大型齒輥破齒輥結構的設計及應用

黃少武，李恒栓，段斌

洛陽大華重型機械有限公司河南洛陽 471023

摘要：齒輥式破碎機目前已經被廣泛的應用，其結構形式有了相當的變革與發展。在實際使用中隨之產生了各種各樣的問題，比較突出的就是齒輥的使用壽命及可靠性問題，有些齒輥破在使用過程中就出現了破碎齒斷裂、掉落，不耐磨，磨損后維修困難等問題。采用新設計的齒輥結構，經過生產驗證，成功避免了上述問題的發生，取得了一定社會效益。
關鍵字：齒輥；鷹嘴型齒帽；梯形內齒；副齒

Design and application of toothed roller structure about the large

toothed roller crusher

HUANG Shaowu1，DUAN Bin2

Luoyang Dahua Heavy Machinery Co., Ltd.，Luoyang 471023，Henan，China

Abstract：Toothed roller crusher has been widely applied currently,the structural style also has been developed substantially. All kinds of problems happened in-service,the prominent problem is about the lifetime and the reliability.Some toothed roller breaking ,fall,not wearable and hard to repair in use.Using new designed toothed roller can solve those problems after test,and achieved certain social benefits.Keywords：toothed roller；olecranon typed tooth-cap；trapezoidal inner-tooth；deputy tooth

齒輥式破碎機因其破碎機理合理、高效節能、過粉碎少等特點，目前已經在國民生產中得到了廣泛的應用。齒輥破最重要的部件就是齒輥部，它直接與物料接觸，參與破碎，其結構設計是否合理，制造、選材是否得當，將直接影響整機的使用效果。大型齒輥破齒輥多采用大齒小輥的結構，破碎齒合理交叉分布，可以咬合大塊物料，提高破碎比，充分利用了物料抗彎、抗剪強度低的特點。

1. 常見齒輥結構及特點

1.1 瓦型分片齒輥

瓦型分片齒輥結構（見圖1），將外層圓周平均分成若干份(一般分成3-6份),每一份的截面看上去就像“瓦”一樣，在“瓦”上加上齒就成為瓦型齒板了，通過螺栓固定在輥圈上。這種齒輥結構簡單，更換齒板比較方便，多用于中小型齒輥破。

1.2 整體齒圈間隔齒輥

整體齒圈間隔齒輥（見圖2），就是把多個齒圈串在主軸上，齒圈與齒圈之間用隔套隔開，實際生產制造復雜，零件精度要求較高，整個齒圈軸向不能承受較大的力，容易產生軸向松動，所謂牽一發而動全身，并且當齒部磨損后，需要把不用更換的其它齒圈和隔套也拆下來，造成多余的工作量，對于大型齒輥破碎機來說，這種齒輥在對活吊裝時也比較麻煩。

1.瓦型齒板 2.連接螺栓 3.輥圈 4.主軸

圖1 瓦型分片齒板齒輥結構示意

Fig1 Schematic toothed roller structure of the Tile sliced toothed-plate

1.隔套 2.整體齒圈 3.主軸

圖2 整體齒圈間隔齒輥結構示意

Fig2 Schematic toothed roller structure of the whole toothed ring-spacing

1.3 弓型齒套齒輥

弓型齒套齒輥（見圖3），在整體齒環上增加單獨的破碎齒，因其形狀類似“弓”型，就稱之為弓型齒套。弓型的兩個內側面加工出凸臺鍵，齒環對應位置加工出鍵槽，齒套的凸臺鍵插入齒環的鍵槽內，同時穿入螺栓固定。該齒輥結構就像是單兵作戰，當其中個別齒套磨損了，可以拆掉螺栓，隨時更換新的齒套，整個過程快捷方便。目前這種齒套結構是大型齒輥破齒輥的主流形式。

現有這種弓型結構有一些不足之處，齒套通過鍵和螺栓固定，在相對有限的空間內，鍵的規格尺寸不會太大，螺栓又不足以承受較大剪力，可以斷定它在工作時不能承受較大軸向力，尤其是在有沖擊的工況下，弓型結構抗打擊能力不強，易發生斷裂情況。同時齒套的造型還有提升的空間，齒形應能更好的充分參與破碎。

