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颚板磨损机理及影响颚板磨损的因素分析
发布时间：2013-10-01 13:20 来源：未知
颚式是颚式破碎机的主要工作机件，在破碎过程中与物料直接接触，受到挤压和研磨，常常因磨损而很快失效，是颚式破碎机的主要易损件之一。据调查，一副颚板的平均使用寿命约为3个月，即每标准台破碎机一年使用4副颚板。现在使用的PE250×400颚式破碎机一副颚板（固定颚板和动颚板各一块）总重约为0.2t，按全国破碎机最少拥有量7万标准台计算，每年全国要消耗高锰钢5.6万t。这直接进入物料破碎成本，成为除能耗以外的又一大损耗。因此，如何降低颚板磨损，延长颚板使用寿命己成为人们日益关注的问题。
1、颚板磨损机理
多年的生产实践表明，颚板在破碎物料时，除因韧性不足而断裂失效以外，主要表现为两种失效形式，即疲劳磨损和犁沟磨损。这主要是由破碎过程中颚板受到冲击、挤压和研磨所致。
疲劳磨损是在冲击或挤压应力较高，物料形状较圆整的情况下发生的。据测试，颚式破碎机在工作循环中，颚板受到脉动循环载荷作用。尽管动颚摆动次数较大，物料连续进入破碎腔，但由于破碎腔中物料的破碎存在随机性，因而颚板上的任一点仍呈现较快的不规则脉动应力循环。当表面接触应力足够大时，颚板中由于冶炼、铸造过程中造成的夹杂物和气孔之类的缺陷以及金属晶体缺陷就会由于应力集中而发展成微裂纹，并在应力循环的作用下逐步扩展，造成小块脱落，如图l所示。若物料与颚板的相对运动速度较大，物料虽不能切入颚板表面，但断续划过颚板表面，也会使其受到交变接触应力作用，产生微变形，同时由于物料的反复作用而产生局部加工硬化，形成软硬相间的表面，同样也会造成微粒剥落。
犁沟磨损在微观上表现为两种形式：其一是物料在外力作用下以一定速度相对于颚板运动时，硬物料尖角部位微量切入金属基体，并经历一段距离后又从基体中脱离出来，导致表层材料脱落，在基体上留下一道道犁沟，如图2所示。其二是物料压入颚板表面造成压痕，使压痕周围表层突起，随后剥落所致。造成犁沟的条件取决于局部应力和颚板材料与物料两者的相对硬度。在应力一定的情况下，物料的硬度比颚板材料的硬度大得越多，越容易产生犁沟磨损。生产实践中，我们�？吹津Π逶谄扑槭⑹�，由于石英硬度远远超过颚板钢基体硬度，因而，表面犁沟磨损十分严重，且犁沟形貌多呈倒三角形，应力越大犁沟越深。而在破碎石灰石时，由于石灰石比颚板基体软得多，在压力作用下自身破裂，被碾成粉状。所以，破碎石灰石时，很少看到有犁沟磨损。
2、影响颚板磨损的因素
颚式破碎机颚板磨损与许多因素有关。不同的机型，由于其运动特性不同，其颚板磨损也不相同：同一台破碎机，由于破碎的物料或物料组分不同，其磨损也不一样。这就有必要弄清造成磨损的主要原因所在。
2.1物料硬度及其组分对颚板磨损的影响
物料的硬度对颚板磨损有着重要影响。在其它条件相同的情况下，硬度高的物料比硬度低的物料更容易压入颚板基体表面，从而产生犁沟磨损。
表1为不同物料对X210CrW12耐磨材料的影响。从中可看出，上述物料对X210CrW12材料磨掼的影响顺序为：石英>杂砂岩>玄武岩>辉绿石>石灰石。
