齿辊分析

齿辊分析（共5篇）

齿辊分析 篇1

0 引言

双齿辊破碎机又称对辊式破碎机, 主要是通过两个辊子的相互挤压来把物料碾碎。每个辊子都由单独的电机带动, 工作时电动机带动皮带轮, 使两个辊子做相对回转, 这时物料从两个辊子间的加料口加入, 靠摩擦力及辊齿把物料引入两辊之间, 受到挤压而破碎卸出。

双齿辊破碎机主要用于中等硬度矿石的中细碎作业, 破碎机辊齿在使用中受到物料冲击、自重等综合作用力的影响, 极易磨损, 而辊齿的磨损不但会影响工作效率, 对破碎机本身也会造成危害。加工制造时辊齿与辊体接触面配合率应达到90%以上, 属于硬配合, 一旦磨损出现配合间隙, 在物料不断的冲刷下会使磨损进一步加大, 使破碎机处于隐患状态。同时, 磨损产生后, 会导致辊体受伤, 辊齿产生裂纹、局部脱落, 紧固螺栓变形或折断, 再次更换辊齿时很难拆卸。由此可知破碎辊辊齿是主要的易磨损件, 消耗量很大。因而选用耐磨性好的辊齿对于提高辊式破碎机的工作效率至关重要, 其材料应根据辊齿大小和需破碎物料的性质合理选择, 最大限度地提高各种耐磨材料的性能、潜力, 提高其使用寿命, 减少材料消耗。本文主要论述双齿辊破碎机破碎辊材料的选择, 并通过有限元受力分析来论证材料选择的合理性。

1 低合金高强度结构钢材料

在设计、制造辊式破碎机时, 普通低合金高强度钢是一种选择范围。普通低合金高强度钢是一种含有少量合金元素 (多数情况下总量不超过3%) 的普通低合金钢, 其强度比较高, 综合性能比较好, 并具有耐腐蚀、耐磨、耐低温以及较好的加工性能、焊接性能等。在大量节约稀缺合金元素 (如镍、铬) 的条件下, 通常1t普通低合金钢可顶1.2t~1.3t碳素钢使用, 其使用寿命和使用范围更是远远超过碳素钢。表1为普通低合金钢常用的化学成分。表2为破碎辊低合金钢的主要力学性能。

%

现选取Q345材料对某一型式的破碎辊 (如图1所示) 进行有限元应力分析, 破碎物料为花岗岩, 其抗压强度100 MPa≤σ≤250 MPa, 取其上限值250 MPa作用于破碎辊的齿槽上来进行加载, 采用的计算分析程序为ABAQUS有限元软件。因破碎辊结构是整体铸造而成的, 在分析与计算过程中, 将整个破碎辊当作一个材质连续、均匀的整体, 认为其密度ρ、弹性模量E和泊松比μ相同, 即当材料为Q345低合金钢时, ρ=7 900kg/m3, E=2.06GPa, μ=0.29。该破碎辊结构的具体尺寸如图2所示, 辊子外径为420mm, 齿槽根部直径为380mm, 齿槽高h=40mm, 齿槽宽b=37mm, 辊子长L=800mm, 轴部采用腹板结构形式。

对破碎辊进行有限元应力分析时, 首先在Abaqus/CAE环境中建立破碎辊的有限元模型, 其单元类型为C3D4, 划分网格后单元数为96 126个, 节点数为18 661个。设置边界条件时, 在齿辊内孔施加除了绕中心轴转动以外的所有约束。加载时将破碎物料的极限载荷 (假设辊齿表面受物料均布压力作用) 作用于齿辊表面上, 大小为250 MPa。

经过上述步骤, 通过Abaqus求解得到破碎机齿辊工作过程中的应变和应力情况, 其静态结构应力如图3所示。从图3可以看出破碎辊辊齿表面作用250MPa的均布压力时的最大应力值为403 MPa, 大于材料Q345钢的屈服极限值。但该最大值位于齿槽左端部腹板外圆弧角小区域, 考虑到破碎辊实际工作运行时, 该端部受到物料挤压的几率较小, 因而可不考虑该小区域出现屈服的可能状态。而对于破碎辊受力齿槽绝大部分区域, 其应力值σ≤300 MPa, 小于材料Q345钢的屈服极限值, 相对于材料来说还有余量, 材料没有发生塑性变形。总体来说, 应力较小的部位出现在受力小、接触面少及结构平滑过度的地方;应力较大的部位集中于受力较大及局部尖角过度的地方, 这与实际情况是吻合的, 具有可信性。

2 高锰钢铸件材料

高锰钢铸件是制造辊式破碎机破碎辊较为普遍的一种铸造合金材料, 表3为高锰钢材料的力学性能指标, 其抗拉强度超过600 MPa, 特别是牌号为ZGMn13-2和ZGMn13-3的高锰钢铸件, 其冲击功Akv=147J, 显示出了材料的良好韧性。

