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改性尼龍澆灌旋回破碎機(jī)中偏心套的探索

王作寧 王國(guó)文 賀華林
(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)三峽指揮部)

　　摘要：利用改性尼龍新型材料替代巴氏合金澆灌偏心套，應(yīng)用在PXZl216旋回破碎機(jī)上，可以更適合破碎中的不均勻沖擊載荷。使用壽命可以提高9倍，有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
　　關(guān)鍵詞：改性尼龍；巴氏合金；沖擊荷載；磨損

　　PXZ1200/160液壓旋回破碎機(jī)是古樹嶺人工碎石系統(tǒng)中的初破設(shè)備，每天加工成品混凝土粗骨料2萬(wàn)t，它的運(yùn)轉(zhuǎn)好壞將直接影響三峽工程大壩混凝土施工計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)。該設(shè)備心臟部件的偏心套在破碎巖石時(shí)，承受著極大的沖擊載荷，在長(zhǎng)期承受過重的沖擊載荷后，原偏心套的巴氏合金脫落現(xiàn)象嚴(yán)重，磨屑堵塞油路，回油管路中存在著大量巴氏合金碎屑，潤(rùn)滑油溫急劇升高，加速了偏心套的損壞，偏心套的使用周期很短(一月左右)，直接影響了生產(chǎn)計(jì)劃的完成。針對(duì)上述現(xiàn)象的發(fā)生，我們努力尋找新的材料解決這一問題。通過市場(chǎng)調(diào)研，我們找到了一種新的耐材料，改性尼龍材料與鋼體復(fù)合制作的偏心套替代巴氏合金澆灌的偏心套，很好地解決了旋回破碎機(jī)上的難題。偏心套的使用壽命提高了9倍，創(chuàng)造了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 存在的問題

　　PXZ1200/160液壓旋回破碎機(jī)中使用的偏心套(見圖1)原采用由鋼質(zhì)基體內(nèi)外澆灌巴氏合金做的。當(dāng)軸套經(jīng)受到?jīng)_擊負(fù)荷的作用時(shí)，易形成裂縫(龜裂而受力時(shí)裂紋延伸)和剝落，當(dāng)軸承經(jīng)受靜負(fù)荷的作用時(shí)，工作情況較好。它的這種性能是由材料本身化學(xué)成份(見表1)所決定的。

表1 巴氏合金主要化學(xué)成份

　　由表1中所列的化學(xué)成份可以看出，巴氏合金的主要成份是鉛。也就是說它的基體是金屬鉛，純鉛的硬度和強(qiáng)度都很低，雖然在合金中加入了其它元素銻和錫，但是合金中的過共晶型Fb-Sb-Sn三元合金不超過13%，再者是少量的錫和鉛的固溶體及錫和銻的化合物，它們雖然提高整體合金的性能，但是還不能很好地解決該牌號(hào)合金在受到?jīng)_擊負(fù)載時(shí)，鉛很容易自耐磨層中被擠壓出來，特別是雖然它的化學(xué)成份設(shè)計(jì)得非常理想化，但在鑄造這種偏心壁厚不均勻的大型鑄件，實(shí)際的效果很難達(dá)到理想水平，因此使用時(shí)受到過大的沖擊載荷，它的缺點(diǎn)就更為突出。

　　古樹嶺碎石系統(tǒng)破碎的巖石是平均強(qiáng)度在138MPa(最高達(dá)190MPa)的閃云斜長(zhǎng)花崗巖。每天單臺(tái)機(jī)組碎石量平均為1.2萬(wàn)t，連續(xù)工作12.5h，這就要求偏心套的耐磨層不僅能承受沖擊裁荷，也要具有很好的耐磨性能和強(qiáng)度。

