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双轴搅拌机叶片的失效分析和改进

发布时间:2018-04-28 09:38| 浏览: |来源: 新闻中心

双轴搅拌机是制砖机械的关键设备之一,其搅拌效果的优劣直接影响砖坯的质量和生产效率由于工作条件恶劣,致使搅拌机的叶片成为易损部件。经过对哈尔滨地区几家砖厂普遍使用的500砖机现场调查得知.搅拌机叶片的材质一般为A3钢板,表面堆焊Fe—O5,其使用寿命仅在15~20天左右每台机器有52只叶片,每年要消耗钢材约1.5t,Fe一05143kg,仅材料费合人民币9000元.若按哈尔滨市近百家砖厂估算,每年的消耗量台人民币9O万元左右,而制砖设备在全国分布面广量大,浪费就更惊人!这不仅浪费钢材,而且也增加了红砖的成本,叶片磨损较大时,搅拌的均匀性和效率明显下降,需停机修复。频繁修复不仅降低了生产效率,也增加了工人维修强度因此,提高搅拌机叶片的耐磨寿命便成为十分重要的课题。近年来,为了提高叶片的使用寿命,国内许多单位先后研制了几种材料和表面处理方法,并且在双轴搅拌机叶片的结构改进上下了许多功夫。但从哈尔滨市多数砖厂使用情况看,叶片磨损仍存在过快的问题,本文认为要进一步提高叶片的使用寿命,必须运用磨擦学原理对叶片的失效进行分析
2、叶片的工况条件及失效分析
2.1叶片的工况条件
搅拌机叶片在工作中,不仅有搅拌泥料的作用,而且要以一定的推力将泥料推至传送带,叶片安装在搅拌轴上用螺母锁紧。搅拌轴的转速为45r/rain,叶片与轴的夹角约为20°,叶片外缘的最大直径为500mm,混合泥料的成分是:粘土60%、粉煤灰23%、粉碎后的工业煤渣17%,在进料端稍后处喷洒一定量的水。
2.2叶片的失效分析
从现场报废的叶片可以看出,叶片有以下几种失效形式。
(1)叶片根部折断;
(2)叶片螺杆弯曲变形;
(3)叶片堆焊层产生凹坑剥落加速呈片磨损;
(4)叶片工作面及顶部磨损。
3种失效形式属于叶片制造、安装、使用不当引起的.采取适当的措施是可以防止的。而叶片的磨损是叶片的主要失效形式。叶片安装在搅拌机轴上.工作一段时间以后.在泥料的不断磨擦、挤压作用下,由于叶片顶部的线速度较大,使顶部逐渐变薄,特别是在工作面左右两边角处,线速度最大,磨损更为严重,使得安装在搅拌轴上的叶片直径逐渐缩小,当叶片回转直径
和厚度磨损到一定程度以后,搅拌均匀性和输送泥料的效率明显下降,此时叶片报废应及时更换。叶片的磨损主要有两种情况。
2.2.1低应力磨粒磨损
从叶片的工况条件可知,叶片轴转速较低,泥料对叶片工作表面的冲击力较小,在泥料连续流动的条件下,其对叶片表面的挤压力也不大,这种作用方式产生的磨损应属于低应力磨粒磨损,泥料中的硬颗粒在叶片工作面滑过时,在摩擦挤压作用下就象刀具在金属表面进行切削一样,把叶片表层金属刮去一薄层,泥料的反复作用,将使叶片工作端逐渐变薄变短,从叶片工作表面取样在光学显微镜下观察,可以看到叶片工作表面较光亮,有明显的划痕,且划痕较细、较浅。
2.2.2腐蚀磨粒磨损
叶片基体材质多为A钢或其它低碳钢,在潮湿泥料环境下都是较易腐蚀的。当叶片表面堆焊的Fe—o5发生脱落或磨损后,腐蚀即在裸露基体表面发生,特别是停机较长时间时,腐蚀就更严重,至使叶片工作表面发生氧化生成硬而脆的Fe2O2.当搅拌机再起动时在流动泥料的作用下,腐蚀层会很快被磨去,其磨损速度比正常无腐蚀磨损更快。
    因此,低应力磨粒磨损和腐蚀磨粒磨损共同作用,使叶片早期磨损失3改进建议
3.1合理选择叶片工作面的材料