由表3可知高猛钢铸件具有高强度、良好塑性和韧性。高锰钢在承受剧烈冲击或接触应力下, 其表面会迅速硬化, 而心部仍保持极强的韧性, 这种外硬内韧既抗磨损又抗冲击的特点是极其有利的, 且表面受冲击越重, 表面硬化就越充分, 耐磨性就越好。表面被磨损后, 次表面又被硬化, 因而这一性能优势便被广泛应用于铸造各种耐冲击、抗磨损的零件。

针对辊式破碎机, 本文选用ZGMn13-1材料作为破碎机破碎辊辊齿的加工材料并对其进行有限元应力分析, 辊子的有限元模型同前述, 只是辊子材料不相同。求解后所得辊齿破碎物料时的应力结果与Q345低合金钢相同, 但是由于高锰钢铸件材料ZGMn13-1的屈服极限σb=635 MPa, 大于齿槽的最大应力403MPa。故选择高锰钢铸件材料ZGMn13-1作为破碎辊的加工材料在力学性能上能完全满足工作要求。

3 铸造碳钢材料

作为比较, 本文选用铸造碳钢件作为破碎辊的加工材料再进行对比分析。表4为一般工程用铸造碳钢室温下的力学性能。

对于破碎辊, 本文拟用牌号为ZG230-450铸造碳钢材料进行受力分析 (破碎物料及条件同前) 。通过有限元程序Abaqus/CAE的计算, 其结果如4所示。由图4可知, 铸造碳钢ZG230-450作为辊式破碎机的制造材料, 在辊子运行时其应力值超过了材料的屈服强度, 不能满足设计要求, 这说明ZG230-450虽具有一定的强度和较好的塑性、韧性及可切削性, 但只能用于受力不大、要求韧性的各种机械零件, 可用于破碎煤等低硬度物料。

4 结论

(1) 双齿辊破碎机破碎辊应根据破碎物料的种类选择不同的制造材料。破碎较大块的物料, 硬度较大、工作应力高时, 可选择高锰钢或超高锰钢作为辊子材料;破碎物料较小或工作应力较小时, 可选择合金钢齿辊或铸造碳钢齿辊, 从而提高破碎辊的使用寿命。

(2) 破碎辊是双齿辊破碎机的重要组成部分, 为了保证破碎机的正常使用, 防止破碎辊齿槽的断裂, 齿槽的强度分析尤为重要。利用Abaqus软件对破碎辊的挤压应力进行分析, 能方便地观察到破碎辊齿槽受到的应力强度及分布情况, 较传统的公式计算方法更简便快捷, 且能全面地掌握破碎辊的受力特征, 为辊子的设计及加工制造提供依据。

摘要：介绍了双齿辊破碎机破碎辊常用材料的种类、成分和性能特点。破碎齿辊耐磨材料须根据破碎物料的种类和设备情况来选择。针对齿辊结构, 使用有限元软件Abaqus建立了三维实体有限元模型, 并分析了齿辊结构在不同材料模式下的静载荷强度力学性能, 得出齿辊工作应力较大时, 可选择高锰钢或超高锰钢材料;齿辊工作应力较小时, 可选择合金钢材料整体铸造。

关键词：双齿辊破碎机,应力分析,齿辊材料

参考文献

[1]秦邦宪.最新破碎机设计生产新工艺新技术与故障诊断及质量检验标准规范实用手册[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[2]刘声扬, 王汝恒.钢结构[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2010.

[3]宋忠, 安继儒.金属材料手册[M].北京:化学工业出版社, 2008.

[4]闻邦椿.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社, 2010.

齿辊卸料机液压故障分析 篇2

齿辊卸料机液压系统一般由能源部分 (液压泵与电机) 、控制部分 (电液换向阀、压力控制阀及流量控制阀组成) 、执行器 (液压缸) 和辅助部分 (冷却器、油箱、过滤器, 压力表及压力开关、管件等组成) 四个部分组成。对液压系统故障来说, 诊断、寻找故障的原因和所在部位较难, 而找到后排除较为容易。对于竖炉使用的油电结合的液压系统设备, 首先要分析出故障在电器控制系统还是在液压系统, 简单的方法是用一小工具人为使电磁阀 (DSG-3C4-N-02) 阀芯工作, 如果执行机构开始工作, 说明故障在电器控制系统, 如果执行机构不动作, 则故障在液压系统, 再从以下几方面查找故障原因。

1 液压站结构及工作原理

液压站又称液压泵站, 是独立的液压传动装置。它按主机要求供油, 并控制油流方向、压力和流量。公司使用的是YZ-150A液压站, 它适用于主机与液压装置可分离的各种液压机械上。将液压站与主机上的执行机构 (油缸) 用油管相连, 液压机械即可实现各种规定的动作、工作循环 (原理图略) 。

