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(shè)備，大型單段錘式破碎機(jī)在各水泥礦山的破碎生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，破碎機(jī)型號(hào)越來越大，臺(tái)時(shí)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(zhuǎn)子2-DPC2325破碎機(jī)，最高臺(tái)時(shí)產(chǎn)量可達(dá)2 000 t。近幾年來，我公司承接了數(shù)百臺(tái)大型破碎機(jī)的研發(fā)和制造任務(wù)，同時(shí)承攬了國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)的大型破碎機(jī)轉(zhuǎn)子的維修業(yè)務(wù)，為數(shù)百家水泥企業(yè)提供了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)質(zhì)高性價(jià)比的大錘頭，取得了良好的社會(huì)和企業(yè)效益。
    目前國(guó)內(nèi)的大型單段破碎機(jī)是在從國(guó)外引進(jìn)機(jī)型的基礎(chǔ)上，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷改進(jìn)而發(fā)展起來的，規(guī)格型號(hào)比較齊全，能適應(yīng)各種不同物料的破碎需求，技術(shù)也得到了全面發(fā)展，但在實(shí)踐應(yīng)用中也凸顯出諸多問題，特別是大型破碎機(jī)的心臟——轉(zhuǎn)子，由于其嚴(yán)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(yīng)用各種數(shù)字化技術(shù)對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)子使用現(xiàn)狀及存在的問題
1.1轉(zhuǎn)子故障
    轉(zhuǎn)子故障主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子的有效工作壽命上。一般情況下，一臺(tái)新轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)間在3年左右就需要大修，錘盤磨損嚴(yán)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(qiáng)度）是各使用單位最為關(guān)心的問題，反映一個(gè)制造廠的材料科學(xué)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(fèi)太多的時(shí)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(jī)帶來的破壞性是無法預(yù)料的。
2、破碎機(jī)轉(zhuǎn)子工作狀況分析
2.1轉(zhuǎn)子
     轉(zhuǎn)子是破碎機(jī)的核心部件和主要工作部件。重達(dá)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(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，其承受的巨大沖擊力是可想而知的。錘頭、錘軸、錘盤相應(yīng)承受巨大的沖擊，而且這種沖擊是周而復(fù)始、連續(xù)不斷的，同時(shí)破碎腔內(nèi)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(shí)受到徑向數(shù)十噸的拉力，這個(gè)摩擦力和拉力究竟有多大？我們有必要對(duì)轉(zhuǎn)子的工礦條件做模擬分析，人們除了靠經(jīng)驗(yàn)、靠總結(jié)來改良轉(zhuǎn)子，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子工礦進(jìn)行數(shù)字模擬分析，才更為科學(xué)。
2.2主軸
    主軸承擔(dān)著傳遞動(dòng)力、支撐重量并將轉(zhuǎn)子上的所有部件組合成一體，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的各項(xiàng)功能。綜合考慮它所傳遞的扭矩、強(qiáng)度、剛度等各方面的因素來進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)楣�況條件的不同，同樣的設(shè)計(jì)會(huì)有不同的結(jié)果。2009年4月，義煤集團(tuán)使用的某國(guó)內(nèi)著名廠家產(chǎn)的DPC2022破碎機(jī)，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(dāng)了“救火者”的身份，連夜將剛做好的新轉(zhuǎn)子送去，解決了客戶的燃眉之急。
2.3錘抽
    錘軸承擔(dān)著錘頭和轉(zhuǎn)子的鏈接任務(wù)，并將轉(zhuǎn)子的動(dòng)能傳遞到錘頭上去，在工作的時(shí)候，承擔(dān)著較大的沖擊摩擦力和錘頭的離心力以及自身旋轉(zhuǎn)的摩擦力，錘軸的斷裂經(jīng)常發(fā)生。
2.4錘頭
  錘頭是轉(zhuǎn)子最重要的工作部件，一臺(tái)破碎機(jī)就是靠它來實(shí)現(xiàn)破碎功能的，錘頭獲得的動(dòng)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(gè)破碎機(jī)金屬磨損量的60%以上。但它的關(guān)鍵卻又是相互矛盾的技術(shù)指標(biāo)，即耐磨損壽命和抗沖擊力是否能同時(shí)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(guó)內(nèi)許多破碎機(jī)生產(chǎn)廠家最亟待解決的現(xiàn)實(shí)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(yīng)用數(shù)字技術(shù)誕生改良增強(qiáng)型轉(zhuǎn)子
