陶瓷廠輪碾機的磨損研究

摘要 輪碾機的碾輪和碾盤的磨損是多年來困擾陶瓷廠的一個實際問題，本文從提高輪碾機效率、延長碾輪和碾盤的使用壽命著手，詳細分析和研究了輪碾機磨損產(chǎn)生的原因和磨后的形狀，最后得出了碾輪和碾盤磨損的規(guī)律，并提出了新的改進方法及其理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 輪碾機，磨損，滑動摩擦

1輪碾機消耗的功率

輪碾機所消耗的功率N主要包括三個方面：克服碾輪滾動時摩擦所消耗的功率N1、克服碾輪和碾盤相對滑動時摩擦所消耗的功率N2以及克服刮板對碾盤摩擦所消耗的功率N3。

1.1 克服碾輪滾動時的摩擦所消耗的功率N1

一個碾輪滾動時所需的牽引力為：P=μG

式中：

P——牽引力（kg）

μ——牽引系數(shù)，一般取0.05～0.15

G——碾輪重量（kg）

那么，克服碾輪滾動摩擦所消耗的功率為：

式中：

R——碾輪半徑（m）

n——碾輪轉(zhuǎn)速（rpm）

Z——碾輪個數(shù)

V1——碾輪滾動時外周的平均線速度（m/s）

一般情況下，碾輪的立軸轉(zhuǎn)速n1、碾輪重量、碾輪中心到立軸中心的距離rb為已知（假設(shè)碾輪與碾盤的接觸點b無相對滑動），見圖1。

1.2 克服碾輪和碾盤相對滑動時摩擦所消耗的功率N2

f1——碾輪與物料間的滑動摩擦系數(shù)，一般取0.2～0.3

V2——碾輪與碾盤相對滑動速度（m/s）

Z——碾輪個數(shù)

式中V2的求法如下（參見圖1）。

圖中輪碾各點相對碾盤的線速度為：

由圖1分析可知：碾輪上c、b、a各點均繞O點以轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)動。但是由于各點距O點的距離 ra>rb>rc，所以各點相對碾盤的線速度也應(yīng) Va>Vb>Vc 。即在任一瞬時，碾輪相對碾盤有三種運動：除繞O點的公轉(zhuǎn)和繞水平軸的自轉(zhuǎn)外，還有繞其重垂線的自轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生了碾輪與碾盤的相對滑動。假設(shè)碾輪是均質(zhì)的，其重垂線過b點，并有cb=ba=B/2。所以碾輪與碾盤在b點的相對滑動速度為0，而a點、c點相對滑動速度最大。此最大滑動速度V2′為a點或c點相對b點的速度差。

即：V2′=Va-Vb=Vb-Vc

P1 ——刮板對碾盤的壓力 （kg）

f2 ——刮板對碾盤的摩擦系數(shù)，一般取0.2～0.3

V3 ——刮板相對碾盤的滑動速度，約等于碾輪外周的平均線速度

1.4 總功率N（配套電機功率）

η——機械效率，一般為0.6～0.8

2碾輪和碾盤的磨損

輪碾機作為粉碎機械，對被粉碎的物料主要有兩種粉碎作用。一是由于碾輪的滾動對物料的擠壓作用，一般情況下這是主要作用，其所消耗的功率由N1提供。二是由于碾輪相對于碾盤的滑動而產(chǎn)生對物料的研磨作用，其所消耗的功率由N2提供。一般情況下，陶瓷廠對輪碾機的研磨作用不作要求（粗磨和細磨由球磨機來完成）。因為過細的顆粒會把物料中的粗顆粒包裹起來，形成襯墊，使粗顆粒不易直接受到粉碎作用。輪碾機的研磨作用越大，碾輪相對于碾盤的滑動速度V2也越大。加速碾輪和碾盤磨損，縮短使用壽命，使生產(chǎn)率大幅度下降。

碾輪和碾盤的磨損部位與傳動方式有關(guān)。對于盤轉(zhuǎn)式輪碾機，碾輪a端的外周線速度與其接觸點碾盤的線速度相等，碾輪c端的外周線速度與其接觸點碾盤的線速度差為最大值，所以碾輪磨損成錐臺形狀。碾盤的相應(yīng)部位也被磨損成凹槽形。輪轉(zhuǎn)式輪碾機的碾輪與碾盤相對速度為0的點應(yīng)在碾輪的重垂線上，由于阻力距的大小不同略有偏移，磨損成近似的“鼓形”（見圖2中a和b）。