液压站是由泵装置、集成块或阀组合、油箱、电气盒组合而成。

YZ-150A液压站主要由11KWY160M-4电机、YB-E150叶片泵、WU-630滤油器、DIF-L32H单向阀、RV-06G溢流阀、TV06G节流阀、DSHG-06-3C电液换向阀、YNC-100电接点压力表等组成, 溢流阀调整系统工作压力, 节流阀调整系统流量, SM1-SM4运行开关控制油缸行程。我公司采用的是旁置式油泵安装方式, 公司在二期建设订货时总结一期经验, 在由油箱进泵的管路中多加一碟阀, 便于检修油泵。液压站采用循环水冷却, 有效容积1.5立方米的油箱, 使用的液压油是68号抗磨液压油。

液压站的工作原理如下:电机带动油泵旋转, 泵从油箱中吸油后供油, 将机械能转化为液压油的压力能, 液压油通过集成块 (阀组合) 被液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到油缸中, 从而控制了油缸的伸缩, 推动各连杆带动齿辊转动。

2 控制机构主要故障

2.1 电液换向阀:

电液换向阀是电磁换向阀和液控换向阀的组合, 它是用电磁换向阀控制液控换向阀的动作, 变换流体流动方向的控制阀。电液换向主要作用是在流量超过电磁换向阀正常工作允许范围的液压系统中, 对执行元件的动作进行控制, 或对油液的流动方向进行控制。电磁换向阀是液压控制系统与电器控制系统之间的转换元件, 它利用两端电磁铁的吸力来实现阀芯的运动, 从而改变油路的通断, 进而实现执行元件的换向。公司采用的是三位四通DSG-3C4-N-02电磁换向阀。

电液换向阀阀芯可实现左位、中位、右位三个位置的变换。当阀芯处于中位时各油口各不相通, 当阀芯处于左位时由油路可由P口进A口出, 同时B口与T口相通。当阀芯处于右位时油路可由P口进B口出, 同时A口与T口相通。

电液换向阀换向故障: (1) 若电磁换向阀在换向过程中出现油压升高现象。1) 可能是阀芯故障, 应及时清洗阀芯, 或更换电磁换向阀, 以免造成线圈烧损;2) 可能是液动主阀行程过大, 与阀体运动速度不匹配, 应调节螺母, 调整行程。 (2) 若电液换向阀换向正常, 但液压缸活塞杆不动作, 油压升高, 则为节流阀故障。应检查节流阀调节弹簧是否正常工作。 (3) 若电液换向阀换向正常, 但液压缸活塞杆动作缓慢, 可能是节流阀故障, 应调节节流阀流量, 以满足运转需要;若调节节流阀, 活塞杆动作仍不能满足运转需求, 则检查液压缸。

2.2 节流阀:

当运动部件出现双向全行程爬行时, 可能是节流阀引起的, 因为当工作台低速时, 节流阀的通流面积很小, 油中杂质及污物极易聚在这里, 液流速度高, 引起发热, 将油析出的沥青等杂质粘附于节流口处使通流面积小, 致使通过节流阀的流量减小。消除办法:仔细消除节流口粘附的杂质;更换干净的油液, 防止油液污染。

节流阀故障: (1) 节流阀调节弹簧断裂。当液压油中有杂物时, 会卡住调节弹簧, 甚至折断调节弹簧, 使阀芯失去随油压波动的微动功能, 堵塞流道, 节流失效。电液换向阀虽正常换向, 但液压缸不动作, 油流经溢流阀流回油箱。 (2) 节流阀流量控制小。节流阀应在运行过程中进行调节, 若流量控制过小, 或液压缸产生内泄, 但不严重, 会产生液压缸活塞杆动作速度减缓现象, 调节流量可消除此故障。 (3) 单向节流阀A路节流孔堵塞, 在这种情况下, 当电磁铁I通电时, 液压缸工进。电磁铁2DT通电时, 因单向节流阀A路节流孔堵塞, 液压缸无杆腔不能通过管路回油, 液压缸有杆腔的液压油, 会通过损坏的活塞密封件进入到无杆腔, 由于活塞两面受力面积不同, 导致液压缸工进, 与生产需要的方向相反。排除故障的方法是, 更新液压缸活塞密封件, 同时拆修单向节流阀, 使A路节流孔导通。

3 液压缸故障的分析与排除

液压缸主要故障有液压缸推力不足或工作速度逐渐下降无法实现正常工作。导致液压缸不工作的原因较多, 本文根据液压维修工作实践, 以双作用单活塞杆液压缸为例, 对使用双电磁换向阀, 旁通溢流阀, 节流阀的典型液压回路进行分析, 总结了液压缸不工作这一故障的几种可能原因和排除方法。

3.1 液压回路及工作原理

齿辊卸料机液压回路执行器为双作用单活塞杆液压缸, 控制元件由电磁换向阀、双回油节流阀和单向阀组成。通过行程开关自动切换电磁阀的电磁铁, 使液压缸完成工进或返回;调节单向节流阀, 可以通过调整回油流量的大小, 得到液压缸工作所需的任意速度;单向阀, 能够保证电磁阀中位时, 液压缸准确定位。检查电液换向阀及节流阀、单向阀后液压系统依然无法正常工作, 故障应该就在液压缸。