    在前文中提到的大型破碎機(jī)最為常見的幾個(gè)問題是這些年來在維修和制造的各個(gè)廠家破碎機(jī)轉(zhuǎn)子的大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)字中總結(jié)出來的。當(dāng)今國(guó)際上發(fā)達(dá)國(guó)家的著名跨國(guó)公司企業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)早已進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，應(yīng)用先進(jìn)手段才能促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。我公司從2006年開始引進(jìn)了NASTRAN、DATRAN、DEFORM等設(shè)計(jì)分析軟件，和專家對(duì)破碎過程進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，運(yùn)用當(dāng)今世界最先進(jìn)的有限元計(jì)算技術(shù)，建立數(shù)學(xué)模型和力學(xué)模型，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)工藝過程進(jìn)行仿真模擬，通過清晰的應(yīng)力分析云圖，對(duì)轉(zhuǎn)子部件進(jìn)行改良，設(shè)計(jì)出改良增強(qiáng)型轉(zhuǎn)子。從外觀和安裝尺寸看，它和普通轉(zhuǎn)子區(qū)別不大，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝卻有巨大的不同。
    通過仿真分析，可預(yù)先獲取在澆鑄過程中的溫度場(chǎng)分布，避免因澆冒口設(shè)置不當(dāng)而帶來的縮松、縮孔及內(nèi)部氣泡。
    根據(jù)以上分析結(jié)果，設(shè)計(jì)工藝部門針對(duì)轉(zhuǎn)子上的薄弱環(huán)節(jié)運(yùn)用原位增強(qiáng)等技術(shù)對(duì)部件進(jìn)行有效改良：
    (1)對(duì)錘盤外緣進(jìn)行加厚加高，并采用WHM=步法超硬表面熔敷技術(shù)，比常規(guī)堆焊壽命提高2倍以上。
    (2)經(jīng)過有限元分析計(jì)算，主軸由原來的方形改為圓形，重量大大減輕，結(jié)構(gòu)靜動(dòng)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(qiáng)度之間的關(guān)系。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的錘頭在與莫氏硬度大于7級(jí)的硬石料相碰撞時(shí)，其磨損工況條件是相當(dāng)惡劣的。因此，錘頭的耐磨性就成為用戶選擇破碎機(jī)的重要標(biāo)準(zhǔn)。目前在破碎行業(yè)，一個(gè)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(shí)和重點(diǎn)院校的科研成果相結(jié)合，調(diào)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(zhì)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(diào)整材質(zhì)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(yùn)用數(shù)字化分析技術(shù)，對(duì)大型破碎機(jī)轉(zhuǎn)子的改良獲得了巨大的成功。山東日照某水泥集團(tuán)2008年購(gòu)買北方某知名破碎機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的大型單段破碎機(jī)，由于其特殊的工況條件，轉(zhuǎn)子使用不到三個(gè)月，磨損開裂非常嚴(yán)重。委托幾個(gè)廠家進(jìn)行修復(fù)和更新轉(zhuǎn)子，沒有一家壽命能夠使用超過三個(gè)月。我公司于2008年5月通過獨(dú)有的技術(shù)為其制造的增強(qiáng)型轉(zhuǎn)子，至今仍在良好地運(yùn)行之中，獲得用戶好評(píng)。
4、結(jié)束語
    通過科技手段使大型破碎機(jī)轉(zhuǎn)子壽命提高30%—50%．生產(chǎn)成本降低10%左右，實(shí)現(xiàn)了制造商與水泥企業(yè)的雙贏。水泥企業(yè)維修費(fèi)用降低，維修停機(jī)時(shí)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(jī)改良取得顯著效果以來，我們已開始將這一技術(shù)應(yīng)用到其他機(jī)型上，例如大型反擊破碎機(jī)和顎式破碎機(jī)。我國(guó)在這方面的技術(shù)仍然落后于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)外基本上是由大型反擊破碎機(jī)來替代金屬消耗量較大的單段錘式破碎機(jī)。我國(guó)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(duì)用戶來講不是一個(gè)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(shù)來指導(dǎo)設(shè)計(jì)思想，取得了比同規(guī)格破碎機(jī)增加產(chǎn)量50%的良好效果，為我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在這一領(lǐng)域差距的縮小作出了貢獻(xiàn)。
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