降低JY200圆锥破碎机大齿轮螺栓断裂频次的研究.pdf

铜业工程 COPPER ENGINEERINGTotal 182No.4 2023总第182期2023年第4期引文格式引文格式：黎兆鑫,缪玲学,何尹.降低JY200圆锥破碎机大齿轮螺栓断裂频次的研究 J.铜业工程,2023(4):131-135.降低JY200圆锥破碎机大齿轮螺栓断裂频次的研究黎兆鑫，缪玲学，何尹（江西铜业集团银山矿业有限责任公司，江西 德兴 334200）摘要：银山矿业有限责任公司选矿厂现有的JY200型圆锥破碎机在运行过程中经常会出现大齿轮螺栓断裂的情况，且维修频次高、单次拆解更换时间长、拆解过程复杂，这极大地降低了该型圆锥破碎机的运转效率，增加了半自磨的能耗。该厂针对上述问题开展了技术攻关，分析出了导致大齿轮螺栓断裂的主要原因：一是两套除铁系统的除铁效果不佳；二是原有螺栓能够承受的拉应力十分有限。该厂对症下药，实施了系列改进举措：通过改善半自磨机排铁机构和皮带除铁器的除铁效果，有效地减少了破碎机过铁现象的出现；通过重新钻孔、攻丝，增大了大齿轮螺栓的直径，有效提升了其抗拉强度。系列改进措施实施后，直接将大齿轮螺栓的使用寿命提高了3倍以上，每年可减少维修费用约3.6万元，同时还可提高半自磨机的运转效率，为该厂带来显著的经济效益。关键词：圆锥破碎机；过铁；大齿轮螺栓断裂；钻孔；攻丝doi：10.3969/j.issn.1009-3842.2023.04.018中图分类号：TD451 文献标识码：A 文章编号：1009-3842（2023）04-0131-05圆锥破碎机具有破碎比大、产品粒度均匀、耗能少、产量高等特点，是实现物料中细粉碎和“多碎少磨”技术的首选关键破碎设备1-2。银山矿业有限责任公司选矿厂曾经引进一台JY200型圆锥破碎机，用于破碎半自磨机在磨矿过程中产生的铜矿顽石，经过破碎的顽石再次送入半自磨机。生产实践表明：顽石在进入半自磨机前的“预先破碎”极大地提高了半自磨机的处理能力，并且使磨矿能耗明显下降，已有研究证实了这一点3-4。目前国内外对于圆锥破碎机的研究主要集中在运动学和动力学分析5-7、腔型设计8和离散元仿真9-10等方面。JY200型圆锥破碎机在运行过程中，大齿轮螺栓频繁发生断裂。因此，银山矿业公司对JY200型圆锥破碎机进行了改进，解决了困扰生产的难题，保证了生产的平稳高效运行。1 JY200型圆锥破碎机简介1.1JY200型圆锥破碎机的工作原理圆锥破碎机在工作过程中，电机通过皮带传动来带动水平转动，动力通过水平轴末端的小齿轮直接传递给大齿轮，大齿轮带动偏心套围绕主轴旋转，偏心套带动动锥摆动和旋转，矿石在动锥与定锥之间受到多次的挤压和撞击而破碎。此外，JY200型圆锥破碎机还有一系列液压系统和润滑辅助系统11-14，液压系统包括：锁紧缸、过铁释放缸、液压马达。锁紧缸主要是为了防止定锥在破碎时发生转动；过铁释放缸能够在破碎机卡住铁质物件的时候将定锥抬升一定的高度，从而扩大排矿口的间隙，使得铁件顺利排出；液压马达可以合理地调节破碎机排矿口大小，从而实现破碎粒度和设备运行电流的较好匹配。1.2JY200型圆锥破碎机的结构JY200型圆锥破碎机主要由调整套部、支承套部、躯体部、偏心套部、机架部、传动轴架部、电机部和稀油站等部分组成。其结构和具体部件如图1所示。2 破碎机运行过程中出现的问题及原因分析2.1出现的问题通过分析半年来的现场记录发现，导致JY200型圆锥破碎机需要停机检修的常见问题有：液压油管爆裂，锁紧缸漏油，动锥衬板磨损，大齿轮螺栓断裂等，如表1所示。破碎机在半年内出现油管爆裂的次数较多，通常的解决办法是更换新的油管，其维修作业的时间并不长，并且可通过合理调节破碎机排矿口大小，使压力保持在正常范围内，收稿日期：2022-09-18；修订日期：2023-03-16作者简介：黎兆鑫（1996），男，江西上饶人，硕士，研究方向：矿山机械，E-mail：131总第182期铜业工程Total 182从而减少油管爆裂的次数。锁紧缸漏油和更换动锥衬板花费的检修时间均较多，但这类故障出现的次数较少，且动锥衬板属于正常的耗材，影响其磨损的因数较多15-16，所以这里不做分析。更换大齿轮螺栓需要对 JY200型圆锥破碎机进行整体拆卸，这里简述拆解步骤：第一步，拆除除尘风机罩。第二步，通过操作控制面板增大排矿口，然后将破碎机调整套整体旋出来，随后吊出。第三步，将暴露的驱动体整体吊出。