用于煤炭破碎的钢球碾的制作方法

本发明涉及一种用于煤炭破碎的钢球碾，属于煤炭碾磨工具技术领域。

背景技术：

对于煤炭碾磨工具，标准GB474-2008《煤样的制备方法》及GB/T19494.2-2004《煤炭机械化采样第2部分：煤样的制备》分别在第8和第7条款给出了描述“破碎应该用机械设备，但允许用人工方法将大块试样破碎到第1破碎阶段的最大供料粒度”。目前，煤检实验室在煤炭制备过程中使用的碾子型式一般为立式和卧式，使用碾子的目的主要体现在两方面：1、当煤样水分很大或煤样很黏时，机械破碎设备通过性不能满足运行要求；2、煤样中大块颗粒分布较少时，使用机械破碎设备效率较低。此时，使用人工碾代替机械破碎设备，显得极为方便快捷。

在日常使用过程中，发现传统的立式碾和卧式碾存在以下缺点：1、使用不便，立式碾底面为平面，使用时摩擦力较大，无法实现以小的做功完成较大的出力。2、不符合身体力学：卧式碾需求使用者处于半蹲状态去操作，长时间碾磨会对人体造成较大的劳动负荷和腰部损伤。3、适应范围较窄：局限于碾子本身的重量，面对大粒度煤块或硬度较大煤块，两种碾子都无法有效的完成对其进行破碎。4、使用立式碾时，容易引起煤样飞溅，影响代表性。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于煤炭破碎的钢球碾。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于煤炭破碎的钢球碾，包括：碾磨杆、碾体、连接部件、钢球，所述碾磨杆底部固定有连接部件，所述连接部件通过四颗螺丝与碾体顶面相连接；所述碾体设置为空心结构，碾体内放置有多个可自由活动的钢球；碾体包括：圆柱体部件、弧形部件，所述圆柱体部件底部设置有弧形部件，所述弧形部件设置为底端为圆形平面的球缺。

作为优选方案，碾磨杆顶端到碾体底部长度设置为1.2米；所述圆柱体部件的直径设置为0.32米；所述弧形部件的高度设置为0.03米，弧形部件底端圆形平面的直径设置为0.07米。

作为优选方案，所述钢球碾的重量设置为73kg。

作为优选方案，所述钢球直径设置为40mm。

有益效果：本发明提供的用于煤炭破碎的钢球碾，为了解决传统立式碾和卧式碾在使用过程中存在的四项缺点，并且从机械力学和人体力学两方面进行优化设计，研制了用于煤炭破碎的钢球碾。该钢球碾的机理为1、碾子高度1.2m，方便身高为1.65m-1.85m的制样人员使用，既省力又安全；2、碾自重73kg、圆柱碾体内装有滚动钢球，破碎时弧形底部将最大切力集中于碾底与煤块接触部分；3、碾子转动时，弧形底取代平面底，操作更灵活更省力；4、圆柱上表面用四颗螺丝固定，方便增减钢球数量，调节碾子重量；5、当煤块硬度较大时，制样人员可以用脚踩在圆柱上表面，手脚并用转动碾子完成破碎；6、研制成本低，研制碾子主要所需的钢球和圆柱碾体，均来自于电厂的废弃钢管和失效钢球。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的尺寸示意图；

图3为钢球碾运动及摩擦力示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、图2所示，一种用于煤炭破碎的钢球碾，包括：碾磨杆1、碾体2、连接部件3、钢球4，所述碾磨杆1底部固定有连接部件3，所述连接部件3通过四颗螺丝5与碾体2顶面相连接；所述碾体2设置为空心结构，碾体2内放置有多个可自由活动的钢球4；碾体2包括：圆柱体部件21、弧形部件22，所述圆柱体部件21底部设置有弧形部件22，所述弧形部件22设置为底端为圆形平面的球缺。

作为优选方案，碾磨杆顶端到碾体底部长度设置为1.2米；所述圆柱体部件的直径设置为0.32米；所述弧形部件的高度设置为0.03米，弧形部件底端圆形平面的直径设置为0.07米。

具体工作原理如下：

F₁·I₁＝F₂·I₂

式中：

F1：人施加给钢球碾驱动其转动最小的力。

I1：动力臂。

F2:阻力。

I2:阻力臂。

转动一周阻力做功W＝2πrf，其阻力臂I₂为1/2π；

$F_1=\frac{F_2\·I_2}{I_1};$

F₂＝μN,N取重力势能，即N＝mg；g为重力系数取9.8N/kg

μ取0.3-0.5；

可以算出，推动碾子理论计算值是在6.26N-10.43N。

如图3所示，碾体为圆柱体，质量为m，半径为R，长度为L，里侧端面距竖轴η。不考虑最初的起动阶段，人以均匀速度转动，推动碾子绕竖轴以角速度Ω转动，碾体绕水平轴旋转角速度为ω，则碾体与碾盘接触线上距里侧端面ρ处的速度为

V＝Ω(η+ρ)-ωR (1)

ρ₀＝ωR/Ω-η (2)

在距碾体内侧端面初速度为零。显然，碾体只有一个截面作纯滚动，其内侧作向后滑移，外侧向前滑移。碾子对物料的作用不仅是竖直方向的重力挤压，还存在水平方向搓动即剪切力，有利于实现物料的破碎。碾体自转动量矩的数值恒定而方向不断改变，需要受到垂直于纸面向外的力矩，或产生垂直于纸面向内的陀螺力矩。竖轴不能对碾架作用竖直力，因而陀螺力矩将使碾盘对碾体的支承力外侧增大而里侧减小；不过因转速较低，合力作用点偏离中点距离小于碾体长度的1％。陀螺力矩的作用可不必考虑。碾体与制样铁板之间的水平作用力类似于滑动摩擦，摩擦因子μ与所碾物料及其破碎程度相关。碾体自转速度恒定，则所有作用力关于其水平轴的力矩为零，有ρ0＝L/2。摩擦力关于碾盘中心竖轴的力矩为

M＝-umgL/4 (3)

这就是推碾者需要提供的力矩，经碾架、水平轴栓提供力偶而作用于碾体。碾体绕竖直轴转动时，需要向心力

F＝mΩ²(η+L/2) (4)

碾体与制样铁板之间物料变形使碾体逐步向外蠕动，最终不是碾盘的径向摩擦、而是碾架和中心竖轴来承载离心力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。