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顎式破碎機顎板磨損分析

 

  顎式破碎機是一種廣泛應用在礦山、冶金和建筑等行業的破碎設備。由于顎式破碎機的破碎機理是依靠動顎相對于定顎的擠壓運動來破碎物料，因此使用過程中顎板的磨損相當嚴重。數據顯示，生產20萬，石英材料要消耗98Lg的固定齒板260塊，120kg的活動齒板88塊，可見齒板磨損失效問題的嚴重性。目前廣泛使用的顎板也就是齒板材料為水韌處理的高錳鋼，使用中由于擠壓造成加工硬化，其硬度可以由200Hv達到650Hv，在有一定程度磨損齒板齒面上可以看到齒板表面由于擠壓形成的凹凸不平，以及由物料的切削形成的劃痕。可見顎板的磨損主要是由于物料的擠壓以及物料與顎板之間相對滑動造成。影響顎板磨損的主要因素有：物料特性、顎式破碎機運行參數、顎板的材料。目前，對于顎板磨損的研究大多數從微觀材料學的角度進行。下面以動顎運動分析為基礎，結合物料在破碎腔內的流動分析、物料破碎特性，從宏觀角度對顎板的磨損進行分析。
l  顎式破碎機運動分析

  顎式破碎機機構為曲柄搖桿機構，見圖1。AB為偏心軸偏心距，OC為肘板，動顎BC在AB帶動下做復雜擺動，物料在兩顎板間擠壓破碎。下面以PE400~600破碎機機構參數(見表1)為依據進行計算，圖2，圖3，圖4，圖5，圖6為orgin7.0軟件對計算結果處理得出的圖形。圖2為BC桿上從C到B點的十等分點的運動軌跡。很顯然，B點軌跡是以A點為圓心，偏心距為半徑的圓，C點軌跡是以O為圓心；OC為半徑的一段圓弧。圖3為圖2上5點的放大軌跡。由圖4為5點水平位移和豎直位移相對甲角的軌跡圖，結合圖3、圖4可以看出，從A點開始，BC段為擠壓行程，豎直方向先向上后向下運動。圖5為動顎板BC上從C到O的各點周期運動的水平行程和豎直行程。圖6為從C到B各點擠壓行程中向上運動和向下運動的行程。
2  物料流動受力分析
  顎式破碎機物料在破碎腔內流動是一個看似簡單卻很復雜的過程。理想狀態下，物料經過一系列的破碎粒度減小到要求標準，從排料口排出。由上述分析可知，動顎在擠壓行程中豎直方向有運動，因此，物料與顎板之間必然存在相對滑動。從運動分析圖中可以發現，在動顎的擠壓行程中，動顎在垂直方向先向上然后向下運動。下面分別對物料破碎時上述兩種情況進行受力運動分析。由于物料自身重力相比較其他力較小，可以忽略。圖7，圖8為物料破碎時受力分析圖。動顎向上運動時：
  這說明假設符合實際情況。
  由此說明，在動顎向上運動的時候，物料和定顎板首先發生相對滑動，且較物料與動顎板相對容易發生滑動。同樣方法，在動顎向下運動的時候，物料和動顎板首先發生相對滑動，且較物料與定顎板相對容易發生滑動。
3物料破碎分析

  很顯然，物料在顎式破碎機中的破碎大多數情況下是點接觸擠壓引起的劈裂破碎，在這種情況下破碎是由于物料內部拉應力作用下內部裂紋擴張引發物料破碎，見圖9。圖10為花崗石在Allis-Chalmers高能破碎測試系統下進行的破碎實驗數據圖。其中擠壓行程(STROKE)欄中1個單位對應10.16mm，破碎力(FORCE)欄中1個單位對應15.57kN，破碎速度相當于破碎機偏心軸轉速228r／s。破碎力從峰值迅速下降說明物料已經破碎。從圖10中可以看出，物料的破碎過程很迅速，大約需1p3，對應行程很小。考慮實驗試件為平均直徑47.492mm，長25.668mm的圓柱體，實際中破碎的物料為不規則形狀，其破碎前擠壓接觸部分粉碎發生要更為嚴重，需要更多的擠壓行程，其破碎過程中豎直行程更多，而且物料的有效破碎行程，也就是物料劈裂所需行程和物料的體積有關，是隨著體積增大而加大的。從圖6中可以看出，破碎腔內上部破碎時動顎有較多的向下行程，而在下部由于向上運動的破碎行程很大，可以認為在破碎行程中動顎向下運動時物料基本上已經完成破碎。這也可從使用過的顎板得到證明，在定顎板磨損嚴重的中下部有明顯的相對劃痕，而動顎板則幾乎沒有看到劃痕。
4  堵塞分析
  在復擺顎式破碎機使用過程中，特別是在有較大破碎比時，物料的堵塞也相對嚴重，出現物料破碎困難或者無法破碎。在這種情況下物料在顎板擠壓下的滑動增加，加劇顎板的磨損，同時由于磨損產生，使得嚙角進一步加大，堵塞更加嚴重，形成惡性循環。
5  結語
  從以上分析可以看出，動顎板的磨損主要是由于物料與顎板的擠壓而形成，而對于定顎板物料與顎板的相對滑動也是造成磨損的主要原因。從使用者角度看，影響破碎機顎板磨損’的因素有很多，對于特定物料來說，確定顎板磨損分布還需要進一步對破碎時顎板受力的分布進行分析，如果能有效預測顎板磨損分布，將為破碎機的設計和選擇提供依據。