　　旋回破碎機(jī)的碎石過程是由電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶輪和圓錐齒輪帶動(dòng)偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)偏心套轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)破碎圓錐繞破碎機(jī)中心作旋擺運(yùn)動(dòng)，從而使破碎圓錐表面時(shí)而靠近時(shí)而離開固定錐表面。使給人破碎腔內(nèi)的物料不斷受到擠壓和彎曲作用而被破碎。從運(yùn)轉(zhuǎn)過程分析看偏心套內(nèi)壁軸向受力非常不均(見圖2)，只有1/3部位以上受力、沖擊、擠壓力非常大，徑向力就更加不均。設(shè)計(jì)者原采用硬的鋼軸與軟的巴氏合金配合做摩擦體的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)是對(duì)的，但是，在擠壓、沖擊力過大的情況下，巴氏合金抗壓強(qiáng)度較低，容易發(fā)生壓皺甚至合金從軸承中被擠壓出來，當(dāng)受到?jīng)_擊載荷時(shí)，它的沖擊韌性低，易形成裂縫和剝落，偏心套的使用壽命只有一月左右，這問題一出現(xiàn)，設(shè)備就要停產(chǎn)檢修。偏心套是破碎機(jī)的心臟部位備件，更換需大拆大卸，人力物力受到很大的損失，因此對(duì)該偏心套的改造迫在眉睫。

2 材料選擇比較

　　為了解決上述問題，我們盡力在市場(chǎng)上尋找一種可適合我們古樹嶺設(shè)備選用的材料來解決這一問題。通過市場(chǎng)調(diào)研，我們決定采用國(guó)內(nèi)新興的高抗沖擊耐磨材料高分子合金——改性鑄型尼龍?zhí)娲褪虾辖鹱銎奶啄湍ズ辖稹?/p>

　　在選擇這種新材料時(shí)，我們首先對(duì)材料的性能進(jìn)行了解，論證和可行性分析。

2.1 首先是對(duì)兩種耐磨材料進(jìn)行PV值和摩擦系數(shù)的分析

表2 PV值和摩擦系數(shù)的比較

　　從表2，我們可看出改性尼龍的PVa(標(biāo)準(zhǔn)值)略大于軸承合金的PVa值，也就是說單位面積的負(fù)載P和表面速度V兩者的乘積PV值可用來決定使用的極限。在特定條件下，其材料的PV值是常數(shù)，工件的滑動(dòng)速度的變化對(duì)PV值影響遠(yuǎn)比壓力P敏感。PV值過大，易導(dǎo)致軸套升溫，在低速重載時(shí)采用尼龍軸套優(yōu)點(diǎn)突出，而PXZ1200/160旋回破碎機(jī)偏心套的PV值計(jì)算如下：

　　V=πdn3.14×0.7×110/60＝4.03m/s
　　式中：V——表面線速度(m/s)，d—初套直徑(m)，n—軸套轉(zhuǎn)數(shù)(n/min)
　　P＝W/dl=1.365/O.7×1.875＝1.04MPa
　　式中：P——單位面積負(fù)載(MPa)
　　W——軸套所承受的總負(fù)載(MPa)，
　　d——軸套直徑(m)
　　l——軸套長(zhǎng)度(m)
　　PV≤4.2(MPa m/s)

　　改性尼龍的PVa比值是12MPa m/s，所以說改性尼龍的PVa值是適合PXZ1200/160液壓旋回破碎機(jī)的使用要求。

2.2 兩種材料的性能比較

表3 兩種材料的性能比較

　　1)從表3可以看出作為常規(guī)機(jī)械性能的抗壓強(qiáng)度，延伸率和沖擊強(qiáng)度值，改性鑄型尼龍優(yōu)于巴氏合金，硬度相當(dāng)，巴氏合金的屈服強(qiáng)度幾乎就是抗壓強(qiáng)度，延伸率為0.2，說明巴氏合金的塑性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于改性鑄型尼龍，而偏心套的耐磨層就需要塑性較好的耐磨材料。巴氏合金在受壓時(shí)的破壞形式是粉碎狀，說明巴氏合金變形成粉沫，而資料介紹改性鑄型尼龍卻一點(diǎn)不損壞或剛到損壞邊緣。

　　2)改性鑄型尼龍的沖擊值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于巴氏合金，在有沖擊載荷的條件下，改性尼龍材料的承載能力優(yōu)于巴氏合金。

　　3)改性鑄型尼龍具有高的起始模量和相對(duì)的蠕變性，表現(xiàn)為良好的負(fù)載性能。改性尼龍?jiān)趯?shí)際使用中是屬于耐疲勞性高的材料。

