关于使用顶针式扭力限制器代替进口柔性联轴器的实用论证

闫宇光

（河钢集团矿业有限公司，河北 唐山 063000)

1 使用顶针式扭力限制器代替进口柔性联轴器的背景

目前国内很多大中型矿山企业为满足自身使用需求，在基建初期引进了国际上先进的关键技术预设备来进行生产。但在引用设备的使用过程中，备件问题常常制约着其效能的发挥。引进进口备件，不仅采购周期长，而且采购成本高，有时事关设备顺行急需情况下，还没有快速的备件引进渠道，导致设备长时间停机等严重后果。因此，为了保证设备顺行，缩短备件供货周期，减低备件采购费用，最大程度减少设备正常维修时间，进口设备备件的国产化工作势在必行。

2 使用顶针式扭力限制器代替进口柔性联轴器的必要性

司家营研山铁矿是隶属于河钢集团矿业公司的大型露天铁矿，位于河北省滦州市，年产铁精粉超400 万吨。目前，该矿破碎工艺采用的是三段破碎工艺，主体设备均引进大型进口设备。其中，粗碎选用两台德国克虏伯KB54-75 旋回破碎机，中碎选用四台瑞典山特维克CH870 圆锥破碎机，细碎选用两台德国洪堡RPS-16-170/180B 高压辊磨机。

目前，研山铁矿CH870 电机与破碎机之间联轴器使用的是美国进口联轴器柔性单元（如图1 所示），该联轴器的作用主要用于连接和保护电机。.每年按照使用寿命消耗量为2 套/台，四台破碎机正常年消耗数量为8 台，此外由于过铁等情况损坏的柔性体无法修复，因上述情况意外损坏的数量约为2 台，年总消耗数量约为10 台。另因全球疫情问题，进口设备备件运输情况受影响较大，联轴器柔性单元采购价格涨幅较大，相比于以前1.8 万元/台左右的采购价格，近期采购价格已突破2.2 万元/台，采购周期较以往更长，最长达到7 个月左右。因此尽快选用国产设备备件代替原联轴器柔性单元成为当务之急，经过借鉴行业内其他单位的经验以及市场调研，选用了顶针式扭力限制器作为替代型号设备。

图1 莱克诺斯弹性体联轴器Omega/Viva

3 用顶针式扭力限制器工作原理及特点

顶针式扭力限制器如图2 所示。相比于普通扭力联轴器，该限制器使用顶针珠作为连接体，采用平行轴传动，配备链轮、齿轮或滑轮，扭力范围为1000～160000nm，最大开孔为290mm，通过该连接体将两轴轴向联接起来并传递扭矩及运动的部件并补偿两轴偏移的能力，并具有缓冲减震性能，减少了机械传动系统的振动、降低冲击尖峰载荷的影响。设备在运转过程中，遇到功率、压力突然升高，比如过铁时，限制器内顶针珠立即缩回，限制器脱开，避免电机、破碎机内部件受损，清除故障后，将限制器对正，顶针珠弹出，即可继续使用。

图2 顶针式扭力限制器

相较于过去的联轴器柔性单元，顶针式扭力限制器的主要优点有以下几点：

（1）顶针式扭力限制器发生过载后主动端和从动端迅速完全脱开，避免破碎机、电机内部零件受损。

（2）顶针式扭力限制器采用集成轴承支撑传动，产品大小可调，电机不需后移，重量在 200kg 以下，和现用联轴器相差不大，对轴承和轴承座没有损伤。

（3）顶针式扭力限制器密闭严，密封效果良好，对环境要求不高，适合矿山粉尘较大的地方使用.

（4）顶针式扭力限制器最大支持160000nm 的扭力，适合铁矿山用破碎机使用。

（5）顶针式扭力限制器在安装过程中能容忍较大的对中误差，安装调试简单。

（6）顶针式扭力限制器带过载信号摩擦盘，可以输出电子信号，强制对电机保护性停车。

（7）相较于联轴器柔性单元发生过载后难以修复的问题，顶针式扭力限制器再发生过载后限制器脱开，清除故障后，将限制器对正，顶针珠弹出，即可继续使用，使用寿命可达5～6 年，使用寿命长，性价比高。

顶针式扭力限制器的设计缺点为每次需要手动复位，因此在每次发生过载保护后要及时复位方可继续使用，但同时手动复位操作比较简单。此外，每一年顶针式扭力限制器需换一次弹性体，但价格仅为几百元，可以忽略不计。

4 顶针式扭力限制器安装及运行方式

顶针式扭力限制器安装在电机和减速机之间，可配备成孔，公差H7，键槽按照（GB/T1095-2003）,公差JS9，在联轴器本体上通过平头螺丝固定，若轴比较长没有完全伸进到轴空，可在轴上做轴套进行固定。

