煤矿井下顺槽用破碎机消耗功率计算研究与应用

摘 要：顺槽用破碎机是煤矿井下机械化采煤关键的大块煤破碎设备。顺槽用破碎机工作过程中消耗功率的计算关系着破碎机的选型与电机功率配置，影响着整个煤矿井下机械化采煤工作面输送设备的正常工作。本文采用理论研究及分析软件对破碎机工作过程消耗功率计算作详细研究，得到了破碎机空载和破碎煤岩所需功率计算方法，并对PLM6000顺槽用破碎机进行实例验证。

关键词：顺槽用破碎机;破碎过程;消耗功率

一、引言

煤矿井下顺槽用破碎机是综采配套设备中的破碎设备，与转载机配套使用，并与配套的采煤机及液压支架、工作面刮板输送机、胶带式输送机一起实现综合机械化采煤的连续采、运、破碎煤炭。破碎机安装在转载机主体和机尾部（即落地段）之间，当转载机输送煤炭通过破碎机时，破碎机的破碎轴带着破碎锤头将大块煤冲击破碎成所需的块度，以完成破碎工作[1-2]。

破碎机功耗学说，也称破碎理论，是研究破碎过程与破碎能量消耗关系的学说。虽然人类使用破碎工具已有上千年的历史，但提出破碎理论还是上个世纪的事情。由于破碎是物料粒度减小的过程，所以要对物料加外力以克服物料内部质点间的内聚力，也就是对物料做功，功转化为变形量，当变形达到极限时破碎才能发生。因此，从实质上看，破碎是一个功能转换的过程。

破碎机消耗功率计算是破碎机的选型与电机功率配置的基础。本文从两个方面对破碎机工作过程功率消耗进行研究，一是破碎机空载启动时所需的功率消耗，二是破碎锤头与煤岩碰撞时的功率消耗。

二、破碎机空载功率计算

破碎机电动机从接通电源开始转动，转速将逐渐增高，直至达到稳定转速，这一过程称为起动过程。空载启动功率是破碎机所需求的最小装机功率，此功率用以满足破碎机空载时的正常启动，此过程功率消耗主要用来克服惯性载荷和摩擦阻力做功。

破碎轴启动后转动动能计算：

三、破碎机破碎过程消耗功率

由于破碎机破碎过程是一个复杂的物料块尺寸变化过程，破碎过程非常复杂，与许多因素有关，相关破碎理论都是建立在假说基础之上，其中最经典的是Rittinger的“面积说”和Kick的“体积说”及后来Bond的“裂缝说”[3]，目前为止还没有一种破碎理论能完美的描述破碎过程，因此从物料破碎过程计算破碎机破碎能力或破碎消耗功率较为困难。因此本文另辟蹊径，从能力守恒的角度，描述破碎机破碎过程，并验证PLM6000电机装机功率是否满足破碎过程消耗功率需求。

（1）破碎机在启动完成后，未破碎煤岩，正常运转时，由于惯性作用，破碎轴将持续旋转，仅需消耗极小的电机功率，克服破碎轴转动摩擦阻力。

（2）破碎机在破碎煤岩时，破碎锤头冲击煤岩，由于破碎煤岩需要消耗能量，此时破碎轴瞬时速度及转动动能都会降低。煤岩破碎完后，电动机对破碎轴做功，使破碎轴转动动能再恢复到破碎前的正常水平，由于破碎轴“一字型”布置，破碎轴每转一圈破碎两次，电动机对破碎轴做功距离应为180°，即π个弧度值。

根据能量守恒定理，破碎轴破碎后瞬时动能的增加值等于电动机在此过程中对破碎轴所做的功，数学表达式为：

PLM6000破碎机锤击煤岩后转递给煤岩的能量来表示△E=E2-E1。

最后采用分析软件来仿真煤炭冲击破碎过程，验证PLM6000破碎机锤击煤岩后转递给煤岩的能量是否满足破碎过程消耗能量需求。

分析软件包括两部分：①PLM6000破碎机锤头;②破碎机入口粒度大小的煤岩体[4]。仿真结果显示，PLM6000破碎入口粒度大小的煤岩体时，需要消耗的能量为89321J<133213J，因此PLM6000电机装机功率为700kW，锤击煤岩后转递给煤岩的能量大于破碎煤岩所需能量，完全可以满足使用需求。

四、总结

（1）本文通过理论分析方法推导出了顺槽用破碎机空载功率计算公式，并利用此公式对PLM6000型顺槽用破碎机的空载功率进行了计算。

（2）本文从能力守恒的角度，描述了破碎机破碎过程，得到了PLM6000锤击煤岩后转递给煤岩的能量，采用分析仿真软件验证了PLM6000电机功率为700kW，破碎机锤击煤岩后转递给煤岩的能量大于破碎入口粒度大小的煤岩体时所消耗能量，完全满足使用需求。

参考文献：

[1]高强，张建华.破碎理论及破碎机的研究现状与展望[J].机械设计，2009，26（10）：72-75.

[2]李永志. 煤矿井下破碎设备及其选择[J].选煤技术，2017，10（5）：58-61.

[3]李為，詹肇麟，李松.破碎理论发展浅析[J]，矿山机械，2008（19）：96-98.

[4]黄尧.锤式破碎机破碎煤岩时内能消耗功率研究[J].煤矿机械，2017，38（11）：32-33.

作者简介：

姬慧慧（1985-），女，甘肃天水人，工学学士学位，工程师，研究方向：煤炭机械设计。