隨著新型干法生產(chǎn)線在水泥行業(yè)的廣泛普及，作為原料破碎的主力設備，大型單段
錘式破碎機在各水泥礦山的破碎生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，
破碎機型號越來越大，臺時產(chǎn)量從最初的數(shù)十噸發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)千噸，例如研發(fā)的雙轉子2-DPC2325破碎機，最高臺時產(chǎn)量可達2 000 t。近幾年來，我公司承接了數(shù)百臺大型破碎機的研發(fā)和制造任務，同時承攬了國內水泥企業(yè)的大型破碎機轉子的維修業(yè)務，為數(shù)百家水泥企業(yè)提供了具有完全自主知識產(chǎn)權的優(yōu)質高性價比的大錘頭，取得了良好的社會和企業(yè)效益。
目前國內的大型單段破碎機是在從國外引進機型的基礎上，在長期的生產(chǎn)實踐中不斷改進而發(fā)展起來的，規(guī)格型號比較齊全，能適應各種不同物料的破碎需求，技術也得到了全面發(fā)展，但在實踐應用中也凸顯出諸多問題，特別是大型破碎機的心臟——轉子，由于其嚴酷的工況環(huán)境，使其顯現(xiàn)出諸多需要改良的方面。近年來我公司成功應用各種數(shù)字化技術對產(chǎn)品不斷改良，較好地解決了這些問題，取得了良好的效果。
1、大型單段破碎機轉子使用現(xiàn)狀及存在的問題
1.1轉子故障
轉子故障主要表現(xiàn)在轉子的有效工作壽命上。一般情況下，一臺新轉子運行時間在3年左右就需要大修，錘盤磨損嚴重，外緣開裂、錘軸襯套變形開裂，主軸變形、斷裂、錘軸斷裂。
1.2錘頭壽命及脆斷
錘頭壽命（耐磨性和強度）是各使用單位最為關心的問題，反映一個制造廠的材料科學和鑄造水平。頻繁更換錘頭不但給企業(yè)帶來生產(chǎn)成本的上升，也浪費太多的時間，造成連續(xù)作業(yè)中斷，其間接損失更大。錘頭的韌性處理不好，造成脆斷(圖6)，使使用單位非常頭疼，而且它給主機帶來的破壞性是無法預料的。
2、破碎機轉子工作狀況分析
2.1轉子
轉子是破碎機的核心部件和主要工作部件。重達數(shù)噸的物料從高度差為3m的喂料裝置上落下，直接撞擊高速運轉的轉子，其承受的巨大沖擊力是可想而知的。錘頭、錘軸、錘盤相應承受巨大的沖擊，而且這種沖擊是周而復始、連續(xù)不斷的，同時破碎腔內部恰似槍林彈雨，始終受到巨大的摩擦力作用，工況條件極為惡劣。錘盤的外圓不停地經(jīng)受著摩擦，錘軸孔同時受到徑向數(shù)十噸的拉力，這個摩擦力和拉力究竟有多大？我們有必要對轉子的工礦條件做模擬分析，人們除了靠經(jīng)驗、靠總結來改良轉子，應用數(shù)字化技術對轉子工礦進行數(shù)字模擬分析，才更為科學。
2.2主軸
主軸承擔著傳遞動力、支撐重量并將轉子上的所有部件組合成一體，實現(xiàn)轉子的各項功能。綜合考慮它所傳遞的扭矩、強度、剛度等各方面的因素來進行設計，因為工況條件的不同，同樣的設計會有不同的結果。2009年4月，義煤集團使用的某國內著名廠家產(chǎn)的DPC2022破碎機，在使用未滿一年的情況下，主軸突然斷裂，造成停產(chǎn)，我公司充當了“救火者”的身份，連夜將剛做好的新轉子送去，解決了客戶的燃眉之急。
2.3錘抽
錘軸承擔著錘頭和轉子的鏈接任務，并將轉子的動能傳遞到錘頭上去，在工作的時候，承擔著較大的沖擊摩擦力和錘頭的離心力以及自身旋轉的摩擦力，錘軸的斷裂經(jīng)常發(fā)生。
2.4錘頭
錘頭是轉子最重要的工作部件，一臺破碎機就是靠它來實現(xiàn)破碎功能的，錘頭獲得的動能通過高速撞擊傳遞到物料上，錘頭的金屬磨損量占到整個破碎機金屬磨損量的60%以上。但它的關鍵卻又是相互矛盾的技術指標，即耐磨損壽命和抗沖擊力是否能同時滿足要求？錘頭壽命無法滿足以及斷錘事故的頻繁發(fā)生是國內許多破碎機生產(chǎn)廠家最亟待解決的現(xiàn)實問題。2008~2009年間，我公司多次為使用其他廠家錘頭而發(fā)生斷裂、造成停產(chǎn)事故的客戶送去我們的“大金牙”錘頭，解了客戶的燃眉之急。
