磨輥表面形態(tài)對(duì)其耐磨和粉碎性能的影響研究結(jié)題摘要

輥壓機(jī)磨輥的耐磨性和粉碎性是影響粉磨裝置使用壽命和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素之一。已有研究成果表明，磨輥耐磨性和粉碎性取決于磨輥的材料、生產(chǎn)工藝、輥面結(jié)構(gòu)形態(tài)和待粉碎物料的顆粒級(jí)度等因素，本項(xiàng)目通過(guò)試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方式研究了磨輥表面形態(tài)對(duì)其耐磨性能和粉碎性能的影響規(guī)律，認(rèn)為通過(guò)改變磨輥表面花紋層的結(jié)構(gòu)和尺寸可以使磨輥在相同工況下具有更好的耐磨性和粉碎性。針對(duì)項(xiàng)目目的，（1）對(duì)吉林省亞泰水泥集團(tuán)下屬部分企業(yè)的輥壓機(jī)使用情況進(jìn)行了調(diào)研，實(shí)地研究了使用過(guò)程中輥壓機(jī)磨輥的結(jié)構(gòu)形態(tài)、磨損狀況等，對(duì)磨輥磨損機(jī)理進(jìn)行了探討；（2）對(duì)沙漠蜥蜴、毛蚶等的體表形貌、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了較系統(tǒng)的對(duì)比分析，結(jié)果顯示這些生物體表的放射肋、溝槽、凸包等非光滑形貌與其生活的沖蝕和磨損環(huán)境相關(guān)，依據(jù)這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的仿生結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的耐磨性能，結(jié)合項(xiàng)目組已有研究成果，項(xiàng)目設(shè)計(jì)并加工了橫紋、斜紋、凹坑、棱形坑和棱形包共5種仿生磨輥表面形態(tài)；（3）根據(jù)滾壓機(jī)工作原理搭建了輥壓機(jī)模型試驗(yàn)平臺(tái)，在平臺(tái)上進(jìn)行了各仿生磨輥的磨損試驗(yàn)和粉碎性能試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，表面具有花紋的磨輥相對(duì)光輥具有更好的耐磨和粉碎性能，花紋形態(tài)不同，耐磨和粉碎性不同，其中橫紋形磨輥的性能更好并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和計(jì)算，找到了花紋尺寸參數(shù)對(duì)耐磨性和粉碎性的影響規(guī)律；（4）分別采用連續(xù)體和離散體計(jì)算方法，對(duì)仿生磨輥進(jìn)行數(shù)值分析，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果向吻合；（5）在試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算基礎(chǔ)上對(duì)橫紋仿生磨輥的耐磨機(jī)理進(jìn)行了分析，認(rèn)為橫紋磨輥具有較好耐磨性和破碎性主要是因?yàn)椋瑢?duì)物料破碎性能而言，橫紋結(jié)構(gòu)的存在，使磨輥與被粉碎物料接觸時(shí)，擠壓力更好的集中在橫紋凸起表面和棱邊，使擠壓力更有效的從更小的面積傳給物料，增大對(duì)物料擠壓的同時(shí)，使物料內(nèi)部作用力傳遞的更遠(yuǎn)且使相鄰物料間作用力梯度增大，有利于物料粉碎；對(duì)磨輥耐磨性能而言，橫紋結(jié)構(gòu)使磨輥與物料接觸區(qū)域不連續(xù)，縮小了力在磨輥表面的傳遞范圍，同時(shí)由于磨輥與物料接觸區(qū)域的減小，橫紋凸起處應(yīng)力集中，磨輥內(nèi)部力的傳遞更均勻，從而使磨輥內(nèi)部物質(zhì)間相互作用力降低，有利于提高磨輥耐磨性。 2100433B

