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立式冲击破碎机锤头材料和质量的研究

2011/11/12发布者:红星机器

常用立式冲击破碎机合金锤头质量差,使用寿命短,消耗量大,影响了设备的运转作业率。对锤头材料和质量进行了研究.在锤头材料方面,选择高铬合金作为锤头的材料,经热处理后,其抗磨性能高、韧性好、使用寿命长,是一种较为理想的锤头材料;在锤头质量方面,根据锤头动力学分析和破碎的能量条件,导出了锤头质量的计算公式,为锤头质量的确定提供了理论依据。

立式冲击破碎机是国内外近20多年所发明的一种新型、高效多段冲击破碎设备。它主要是利用高速回转锤头的冲击、挤压和研磨作用使物料粉碎。由于该机型具有结构简单、处理能力高、破碎比大、能耗少等一系列优点,目前在工程上中等硬度脆性物料破碎中得到了广泛的应用。但由于原合金锤头质量差、使用寿命低,不仅限制了圆盘线速度的提高,增加了原合金锤头的消耗量,而且因为需要经常更换易损件或因备品备件供应不及时,从而降低了设备的运转作业率,这种局面严重影响和制约了立式冲击破碎机在我国进一步的应用和发展,故对锤头材料和质量进行研究有着十分重要的理论意义和实用价值。

l锤头材料的研究

1.1锤头材质选择

随着新的耐磨材料不断研制,高铬铸铁作为第三代抗磨材料,已广泛用于冶金、矿山、材等工业部门的破碎设备。如:球磨机磨球,各种破碎机的锤头、板锤、衬板等,尤其是由美国Clmax公司研制的15cr3Mo合金,以其抗磨性高而出名。但由于国内Mo合金资源缺乏且价格昂贵,推广应用受到一定限制。我国W,Mn资源丰富,且w与Mo的性质相似,它与碳的结合力稍低于Mo,但强于Cr,Mn,W与Mo一样能提高过

冷奥氏体的稳定性,显著抑制珠光体转变,且在碳化物与基体中的分配较Mo均匀,抑制珠光体的作用发挥较好。Mn具有促进珠光体向奥氏体转变作用,且冷却时使奥氏体形成马氏体的倾向增强。为此,我们选择高铬锰钨合金作为锤头的试验材料,其成分范围见表1。%

表1高铬锰钨合金成分1.2材质的热处理工艺为了增强高铬锰钨合金锤头的耐磨性和冲击韧性,延长其使命寿命,其热处理工艺如图1所示。高铬锰钨合金经淬火后,进行低温回火处理以消除铸件的残余应力,使淬火马氏体转变为回火马氏体,以改善其冲击韧性。1.3材质的金相组织及机械性能高铬锰钨合金经热处理后,金相组织如图2所示,其组织为:马氏体+一次碳化物+铸铁少量粒状二次碳化物+少量残余奥氏体。一次碳化物呈分散、孤立状,且块度较小,体积比值达27%左右,起到了抗磨损的骨干作用;支撑一次碳化物的马氏体基体,由于其上析出高度弥散的二次碳化物的缘故,进一步强化了马氏体,提高了基体组织的抗磨性能;少量的残余奥氏体减缓了裂纹扩展的趋势,从而使高铬锰钨合金抗磨性能高且韧性较好。图2高铬锰钨合金热处理后的金相组织高铬锰钨合金的机械性能经反复测试后见表2,由表中数据可知,高铬锰钨合金的硬度高且韧性较好。·124·表2高铬锰钨合金的机械性能冲击值ak 硬度 矿。

1.4锤头使用寿命的对比

用高铬锰钨合金生产的锤头装机进行了生产运行试验,其试验结果与原合金钢锤头使用情况对比表3锤头使用寿命的对比锤 头 平均使用寿锦o/h原合金锤头 366995高铬锰钨合金锤头l 12015Cr3Mo合金锤头从表3可知,用高铬锰钨合金生产的锤头,其使用寿命与美国的15Cr3Mo合金锤头相当,是原合金钢锤头的2.7倍左右。

2锤头质量的研究

2.1锤头动力学的分析

在立式冲击破碎机中,其锤头与单颗粒物料的碰撞过程如图3所示。由于碰撞过程极为复杂,为了便于研究,对它的碰撞过程进行如下几点假设:①锤头与物料的碰撞发生在锤头碰撞中心上,即锤头与销轴间的碰撞反冲量S:=0;②锤头与物料的碰撞是弹性正碰撞;③在碰撞过程中,忽略摩擦力和风阻等影响。图3锤头与单颗粒物料碰撞的力学模型根据上述假设,锤头对单颗粒物料碰撞过程可简化为图3(b)所示的力学模型。

2锤头质量的确定

根据设计要求,在确定锤头质量时,一方面应使其能破碎物料,另一方面应使锤头不致于过度偏倒据有关资料介绍心],锤头的偏转问题主要与转子的转速有关。根据破碎理论可知,欲破碎物料,必须满足能量条件和受力条件。能量条件是指锤头质量产生的能量E,必须大于或等于破碎物料时所需的功A。受力条件是指锤头质量与物料碰撞产生的冲击力必须大

于物料破碎时所需的力。一般情况时,锤头质量与物料碰撞产生的冲击力远远大于物料破碎时所需的力,在此不作考虑。

(1)在锤头材料方面,选用高铬锰钨合金作为锤头材料,经热处理后,其金相组织为:马氏体1“次碳化物+少量粒状二次碳化物+少量残余奥氏体,经生产运行试验证明,其使用寿命与美国的15Cr3Mo合金锤头相当,是原合金钢锤头的2.7倍左右,因此高铬锰钨合金是目前工程上较为理想的}等P;Z蠢.(10)破碎机材料之一。

(2)在锤头质量方面,正确确定锤头质量的大

小对提高该机型生产率、降低功耗有着十分重要的意义。本研究根据锤头动力学分析和破碎的能量条件,导出了锤头质量的计算公式,为锤头质量的确定提供了一定的理论依据。

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