3.2 故障原因

(1) 液压缸和活塞配合间隙太大或O型密封圈损坏, 造成高低压腔互通, 油缸内部泄漏过多。

(2) 由于工作时经常用工作行程的某一段, 造成液压缸孔径直线性不良 (局部有腰鼓形) , 致使液压缸两端高低压油互通。

(3) 缸端油封压得太紧或活塞杆弯曲, 使摩擦力或阻力增加。

(4) 油温太高, 粘度减小, 靠间隙密封或密封质量差的油缸行速变慢。若液压缸两端高低压油腔互通, 运行速度逐渐减慢直至停止。

3.3 液压缸活塞密封件损坏, 检修要求就是尽快更换液压缸。

液压缸检修时间长, 可用总成互换法进行快速检修。同时液压缸密封件损坏极极易造成油路堵塞。公司投产8年来更换油缸密封件或油缸12只, 更换电液换向阀3只。油缸密封件损坏是液压系统比较常出现的故障。

4 油液的污染导致液压系统的故障

在液压系统中, 液压油是传递动力和信号的工作介质, 同时还起到冷却、润滑和防锈的作用。液压油污染严重时, 会导致液压元件磨损加剧出现故障, 使液压系统工作性能变坏。

液压油污染的原因及危害: (1) 液压油氧化变质齿辊卸料机液压系统在工作时, 液压系统由于各种压力损失产生大量的热量, 使系统液压油温度上升, 系统温度过高时液压油容易氧化, 氧化后会生成有机酸, 有机酸会腐蚀金属元件, 还会生成不溶于油的胶状沉淀物, 使液压油的粘度增大, 抗磨性能变差。 (2) 液压油中混入水分和空气液压油新油有吸水性, 含有微量水分;液压系统停止工作时系统温度降低, 空气中的水气凝结成水分子混入油中。液压油中混入水分后, 将降低液压油的粘度, 并促使液压油氧化变质, 还会形成水气泡, 使液压油的润滑性能变差还会产生气蚀。 (3) 液压油中混入颗粒污物液压系统及元件在使用、检修中将污物混入系统中;使用中金属零部件磨损后产生的磨屑;空气中灰尘的混入等, 这些都易形成液压油中的颗粒污物。液压油中混入颗粒污物, 容易形成磨料磨损, 降低液压油的润滑性能, 冷却性能。污染颗粒侵入精密阀体内, 配合零件的相对运动不灵活、灵敏度降低或卡滞。对于泵, 若污染颗粒进入叶片泵转子槽与叶片之间, 就会产生卡住现象;会使油压建立不起来。对于换向阀, 当污染颗粒侵入滑阀之间隙时, 会使阀芯移动不灵活甚至卡住。对于流量阀, 当污染颗粒结集在节流口, 会使通流面积发生变化, 影响速度的稳定性。对于压力阀, 当污染物粘附在阀座处, 会影响阀座的密封性。

5 结束语

污染是导致液压系统出现故障的主要原因。油液的污染, 造成元件故障占系统总故障率的70%~80%。它给设备造成的危害是严重的。因此, 液压系统的污染控制愈来愈受到关注和重视。公司几年来的实践证明:保持系统油液清洁度是提高系统工作可靠性的重要途径, 必须认真做好定期更换液压油工作。不及时更换的旧密封件会日益老化, 产生碎屑, 污染油源, 导致更多的液压故障。在维修液压设备时, 应马上采用常规的维修方法, 更换液压密封件, 修复原来的阀件, 使设备恢复良好的工作状况, 保持优良的液压功能。

参考文献

[1]许福玲、陈尧明.液压与气压传动 (第3版) [M].北京:机械工业出版社.

齿辊研制与开发 篇3

关键词：齿辊,贯流式,冷却速度

齿辊是球团竖炉的核心备件,目前使用较为广泛的有整体式和分段式两种,其使用寿命直接决定了竖炉的检修周期,近年来,有实力的炼铁厂都在普及球团料,竖炉的负荷有日益加大的趋势,炉况恶化严重,有时温度甚至达到了800℃的高温,齿辊的结构和冷却状况没有因此而发生质的变化,这就使得齿辊的寿命大大减小,原先使用8个月以上的齿辊在使用到3~4个月时就会发生辊身弯曲、开裂、漏水的现象,竖炉因此增加了检修周期,我厂制作齿辊已经有十多年的历史,在制作过程中,我们深入细致地研究了齿辊工作的环境和齿辊自身的结构,针对近年来使用工况的变化,我们从辊身结构和制作工艺上进行了积极的探讨,研制开发出了高强度贯流式冷却齿辊,将其使用寿命提高到了两年以上,取得了很好的社会经济效益。如图1所示。