图3 顶针式扭力限制器安装示意图

顶针式扭力限制器在安装后，可通过调整其调节螺母来设定扭矩，扭矩的调整方法是先松开紧定螺钉，再调节调节螺母获得想要的扭矩值。使用工具顺时针旋转螺母即扭力增大，逆时针调节即扭力减小。

在发生过载后限制器脱开，清除故障后复位的啮合需手动进行，当机器固定时才可操作。复位过程如图4 所示，转动固定的底座（c）或活动的底座（d），使得两个参照的槽口在一条直线上，此时采用橡胶锤或其他工具均匀稳固的压力将销件插入。

图4 顶针式扭力限制器复位示意图

5 顶针式扭力限制器在设备上的实用效果及经济效益

2019 年底，研山铁矿已在一台CH870 圆锥破碎机上用顶针式扭力限制器替代原进口联轴器柔性单元进行试用，正常生产中，CH870 发生过载时，顶针式扭力限制器承受扭力达到5787.87nm 时可以迅速完全脱开，可以有效保护电机及破碎机。截止到2020 年10 月，运转情况良好，各项指标正常，仅因过铁发生设备过载一次，针式扭力限制器承受扭力达到5787.87nm 时迅速完全脱开，电机和破碎机状况良好，未因设备过载发生设备内部损伤，故障修复后，对联轴器进行复位，设备啮合时间20 分钟，比较及时的恢复了设备正常运转。且在近一年内，除了更换一次弹性体（采购价格500 元），其他备件均正常使用无更换，整体使用效果良好。

在使用效益方面，联轴器柔性单元按此前的采购价格约为1.87 万元/套，每年每台圆锥破碎机费用约3.74 万元/台，顶针式扭力限制器采购费用11 万元/台，使用寿命厂家保证在5 年以上（为保障能达到寿命，使用单位与厂家协商按使用寿命进行验收付款），易损件为弹性体，每年更换一次费用500 元/台，每年每台设备费用约2.25 万元，每年每台设备约计生1.5 万元，4台CH870 圆锥破碎机合计节省费用约为6 万元。同时，使用顶针式扭力限制器在故障恢复后，复位时间要远低于更换柔性联轴器的时间，对精矿产量的影响也很明显。上述分析还不包括因疫情造成的进口备件涨价及供货周期变长、因设备过载导致联轴器柔性单元意外损坏等多方面因素的影响，性价比已远超出联轴器柔性单元。

6 顶针式扭力限制器的推广应用

目前，顶针式扭力限制器已在一台CH870 上试用，试用效果良好，将尽快安排在其他三台CH870 上替代原联轴器柔性单元使用。下一步，将比对其他进口设备的电机端联轴器，对于符合条件的进行顶针式扭力限制器的推广使用，如克虏伯旋回破碎机、洪堡高压辊磨机、山特维克颚式破碎机、美卓圆锥破碎机、伯特利振动筛等，针对这些大型进口设备，即便该型号顶针式扭力限制器不适合原设备使用，也将逐步开展市场考察、调研工作，寻找其他型号可替代的国产备件设备。

7 顶针式扭力限制器代替进口联轴器柔性单元实用论证的意义

进口设备备件国产化是设备管理方向的大趋势，但在现场实施过程中，因为国产设备及技术对比进口还有一定的差距，国产化推进工作经过详细的理论和上机试用，切忌主观臆断、按部就班的全面推广，要建立国产化质量评价体系对设备备件国产化项目进行充分论证后方可实施。在经过多次设备备件国产化攻关工作以及外部调研的情况下，我们建立了如下的设备备件国产化质量评价体系：

一是在进口备件国产化工作开展过程中，我们坚持以综合评价为原则：一是国产化不是简单的转化，是否真正消化、吸收引进设备基本功能和技术性能，通过对备件性能分析、尺寸测绘、图纸转化和设计、制造工艺选择、材质改代、产品替代，这些在立项申请中就要有明确的表述。二是国产化备件的综合性价比应超过进口备件，其价格比照原进口备件价格下降30%以上；主要技术性能指标达到或超过进口设备备件水平；使用寿命不低于进口备件的使用寿命。三是国产化的备件做到“四保持”，即保持进口设备原有的精度、原有的性质、原有的功能和整体性。四是组织好国产化项目的实施转化、研制和试用，对国产化备件主要技术性能、经济效益和综合性价比进行攻关。

在后续工作中，管理人员将紧跟落实进度情况，适时调整思路，针对进口设备的易耗常耗物资，根据物资消耗数据统计分析，落实国产化质量评价体系跟踪情况，实现性价比招标，拓展物资采购渠道，降低采购价格，推行新设备、新材料、新技术，向科技创新要效益。最大限度的杜绝厂家垄断、价格居高不下的局面。从而保证了设备的正常运行，提高了设备现代化管理水平。同时做好设备技术引进与交流，对设备进行有效测试和检测，依照设备实际运行状况，充分论证设备备件国产化的可行性与可靠性，通过设备备件国产化工作实现企业管理效益的提升。