在在神华宁煤太西洗煤厂二分区工作。