鼠笼式破碎机鼠笼轮磨损机理初探

发布时间:2023-07-24

鼠笼式破碎机鼠笼轮磨损机理初探

矿山建设网 2023-07-24 14:44 发表于北京

 本文通过试验和理论分析，探讨了鼠笼式破碎机中的易损件鼠笼轮 的几种主要磨损形式和破坏形式，及影响磨损的主要因素。指出解决鼠笼轮磨 损问题的主要技术途径。

一、前言

鼠笼式破碎机是工业生产中常用的破碎机械。主要用于破碎干燥的软物料， 如粘土块、硅藻土、白垩等。生产石棉、水泥制品时，可用它来松解石棉，在 建筑材料和耐火材料中可用来粉碎水份不大于 6-8% 的软质或半软质粘土 , 为 制砖或水泥制备细粉料。特别是在蜂窝煤和煤球生产线上是重要的配套设备， 用来细碎制做蜂窝煤和煤球的原料。

鼠笼式破碎机技术特性好，生产效率高，粉碎的物料精细，可满足工业生 产的要求。破碎机中的大小鼠笼轮是该机的主要易损件 , 其使用寿命低，特别 是鼠笼轮的钢棒磨损快 , 维修量大， 致使维修工人工作环境恶劣， 劳动强度大， 钢材浪费严重。国内外许多技术专家都在致力于解决此问题。本文根据几年来 的探索和试验，探讨鼠笼轮的磨损机理，以便解决鼠笼轮磨损问题。

二、鼠笼式破碎机中的磨粒构成

1. 煤球燃烧后的化学成分见表 1

2. 破碎机中的 3 种不同几何形态的磨粒

表 1 煤球燃烧后的化学成分

表 1 中分析的煤灰是煤球燃烧后的灰分 , 占干煤球重量的 34%。型煤生产

线上破碎的原料 , 大体上可化分成三种不同的几何形态 : ①大石块类 , 其中包括 : 鵝卵石，石灰石和煤矸石。② 2.5px-0.3cm 的煤块。③当混合料进入小鼠笼轮外 圈和大鼠笼轮内圈时，已被粉碎成 (0.1~0.5)mm 的微小颗粒，且速度非常高。

三、磨损类型分析

从以上磨粒的构成可以看到 : 煤粉中灰分占 34%，其中灰分中 54.96% 是 SiO2( 俗 称 石 英 ),24.18% 是 Al2O3( 俗 称 刚 玉 )。SiO2  的 维 氏 硬 度 为 HV=1280， Al2O3 的维氏硬度为 HV= 1800，这些质点是钢棒磨损失效的主要原因，其次是 高速运动的煤粉流对钢棒表面的冲刷。从取下钢棒磨损后的试样来分析钢棒的 磨损机理，大体可分成下面几种磨损。

1. 冲蚀磨损

图片 1 是鼠笼轮上使用过程中还没有完全失效报废的钢棒，从图片 1 上可 以看到磨损失效的过程和形式。在圆形钢棒的断面上可分成四个面如图 2 所示。 面 1 是未被磨损面，钢棒的这个面煤粉冲刷不到。面 2 和面 3 是固体颗粒流以 小于 30°的投射角冲刷钢棒表面。面 4 是固体颗粒流以 30° -90°的正冲击角 度来冲击钢棒表面。图 3 为冲蚀磨损和磨粒冲击角对于塑性材料的不同关系。 《金属的磨损和耐磨性》(5--2) 中 Finnie 提出了冲蚀切削理论。用以解释多少 带有棱角的质点的流体对延性材料的冲蚀磨损。这个理论假定一个硬的多角形 的质点在冲击角 a 撞到一个光滑表面就十分象一个锐利的刀具切削工件表面。  工件材料的 延性就是说明在切削过程时材料的塑性流动能力。推导出由质量 m 的一个单独颗粒的机械作用从“靶”材料移走的体积，就能进一步推论出由于 全部质量 M 的大量相似的切割物所引起的磨损。