1 齿辊的工作状况分析

齿辊破碎排料动作为为径向小于360℃顺逆时针往返运动,工作部位是辊身的齿部,整个齿部全部在竖炉封闭高温环境下工作。齿辊的冷却是保证其使用寿命的最关键因素,大多数齿辊的冷却机理为出入水分布两端的水冷。竖炉的结构,决定了齿辊的结构为中间粗两端细的纺锤形结构,从冷却面积看,中间部位内腔冷却截面为轴头部位冷却截面的5~6倍。在整个封闭式冷却的环境中,根据流体力学的知识,由于中间部位截面的突然增大,中间部位水处于非充满的状态,流动速度为轴头部位速度的1/5(S1V1=S2V2:S:冷却截面积,V:冷却速度),因为中间工作部位是炉体内温度最高的部分,冷却水在600℃的环境高温下不断汽化,出入冷却水的轴头两端封闭,造成水蒸气外排困难,在不断的加热下,水蒸气的压力越来越大,形成压力很大的气团,水蒸气的压力作用于水平面上,使得中间部位冷却水的截面因为受压而进一步减少,这样,在辊身转动的一个周期中,中间的就有相当的齿身上部在一个工作周期的相当一段时间内处于无水冷却的状态,此部位因此被加热到很高的温度,在转动到下部时,高温辊身遭遇冷却水的激冷,这就是传统齿辊的冷却工作状态,在反复加热和激冷的工作环境中,齿辊承受着相当大的热疲劳负荷,经过一段时间使用后,就会出现齿部龟裂,齿根部位的铸造应力完全释放出来,造成齿部纵向开裂,进而漏水的现象,在竖炉中,中间部位齿辊的工况较两端恶劣,其温度比两端的温度更高,高温作用下,其强度降低,中间的齿辊受到两侧齿辊的压迫而变形,发生弯曲。

2 寿命因素分析

2.1 齿辊的结构

竖炉的结构决定了齿辊的结构,齿辊的结构决定了其铸造的工艺性较差,产生铸造缺陷的倾向性比较大,整体式齿辊的构造中,设计者一般都将齿辊肩部的厚度设计为150左右,而齿底部位辊身的厚度仅仅是80mm,轴头部位的毛坯尺寸厚度为70mm,这就使得肩部的补缩相当困难,针对这一点在传统式齿辊的制作时,我们加大了冒口端轴部的直径,使浇注后凝固时能够实现此端顺序凝固,但是远离冒口端的肩部补缩却一直无法解决,此部位必然形成缩孔获缩松的缺陷,齿辊工作状态下,肩部在巨大的扭距作用下,缺陷暴露为断裂和漏水。齿部的设计也给铸造带来了难题,齿底部位由于热节集中,齿与齿之间连接角度变化剧烈,铸造过程中成为应力的集中点,非常容易产生热裂,整体式齿辊长度较大,形成空腔的砂芯定位困难,在钢水的冲击下极易产生偏心现象,以上问题如果不能够得到很好的解决,在使用过程中就会出现齿根部位开裂,辊身冷却不够均匀,局部疲劳强度增大,磨损严重的现象。

2.2 冷却状况

齿辊600度以上的工作状况直接对冷却提出了很高的要求,从工作状况的分析中,可以看出恰恰是在最需要冷却的齿身部位,冷却水流截面变小,齿辊的冷却状况是最差的,因此解决冷却状况是提高齿辊使用寿命的关键要素。

2.3 竖炉的工作状况

这是作为备件的供应商无法解决的问题。近年来大多数炼铁厂都在增加球团矿的产量,竖炉的负荷不断增加,工况较以前恶化严重。

2.4 制作工艺

制作工艺的科学合理与否决定了齿辊组织和强度,进而决定了齿辊的寿命。

3 针对问题的解决措施

针对工作状况和寿命因素分析,多年以来我们进行不停的研究,在材质和结构上进行了大胆的改革,开发出了高强度贯流式冷却齿辊。

3.1 结构问题的解决

(1)总的来讲,三段式齿辊的结构工艺性比较好,而且制作难度比较低,其优良之处还在于齿套部位的可替代性,即如果齿套部位发生问题的话,我们可以直接将齿套部位替换掉,从而节省了制作费用,其缺点是齿套的内腔要部分或者全部镗出来,以便与两个轴头装配,机械加工的工作量比较大,对镗床的要求比较高。

(2)从结构上讲,冷却机理的改变是改善齿辊工作条件的最重要环节,从前面的分析中可以看出,如何实现在辊身工作的整个周期内,辊身内腔的整个冷却截面上始终存在冷却水,是解决问题的关键,经过反复研究,我们确定了强制性贯流冷却的思路:在辊身的内腔当中加入螺旋轴,冷却水进入内腔以后,在螺旋叶片的约束下,沿着叶片做螺旋流动,从而实现整个内腔截面都存在冷却水,解决了齿辊工作周期中因为断水被反复加热和激冷的问题。螺旋叶片的高度一般情况下应该保证水流畅通,叶片与内腔的距离应该满足水表面张力的要求,不能够让叶片间冷却水串联,叶片的螺距应该满足相邻叶片的截面积小于等于轴头部位水道的截面积,这样,就能保证内腔冷却水流的速度,从而使得冷却的速度能有保证。在整个螺旋轴的制作过程中,有两个因素成为关键,一是叶片的制作,叶片焊接到螺旋轴上以后,必须保证整个螺旋轴上叶片外径的同轴度,在焊接毛坯尺寸公差不能满足的情况下,必须采用机械加工的方法来保证其同轴度,防止装入齿套以后,因为二者间隙过大,冷却水形成并联;二是螺旋轴的制作,在螺旋轴的断头必须留出出气孔,其作用是将浇注时螺旋轴内产生的高压气体释放出来,避免浇注时爆炸事故的发生。螺旋轴制作完毕后,与齿套装配时,要采取热装的方式,尽量减少二者之间配合的间隙。如图2。

