红星新型筛分式双齿辊破碎机齿辊受力强度分析

红星新型筛分式双齿辊破碎机以功耗低、处理能力大、结构紧凑、振动小、排料粒度均匀、经久耐用等优点在矿山、电力等行业广泛应用。它通过高扭矩、低转速的传动系统，驱动左右破碎辊相对或相反旋转来破碎物料。

两破碎辊上螺旋排列的破碎齿直接参与物料破碎，其结构设计及质量的好坏，与整套设备的生产能力和使用寿命密切相关。本文选用红星筛分式双齿辊破碎机，以辊齿正常破碎物料和被非破碎异物卡死2种工况为分析对象，对破碎齿进行了受力计算并对其强度进行了有限元分析，证明该破碎齿可用来破碎石灰石等坚硬物料。

主要技术参数

筛分式双齿辊破碎机结构如图所示。

辊齿受载情况分析

两齿辊上的齿依次循环交错通过破碎腔，大块物料由相对的破碎齿尖咬合住，在一根破碎辊上的齿尖和另一根破碎辊上的齿背的三点支撑作用下，对物料施加拉伸载荷而实现物料的破碎。另外由于该破碎机具有强制排料功能，有可能会遇到铁块等非破碎异物，导致齿辊堵转。在这种极端情况下，辊齿几乎全部吸收破碎辊的动能，并承受其带来的巨大冲击力。由此可见破碎齿有以下2种受力工况：正常破碎工况和齿辊卡死工况。

正常破碎工况下辊齿受力计算

为了便于计算辊齿受力，把物料简化为半径为r1的圆球形，辊齿在齿尖A处对物料施加大小为Fq的破碎力。

假设物料在进入破碎腔后无滚动，则：

式中f---物料与侧壁的摩擦系数；

E---物料的弹性模量；

σ---物料破碎挤压强度。

由式（1）可求得Fq＝51.46kN。

齿辊卡死工况下辊齿受力计算

当两齿辊间落入大于出料粒度的铁块等非破碎异物时，双齿辊将被突然抱死。由于冲击时间极短，齿尖处将承受巨大的集中力。

式中k---过载系数，一般取k＝5.0~8.2，根据破碎实际条件，取k=6；

Mn---齿辊额定转矩；

P---电机额定功率；

n---齿辊转速。

辊齿强度分析

为了验证所设计的齿板的破碎强度是否符合实际要求，应用有限元分析软件对其进行强度分析。得到了齿板在2种工况下的应力分布、应变分布和位移分布。表2列出了2种工况下辊齿的等效应力、等效应变和位移。

应力均分布在齿尖圆弧处，另外齿的根部圆弧过渡处的等效应力值也明显超出邻近区域的应力值，说明齿尖在2种工况下，不仅受压力作用，还有弯矩作用。

卡死工况下，齿尖和齿根部区域应力大，应力值为2324MPa，远超过材料的屈服极限，其余部位的应力值在387MPa以下，低于材料的屈服极限。

正常破碎工况下辊齿所受应力值为288.7MPa，其等效应变和位移都较小，均在辊齿材料的允许范围之内。

结语

（1）该破碎机辊齿在卡死工况下，齿尖部位将承受巨大的冲击力。因此在设计破碎机时，需要考虑采用除铁设备，并需配备专门的液力偶合器和电气设备等，来保护辊齿不损坏；

（2）在正常破碎工况下，辊齿所承受的应力值小于材料的屈服极限，而石灰石等矿石的抗压强度一般＜150MPa，故而该辊齿可用于破碎石灰石等坚硬物料；

（3）在实际生产中，齿尖磨损是齿板的主要失效形式。该破碎机左右破碎辊上的齿板完全一致，在齿板部分磨损后，可任意调换使用，不仅提高了其使用寿命，而且安装更换方便灵活。