2. 鷹嘴型齒帽齒輥結構

洛陽大華重型機械有限公司結合國內外情況，開發出一種鷹嘴型齒帽齒輥結構（見圖4、圖5），并成功用于內蒙大型露天煤礦移動破碎站上，作為第一道粗碎工序破碎原煤，進料尺寸三維邊長最大1.5m,出料粒度0.25m以下，每小時產量達到1500t/h。投產一年以來，從未發生過破碎齒斷裂、掉落，不耐磨等現象。公司已于2014年11月申請相應國家專利。

圖3 弓型齒套齒輥結構示意

Fig3 Schematic toothed roller structure of the bow typed tooth-sleeve

圖4 鷹嘴型齒帽齒輥實物圖

Fig4 Physical toothed roller map of the olecranon typed tooth-cap

1.鷹嘴型齒帽 2.梯形內齒 3.輥筒體 4.主軸 5.螺栓組

圖5鷹嘴型齒帽齒輥結構示意

Fig5 Schematic toothed roller structure of the olecranon typed tooth-cap

破碎齒從鷹喙造型抽象而來，內部設計出梯形空腔，整體看上去就像鷹嘴型的帽子一樣，故稱之為鷹嘴型齒帽，它套在梯形內齒上，梯形內齒正面頭部為方形，側截面為梯形，內部加工出螺栓孔，梯形內齒焊接在輥筒體上，焊縫要求打磨并探傷，達到要求后方能安裝齒帽，每環4個齒，并按“人”字形環環排布，焊接內齒后，輥子要做靜平衡試驗，同時要對鷹嘴型齒帽逐一稱重，并按4件一組分組，組內每件相互之間重量差小于50克，組與組之間重量差小于150克，并按照先圓周后軸向均勻分布重量的原則進行編號排位，方便隨后安裝工作，齒帽安裝完成后再做一次靜平衡。

圖6 鷹嘴型齒帽和梯形內齒結構示意

Fig6 Schematic structure of the olecranon typed tooth-cap and trapezoidal inner-tooth

鷹嘴型齒帽和梯形內齒詳細結構（見圖6），為了增加破碎效果，在鷹嘴型齒帽的后上方增加了鷹嘴型副齒，在主齒咬合破碎后，副齒緊跟步伐進行二次破碎，提高破碎效率，同時整個齒的造型盡量貼近流線型，在破碎時減少齒輥的阻力，降低能耗。齒帽與內齒在軸向采用梯形斜面配合，兩者在裝配時自動找正，用外力將其壓緊，達到一種過盈配合狀態，能夠承受較大的軸向力，在有沖擊的工況下，破碎齒也不會輕易松動，反而外力會使齒帽與內齒越套越緊，制造過程中應對預留間隙（見圖6）進行精確控制，間隙不能不夠也不能過大，控制在適度的范圍內才會達到理想的效果。梯形內齒在與輥筒體焊接前應與齒帽提前預裝，焊接時嚴格控制形位公差。鷹嘴型齒帽鑄造成型，其梯形內腔的鑄造精度不能太低，可適度修磨，裝配前先按圖紙檢查內腔尺寸，超差過多的應標記出來，能打磨修整的打磨，修不了的，可以把與其配套的內齒進行適度修整，保證兩者的結合度。螺栓組只起到輔助連接的作用，正常情況下除了破碎時物料對其有一定磨損外，它是不受外力的，因為鷹嘴齒帽所受的力都傳遞給了梯形斜面和梯形內齒的正前配合面，最終都傳遞到了輥筒體上。齒輥裝配完成后，可以清晰的看到“人”字形的排列方式，常見的還有螺旋式的排列，相比之下螺旋式承受的軸向力較大，而“人”字形布齒則使得破碎時產生的軸向力相互抵消，讓破碎過程更加穩定，減少主軸承受力，在一定程度上也延長了軸承的使用壽命。對于破碎齒帽材料的選擇，簡單的說可以按照物料的硬度大小來選擇，當物料硬度比較小的時候，適合選擇低合金調質鋼類材料，熱處理后硬度HRC43-45，還可以在齒尖上堆焊硬質合金耐磨材料，堆焊后局部硬度會有大幅度提高，在破碎軟物料時可大大提高齒輥壽命。當物料硬度比較大時，適合選擇高猛鋼類材料，充分發揮其加工硬化的特性，能夠達到理想的破碎效果。