第四步，拆除过铁释放缸与支承套部连接的6个大螺母，然后将支承套部整体吊出。第五步，拆卸碗型轴瓦与碗型轴瓦座。由于碗型轴瓦与碗型轴瓦座采用过盈配合，并借助4个16 mm35 mm定位销连接，如图2（a）中1所示。拆卸时对碗型轴瓦座加热，使其膨胀，再利用如图2（a）中2所示的3个螺栓孔将碗型轴瓦顶出来。拆除碗型轴瓦座与主轴连接的 3 个14 mm60 mm高强度螺栓，再次高温烘烤碗型轴瓦座，使其膨胀，即可将其取出，如图2（b）所示。第六步，分离大齿轮与偏心套。将整个偏心套部吊出，其结构如图3所示。先拆卸掉偏心配重密封环与大齿轮连接的 4 个14 mm95 mm（8.8级）高强度螺栓，将偏心配重密封环取出；再拆卸掉偏心套与大齿轮连接的4个14 mm75 mm（8.8级）高强度螺栓；最后将大齿轮与偏心套分离开。针对圆锥破碎机大齿轮螺栓断裂频次高、单次拆解更换时间长、拆解过程复杂等问题，银山矿业有限责任公司希望通过技术攻关来减少大齿轮螺栓的断裂频次，从而降低圆锥破碎机故障停车1.给料斗；2.定锥；3.锁紧缸；4.调整环；5.球面瓦；6.主机架；7.动锥上铜套；8.水平轴；9.水平轴铜套；10.大齿轮和小齿轮；11.下推力轴承；12.主轴；13.偏心套推力轴承；14.过铁释放缸总成；15.偏心套；16.动锥下铜套；17.动锥；18.偏心套铜套；19.动锥衬板；20.定锥衬板；21.液压调整马达；22.动锥球体；23.锁紧螺栓；24.分料盘图1JY200型圆锥破碎机结构图Fig.1JY200 type cone crusher structure diagram11表1圆锥破碎机常见故障次数及检修时间Table1Frequency of common failure of cone crusher and time required for maintenance故障类型液压油管爆裂锁紧缸漏油大齿轮螺栓断裂动锥衬板磨损故障次数/次3132检修时间/h0.5162413图2拆卸作业场景（a）碗型轴瓦；（b）碗型轴瓦座Fig.2Disassembly scenario（a）Bowl bearing bush；（b）Bowl bearing bush seat1.偏心套；2.偏心配重密封环；3.大齿轮；4.M14 mm95 mm高强度螺栓；5.M14 mm75 mm高强度螺栓 图3偏心套部的结构图Fig.3Structure diagram of eccentric sleeve次数，减轻员工劳动强度，有效提高半自磨机的运转效率。2.2大齿轮螺栓断裂的原因分析1）除铁系统的除铁效果不佳，使得铁件顺利进入到了圆锥破碎机内，这是导致大齿轮螺栓断裂的重要原因。银山矿业有限责任公司选矿厂在碎矿流程中，针对圆锥破碎机的过铁现象17共设置了两套除铁系统，包括半自磨机的磁力弧排铁机构和6#皮带的两台除铁器。导致这两套系统除铁效果不佳的原因包括：从采矿场运输过来的原矿中包含较多的铁质物件，如钎杆、榔头、钢筋等，这些物件大小不一，且形状不规整，使得半自磨机的磁力弧排铁机构易发生堵塞，极大地影响了除铁效果。设备厂家对6#皮带的两台除铁器进行了程序设定，除铁器吸住的铁件达到一定质量后，会自动通过导轨移动到铁件收集箱的位置，并释放收集到的铁件，随后重新回到工作位置，如此往复。但是厂家忽略了两台除铁器同时在导轨上移动的过程，如果此时皮带上有铁件，则无法将其除去。2）由大齿轮连接螺栓的断裂情况可以看出，断裂均发生在螺栓头处（如图4所示），而不是在偏心配重与大齿轮的连接处，说明引起螺栓断裂的主要原因是其承受了过大的拉应力。从操作人员每次反馈的情况来看，大齿轮连接螺栓的断裂均发生在破碎机过铁的时候。这是由于误入破碎机的铁件明显大于动锥与定锥之间的间隙，且这些铁件多为硬质合金钢材质，其强度较高，破碎机不足以将其粉碎，从而被卡死，大齿轮连接螺栓在此时承受了过大的拉应力，导致被拉断。虽然用于紧固大齿轮、偏心套和偏心配重密封环这三者之间的螺栓采用了8根8.8级的14 mm高强度螺栓，但是其能够承受的拉应力十分有限，这是导致圆锥破碎机大齿轮螺栓断裂的另一重要原因。综上所述，大齿轮螺栓断裂的主要原因包括：两套除铁系统的除铁效果不佳；原有螺栓能够承受的拉应力十分有限。3 解决措施根据对大齿轮螺栓断裂事故原因分析的结论，提出了如下改进措施：1）针对半自磨机的磁力弧排铁机构易发生堵塞，极大地影响除铁效果的问题，利用半自磨机检修和缺矿停车的间隙，组织人员对磁力弧排铁机构进行疏通，以使半自磨机在后续恢复正常运转时发挥良好的除铁效果。