輥壓機(jī)用于水泥粉磨過(guò)程中水泥物料的粉碎，磨輥?zhàn)鳛檩亯簷C(jī)的主要部件，其耐磨性和粉碎性能是影響粉磨裝置使用壽命、水泥生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素。磨輥耐磨性和粉碎性不僅取決于磨輥材料、生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)形態(tài)，與水泥孰料介質(zhì)的顆粒級(jí)度、組成及其在粉磨時(shí)的受力情況、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也是密不可分的。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)耐磨體材料、生產(chǎn)工藝等已有很多研究并取得了一定成果，但對(duì)輥體表面形態(tài)和散體性能對(duì)耐磨性和粉碎性的影響研究較少。本項(xiàng)目借鑒某些生物非光滑體表的優(yōu)良耐磨性、抗壓性，擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)已完成的仿生耐磨表面研究成果，從花紋形式、排布、深度等方面設(shè)計(jì)粉磨體表面形態(tài)，針對(duì)散體不連續(xù)性，應(yīng)用離散單元法分析散體在粉磨過(guò)程中的受力和運(yùn)動(dòng)過(guò)程，研究其對(duì)粉磨效果的影響，并結(jié)合粉磨體連續(xù)體分析理論，采用顯示動(dòng)力學(xué)方法分析其表面形態(tài)對(duì)耐磨性能的影響，最終為具有優(yōu)良耐磨、粉碎性能的輥壓機(jī)磨輥表面形態(tài)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

①為四連軋機(jī)、單機(jī)平整和光整機(jī)的工作輥和支承輥進(jìn)行修磨；

②各種生產(chǎn)周轉(zhuǎn)用輥的存放；

③軋輥與軸承座的拆卸與裝配；

④軋輥軸承座與軸承的清洗與維護(hù)；

⑤工作輥表面的拋光打毛處理；⑥各種剪刃修磨與部分小型輥的修磨。

齒輥表面技術(shù)特性主要指輥面上磨齒的齒數(shù)、齒角、齒頂平面、斜度以及兩磨輥的排列、平均速度、速比等。

（1）齒數(shù)

齒數(shù)的多少與研磨物料的粒度、流量大小和要求達(dá)到的粉碎程度有關(guān)。如：入磨物料粒度、流量較大或要求磨出物較粗時(shí),齒數(shù)配備就應(yīng)較少；反之就應(yīng)配置較多的齒數(shù)。在其它條件相同的情況下，磨輥齒數(shù)越少，兩磨齒間的距離越大，齒溝越深，只適宜研磨顆粒大的物料。若用其研磨細(xì)小的物料，會(huì)使物料嵌入齒溝而得不到研磨。磨輥齒數(shù)越多，兩磨齒間的距離越小，齒溝越淺，只適宜研磨顆粒小的物料。若用它研磨顆粒大的物料，流量少時(shí)，麥皮易磨得過(guò)碎，流量多時(shí)，物料的中間部分研磨不充分，磨齒易磨損，產(chǎn)量低而動(dòng)力消耗高。

生產(chǎn)實(shí)踐證明：齒數(shù)少比齒數(shù)多時(shí)省動(dòng)力、磨溫低、磨輥使用壽命長(zhǎng)，能適應(yīng)高流量，麩皮易保持完整，出渣粒比例較多，面粉較少。在其它條件相同的情況下，剝刮率、取粉率都較低。

（2）齒角

齒角分前角和后角。在研磨過(guò)程中，物料落入兩磨輥間，被慢輥托住，由快輥對(duì)物料進(jìn)行粉碎。物料在磨輥間所受作用力的大小主要取決于前角。當(dāng)前角減小時(shí)，剪切力增大，擠壓力減小，對(duì)物料的剪切破碎作用加強(qiáng)，剝刮率增加，磨下物中渣心比例提高，細(xì)粉數(shù)量減少，皮層易碎，粉中麩星增多，品質(zhì)可能下降，但能以較低的動(dòng)力消耗處理較高的物料流量；當(dāng)前角增大時(shí)，剪切力減小，擠壓力增大，擠壓力的作用占主導(dǎo)地位，磨下物中渣心比例減少，細(xì)粉數(shù)量增多，皮層不易碎，面粉品質(zhì)較好，但破碎能力下降，動(dòng)耗較高，處理流量較低。