前述分析,叶片正常失效属于低应力磨粒磨损和腐蚀磨粒磨损共同作用。这一特征表现在叶片和泥料之间的作用力较小.泥料对叶片的工作表面冲击力也很小.因此在叶片工作表面的材料选择时.可以考虑选择具有一定冲击韧性而主要应具有较高硬度的材料,这样有助于提高叶片的耐磨性。从资料中查出,金属材料的硬度Hm是磨粒硬度Ha的1.25~1.3倍时,材料有较好的耐磨性.而低于这个范围的硬度比.将使金属材料处于过渡磨损或高磨损区。
目前哈市地区广泛使用的叶片工作表面堆焊Fe一05,Hm—HV867~l021,泥料中最硬的磨粒Ha—HV8OO~l300,两者之比Hm/Ha=1.08~0.66.恰好使叶片工作表面材料处于过渡或高磨损区,可见这是造成叶片材料磨损过快的根本原因。因此在选择叶片工作表面的材料时.在保证材料具有一定的韧性条件下,应偏重提高其硬度.使Hm>(1.25~1.3)Ha,从而提高叶片的寿命。
3.2提高焊接质量,减小叶片根部应力集中
叶片常常在使用不久便在螺杆与叶片的焊接部位折断,其原因是螺杆焊接在叶片上时,在焊区产生了焊接应力,甚至出现微裂纹。当叶片工作时,其根部的弯曲应力最大,从而易使叶片与螺杆在根部折断解决的办法一方面力求提高焊接质量减少焊接缺陷;另一方面可以采取所示的结构,使叶片根部与螺杆拧入搅拌轴根部有一距离d,在螺秆mm直径变化处加工出过渡圆角.防止焊接缺陷在弯曲应力最大的部位出现,减少应力集中。
3.3合理地选择叶片在搅拌轴上的安装角度
叶片安装在搅拌轴上,其平面与轴线垂线问的夹角为0,叶片工作面对泥料的法向作用力F可分解为对泥料的推进力F_和对泥料的搅拌力F:其中:
F一FNcosO.F2一FNsinO,可见当FN一定时,b角不同使F与F。力变化,考虑到搅拌的效率存在最佳值,因此日角应选择适当,一般取20~25°左右。当叶片工作一段时问后.由于泥料对叶片的反作用,常常使b角逐渐变小,这就使对泥料的推进力F。增大,一方面加速了叶片工作面的磨损,另一方面泥料的较大的挤压作用使叶片根部受力过大,易使叶片根部折断或产生弯曲变形,所以在叶片工作中应注意合理选择或调整叶片在搅拌轴上的安装角度。
3.4合理地选择叶片结构彤状
传统的叶片结构所示,其形状是梯形或矩形,厚度方向尺寸s从叶片顶部至根部不变这种形状的叶片在工作中切入泥料的阻力大,增加了磨擦,另一方面叶片顶部各点回转线速度不相同.在使用中产生不均匀磨损。比较合理的叶片形状,叶片顶部呈扇形.叶片的两边缘有一定的楔角,这样可以减小叶片切入泥料的磨擦阻力,使叶片磨损均匀,提高叶片的使用寿命。
3.5提高工人素质,正确操作机器经现场调查发现,叶片的失效除上述原因之外,还与工人的操作水平有很大的关系,在操作搅拌机时,进料口的进料量以能够供应传送带的正常输泥量为宜,但多数工人在操作时为了省事.少按几次按钮,使进料口的进土量很大,甚至在进料口泥料堆积如山,使搅拌机超负荷工作,加大了入口处叶片承受的压力,往往使叶片的螺杆弯曲,影响搅拌效率.甚至使螺杆折断因此应注意要求工人正确操作搅拌机,避免人为地使叶片失效。
4结论
a.搅拌机是制砖机械的关键设备.对其叶片进行失效分析和改进.:悔有助于提高耐磨性.延长叶片使用寿命.对节约钢材,提高生产效率十分有意义。
b.分析表明,叶片的主要失效形式是低应力磨粒磨损和腐蚀磨粒磨损.前者为主。
c.提高叶片的耐磨寿命,首先应考虑选择硬度较高并且具有抗腐蚀性的叶片工作表面材料;其次是改进叶片结构形状,提高焊接加工质量;另外还应正确使用搅拌机。


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