2）对6#皮带的两台除铁器（RCB90型）重新进行程序设定，确保一台除铁器在导轨上移动时，另一台除铁器能够保持正常除铁作业，降低铁件顺利通过6#皮带的可能性。3）借助Z306320/1型摇臂钻床对圆锥破碎机的大齿轮、偏心套和偏心配重密封环的螺孔进行扩孔、攻丝，将原有的 8 个 14 mm 的螺孔扩为 20 mm的螺孔。具体操作步骤：大齿轮扩8个20 mm的螺孔。偏心套扩4个20 mm的带牙通孔和4个22 mm的通孔。偏心配重密封环扩4个22 mm的通孔。由于大齿轮经过了特殊的热处理，其硬度更大，所以将大齿轮上8个螺孔扩大至20 mm螺孔时，需先用17.5 mm的钻头扩孔，再用19.5 mm的钻头扩孔，最后用20 mm的丝攻进行攻丝，从而防止一次加工成型损坏丝攻以及避免在大齿轮上产生较大集中应力。4）将原有的8.8级高强度螺栓升级为10.9级高强度螺栓，8.8 级高强度螺栓的公称抗拉强度为800 MPa，10.9 级高强度螺栓的公称抗拉强度为1000 MPa，升级之后的螺栓公称抗拉强度较之前提升了25。4 改进后的效果1）圆锥破碎机过铁的现象大幅减少，即使出图4大齿轮连接螺栓断裂图Fig.4Fracture diagram of big gear connection bolt132黎兆鑫等 降低JY200圆锥破碎机大齿轮螺栓断裂频次的研究2023年第4期次数，减轻员工劳动强度，有效提高半自磨机的运转效率。2.2大齿轮螺栓断裂的原因分析1）除铁系统的除铁效果不佳，使得铁件顺利进入到了圆锥破碎机内，这是导致大齿轮螺栓断裂的重要原因。银山矿业有限责任公司选矿厂在碎矿流程中，针对圆锥破碎机的过铁现象17共设置了两套除铁系统，包括半自磨机的磁力弧排铁机构和6#皮带的两台除铁器。导致这两套系统除铁效果不佳的原因包括：从采矿场运输过来的原矿中包含较多的铁质物件，如钎杆、榔头、钢筋等，这些物件大小不一，且形状不规整，使得半自磨机的磁力弧排铁机构易发生堵塞，极大地影响了除铁效果。设备厂家对6#皮带的两台除铁器进行了程序设定，除铁器吸住的铁件达到一定质量后，会自动通过导轨移动到铁件收集箱的位置，并释放收集到的铁件，随后重新回到工作位置，如此往复。但是厂家忽略了两台除铁器同时在导轨上移动的过程，如果此时皮带上有铁件，则无法将其除去。2）由大齿轮连接螺栓的断裂情况可以看出，断裂均发生在螺栓头处（如图4所示），而不是在偏心配重与大齿轮的连接处，说明引起螺栓断裂的主要原因是其承受了过大的拉应力。从操作人员每次反馈的情况来看，大齿轮连接螺栓的断裂均发生在破碎机过铁的时候。这是由于误入破碎机的铁件明显大于动锥与定锥之间的间隙，且这些铁件多为硬质合金钢材质，其强度较高，破碎机不足以将其粉碎，从而被卡死，大齿轮连接螺栓在此时承受了过大的拉应力，导致被拉断。虽然用于紧固大齿轮、偏心套和偏心配重密封环这三者之间的螺栓采用了8根8.8级的14 mm高强度螺栓，但是其能够承受的拉应力十分有限，这是导致圆锥破碎机大齿轮螺栓断裂的另一重要原因。综上所述，大齿轮螺栓断裂的主要原因包括：两套除铁系统的除铁效果不佳；原有螺栓能够承受的拉应力十分有限。3 解决措施根据对大齿轮螺栓断裂事故原因分析的结论，提出了如下改进措施：1）针对半自磨机的磁力弧排铁机构易发生堵塞，极大地影响除铁效果的问题，利用半自磨机检修和缺矿停车的间隙，组织人员对磁力弧排铁机构进行疏通，以使半自磨机在后续恢复正常运转时发挥良好的除铁效果。2）对6#皮带的两台除铁器（RCB90型）重新进行程序设定，确保一台除铁器在导轨上移动时，另一台除铁器能够保持正常除铁作业，降低铁件顺利通过6#皮带的可能性。3）借助Z306320/1型摇臂钻床对圆锥破碎机的大齿轮、偏心套和偏心配重密封环的螺孔进行扩孔、攻丝，将原有的 8 个 14 mm 的螺孔扩为 20 mm的螺孔。具体操作步骤：大齿轮扩8个20 mm的螺孔。偏心套扩4个20 mm的带牙通孔和4个22 mm的通孔。偏心配重密封环扩4个22 mm的通孔。由于大齿轮经过了特殊的热处理，其硬度更大，所以将大齿轮上8个螺孔扩大至20 mm螺孔时，需先用17.5 mm的钻头扩孔，再用19.5 mm的钻头扩孔，最后用20 mm的丝攻进行攻丝，从而防止一次加工成型损坏丝攻以及避免在大齿轮上产生较大集中应力。