磨齒的后角雖對(duì)研磨不起主要作用，但其大小與磨齒的高度及耐磨性有關(guān)。當(dāng)齒角不變而后角增大，則磨齒高度降低，厚度增加，提高了磨齒的耐磨性，延長(zhǎng)了磨輥的使用壽命。

（3）齒頂平面

新拉絲的磨齒齒頂不能過(guò)于鋒利，應(yīng)根據(jù)磨齒大小留有一定的齒頂平面。齒頂平面可以對(duì)物料取得較緩和的破碎作用，減少麩屑產(chǎn)生；可保證磨輥拉絲后為精確圓柱形，提高運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性；還可提高磨輥使用壽命，穩(wěn)定粉路的運(yùn)行狀態(tài)。

（4）斜度

磨齒斜度是兩磨輥相向轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)物料產(chǎn)生交叉點(diǎn)，并起剝刮碾磨的關(guān)鍵。若磨齒沒(méi)有斜度，快、慢輥的磨齒將相互平行，在研磨時(shí)兩輥之間將發(fā)生不穩(wěn)定、錯(cuò)嚙合現(xiàn)象，這樣不僅容易將麩片切成絲狀，同時(shí)磨輥還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)而影響研磨效果。磨齒不僅必須有斜度，還必須正確安裝。

兩輥磨齒在研磨區(qū)的兩側(cè)相對(duì)物料形成許多交叉點(diǎn)，當(dāng)一對(duì)磨輥相向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，快輥磨齒與慢輥磨齒便形成許多交叉點(diǎn)，在磨輥間的軋距小于被研磨物料的情況下，物料就在交叉點(diǎn)上受到相對(duì)較強(qiáng)的剪切作用。當(dāng)研磨區(qū)內(nèi)的交叉點(diǎn)數(shù)目較多時(shí)，區(qū)內(nèi)物料受到剪切的平均機(jī)會(huì)將增多，設(shè)備的破碎能力增強(qiáng)。

在其它條件相同的情況下，斜度較大時(shí)，研磨區(qū)內(nèi)的交叉點(diǎn)數(shù)目較多，物料在研磨區(qū)內(nèi)受到破碎的程度將增強(qiáng)，皮層易碎，產(chǎn)品質(zhì)量較差，但動(dòng)力消耗較低。所以在加工硬麥、陳麥、低水分小麥和品質(zhì)質(zhì)量要求高時(shí)應(yīng)選用較小的斜度。而在要求動(dòng)耗較低時(shí)可選用較大的斜度。

（5）排列

鈍對(duì)鈍排列時(shí)，快、慢輥磨齒均采用大前角，對(duì)物料的擠壓力大而剪切力小，破碎作用緩和，磨下物中麩片大，渣、心少而面粉多，粉中含麩少、質(zhì)量好，但動(dòng)力消耗較高。適于加工硬麥、低水分小麥和要求麩片完整及流量較低的情況。

鋒對(duì)鋒排列時(shí)，對(duì)物料的剪切作用較強(qiáng)，因而破碎程度高，動(dòng)力消耗低，磨下物中麩片較碎，渣、心多而細(xì)粉少，適于加工軟麥、高水分小麥和要求流量較高的情況。

（6）平均速度

磨輥分快輥和慢輥，分別有一定的轉(zhuǎn)速，磨輥的轉(zhuǎn)速一般是以快輥轉(zhuǎn)速來(lái)確定的。轉(zhuǎn)速越高，快慢輥的線速度就越高，其平均線速越高。兩磨輥的平均線速與處理流量有關(guān)，平均線速越高，處理的流量就越大，磨粉機(jī)的產(chǎn)量就越高。

（7）速比

若其它條件不變，速比較大對(duì)物料的研磨作用較強(qiáng)。速比越大，剝刮齒數(shù)越多，物料接受剝刮的次數(shù)越多，被粉碎的程度顯然將增強(qiáng)；但麩片易碎，渣、心、粉的灰分增加，動(dòng)力消耗也隨之增加。所以速比的選用必須與工藝、原料性質(zhì)、研磨要求等相適應(yīng)。

