圓錐破碎機襯板磨損材料優(yōu)化設(shè)計

樂偉偉

摘要：破碎機作為破碎礦石物料主要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于礦山、建筑、冶金等行業(yè)當(dāng)中。圓錐破碎機因其破碎粒度范圍廣、效率高等優(yōu)點在破碎過程中起著不可替代的作用。由于圓錐破碎機工作環(huán)境惡劣，正常工作時破碎機襯板磨損嚴(yán)重，需經(jīng)常更換。隨著破碎的物料總量不斷增加，巨大的鋼耗支出和更換襯板帶來的時間浪費嚴(yán)重制約著圓錐破碎機的效率。因此，加強對破碎機襯板的磨損研究十分必要，函需開發(fā)高效、節(jié)能環(huán)保的圓錐破碎機。本文從襯板材料選擇出發(fā)，分析了襯板材料屬性，總結(jié)了襯板材料的化學(xué)成分，找到了一種經(jīng)濟(jì)耐用的襯板材料，本文的研究與一定實用價值，為相關(guān)的工程設(shè)計提供了理論參考。

關(guān)鍵詞：圓錐破碎機；襯板；磨損材料；優(yōu)化設(shè)計

從圓錐破碎機襯板磨損模型目標(biāo)函數(shù)出發(fā)，運用相關(guān)算法對破碎機的結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期使破碎機達(dá)到最優(yōu)設(shè)計。破碎機的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)決定了礦山物料與襯板怎樣發(fā)生擠壓破碎，這在很大程度上也就決定了襯板怎樣磨損。優(yōu)化這些參數(shù)，來減小襯板的磨損。但這只是一方面，從另一方面我們也在積極尋找合適的襯板材料，增強襯板的耐磨性能。

傳統(tǒng)破碎機襯板一般選擇高錳鋼，而遷安某機械廠所使用的GP500型圓錐破碎機，其破碎壁襯板的材質(zhì)是含鉻高錳鋼。高錳鋼因其良好的延展性與韌性及優(yōu)良的加工硬化能力，綜合性能優(yōu)于其他耐磨材料，一直能作為破碎機襯板材質(zhì)的首選材料。襯板作為破碎機運轉(zhuǎn)周期中較易磨損的物件，現(xiàn)代科學(xué)理論研究關(guān)注在高錳鋼原有基本性能的基礎(chǔ)，對其成分配比進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計使用新的高錳鋼材料到破碎生產(chǎn)中去，以提高襯板的耐磨性能，達(dá)到節(jié)約成本擴大效益的目的。

1襯板材料選擇依據(jù)

因為破碎機工作環(huán)境惡劣，在破碎機周期性運轉(zhuǎn)過程中，礦石物料與襯板直接發(fā)生擠壓破碎，礦石對襯板表面有沖擊、擠壓、剪切等方向的作用，考慮到鐵礦石的硬度，這就需要襯板有較高的強度、硬度，優(yōu)良的耐磨性能。

對破碎襯板材料的選擇有近乎苛刻的條件?？紤]到破碎機惡劣的工作條件，所以襯板材料必須要有良好的組織性能，可以選擇馬氏體+少量貝氏體結(jié)合的方式。其性能主要還是以上提到的幾點：1）高硬度。一般情況下，材料硬度高了，耐磨性能自然就好了。但同時也應(yīng)注意硬度提高的同時，韌性會隨之下降。有資料表明，材料當(dāng)硬度增加到60HRC以后，其韌性會迅速下降，安全性能也會很快下降，材料硬度提高反而不利于提高襯板耐磨性。通常將破碎機襯板的硬度設(shè)定為40HRC以上。2）韌性好。韌性作為表征材料性能的重要指標(biāo)之一，在滿足硬度要求的同時，需要較高的韌性，是材料能減少沖擊斷裂。3）優(yōu)良的淬透性。經(jīng)過淬火處理，奧氏體鋼轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這能滿足襯板材料的使用條件，提高其耐磨性。

2破碎機襯板材料設(shè)計

后期的加工處理可能改變材料的組織和性能，可化學(xué)成分決定其組織結(jié)構(gòu)和基本性能?，F(xiàn)代礦山開采當(dāng)中，礦石的硬度較高，襯板磨損較快。比如遷安某廠的GP500型圓錐破碎機使用ZGMn13作為襯板材料，但使用壽命較短。這就需要我們需求新的襯板材料，來提高襯板的耐磨性能以滿足用戶的使用要求。通過在普通高錳鋼中加入合金元素，可以達(dá)到提高襯板耐磨性能的目的。

表1給出普通高錳鋼、含鉻高錳鋼和CrMoVTiRe高錳鋼三種材料的成分配比。高錳鋼中加入合金元素能提高材料的性能，比如鉻能提高奧氏體鋼的淬透性，鋁能提高奧氏體鋼的穩(wěn)定性等等。合金元素在一定程度上能提高材料的強度和硬度，但這樣降低了材料的韌性。從表2可以看出，CrMoVTiRe高錳鋼較普通的高錳鋼在強度和硬度方面都有提高，而在韌性方面有較大幅度的降低。因此必須適量加入這些合金元素，在考慮材料的強度和硬度的同時，還要兼顧材料自身的韌性。另外，合金中磷、硫量及其他夾雜物數(shù)量都對合金的質(zhì)量有重要影響。加入高錳鋼中的元素不一定是越多越好，這一點我們一定要注意，這對于提高材料壽命很關(guān)鍵。

在圓錐破碎機的整個運轉(zhuǎn)過程，襯板需要經(jīng)受礦石的擠壓、沖擊及切削等作用，工作環(huán)境極其惡劣，需要襯板具有極強的強度、硬度和韌性。選擇襯板材料的時候，一定要通盤考慮這些因素。在表1中，雖然試驗測量CrMoVTiRe高錳鋼的沖擊韌性值降到50J/cm2，但這可以滿足襯板材料所需的沖擊韌性要求，關(guān)鍵是它的硬度可以達(dá)到260HB，這在很大程度上增強了襯板的強度和硬度，因此CrMoVTiRE高錳鋼較普通高錳鋼更適合作為襯板的材料。

選擇襯板材料的時候要在滿足硬度、強度及韌性等基本使用條件的基礎(chǔ)之上，通過反復(fù)實驗，考量其實用性和經(jīng)濟(jì)性，最終確定襯板材料的化學(xué)成分，找到一種經(jīng)濟(jì)耐用的襯板材料。

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