石英是造成颚板磨损的主要物料，其硬度通常在HV1100左右，远远超过一般的锰系及铬系钢基耐磨材料的硬度。磨损形式多为犁沟磨损。
杂砂岩，通常含有41%左右的石英和36%左右的方解石，整体相对较软，但由于组分中含有硬度较大的石英，因此，对颚板基体仍有犁削作用，造成的磨损也较严重。
玄武岩与辉绿石相比，虽然其组分中所含的长石和辉绿石硬度相当，但所含的比例大不一样，玄武岩中长石占的比例较大而辉绿石中辉石的比例相对较小。因此，玄武岩对颚板的磨损要比辉绿石的大。
石灰石，其主要成分是极软的方解石，所以对颚板基体磨损很小，通常不易察觉。
2.2颚板材料对颚板寿命的影响
颚板材料对颚板使用寿命的影响是不言而喻的。国外对耐磨材料的研究起步较早，目前国内广泛使用的高锰钢ZGMn13就是英国人R.A.(R.A.Hadfeld)于1882年发明的，堪称第一代耐磨材料。时至本世纪30年代，出现了第二代耐磨材料——镍硬铸铁，其耐磨性远优于高锰钢，但脆性很大，因而未能广泛应用。第三代耐磨材料是本世纪70年代兴起的高铬铸铁（钢），其冲击韧性与镍硬铸铁相比有所提高，而且还具有较高的耐磨性能，因而成为耐磨材料的换代产品，但其生产工艺要求较为严格。此后，出现了因工况条件不同而合理配比冲击韧性和耐磨性的耐磨合金钢和金属复合材料。
尽管高锰钢在低应力和中应力冲击磨料磨损条件下，正部分被其它钢种所替代，但由于其生产工艺条件要求不高，原料来源广泛，目前仍在耐磨材料中占有重要地位。就国内应用广泛的锰系铸钢如ZGMn13而言，其强度、塑性以及韧性都较高，可以在很大的冲击载荷下工作而不致断裂，然而要发挥高锰钢铸件的耐磨性能，其关键在于充分利用其在冲击条件下能产生表面加工硬化的特性。通常，有以下三条途径可提高高锰钢铸件的耐磨性能。
(1)适量添加Cr、Mo、V、Ti等合金元素
在锰系铸钢中，适量添加合金元素，具有强化奥氏体基体，增加硬化第二相以及提高奥氏体加工硬化速率等作用，因而是提高耐磨性、延长颚板使用寿命的有效途径。添加合金元素Cr后，在水韧处理时，Cr可大部分溶入奥氏体中，使其稳定性提高，同时又促使碳化物在冷却时加快析出，因而可提高钢的屈服强度，增加在强冲击磨损时的耐磨性。
(2)采用不同的铸造工艺
砂型铸造与金属型铸造相比，对高锰钢铸件的表面硬化作用有很大差别。采用砂型铸造工艺生产的铸钢件，其表面硬度一般为HB250～350，HRC25～35，而采用金属型铸造工艺生产的铸钢件，其硬度可达到HB280—400，HRC27～38，比砂型铸造提高约25%左右。因此，若生产条件许可，采用金属型铸造工艺可提高颚板的使用寿命。
(3)采用不同的热处理工艺
采用水韧处理。水韧处理可使高锰钢在铸态时组织中析出碳化物，因而韧性较低，但加热到1030-- 1100℃后，进行水冷，可得到单一奥氏体组织，韧性提高，使其在高负荷条件下发挥出较高的耐磨性能。
采用爆炸硬化处理，爆炸硬化可在极短的时间内产生高压，使高锰钢表面形成一层硬化层，其硬度可达到HB300～500，屈服强度可提高2倍，耐磨性提高50%。
2.3动颚运动轨迹对颚板磨损的影响