碾輪和碾盤磨損成圖2中a、b所示形狀后，由于碾輪與碾盤僅有一點接觸，其它部位嚴(yán)重懸空，生產(chǎn)能力大幅度下降。目前許多使用廠家發(fā)現(xiàn)磨損后，把碾輪拆下，調(diào)頭裝配，使大直徑端調(diào)到碾盤的里邊。磨損成圖3所示的形狀。通常情況下，石質(zhì)輪緣多則兩個月，少則一個月?lián)Q一次，鑄鐵輪緣三至四個月?lián)Q一次，鑄鋼輪緣七八個月?lián)Q一次。實踐證明：碾輪和碾盤的磨損速度與相對滑動速度、介質(zhì)本身的硬度、被碾壓物料的硬度等物理性能有關(guān)。

3減少磨損的方法

3.1 將碾輪的輪緣做成鼓形

有的使用廠家，為了減少碾輪與碾盤的相對磨損，把新碾輪的輪緣做成鼓形（如圖3c所示），這是不可取的。因為這樣做雖然減少了新裝碾輪與碾盤的相對滑動摩擦，但由于碾輪兩端懸空，不能破碎物料，降低生產(chǎn)能力，解決不了非均勻磨損問題。

3.2 把碾輪和碾盤做成適當(dāng)?shù)腻F臺形狀

減小磨損的最有效方法是把碾輪和碾盤做成適當(dāng)?shù)腻F臺形狀以降低相對滑動速度。以下先討論輪碾機的碾輪和碾盤沒有相對滑動的形狀。若要使碾輪和碾盤任一接觸點K沒有相對滑動，則必須有：2πrkn1=2πRkn

式中：

n1——立軸的轉(zhuǎn)速（rpm）

n——碾輪的轉(zhuǎn)速（rpm）

rk——碾盤中心到K點的距離(m)

Rk——碾輪軸線到K點的距離(m)

因此，要使最大相對滑動速度V2′=0，則碾輪上a、b、c三點的半徑應(yīng)為(見圖4)：

為了保持水平軸水平位置，碾盤也須做成相應(yīng)的錐臺形狀。如果仍保持原設(shè)計碾輪轉(zhuǎn)速n不變，對輪轉(zhuǎn)式輪碾機，必須保持Rb與原設(shè)計相同（盤轉(zhuǎn)式Ra也與原設(shè)計相同）。Rb為定值后，則n=n1rb/ Rb也為定值。如果仍保持碾輪的寬度B不變，且安裝位置不變，則ra、rb、rc也均為定值，那么Ra與Rc的差值為：

為了保證水平軸的水平位置，碾盤rc與ra處的高度差ΔH與上述碾輪半徑差相等。

以上所述為輪轉(zhuǎn)式輪碾機的碾輪和碾盤形狀的確定方法。盤轉(zhuǎn)式輪碾機是碾盤主動旋轉(zhuǎn)，靠摩擦力帶動碾輪繞其軸線自轉(zhuǎn)，碾輪不存在公轉(zhuǎn)。碾輪的轉(zhuǎn)速n由其可能獲得的最大輪緣線速度決定，即碾輪輪緣的線速度與碾盤a點的線速度基本相等。所以n=n1ra/Ra，也就是Ra應(yīng)保持原設(shè)計不變。正因為a、b、c等點碾輪與碾盤之間均無相對滑動速度，所以有：

式中：

Ra——原設(shè)計碾輪半徑（大端半徑）

Rc——碾輪小端半徑

B——原設(shè)計碾輪寬度

ra——原設(shè)計碾輪外端到碾盤中心的距離

為了保證水平軸的水平位置，碾盤rc與ra處的高度差ΔH與上述碾輪半徑差相等。

4結(jié) 束 語

錐臺形狀的碾輪與碾盤之間沒有相對滑動，即 V2′=0。因此N2=0，且最大限度地減小碾輪與碾盤的磨損，將大幅度延長其使用壽命；錐臺形的碾輪和碾盤的磨損是均勻的，不出現(xiàn)一點接觸、大面積懸空等現(xiàn)象，將長時間保持高生產(chǎn)率。由于碾盤作成錐臺形狀，物料被滾壓時自動由里向外移動；還由于碾輪由里向外漸大，重量漸大，擠壓作用由里向外漸大，使得物料顆粒由里向外運動過程中越來越小，便于順利地順序排料。但是改造后的碾輪和碾盤沒有相對滑動，則沒有研磨作用，對研磨作用要求高的操作不適用；且使碾輪的軸向力增加，因此對水平軸的止推軸承提出了更高的要求。

參考文獻

1 廣東輕工業(yè)學(xué)校主編.日用陶瓷工廠機械裝備[M].北京：輕工業(yè)出版社，1999

2 張嗣偉主編.基礎(chǔ)摩擦學(xué)[M].中國石油大學(xué)出版社，2001

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4 表面處理工藝手冊編審委員會編.表面處理工藝手冊[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。