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0、引言
    傳統式破碎機（顎式破碎機、旋回式破碎機、反擊式破碎和錘式破碎機等）依靠工作部件運動時施加于被破碎物料上的沖擊壓力實現破碎，機器笨重、效率低、能耗高，這些缺點限制了破碎機破碎能力的提高，已經不能滿足煤礦生產的需要。目前，國內對于適合高產高效礦井的大破碎能力的破碎機，主要依賴進口，從20世紀90年代起，大量引進英國MMD公司、德國克虜伯公司、美國Terlx公司的破碎機。這些外國公司在我國煤炭行業推廣的破碎機價格昂貴、維護成本很高。國內同類產品的破碎結構和國外相似，但由于傳動部件強度不如國外產品以及對關鍵部件結構、設計參數不夠優化，破碎能力較低。目前，國內還沒有真正適合于煤礦井下、破碎能力超過4 000 t/h的破碎機。基于以上原因，結合神華能源股份有限公司神東分公司的需求，研制了一種新型高效差動分級齒輥式破碎機，彌補了國內外同類產品的不足。
1、差動分級齒輥式破碎機主要結構、工作原理及特點
    現代化高產高效礦井建設迫切需要高產高效的設備，尤其是以快速、高效、節能為特點的新型設備，破碎機是煤礦生產系統的重要設備之一，破碎機的性能和工作效率直接影響整個生產系統的正常運行。新型高效差動分級齒輥式破碎機的技術參數如表1所示。
1.1主要結構
    新型高效差動分級齒輥式破碎機采用先進的礦料破碎理論，優化利用多級篩分結構、齒輥差動剪切以及動態顎板等結構，真正實現礦料的分級破碎，設備效率高、壽命長、能耗低，彌補了國內外同類產品的不足，完全可以替代國外同類產品。該設備的結構如圖1所示。差動分級式破碎機主要由篩分機構、破碎機構、動力裝置和箱體四大部分組成。
    篩分機構是借鑒現有的成熟產品設計的，它起到一個篩分和推移物料的作用，即滿足一定尺寸的物料直接從滾軸篩軸隙落下由輸送機運走，同時將大于一定尺寸的物料推移到破碎箱體里進行破碎。各個滾軸以一定的角度傾斜布置，此結構更有利于大塊物料的推移。
    該破碎機的破碎機構是綜合了雙齒輥破碎機、分級破碎機及顎式破碎機的結構特點設計的，主要作用就是破碎大塊的物料，并具有一定的粒度調整功能。
    動力裝置主要由電動機、液力耦合器、減速器和聯軸器組成，用來提供動力。箱體則是安裝各個組件的基體，也是分級和破碎的空間。
1.2工作原理及結構特點
    該破碎機在工作過程中，物料（原煤）由輸送機源源不斷地運至并傾卸在分級箱體上方，滿足一定尺寸的物料就直接從軸隙間落下并被下面的輸送機構運走，而大塊的物料則被推移到破碎箱體內。進入破碎箱體后，大塊的物料在輪齒剪切作用下首先進行部分破碎。同時，由于兩排輪齒的轉速不同，因此還對物料形成了一個拉伸的作用。由于大部分巖礦物料的抗壓強度遠高于其抗剪和抗張強度，它們之間的比例大致為10:1。大量試驗表明，在剪切力和拉伸力作用下，巖礦物料的缺陷（節理、裂紋和損傷）處易產生應力集中而破裂。因此，物料可被輪齒較容易地破碎。物料在被輪齒破碎的同時往下落，在顎體同輪齒間的擠壓作用下也不斷地被破碎。被破碎掉的小塊物料可以從顎體同輪齒之間的縫隙落下，剩下的部分重復以上過程，直到大塊物料被完全破碎成符合要求的尺寸。
    由以上分析可以得出該新型差動分級式齒輥式破碎機具有如下特點：
    (1)實現了真正意義上的分級破碎。設計了專門的篩分機構，把不需要破碎的物料直接過濾掉．而把需要破碎的推移到破碎箱內進行破碎。
    (2)產量大，并且不會發生物料堵塞現象。根據現場調查，在產量比較高，物料濕度比較大的情況下，普通的分級破碎機極易發生堵塞而影響生產。其原因就是沒有專門的篩分機構，所有的物料都要經過破碎箱進行破碎。
    (3)破碎齒的壽命得到很大的提高。根據現場情況知道，物料（原煤）大約70%都是小塊，即不需要破碎的，而只有大約30%是需要破碎的。則在產量相同的情況下，破碎齒的工作強度大大減小，壽命自然提高。
    (4)能耗低。該破碎機的裝機功率為270 kW，比具有相同產量的破碎機有更小的功率( MMD850的裝機功率為400 kW)。
    (5)采用最新的破碎理論進行結構設計，充分利用輪齒的剪切和拉伸作用進行破碎，并結合顎式破碎機的特點，使破碎效果達到最佳。
    (6)結構緊湊，移動較靈活，可用于井下及地面。
2、差動分級齒輥式破碎機的建模及運動仿真
    為了進一步對該新型高效差動分級齒輥式破碎機的結構進行研究，在此利用Pro/E軟件對其進行建模，建立起虛擬樣機，然后利用Pro/E的Mechanism仿真模塊，對其進行運動分析。這樣可以避免必須制造樣機才能再做實驗的弊端，同時也可以對設計工作起到指導作用。
2.1破碎機的建模
    以形狀比較復雜的破碎齒為例，主要建模過程如下：使用口]拉伸工具，建立破碎齒基體模型，如圖2(a)所示；使用口]拉伸及陣列工具，在基體的基礎上添加齒的模型，如圖2(b)所示；利用’倒圓和’倒角工具進行修改，得到的模型如圖2(c)所示；選取一個齒，點擊菜單欄“插入”，在下拉菜單中依次選取“掃描混合”、“切口”，按照彈出對話框的步驟，草繪掃描軌跡和掃描截面，切除破碎齒多余部分，利用]I[鏡像工具和陣列工具，可作用于其他3個齒，最終建立的破碎齒模型如圖2(d)所示。差動分級齒輥式破碎機整體模型如圖3所示。
2.2運動仿真
    建立好各個零部件的模型后，根據破碎機的實際工作狀態，將各零部件裝配成具有連接關系的整體。其中：滾軸篩軸組件和箱體基座之間為銷釘連接；2個破碎軸與箱體基座也是銷釘聯接；電動機部件與相連的軸之間為剛性聯接，以便傳遞動力；滾軸篩部分的各齒輪之間要按照傳動的順序，定義成齒輪副連接。裝配完成后，進入Mechanism機構仿真環境進行操作。首先，使用( Servo)定義伺服電機工具，分別在各個電動機的輸出軸上添加一個動力源，并設置好相應的參數。然后，使用．( Analyses)分析工具建立分析，選擇運動分析并運行。最后，使用( Playback)回放工具，選取所得的分析結果，運行并觀察得到的結果。經過觀察破碎機的模擬工作情況，不僅可以更加深刻地理解該差動分級齒輥式破碎機的結構特點，而且還可以從中發現問題，為以后的改進提供直觀的依據。
3、結語
    差動分級齒輥式破碎機采用先進的礦料破碎理論，在設備結構上綜合利用了“多級篩分”結構、齒輥差動剪切以及動態顎板等結構，真正實現礦料的“分級破碎”。大大提高了破碎量，降低了齒輥的工作強度；設備效率高、壽命長、能耗低，彌補了國內外同類產品的不足，完全可以替代國外同類產品。