动颚运动轨迹对颚式破碎机的性能有着重要影响。颚式破碎机的主要性能指标生产能力、比功耗、钢耗（颚板磨损）以及破碎产品质量等都与运动轨迹有着直接关系。现以复摆颚式破碎机机为例，来分析动颚运动轨迹对颚板的磨损的影响。复摆颚式破碎机的颚板经生产使用后，通常具有如下磨损特征：固定颚板的磨损主要发生在颚板下部，排料口处磨损最大，而动颚在中部磨损最大。
为分析颚板磨损情况，以计算机模拟出颚板齿面上各点的运动轨迹，分析其行程、角度以及轨迹的转向等。动颚齿面上的运动轨迹从上部到下部逐步由椭圆变成扁平的月牙形，而其轨迹长轴的方向则随肘板的支承方式不同而有所变化。在传统的颚式破碎机中，轨迹长轴与静颚成一较小的角度，且该角度自上而下逐步变大，到排料口处，该角度达最大值。因此，若将长轴投影响到水平轴和垂直轴上则可得到其行程的分布规律，即水平行程从动颚上部到中部逐渐减小，再从中部到下部又逐渐增大；垂直行程则从上部到下部逐渐增大。动颚工作时，上部以近似于圆的椭圆轨迹，向左、向左下运动压碎矿石；动颚下部则以月牙形的轨迹，向左、向左上近乎垂直地研碎矿石。因此，当矿石从上部破碎到中部时，因中部动颚行程变短，破碎作用减弱而使矿石难以充分破碎，滞留于中部，从而加剧了动颚中部的研磨，致使动颚中部磨损最大。在排料口处，由于破碎力与摩察力的合力处于摩擦锥之外，如图4所示，这便使物料沿因定颚板齿面滑动，同时由于该处齿面上的垂直行程最大，因而产生严重磨损。改变动颚的支承方式可改变动颚运动轨迹的长轴方向，从而减小动颚的垂直行程，减轻颚板磨损。
此外，啮角、齿形对颚板的磨损也具有一定的影响。
3、提高颚板寿命的措施
3.1针对不同矿石性质合理选择破碎机机型
目前国内外研制开发的颚式破碎机已达数十种，总的来看，各有各的特点。如简摆颚式破碎机在破碎极坚硬物料方面确实具有其它机型无可比拟的优点，其颚板寿命比复摆颚式破碎机延长3～4倍。
3.2合理设计破碎机机构参数
从70到80年代，人们曾经通过构造曲线型腔来提高颚式破碎机的性能，起初收到了良好的效果，但由于颚板磨损存在不均匀性，往往设计之初的理想齿面，一经磨损后就很快是丧失其原有的性能。因此，要提高颚式破碎机的整机性能，尤其是颚板的使用寿命，可通过调整颚式破碎机的机构参数获得有利于减小磨损的运动轨迹，这样，调整动颚运动轨迹而不是构造曲线型腔，就成为提高颚式破碎机性能的一条最为理想的途径。我院研制的PEW系列外动颚匀摆颚式破碎机就是最好的例子。如PEWA750×1060外动颚低矮破碎机在金川龙首矿使用2年多，出矿200多万t，颚板还没有调头。在铜陵凤凰山矿f=18～20硬岩矿使用，颚板寿命比传统复摆颚式破碎机提高5倍，近年来我院研制的外动颚匀摆颚式破碎机系列是颚式破碎机新机型，该机型结构独特，参数设计合理，具有理想的动颚轨迹，颚板磨损很小，寿命长。
3.3采用适合的铸造工艺及热处理工艺
如果条件许可，采用适合的工艺措施将是提高颚板寿命的极好方法，一般可提高颚板耐磨性能近～倍以上。
3.4合理设计啮角和齿形
合理的啮角在破碎物料时能有效地钳住物料而不致产生滑动、加剧磨损。不同的物料选用不同的齿形，既能提高生产能力又能延长颚板的使用寿命。
3.5研究并采用新型耐磨材料
4、结语
从颚式破碎机颚板磨损机理入手，指出了颚板磨损的两种主要失效形式，即疲劳磨损和犁沟磨损，并分析和总结了影响颚板磨损的因素，提出了提高颚板寿命的措施。试验证明，这些措施在研制的新型破碎机中取到了良好的效果。