3、應用數(shù)字技術誕生改良增強型轉子
在前文中提到的大型破碎機最為常見的幾個問題是這些年來在維修和制造的各個廠家破碎機轉子的大量的統(tǒng)計數(shù)字中總結出來的。當今國際上發(fā)達國家的著名跨國公司企業(yè)機械設計早已進入數(shù)字化時代，應用先進手段才能促進技術進步。我公司從2006年開始引進了NASTRAN、DATRAN、DEFORM等設計分析軟件，和專家對破碎過程進行運動分析，運用當今世界最先進的有限元計算技術，建立數(shù)學模型和力學模型，對產(chǎn)品結構進行強度計算和優(yōu)化設計，對工藝過程進行仿真模擬，通過清晰的應力分析云圖，對轉子部件進行改良，設計出改良增強型轉子。從外觀和安裝尺寸看，它和普通轉子區(qū)別不大，但內部結構和生產(chǎn)工藝卻有巨大的不同。
通過仿真分析，可預先獲取在澆鑄過程中的溫度場分布，避免因澆冒口設置不當而帶來的縮松、縮孔及內部氣泡。
根據(jù)以上分析結果，設計工藝部門針對轉子上的薄弱環(huán)節(jié)運用原位增強等技術對部件進行有效改良：
(1)對錘盤外緣進行加厚加高，并采用WHM=步法超硬表面熔敷技術，比常規(guī)堆焊壽命提高2倍以上。
(2)經(jīng)過有限元分析計算，主軸由原來的方形改為圓形，重量大大減輕，結構靜動特性更加符合總體性能要求，制造成本節(jié)約20%。
(3)完善解決了錘頭耐磨性和強度之間的關系。高速運轉的錘頭在與莫氏硬度大于7級的硬石料相碰撞時，其磨損工況條件是相當惡劣的。因此，錘頭的耐磨性就成為用戶選擇破碎機的重要標準。目前在破碎行業(yè)，一個突出的疑難問題是錘頭耐磨性與韌性之間的矛盾。通過數(shù)字化仿真分析，同時和重點院校的科研成果相結合，調整材料的合金化配比，改良錘頭的鑄造工藝，最終使產(chǎn)品的質量大幅提升，耐磨性提高50qc-150%。
(4)在不改變外形尺寸的條件下，我們通過調整材質的合金配比，改善熱處理工藝等手段使錘軸和錘軸襯套的壽命提高了30%。
總之，通過運用數(shù)字化分析技術，對大型破碎機轉子的改良獲得了巨大的成功。山東日照某水泥集團2008年購買北方某知名破碎機生產(chǎn)企業(yè)的大型單段破碎機，由于其特殊的工況條件，轉子使用不到三個月，磨損開裂非常嚴重。委托幾個廠家進行修復和更新轉子，沒有一家壽命能夠使用超過三個月。我公司于2008年5月通過獨有的技術為其制造的增強型轉子，至今仍在良好地運行之中，獲得用戶好評。
4、結束語
通過科技手段使大型破碎機轉子壽命提高30%—50%．生產(chǎn)成本降低10%左右，實現(xiàn)了制造商與水泥企業(yè)的雙贏。水泥企業(yè)維修費用降低，維修停機時間減少，為挖潛節(jié)約創(chuàng)造了有力條件。
在大型單段破碎機改良取得顯著效果以來，我們已開始將這一技術應用到其他機型上，例如大型
反擊破碎機和
顎式破碎機。我國在這方面的技術仍然落后于歐美發(fā)達國家，國外基本上是由大型反擊破碎機來替代金屬消耗量較大的單段錘式破碎機。我國也有廠家生產(chǎn)處理能力超過800 t/h的反擊破和顎破，但大都是重量和體積龐大，耗電驚人，這對用戶來講不是一個好的選擇。我公司目前開發(fā)成功的高能反擊破和顎破，就是利用數(shù)字分析技術來指導設計思想，取得了比同規(guī)格破碎機增加產(chǎn)量50%的良好效果，為我國與發(fā)達國家在這一領域差距的縮小作出了貢獻。
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