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kooben 2018-04-23 14:13

螺旋式湿喷机耐磨解决方案


  对螺旋式湿喷机的关键部件——螺旋的受力及磨损情况进行了分析。并结合耐磨工艺改进,来提高螺旋整体的耐磨性。
  1 螺旋受力分析
  螺旋加压气喂料结构中,螺旋的作用是将湿料连续均匀地输送到气料混合室。螺旋输送是靠螺旋叶片的旋转挤压来推动湿料前进,螺旋螺距、直径与转速配合,可以保证送料能力;螺旋叶片的旋转角将影响螺旋叶片与湿料间的磨粒磨损。所以首先要对螺旋叶片进行受力分析,研究不同螺旋角下的螺旋叶片与湿料之间的相互作用力。螺旋由叶片和螺旋轴组成,用Q235钢材制成。叶片固定在螺旋轴上,作旋转运动。
  由于螺旋叶片旋转中,受到流体混凝土的扩散运动、碰撞运动以及与混凝土间的摩擦等运动所产生的作用力以及混凝土压力的作用,它所受的作用力实际上是非常复杂的。我们在进行有限元分析时,对其作了简化处理,通过映射网格划分来建立叶片的有限元模型。
  通过应力分析,可找出应力集中及变形大的部位,进而可有针对性地进行改进。如果叶片母线比较光顺,其受力就会比较均匀,应力集中现象就会比较少,产生的变形就小,其磨损也会变小。可以看出,螺旋角度对于减小磨粒磨损非常重要。根据理论分析及经验,为保证出料顺畅,在与气料混合室配合中,将螺旋角度设计为5°。
  2 螺旋磨损分析
  磨损是非常复杂的、系统性很强的动态过程,它牵涉到摩擦系统中工件的外部因素和材料的内部因素。外部因素是指载荷、相对运动形式、运动速度和持续时间、环境介质、磨料的硬度及几何形状等;内部因素主要是指材料的化学成分、抗磨相类型等。
  按机理分类方法,磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等。湿喷机螺旋磨损主要为磨粒磨损和腐蚀磨损,分别占60%和30%;粘着磨损和疲劳磨损仅占3%和7%。
  (1)磨粒磨损。由于硬的磨料或凸出物料对零件表面作用而造成物料迁移,导致表面材料发生损耗的磨损,称为磨粒磨损。
  湿喷机工作时,混凝土料主要靠螺旋输送,物料包括矿石粒、水泥、砂子等。物料在气力作用下,以一定角度进行垂直和水平运动,从而造成磨损。其机理有三:一是螺旋叶片表面被物料切削而产生迁移,使磨屑脱离叶片本体。二是叶片表面和亚表面产生很大的塑性变形,物料像犁沟那样把叶片翻向沟两侧,形成隆起的脊背,并在其后多次重复变形后,脱离母体材料。三是磨损时,叶片亚表面比表面的应力高,因此在一定深度的亚表层产生位错的高度密集,形成空穴;空穴聚集产生平行于表面的裂纹,继而裂纹扩展,最终使表层剥离。
  (2)腐蚀磨损。腐蚀磨损是指化学或电化学反应在摩擦副材料流失中起重要作用的磨损,它是材料受腐蚀和磨损综合作用下的一种复杂的磨损过程。根据腐蚀介质的性质,可将腐蚀磨损分为两大类——化学腐蚀磨损和电化学腐蚀磨损。前者是指金属材料在气体介质或电介质溶液中的磨损,后者是指金属材料在导电性电解质溶液中的磨损。
  湿喷机运送物料的主要动力是压气,运送的物料又是湿料,所以其主要磨损方式就是化学腐蚀磨损。在气体介质中的腐蚀磨损实际上是以氧化磨损为主,其过程主要是金属表面与气体介质发生氧化反应而生成氧化膜,随后在物料或硬凸体作用下被去除。湿料相当于电介质材料,含有复杂的化学成分,会使叶片发生化学反应,导致叶片化学成分改变。磨损会导致叶片纯磨损的增加。在腐蚀磨损条件下,由于同时存在着摩擦和腐蚀的作用,材料的抗腐蚀磨损特性与机械性能和电化学特性间都有着密切的联系。
  3 螺旋堆焊工艺
  根据对螺旋叶片磨粒磨损和腐蚀磨损情况的分析,以及使用工况对韧性和抗冲击性等方面的要求,对螺旋的不同耐磨材料进行了对比研究;同时分析了螺旋结构及其不同部位的情况,以便采取不同措施来增加螺旋的耐磨性。
  堆焊是在工件的表面或边缘进行熔敷一层耐磨、耐蚀、耐热等性能金属层的焊接工艺。堆焊对提高零件的使用寿命,合理使用材料,提高产品性能,降低成本有显著的经济效益。不同的工件和堆焊耐磨焊丝要采用不同的堆焊工艺,才能获得满意的堆焊效果。
  湿喷机螺旋耐磨材料可选用北京固本kb899耐磨焊丝进行堆焊制造,综合经济效益好。还可以对局部腐蚀或磨损后的工件进行修复,减少备件,缩短修复周期。
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  图 kb899耐磨焊丝

  4 试验检测
  对不同材料的螺旋叶片使用寿命、磨损情况等进行检测,并对检测数据进行分析,以了解不同基体材料和局部增加耐磨性措施对螺旋磨损量的影响。采用实物磨损试验方法,试验结果表明,带锥度的螺旋有利于物料输送,能有效地减少螺旋磨损;采用表面耐磨堆焊工艺进行耐磨处理,能大大提高螺旋的使用寿命。
  5 结语
  经过资料查询、理论分析和反复试验,完成了样机试制。装有这种螺旋结构的湿喷机在开滦集团和轩煤集团实际应用中,取得了良好的效果。由于新研制的螺旋工艺简单、结构合理、耐磨性高,有利于螺旋式湿喷机的推广应用。


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