(3)齿部的变动,将原先的12个齿改造为10个齿,将齿形由梯形齿改为鼓形齿,改动以后,排料的面积增加,而齿部承受负荷减少。齿数改动以后齿根部位的宽度增加,增加了齿部的强度,因为齿根部位的加宽,使得齿部热节集中的倾向减小,减少了热烈倾向的产生,而且改造以后,每个齿的的单向角度增加10度,事实证明齿部变“坡”以后的齿辊减少了排料过程中的“死料”现象,将直径增大20mm,由原先的Ф500mm增加为Ф520mm,齿的高度保持不变,齿根部位的厚度增加,齿辊的刚性加强。

我厂的第一批高强度贯流式冷却齿辊于2004年10月末应用到济钢集团第一烧结厂2号竖炉上,到发稿时已经使用了25个月,没有发生漏水、弯曲、断裂现象,2号竖炉2005年十月末中修时停炉,我们到现场观察了齿辊的状况,结果出乎我们预料,整个齿辊的齿部完好如处,看不出多少磨损的痕迹,齿顶、齿底没有龟裂和裂纹现象产生。

3.2 冷却问题

结构问题上的解决以后,从根本上解决了齿辊的冷却机理,使得齿辊的冷却变得非常的科学与合理,根本上解决了齿辊存在的高温冷却死区,冷却水的导热效率大大提高。

另外,冷却水的质量也是决定齿辊使用寿命重要因素之一,硬水冷却的齿辊高温下不可避免的产生解垢现象,水垢的积聚会对齿辊工作降温产生非常大的影响,齿根的热量因为水垢的导热性能非常差而不能及时通过冷却水传递出去。因此使用软水是最好的选择。

3.3 制作工艺解决

为了保证辊身部的致密度,尽最大可能减少齿部缩松现象的产生,我们采用了平做立浇的思路,增加了冒口端轴部的毛坯直径,采用了高度为700mm的梯形冒口,尽最大可能让钢水形成顺序凝固。为增加中间砂芯的定位准确性,我们制作了专用的芯卡,为了增加整个辊身的毛坯尺寸精度,我们投入30余万元,制作了金属模具和专用砂箱,红外线测温仪严格保证了1530℃的浇注温度。

竖炉齿辊的改进 篇4

济钢球团厂目前有4座竖炉, 每座竖炉由4根齿辊水平并排构成齿辊卸料器, 齿辊卸料机作为竖炉主要卸料设备, 兼有托料和破碎卸料作用, 它的运行状况直接影响到竖炉的生产, 齿辊长期在高温 (达900℃) 竖炉内作业, 寿命较短, 一般4～6个月就会出现辊身开裂变形、弯曲、漏水等情况, 造成炽热球团爆裂, 产生大量的碎球和筛粉, 致使竖炉排料不畅, 严重影响生产和熟球的质量, 且由于齿辊弯曲易造成密封失效, 出现跑风跑火危及岗位工作人员安全, 严重污染环境。更换齿辊工期一般为7天, 一套备件40万元左右, 齿辊更换周期同时制约竖炉中修周期。

二、原因分析

(1) 工况。

齿辊处于高温氧化氛围中作业, 易造成表面龟裂, 辊身开裂漏水现象。在实际生产过程中, 当齿辊驱动系统出现故障时, 会造成部分齿辊不能正常转动, 此时齿辊形成单面受力的状况, 如果不能及时解决, 会使齿辊发生弯曲, 同时造成齿辊不均匀磨损和齿辊局部强度降低。另外, 当齿辊上部大小水梁发生泄漏量较大的漏水事故时, 漏出的水会穿过料层冲击到处于高温状态下的齿辊表面, 造成齿辊表面激冷激热而出现开裂, 直接影响齿辊寿命。

(2) 结构。

齿辊为三段式 (图1) , 辊身采用整体铸造, 与两端轴头热装后进行焊接、加固定销固定。由于辊身铸造中易出现壁厚不均、气孔、夹渣等铸造缺陷, 造成使用中齿辊开裂和弯曲。

(3) 材料。

辊身材料为ZG40-45, 轴头材料为45#钢。曾设想将辊身改为耐热铸钢, 由于未解决辊身与轴头之间的焊接问题而放弃, 但ZG40-45在高温环境中耐热性差, 易开裂出现漏水。

三、改进措施

1. 齿辊结构改进 (图2)