如果提高速比而不相應(yīng)地提高快輥的線速度，則由于慢輥線速度的減小而使物料通過(guò)研磨區(qū)的速度降低，這將導(dǎo)致磨粉機(jī)生產(chǎn)能力的下降。

（8）磨輥磨齒的新舊程度

新拉制的磨輥齒角較尖銳，有較強(qiáng)的研磨作用。即剝刮率高、麩片易碎、顆粒狀物料多、細(xì)粉少、動(dòng)力消耗低、能適應(yīng)較高的流量。但用過(guò)一段時(shí)間后，因齒角變鈍，研磨作用下降，產(chǎn)量降低，磨出物中麩片大，面粉多，渣粒減少，磨溫升高，特別突出的是動(dòng)力消耗增加。因此，磨齒的新舊將影響研磨效果及粉路負(fù)荷的均衡。

磨輥磨輥本體磨損

立磨磨輥本體和耐磨襯板在使用過(guò)程中，由于受到輥?zhàn)幽雺毫Α⑽锪现Х戳?、物料與磨輥襯板之間的摩擦阻力；由于物料碾入角而造成磨輥剪切應(yīng)力、輥磨的液壓系統(tǒng)壓力以及立磨的表觀壓應(yīng)力等力的相互綜合作用，這些力均作用于立磨磨輥有效碾壓區(qū)。一旦出現(xiàn)配合間隙，磨輥本體與襯板之間將會(huì)發(fā)生沖擊碰撞，使得本體與襯板之間磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)使得襯板產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，造成襯板脫落，機(jī)器損壞，特別是減速機(jī)的損壞，造成惡性事件。該類問(wèn)題一旦發(fā)生，一般修復(fù)方法難以解決，拆卸、焊補(bǔ)、機(jī)加工費(fèi)時(shí)費(fèi)力，造成的停機(jī)停產(chǎn)時(shí)間大大延長(zhǎng)，給企業(yè)帶來(lái)無(wú)可挽回的巨額經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)上述問(wèn)題，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家多使用高分子復(fù)合材料進(jìn)行立磨輥體磨損快速修復(fù)，其中應(yīng)用較為成熟的有福世藍(lán)系列等。材料以其優(yōu)良的機(jī)械性能及良好的可塑性，使得該問(wèn)題得以圓滿解決。不僅可延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、提高生產(chǎn)率，并且在不占用額外的停機(jī)停產(chǎn)時(shí)間的同時(shí)，簡(jiǎn)單有效的避免該問(wèn)題出現(xiàn)的二次可能性，給企業(yè)安全連續(xù)化生產(chǎn)保駕護(hù)航。

磨輥磨輥軸承室磨損

立磨磨輥軸承的裝配要求比較嚴(yán)格，企業(yè)一般采用將軸承放在干冰中冷卻的方式裝配。軸承和軸承室之間一旦出現(xiàn)間隙，將會(huì)影響軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致軸承發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致軸承燒結(jié)現(xiàn)象。傳統(tǒng)補(bǔ)焊刷鍍等方法都存在一定的弊端：補(bǔ)焊會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力造成軸承材質(zhì)受損，嚴(yán)重時(shí)會(huì)變形甚至斷裂；刷鍍污染較重，且鍍層厚度受限，應(yīng)用受到較大限制。高分子復(fù)合材料既具有金屬所要求的強(qiáng)度和硬度，又具有金屬所不具備的退讓性（變量關(guān)系），通過(guò)“模具修復(fù)”、“部件對(duì)應(yīng)關(guān)系”、“機(jī)械加工”等工藝，可以最大限度確保修復(fù)部位和配合部件的尺寸配合；同時(shí)，利用復(fù)合材料本身所具有的抗壓、抗彎曲、延展率等綜合優(yōu)勢(shì)，可以有效地吸收外力的沖擊，極大化解和抵消軸承對(duì)軸的徑向沖擊力，并避免了間隙出現(xiàn)的可能性，也就避免了設(shè)備因間隙增大而造成的二次磨損。2100433B