4）将原有的8.8级高强度螺栓升级为10.9级高强度螺栓，8.8 级高强度螺栓的公称抗拉强度为800 MPa，10.9 级高强度螺栓的公称抗拉强度为1000 MPa，升级之后的螺栓公称抗拉强度较之前提升了25。4 改进后的效果1）圆锥破碎机过铁的现象大幅减少，即使出图4大齿轮连接螺栓断裂图Fig.4Fracture diagram of big gear connection bolt133总第182期铜业工程Total 182现过铁的现象，也不会导致大齿轮螺栓断裂。当出现过铁状况时破碎机会被卡死，此时操作人员只需在控制面板上手动调大排矿口，铁件便会顺利通过排矿口，圆锥破碎机也能恢复正常工作，不至于影响生产。2）改进后的圆锥破碎机运行半年后进行了常规的拆解维护保养。其在半年的运行期间内均没有出现过大齿轮螺栓断裂的情况，这也说明了经过改造后的大齿轮螺栓使用寿命较改造前提高了3倍以上。3）按照每次维修需要4个人，维修时长24 h，一年减少维修次数6次计算，此次改造不仅每年能够节约维修费用约3.6万元，而且还降低了员工的劳动强度。4）极大地提高了半自磨机的磨矿效率，降低了钢球单耗和电单耗，为企业带来了显著的经济效益。5 结论通过对 JY200型圆锥破碎机相关部件进行改进和优化，解决了该破碎机容易过铁以及原装大齿轮螺栓强度不足的问题，降低了JY200型圆锥破碎机大齿轮螺栓发生断裂故障的频次，为企业带来了很好的经济效益，也显著降低了员工的劳动强度。若想从根本上解决 JY200型圆锥破碎机大齿轮螺栓出现非正常断裂故障的问题，就要彻底解决该设备存在的过铁问题，这个问题值得行业内科研技术人员持续深入探索研究。参考文献：1 苟敏刚，张志，于兴良，贺彩琴.多碎少磨工艺在铅硐山选矿厂的研究与应用 J.湖南有色金属，2020，36（3）：4.2 卢中博.“多碎少磨”在某金矿选矿厂的应用 J.世界有色金属，2021（5）：2.3 王皓，太白.在半自磨前用圆锥破碎机对临界尺寸产品进行预先破碎提高半自磨机的处理量 J.国外金属矿选矿，2000（10）：28.4 许鸿国，曾军龙，李杨，张建军，赵军，王明.顽石处理对半自磨机产能的影响 J.中国钼业，2021，45（3）：4.5 董钢，范秀敏，张曦，秦列辉.基于层压破碎理论的圆锥破碎机破碎力分析及运动学研究 J.机械工程学报，2010（17）：6.6 刘树英，闻邦椿.新型振动圆锥破碎机的研究 J.矿山机械，2005，33（1）：3.7 赵月静，彭伟，侯书军.振动圆锥破碎机的动力学模型 J.矿山机械，2005，33（7）：3.8 黄冬明，范秀敏，武殿梁，姚福生.圆锥破碎机腔形研究 J.中国机械工程，2008，19（17）：6.9 QUIST J，EVERTSSON C M.Cone crusher modelling and simulation using DEMJ.Minerals Engineering，2015，85：92.10 CLEARY P W，SINNOTT M D，MORRISON R D，CUMMINS S，DELANEY G W.Analysis of cone crusher performance with changes in material properties and operating conditions using DEM J.Minerals Engineering，2017，100：49.11 葛根法，王刚.JY500圆锥破碎机在泗洲选矿厂的应用 J.铜业工程，2018（5）：4.12 刘瑞月.圆锥破碎机工作机理及性能优化研究 D.北京：北京科技大学，2020.13 陈伟强.浅谈玛尔挡砂石加工系统中液压圆锥破碎机的选型 J.学生电脑，2021（10）：254.14 张凯龙.液压圆锥破碎机的现状与发展趋势初探 J.中国机械，2020（5）：103.15 QUIST J，FRANKE J，EVERTSSON M.The effect of liner wear on gyratory crushing-a dem case studyC/International Computational Modelling Symposium，2011.16 LI D，WANG Y，WANG C，LI S.Research on the wear behavior of the fixed cone liner of a cone crusher based on the discrete element method J.ACS Omega，2020，5（19）：11186.17 钮展良，王宏志，高锦财，袁海燕.