(1) 在辊身内铸入离心铸造钢套, 并将钢套延伸到辊身端面, 再将轴头热镶入钢套内, 轴头与钢套外侧开坡口焊接, 从根本上解决了45#钢轴头与特钢辊身无法焊接的问题。由于离心钢套组织致密, 克服了原铸造辊身由于铸造工艺结构原因造成的缩松、气孔等缺陷对齿辊使用寿命的影响。保证冷却系统的耐压性能, 从而保证齿辊在使用过程中不漏水。

(2) 在不改动炉皮、密封装置的前提下, 辊身外径加大20mm, 提高了辊身强度, 解决齿辊弯曲变形的问题。

2. 齿辊材料选择

齿辊材料选择正确与否, 直接关系其使用寿命。以前, 为了提高齿辊的耐磨性和强度, 采用提高钢的含碳量和含锰量, 改前的齿辊使用ZG45, 后改成ZG55, 有的同行也曾用过ZG40Mn2、ZG50 Mn2, 效果都不理想。对此根据齿辊损坏形式分析, 齿辊的材料应具有以下性能:

(1) 好的导热性能。好的导热性能使齿辊将齿面接受的热量尽量多的传递给冷却水, 保护齿面不受损坏, 因此, 导热性能越高越好。

(2) 在高温下有较高的强度和硬度。齿辊在使用时, 其上面是近1000℃的高温炉料, 齿辊通过转动来疏松、破碎熟球。齿辊除了承受高温外, 还要承受较大的炉料载荷, 因此需要承受一定的弯矩和扭矩, 并且还要承受炉料的磨损, 因此齿辊必须有较好的高温强度。

(3) 较好的抗氧化性、抗腐蚀性。球团竖炉工艺决定炉内是强氧化性热气氛, 所以齿辊必须具有良好的抗氧化性及抗腐蚀性。

(4) 好的铸造性能, 提高齿辊辊身的致密性。

(5) 单纯提高含碳量和含锰量达不到以上目的, 从导热性来说, 对于碳钢, 含碳越低, 导热性越好, 例如:碳钢在400℃时, 含碳0.06%的导热率为46.5%;含碳0.23%的导热率为42.7%;含碳0.40%的导热率为41.9%;含碳0.80%的导热率为38.1%。

综上所述, 锰含量的提高不能提高钢的耐热性, 提高耐热性能和高温强度效果显著的是铬、钼、钒等元素, 因此, 在高温下使用的钢应采用加入铬、钼、钒进行强化, 以提高材料的耐热性能和高温强度。因此, 齿辊的材料应选用中含碳量并含有铬、钼、钒及少量稀土的低合金钢ZG45GrMnMo。

3. 齿辊冷却方式的改进

材料改进后的齿辊使用寿命得到有效提高, 但提高的幅度与齿辊的冷却效果密不可分。如果不能进行有效的冷却, 齿辊的寿命提高幅度很小。这是因为热强钢金属在高温下的强度特性有两个特点:一是温度升高, 金属原子间结合力减弱、强度下降;二是在高温下金属原子扩散能力增大, 使那些在低温下起强化作用的因素逐渐减弱或消失, 在再结晶温度以上, 即使金属受的应力不超过该温度下的弹性极限, 也会缓慢地发生塑性变形, 且变形量随时间的增长而增大, 最后导致金属破坏 (即蠕变现象) 。因此, 改善齿辊的冷却效果是提高齿辊使用寿命的重要环节。具体做法是:改原来闭路循环冷却为开路冷却方式, 从而大幅度提高齿辊的冷却效果。冷却水从齿辊一侧进入, 从另一侧排出。排出的冷却水先进入回水箱, 再由回水箱排入回水总管。通过回水管上的调节阀将回水量调整到略小于进水量保证齿辊内腔的充分冷却, 也可以通过提高回水管高度来保证齿辊内腔完全充满冷却水。这种冷却方式的优点: (1) 齿辊能够被均匀冷却, 内腔不会出现高温汽堵现象, 回水温度比改造前大幅度降低; (2) 能够直观的看出冷却水的汽化情况, 及时调整冷却水量; (3) 冷却水中混杂的气体能够及时有效的排出, 避免回水管路由于进入气体而产生振动; (4) 便于随时观测回水温度, 掌握齿辊的冷却情况; (5) 可有效防止因水质差造成齿辊内腔堵死, 及时冲出沉淀物, 有效保证冷却面积和效果; (6) 由于齿辊内腔冷却水压力的降低, 有效地解决了齿辊轴端冷却水的泄漏问题。表1为两种冷却方式的数据对比, 从中可以看出改进后齿辊的冷却效果良好。

四、改进效果

实际生产表明, 通过对齿辊结构改进和材料选择提高了齿辊的耐热性和耐温性, 增加了齿辊的强度和硬度, 克服了因齿辊龟裂、变形带来的漏水现象。通过对齿辊水冷方式的改进, 有效改善了齿辊冷却效果。济钢球团厂通过改进使齿辊寿命达到一年以上, 年可节约备件费用40万元, 年可避免因更换齿辊给生产带来的损失达120万元, 为企业产品质量提升和生产稳定提供了有力保障。W10.12-17

