传统式破碎机（颚式破碎机、旋回式破碎机、反击式破碎和锤式破碎机等）依靠工作部件运动时施加于被破碎物料上的冲击压力实现破碎，机器笨重、效率低、能耗高，这些缺点限制了破碎机破碎能力的提高，已经不能满足煤矿生产的需要。目前，国内对于适合高产高效矿井的大破碎能力的破碎机，主要依赖进口，从20世纪90年代起，大量引进英国MMD公司、德国克虏伯公司、美国Terlx公司的破碎机。这些外国公司在我国煤炭行业推广的破碎机价格昂贵、维护成本很高。国内同类产品的破碎结构和国外相似，但由于传动部件强度不如国外产品以及对关键部件结构、设计参数不够优化，破碎能力较低。目前，国内还没有真正适合于煤矿井下、破碎能力超过4 000 t/h的破碎机。基于以上原因，结合神华能源股份有限公司神东分公司的需求，研制了一种新型高效差动分级齿辊式破碎机，弥补了国内外同类产品的不足。
1、差动分级齿辊式破碎机主要结构、工作原理及特点
现代化高产高效矿井建设迫切需要高产高效的设备，尤其是以快速、高效、节能为特点的新型设备，破碎机是煤矿生产系统的重要设备之一，破碎机的性能和工作效率直接影响整个生产系统的正常运行。新型高效差动分级齿辊式破碎机的技术参数如表1所示。
1.1主要结构
新型高效差动分级齿辊式破碎机采用先进的矿料破碎理论，优化利用多级筛分结构、齿辊差动剪切以及动态颚板等结构，真正实现矿料的分级破碎，设备效率高、寿命长、能耗低，弥补了国内外同类产品的不足，完全可以替代国外同类产品。该设备的结构如图1所示。差动分级式破碎机主要由筛分机构、破碎机构、动力装置和箱体四大部分组成。
筛分机构是借鉴现有的成熟产品设计的，它起到一个筛分和推移物料的作用，即满足一定尺寸的物料直接从滚轴筛轴隙落下由输送机运走，同时将大于一定尺寸的物料推移到破碎箱体里进行破碎。各个滚轴以一定的角度倾斜布置，此结构更有利于大块物料的推移。
该破碎机的破碎机构是综合了双齿辊破碎机、分级破碎机及颚式破碎机的结构特点设计的，主要作用就是破碎大块的物料，并具有一定的粒度调整功能。
动力装置主要由电动机、液力耦合器、减速器和联轴器组成，用来提供动力。箱体则是安装各个组件的基体，也是分级和破碎的空间。
1.2工作原理及结构特点
该破碎机在工作过程中，物料（原煤）由输送机源源不断地运至并倾卸在分级箱体上方，满足一定尺寸的物料就直接从轴隙间落下并被下面的输送机构运走，而大块的物料则被推移到破碎箱体内。进入破碎箱体后，大块的物料在轮齿剪切作用下首先进行部分破碎。同时，由于两排轮齿的转速不同，因此还对物料形成了一个拉伸的作用。由于大部分岩矿物料的抗压强度远高于其抗剪和抗张强度，它们之间的比例大致为10:1。大量试验表明，在剪切力和拉伸力作用下，岩矿物料的缺陷（节理、裂纹和损伤）处易产生应力集中而破裂。因此，物料可被轮齿较容易地破碎。物料在被轮齿破碎的同时往下落，在颚体同轮齿间的挤压作用下也不断地被破碎。被破碎掉的小块物料可以从颚体同轮齿之间的缝隙落下，剩下的部分重复以上过程，直到大块物料被完全破碎成符合要求的尺寸。
由以上分析可以得出该新型差动分级式齿辊式破碎机具有如下特点：
(1)实现了真正意义上的分级破碎。设计了专门的筛分机构，把不需要破碎的物料直接过滤掉．而把需要破碎的推移到破碎箱内进行破碎。
(2)产量大，并且不会发生物料堵塞现象。根据现场调查，在产量比较高，物料湿度比较大的情况下，普通的分级破碎机极易发生堵塞而影响生产。其原因就是没有专门的筛分机构，所有的物料都要经过破碎箱进行破碎。
(3)破碎齿的寿命得到很大的提高。根据现场情况知道，物料（原煤）大约70%都是小块，即不需要破碎的，而只有大约30%是需要破碎的。则在产量相同的情况下，破碎齿的工作强度大大减小，寿命自然提高。
(4)能耗低。该破碎机的装机功率为270 kW，比具有相同产量的破碎机有更小的功率( MMD850的装机功率为400 kW)。
(5)采用最新的破碎理论进行结构设计，充分利用轮齿的剪切和拉伸作用进行破碎，并结合颚式破碎机的特点，使破碎效果达到最佳。
(6)结构紧凑，移动较灵活，可用于井下及地面。
2、差动分级齿辊式破碎机的建模及运动仿真
为了进一步对该新型高效差动分级齿辊式破碎机的结构进行研究，在此利用Pro/E软件对其进行建模，建立起虚拟样机，然后利用Pro/E的Mechanism仿真模块，对其进行运动分析。这样可以避免必须制造样机才能再做实验的弊端，同时也可以对设计工作起到指导作用。
2.1破碎机的建模
以形状比较复杂的破碎齿为例，主要建模过程如下：使用口]拉伸工具，建立破碎齿基体模型，如图2(a)所示；使用口]拉伸及阵列工具，在基体的基础上添加齿的模型，如图2(b)所示；利用’倒圆和’倒角工具进行修改，得到的模型如图2(c)所示；选取一个齿，点击菜单栏“插入”，在下拉菜单中依次选取“扫描混合”、“切口”，按照弹出对话框的步骤，草绘扫描轨迹和扫描截面，切除破碎齿多余部分，利用]I[镜像工具和阵列工具，可作用于其他3个齿，最终建立的破碎齿模型如图2(d)所示。差动分级齿辊式破碎机整体模型如图3所示。
2.2运动仿真
建立好各个零部件的模型后，根据破碎机的实际工作状态，将各零部件装配成具有连接关系的整体。其中：滚轴筛轴组件和箱体基座之间为销钉连接；2个破碎轴与箱体基座也是销钉联接；电动机部件与相连的轴之间为刚性联接，以便传递动力；滚轴筛部分的各齿轮之间要按照传动的顺序，定义成齿轮副连接。装配完成后，进入Mechanism机构仿真环境进行操作。首先，使用( Servo)定义伺服电机工具，分别在各个电动机的输出轴上添加一个动力源，并设置好相应的参数。然后，使用．( Analyses)分析工具建立分析，选择运动分析并运行。最后，使用( Playback)回放工具，选取所得的分析结果，运行并观察得到的结果。经过观察破碎机的模拟工作情况，不仅可以更加深刻地理解该差动分级齿辊式破碎机的结构特点，而且还可以从中发现问题，为以后的改进提供直观的依据。
3、结语
差动分级齿辊式破碎机采用先进的矿料破碎理论，在设备结构上综合利用了“多级筛分”结构、齿辊差动剪切以及动态颚板等结构，真正实现矿料的“分级破碎”。大大提高了破碎量，降低了齿辊的工作强度；设备效率高、寿命长、能耗低，弥补了国内外同类产品的不足，完全可以替代国外同类产品。
