【中碎齒輥破碎機在露天礦的應用】近年來隨著煤炭行業的轉型升級，對煤炭開發、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。煤化工域對產品粒度的要求為嚴格，一般要求粒度在 25～70 mm 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，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，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。

圖 1　齒輥破碎機的結構

Fig. 1　Structure of toothed-roller crusher

1. 電動機　2. 偶合器　3. 減速器　4.聯軸器　5.齒輥

2　中碎齒輥結構

傳統出料粒度為 70 mm 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，性高，缺點是破碎齒磨損后不易更換，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性，又要有較強的可更換性，需要重新設計齒板聯接結構，以設備穩定運行。

如圖 2 所示，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，在聯接強度的同時，又具有良好的互換性及可更換性。

 2　齒輥結構

Fig. 2　Structure of new-type toothed-roller

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，在出料粒度的前提下，可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。要求齒板不僅要有較強的硬度、韌性、耐沖擊性及性，同時還要兼顧后續的可加工性及可焊性。目前常用的材料有高錳鋼、低合金調質鋼加以表面堆焊和中碳貝氏體鋼等。

高錳鋼是常見的材料，熱處理后的高錳鋼沖擊韌性高，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 HRC 54 以上，性顯著提高，而仍保持韌性狀態，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。

為了地提高輥齒的性能，常采用低合金調質鋼加以表面堆焊硬質材料。一般使用 40 Cr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，終選擇中碳貝氏體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 HRC 50 左右，其抗拉強度可達 1 500 MPa，了的破碎強度。經磨損試驗對比，該材質的性較 40Cr 調質加表面堆焊層提高 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，低溫度甚至達到-30℃，為了齒輥破碎機能夠在低溫下運行，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，了傳動系統的運行。

 3　電加熱系統

Fig. 3　Electric heating system

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。原煤先經 2 號破碎站破碎至 300 mm 以下，再由一臺環錘破碎機破碎至 70 mm 以下，然后經轉運膠帶運至儲煤倉，經篩分后，25～70 mm 的終產品銷往化工企業。

原有的環錘破碎機經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，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，給企業創造了大的經濟效益。

表 1　出料粒度篩分試驗結果

Tab. 1　　Results of discharge sieving test

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，大地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、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，大力發展煤化工是然趨勢。煤化工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，具有的技術優勢，應用及推廣前景廣闊。