摘要：针对球团厂在用齿辊存在的问题进行分析, 提出改进措施, 实施后效果明显。

双齿辊破碎机带齿破碎板的加工 篇5

破碎板有很高的硬度。故带齿破碎板选择含铬高锰钢,并在铸成型后进行水韧处理。由于固定辊子工作时是要不停的旋转,固定辊子允许很小的许用偏心距,所以辊芯必须做静平衡试验。为了保证带齿破碎板及备件能够在安装后仍然可以保证静平衡,带齿破碎板的重量差不得大于1kg,故带齿破碎板必须加工。由于硬度太高,刀具切削时热量太大,如不及时散热将会使刀具退火。影响加工,故加工时设备的转速很低。一般加工方式是龙门铣床进行的,将破碎板(简称齿板)四角垫起,使齿板齿尖不接触床面,四角再用四个压板压紧,然后进行加工,由于齿板压板处加工不到,所以加工完后,剩余面(压板压紧处)需要窜动压板,把剩余部分继续加工完,由于齿板硬度大,刀具转速不能太快,这样加工工期特别长,而齿板是整个设备的关键部位,损耗量大,数量需求大,所以这种普通的加工方法就无法满足生产的需要了。提高齿板的加工效率,即要保证加工质量,又要提高加工效率成为了一个关键点,我们从这两点出发,对加工方式进行了改进,来解决这问题。

1 加工胎具的设计

本加工方法解决的主要是齿板的装卡问题,即能方便找正,又能使其装卡一次后就加工完成,不需重复装卡,为了能更好的提高加工效率,结合现有设备,我们选择了双柱铣进行加工,这样我们的加工效率将大大提高。从以上两点出发,我们设计出胎具为对称装置,这样保证此胎具能在双柱铣上使用,剩下我们解决的就是装卡问题,即能装卡稳定,又能使其容易找正,所以我们将装卡面设计成与齿板的弧面相同的弧形装卡面,并在下面设计有钩槽,这个钩槽用来卡住齿板的下端,这个钩槽是严格按照齿板下端原型设计的,这样就使齿板很好的装在装置上,由于齿板是铸件,铸造有可能出现涨箱等现象使带齿板的弧面与治具弧面不合型,本胎具设计有顶丝用来进行微调以使找正更加精确,顶丝分为四个位置,分别在装置的两端上下各一个,这样在找正是就很容易进行了。加工时,需要将装置固定在床面上,我们选择了装置下部带键块,键块与床面沟槽结合,再用三跟螺栓固定装置,固定齿板时,需用一压板,为了保证压板压紧两件齿板后,两件齿板不向两边涨开,我们设计的压板是两端斜面压板,这样在压紧时,会有两个向中间压紧的力,这样就保证了齿板的涨开问题,同时我们利用固定装置的螺栓进行固定压板,这样就减去了多个螺栓,使胎具使用时不繁琐。

2 齿板加工胎具的设计过程

如图1,2,3,4所示,本胎具包括底板14,底板14的底部为定位键2,底板14与上板9之间为支撑管7、侧板10,侧板10的外侧面的底部为钩槽13,侧板10的两侧及上板9的两侧分别设置有顶丝3;支撑管7内的螺栓15的上部为压板4,压板4上方的螺栓15上设置有定位螺母6,压板4与上板9之间的螺栓15上设置有螺母8。

压板4的底面可为向内倾斜的斜面16;以使两侧的齿板11向内,更利于齿板11的固定。

侧板10的外侧面为同齿板1 1加工一致的弧形表面;以使齿面贴合侧板10,便于贴合,更利于加工。

3 双柱铣加工齿板的装卡过程

用双柱铣主要装卡工步为:首先将固定胎具装卡在双柱铣床面上,尽量居中;键块下在床面沟槽里,利用螺栓压紧,这时不用找正,键块已经实现了直线方向的精度;再将齿板下端钩面处卡在固定胎具的钩槽处,上面压板压上,暂不压紧;利用顶丝进行找正,找正后压板压紧,然后就可以进行加工了。

成果简述:由于加工方法采用胎具底面键块定位,钩槽装卡齿板,斜面压板压紧,顶丝进行微调,这种装卡方式齿板稳定,加工时精度高,这样就很好的保证了产品质量。

由于本加工方法简单,在机床上装夹方便,装卡一次后,就无需装卡找正胎具,而其一次可同时加工两件工件,因此解决了常规方法需要多次反复装卡的问题,大大提高了生产效率。

摘要：双齿辊破碎机是我公司的重点产品,其带齿破碎板的加工我公司一直是利用镗床来完成的。现在改用通过胎具在双柱铣上来完成加工。这种加工方法是将胎具固定在床面上,胎具可同时装卡2件齿板,且装卡特别简单,找正方便,这样既降低了成本,又提高了效率。

关键词：双齿辊破碎机,带齿破碎板,双柱铣,胎具

参考文献

[1]周恩浦.矿山机械[M].冶金工业出版社,1979.