顺槽用破碎机锤头防松研究

王鹏

（宁夏天地奔牛实业集团有限公司，银川750011）

0 引言

顺槽用破碎机在井下潮湿、腐蚀的工作环境下破碎煤块，破碎机锤头不仅要敲碎较软的煤块，有时还要敲碎较硬的矸石。工作时破碎机锤头上承受着剧烈的冲击载荷，固定其锤头的螺栓极易发生松动，锤头螺栓松动失效造成的锤头脱落数量远大于锤头或螺栓断裂造成的锤头脱落数量。破碎机锤头易于松动脱落，不仅增大了用户的检修工作量，降低了破碎机工作效率，甚至可能由于锤头飞出造成重大事故。

1 螺纹防松失效的原因

顺槽用破碎机锤头全部采用螺栓固定的方式，国内厂家大都采用带内螺纹孔的固定座加螺钉的防松方式。

破碎机锤头敲煤时，受到煤块很大的反冲击力F的作用，冲击力F会传递到锤头与刀齿座的接触面上，导致接触面上产生弹塑性变形，变形量为ΔS，由于锤头刚度较大，它很难吸收此变形量，就会将此变形量传递到锤头上的螺钉上，使其产生纵向位移ΔS′。由于冲击力F是随时间周期变化的力（0＜F＜Fmax），所以螺钉纵向位移 ΔS′也是不断变化的（0＜S′＜ΔS′max）。显然在不断变化的 ΔS′的影响下，螺钉和固定座发生周期性碰撞，很容易松动。锤头受力示意图见图1所示。

图1 锤头螺钉受力示意图

根据理论与实践可知，螺钉联接在受变载荷作用下，在最小应力不变的条件下，应力幅越小，则螺钉越不容易发生疲劳破坏，联接的可靠性就越高。当螺钉所受的工作拉力在0～F之间变化时，则螺钉的总拉力将在F0～F2之间变动，公式［1］为

式中：F0为螺钉上的初始预紧力，F2为螺钉所受的总拉力，Cb为螺钉的刚度，Cm为锤头的刚度。

在保持初始预紧力F0不变的情况下，减小螺钉的刚度或是增大锤头的刚度都可以减小螺钉总拉力F2，提高螺钉的抗疲劳强度。

综上所述，不难理解德国DBT公司、美国久益（JOY）采矿设备公司破碎锤头都采用长螺栓连接。长螺栓刚度较小，在拧紧的过程中产出弹性拉伸变形，工作时可以抵消锤头受冲击产生的塑性变形，使其始终保持对锤头拉紧；而且长螺栓刚度小，抗疲劳强度好。

2 凹凸螺母在破碎机上的应用

长螺栓联接应用于破碎锤头上防松效果较好，若将长螺栓连接上的螺母更换为凹凸螺母，其防松效果更佳。

凹凸螺母的详细结构见图2所示，凹凸螺母的自锁原理如下：左螺母一端有一圆柱凸台，相应的右螺母一端具有与左螺母相配合的圆柱凹台；左、右螺母的螺纹相同，其螺纹中心线在同一轴向中心线上；左、右螺母的凸、凹台是相互配合的圆柱面，其圆柱中心线偏离螺纹孔中心线，偏离量为d。

工作时，将左、右螺母的圆柱面配合好，保证左、右螺母中心线在同一轴线上。用套筒扳手同时将左、右螺母拧紧在锤头螺杆上，自锁时将右螺母绕圆柱面中心线旋转一个角度，右螺母内螺纹中心将发生偏移，在此偏心作用下，使右螺母内螺纹相对锤头螺杆外螺纹在啮合处产生很大的径向力，根据力学原理，左螺栓内螺纹相对于锤头螺杆外螺纹在啮合处也产生一个很大的径向反力，在上述两个径向力作用下，使凹凸螺母与锤头螺杆牢牢锁死，这种自锁力随着右螺母相对左螺母转动的角度增大而增强，从而实现防松功能。自锁力的大小还和偏离量d的大小有关，d越大，自锁力也就越大。

图2 凹凸螺母结构

当需要拆卸凹凸螺母时，只要将其沿自锁时的相反方向，使右螺母复位，右螺母内螺纹的中心线和左螺母内螺纹的中心线重合，便可顺利拆卸凹凸螺母，同普通螺母一样，重复使用。凹凸螺母在破碎机锤头上的应用示意图如图3所示。

图3 凹凸螺母的应用示意图

3 结语

本文分析了螺纹防松产生失效的原因和影响螺纹联接抗疲劳特性的因素，指出，联接刚度越小，螺纹联接的防松性能及抗疲劳特性越好。

长螺栓加螺母的防松方式联接刚度小，应用于破碎锤头防松问题效果好。由于凹凸螺母具有较好的自锁防松性能，因此将凹凸螺母和长螺栓同时使用，防松效果更佳。

［1］ 濮良贵，纪名刚.机械设计［M］.7版.北京：高等教育出版社，2001.