　　4)在軸與偏心套間產(chǎn)生沖擊時(shí)，巴氏合金破裂剝離，但是鑄型尼龍比金屬材料有更好的彈性，所以尼龍不易破損。

2.3 改性尼龍與巴氏合金的摩擦比較

表4 兩種材料的摩擦比較

　　由表4分析對(duì)比可看出鑄型尼龍?zhí)娲褪虾辖鹱髌奶椎哪湍邮褂檬强尚械摹?/p>

　　從理論分析到市場(chǎng)調(diào)研，我們最后大膽決定在古樹嶺系統(tǒng)中用改性尼龍澆灌的偏心套替代巴氏合金澆灌的偏心套。

3 偏心套外觀尺寸、公差的修改

　　鑄型尼龍材料本身的熱膨脹系數(shù)較大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于摩擦熱所造成的膨脹需對(duì)內(nèi)外徑尺寸做修改。

　　內(nèi)、外徑尺寸修改計(jì)算公式如下：

　　式中：a——鑄型尼龍的熱膨脹系數(shù)(8x10-6cm/cm·℃)
　　t——軸套工作時(shí)溫升過程上升的溫度(℃)
　　D——軸套外徑(mm)
　　dl——溫升后軸套直徑(mm)
　　δ——溫升前軸套壁厚(mm)

　　1)內(nèi)徑尺寸的修改計(jì)算如下：

　　用校正系數(shù)調(diào)正a2＝kt
　　k——溫升時(shí)壁厚變化間隙校正系數(shù)
　　t——軸套壁厚(mm)
　　通過校正系數(shù)調(diào)整d_t=699mm

　　即油溫由20℃到80℃時(shí)，偏心套內(nèi)徑尺寸將縮小為699mm，比圖紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸小0.8～1.0mm，因此，我們?cè)趫D紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸上放大0.6～0.8mm。

　　2)外徑尺寸的修改計(jì)算如下：

　　通過校正系數(shù)調(diào)整后dl=901.97mm

　　外徑受熱膨脹從計(jì)算上看脹大了1.97mm，但我們經(jīng)驗(yàn)證選用0.92～1.2mm，并沒有選用計(jì)算最大值。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

　　我們從1999年4月份起將2號(hào)機(jī)的偏心套改選為改性尼龍偏心套，經(jīng)過8個(gè)月運(yùn)轉(zhuǎn)后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)孔出現(xiàn)三道徑向劃溝，我們修整后決定繼續(xù)使用，直到2000年4月份內(nèi)孔磨損嚴(yán)重后換出，其使用壽命為11個(gè)月(中間吊出時(shí)間為1個(gè)月)，產(chǎn)量也在不斷的提高，使用壽命是巴氏合金偏心套的9倍。

5 結(jié)論

　　實(shí)踐證明，改性鑄型尼龍作為新型材料替代巴氏合金澆灌偏心套在PXZ1216旋回破碎機(jī)上應(yīng)用是切實(shí)可行的，由于改性鑄型尼龍?jiān)谑軘D壓力的條件下，具有退讓性，它還有很高的抗沖擊強(qiáng)度和很好的柔韌性，特別是承受不均勻的沖擊載荷時(shí)，都表現(xiàn)出良好的性能，并收到了很好的經(jīng)濟(jì)效益，古樹嶺碎石系統(tǒng)，每更換一件新的巴氏合金偏心套需6.8萬(wàn)元，每修復(fù)一次4萬(wàn)元；每拆卸一次安裝費(fèi)用1.3～1.5萬(wàn)元；一件新巴氏合金偏心套使用壽命45天，修復(fù)一次使用壽命35天。改性尼龍偏心套的使用壽命為11個(gè)月(即335天)，一個(gè)尼龍偏心套的使用壽命是一個(gè)巴氏合金偏心套壽命加上兩次修復(fù)件壽命的3倍，因此，我們可以計(jì)算出它的經(jīng)濟(jì)效益。

Σi＝[(6.8+4+4)×3-8.48]+9×1.3=47.62萬(wàn)元/臺(tái)

　　每臺(tái)設(shè)備可節(jié)省的檢修費(fèi)用及備件款共47.62萬(wàn)元，三臺(tái)設(shè)備每年最少省142.86萬(wàn)元備件款。這還不算挽回檢修停產(chǎn)造成的生產(chǎn)產(chǎn)量損失費(fèi)用。由此可見新技術(shù)、新材料在我們建設(shè)工程領(lǐng)域中的應(yīng)用不僅能提高工作效率，節(jié)省原材料費(fèi)用，還能創(chuàng)造很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[作者簡(jiǎn)介] 
王作寧，中國(guó)葛洲壩集團(tuán)三峽指揮部工程師。