图 1 鼠笼轮中己使用过的钢棒

图 2 楼鼠笼轮钢棒不同面的磨损机理

图 3 冲蚀磨损和磨粒冲击角对于塑性材料和脆性材料的不同关系

2. 撞击磨损

撞击磨损是钢棒磨损失效的第二种磨损失效形式。如图片 4 中我们可以看 到 : 钢棒的正面有若干个小坑，如同水果腐烂一样。从试验中观察它的产生和 发展如下 : 最初钢棒的表面仅仅是个小坑， 随着磨损时间的延长小坑逐渐扩大， 发展成一片，使钢棒截面变窄 , 最后由较大的磨粒质点冲断。

这种磨损现象常常发生在表面不光滑的不均质材料上。这些坑的出现用冲 刷磨损理论解释就不可能完善，而用撞击理论去解释会更加完满，由于多次撞 击，材料的弹性消失，这时是破坏的“诱导期”，如此的诱导现象有疲劳的一 些特性，继续发展下去便会出现剥落，掉皮和磨坑。

图 4 不均质材料的钢棒在撞击磨损条件下的形貌 3. 腐蚀磨损

在鼠笼式破碎机粉碎煤及其它物料时，必须加水，钢棒及其金属部件就是 在温度较大的混合物料及潮湿空气中工作，铁及合金在这种条件下极易氧化， 生成 Fe2O3 ，这就是腐蚀。如果表面有磨粒冲刷就是腐蚀性磨损，这是因为煤 粉的冲刷速度大于金属氧化的速度，但这并不能掩盖腐蚀磨损的存在。

4. 冲击破坏

冲击破坏是鼠笼轮中破坏的重要形式。如图 5 所示。在鼠笼轮中常常拌随 着原煤 ( 大块坚硬煤矸石 ), 白灰 ( 石灰石 ) 和黄土 ( 鹅卵石 ) 混合进入，使这些 杂物进入。块小的和材料较软的石砾很快破碎 , 但块大而又坚硬的，对鼠笼轮

就产生巨大的破坏作用，有时仅一块大石头 , 便使鼠笼轮破坏掉。

图 5 鼠笼式破碎机中的大石头

四、影响磨损的主要因素

磨损的速率大小及磨损量的多少，与磨料粒度大小，冲刷到金属表面的速 度 ( 包括冲击力 )，  磨料的硬度有关。磨损的速率大小及磨损量的多少，  还与金 属的结晶类型有关。如果金属中含有碳化物，则与碳化物的形状和大小有关，其磨损量和载荷成正比，而与材质的硬度成反比。

前苏联包比科夫指出 :“如果要减少磨损，则常常使滑动表面比磨料硬” 《金属的磨损和耐磨性》中指出 :

Ha/Hm2

式中 :Ha—磨料硬度

Hm—被磨金属硬度

K2=0.7~1.1

这时，相对磨损很少，耐磨性无穷大。

以这个重要结论为依据磨料的硬度越高，抗磨损的能力也就越好。如果能 提高材料的硬度， 对抗磨损是非常有利的。硬度不仅仅指金属材料的宏观硬度， 有些材料例如高铭铸铁就有基体和碳化物相的问题。有些金属材料为基体组织 一定时，碳化物硬相的硬度高低，颗粒的大小形态，多少等因素对耐磨性能影 响极大，通常碳化物硬相越硬越多，而磨性也就越高。

五、结论

通过以上试验和理论分析 , 探讨了鼠笼式破碎机中的易损件鼠笼轮的磨损 破坏机理和影响磨损的因素。在上述分析中如果仅仅存在某个单一的磨损因素， 鼠笼轮的磨损问题不难解决。但当各种磨损形式与冲击破坏同时存在时，解决 鼠笼轮磨损问题就十分艰难了。

解决鼠笼轮磨损问题的主要技术途径 :

①加强质量管理，严禁各类大块物料进人鼠笼式破碎机中。

②鼠笼轮轮圈及钢棒局部或全部，应该用大于或等于 0.7 倍的 SiO2  和 Al2O3  的硬度材料制做，才能使鼠笼轮明显提高使用寿命并且要兼顾材料的韧 性。

③由于冲刷磨损和撞击磨损都有一定入射角度，鼠笼轮在设计时应适当改 变结构。

注：本文发表在《燃料流通科技》杂志 1996 年第 3 期