大型齿辊破齿辊结构的设计及应用

黄少武，李恒栓，段斌

洛阳大华重型机械有限公司河南洛阳 471023

摘要：齿辊式破碎机目前已经被广泛的应用，其结构形式有了相当的变革与发展。在实际使用中随之产生了各种各样的问题，比较突出的就是齿辊的使用寿命及可靠性问题，有些齿辊破在使用过程中就出现了破碎齿断裂、掉落，不耐磨，磨损后维修困难等问题。采用新设计的齿辊结构，经过生产验证，成功避免了上述问题的发生，取得了一定社会效益。
关键字：齿辊；鹰嘴型齿帽；梯形内齿；副齿

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

齿辊式破碎机因其破碎机理合理、高效节能、过粉碎少等特点，目前已经在国民生产中得到了广泛的应用。齿辊破最重要的部件就是齿辊部，它直接与物料接触，参与破碎，其结构设计是否合理，制造、选材是否得当，将直接影响整机的使用效果。大型齿辊破齿辊多采用大齿小辊的结构，破碎齿合理交叉分布，可以咬合大块物料，提高破碎比，充分利用了物料抗弯、抗剪强度低的特点。

1. 常见齿辊结构及特点

1.1 瓦型分片齿辊

瓦型分片齿辊结构（见图1），将外层圆周平均分成若干份(一般分成3-6份),每一份的截面看上去就像“瓦”一样，在“瓦”上加上齿就成为瓦型齿板了，通过螺栓固定在辊圈上。这种齿辊结构简单，更换齿板比较方便，多用于中小型齿辊破。

1.2 整体齿圈间隔齿辊

整体齿圈间隔齿辊（见图2），就是把多个齿圈串在主轴上，齿圈与齿圈之间用隔套隔开，实际生产制造复杂，零件精度要求较高，整个齿圈轴向不能承受较大的力，容易产生轴向松动，所谓牵一发而动全身，并且当齿部磨损后，需要把不用更换的其它齿圈和隔套也拆下来，造成多余的工作量，对于大型齿辊破碎机来说，这种齿辊在对活吊装时也比较麻烦。

1.瓦型齿板 2.连接螺栓 3.辊圈 4.主轴

图1 瓦型分片齿板齿辊结构示意

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

1.隔套 2.整体齿圈 3.主轴

图2 整体齿圈间隔齿辊结构示意

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

1.3 弓型齿套齿辊

弓型齿套齿辊（见图3），在整体齿环上增加单独的破碎齿，因其形状类似“弓”型，就称之为弓型齿套。弓型的两个内侧面加工出凸台键，齿环对应位置加工出键槽，齿套的凸台键插入齿环的键槽内，同时穿入螺栓固定。该齿辊结构就像是单兵作战，当其中个别齿套磨损了，可以拆掉螺栓，随时更换新的齿套，整个过程快捷方便。目前这种齿套结构是大型齿辊破齿辊的主流形式。

现有这种弓型结构有一些不足之处，齿套通过键和螺栓固定，在相对有限的空间内，键的规格尺寸不会太大，螺栓又不足以承受较大剪力，可以断定它在工作时不能承受较大轴向力，尤其是在有冲击的工况下，弓型结构抗打击能力不强，易发生断裂情况。同时齿套的造型还有提升的空间，齿形应能更好的充分参与破碎。

2. 鹰嘴型齿帽齿辊结构

洛阳大华重型机械有限公司结合国内外情况，开发出一种鹰嘴型齿帽齿辊结构（见图4、图5），并成功用于内蒙大型露天煤矿移动破碎站上，作为第一道粗碎工序破碎原煤，进料尺寸三维边长最大1.5m,出料粒度0.25m以下，每小时产量达到1500t/h。投产一年以来，从未发生过破碎齿断裂、掉落，不耐磨等现象。公司已于2014年11月申请相应国家专利。

图3 弓型齿套齿辊结构示意

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

图4 鹰嘴型齿帽齿辊实物图

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

1.鹰嘴型齿帽 2.梯形内齿 3.辊筒体 4.主轴 5.螺栓组

图5鹰嘴型齿帽齿辊结构示意

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

破碎齿从鹰喙造型抽象而来，内部设计出梯形空腔，整体看上去就像鹰嘴型的帽子一样，故称之为鹰嘴型齿帽，它套在梯形内齿上，梯形内齿正面头部为方形，侧截面为梯形，内部加工出螺栓孔，梯形内齿焊接在辊筒体上，焊缝要求打磨并探伤，达到要求后方能安装齿帽，每环4个齿，并按“人”字形环环排布，焊接内齿后，辊子要做静平衡试验，同时要对鹰嘴型齿帽逐一称重，并按4件一组分组，组内每件相互之间重量差小于50克，组与组之间重量差小于150克，并按照先圆周后轴向均匀分布重量的原则进行编号排位，方便随后安装工作，齿帽安装完成后再做一次静平衡。

图6 鹰嘴型齿帽和梯形内齿结构示意

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

鹰嘴型齿帽和梯形内齿详细结构（见图6），为了增加破碎效果，在鹰嘴型齿帽的后上方增加了鹰嘴型副齿，在主齿咬合破碎后，副齿紧跟步伐进行二次破碎，提高破碎效率，同时整个齿的造型尽量贴近流线型，在破碎时减少齿辊的阻力，降低能耗。齿帽与内齿在轴向采用梯形斜面配合，两者在装配时自动找正，用外力将其压紧，达到一种过盈配合状态，能够承受较大的轴向力，在有冲击的工况下，破碎齿也不会轻易松动，反而外力会使齿帽与内齿越套越紧，制造过程中应对预留间隙（见图6）进行精确控制，间隙不能不够也不能过大，控制在适度的范围内才会达到理想的效果。梯形内齿在与辊筒体焊接前应与齿帽提前预装，焊接时严格控制形位公差。鹰嘴型齿帽铸造成型，其梯形内腔的铸造精度不能太低，可适度修磨，装配前先按图纸检查内腔尺寸，超差过多的应标记出来，能打磨修整的打磨，修不了的，可以把与其配套的内齿进行适度修整，保证两者的结合度。螺栓组只起到辅助连接的作用，正常情况下除了破碎时物料对其有一定磨损外，它是不受外力的，因为鹰嘴齿帽所受的力都传递给了梯形斜面和梯形内齿的正前配合面，最终都传递到了辊筒体上。齿辊装配完成后，可以清晰的看到“人”字形的排列方式，常见的还有螺旋式的排列，相比之下螺旋式承受的轴向力较大，而“人”字形布齿则使得破碎时产生的轴向力相互抵消，让破碎过程更加稳定，减少主轴承受力，在一定程度上也延长了轴承的使用寿命。对于破碎齿帽材料的选择，简单的说可以按照物料的硬度大小来选择，当物料硬度比较小的时候，适合选择低合金调质钢类材料，热处理后硬度HRC43-45，还可以在齿尖上堆焊硬质合金耐磨材料，堆焊后局部硬度会有大幅度提高，在破碎软物料时可大大提高齿辊寿命。当物料硬度比较大时，适合选择高猛钢类材料，充分发挥其加工硬化的特性，能够达到理想的破碎效果。