选矿厂新型拣铁设备的研究与应用 J.冶金设备管理与维修，2018，36（2）：3.134黎兆鑫等 降低JY200圆锥破碎机大齿轮螺栓断裂频次的研究2023年第4期Reducing Gear Bolt Breaking Frequency of JY200 Cone CrusherLI Zhaoxin，MIAO Lingxue，HE Yin（Jiangxi Copper Corporation Limited Yinshan Copper Mining Company Limited，Dexing 334200，China）Abstract：The existing JY200 type cone crusher in the concentrator of Yinshan Copper Mining Company Limited often breaks the big gear bolt during operation,and the maintenance frequency is high,the single disassembly and replacement time are long and the disassembly process is complicated,which greatly reduces the operation efficiency of this type cone crusher and increases the energy consumption of semi-automatic grinding.The technical research has been carried out to solve above problems,and the main reasons leading to the fracture of the gear bolt are analyzed.First,the iron removal effect of two sets of iron removal systems is not good.Second,the tensile stress which the original bolts can bear is very limited.At the same time,a series of improvement measures are implemented.By improving the iron removal effect of the iron removal mechanism and belt iron remover,the phenomenon of over iron in the crusher can be effectively reduced.By redrilling and tapping,the diameter of the big gear bolt is increased,and its tensile strength is effectively improved.These improvement measures increase the service life of the big gear bolt by more than 3 times,and it is estimated that the annual maintenance cost can be saved about 36,000 yuan,and the operation efficiency of the semi-automatic mill is improved,which brings significant economic benefits to the factory.Key words：cone crusher；over iron；large gear bolt breakage；drilling；tappingdoi：10.3969/j.issn.1009-3842.2023.04.018135