圓錐破碎機襯板磨損材料優化設計

樂偉偉

摘要：破碎機作為破碎礦石物料主要設備，廣泛應用于礦山、建筑、冶金等行業當中。圓錐破碎機因其破碎粒度范圍廣、效率高等優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境惡劣，正常工作時破碎機襯板磨損嚴重，需經常更換。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，函需開發高效、節能環保的圓錐破碎機。本文從襯板材料選擇出發，分析了襯板材料屬性，總結了襯板材料的化學成分，找到了一種經濟耐用的襯板材料，本文的研究與一定實用價值，為相關的工程設計提供了理論參考。

關鍵詞：圓錐破碎機；襯板；磨損材料；優化設計

從圓錐破碎機襯板磨損模型目標函數出發，運用相關算法對破碎機的結構參數和性能參數進行優化，以期使破碎機達到最優設計。破碎機的結構和性能參數決定了礦山物料與襯板怎樣發生擠壓破碎，這在很大程度上也就決定了襯板怎樣磨損。優化這些參數，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是含鉻高錳鋼。高錳鋼因其良好的延展性與韌性及優良的加工硬化能力，綜合性能優于其他耐磨材料，一直能作為破碎機襯板材質的首選材料。襯板作為破碎機運轉周期中較易磨損的物件，現代科學理論研究關注在高錳鋼原有基本性能的基礎，對其成分配比進行優化，設計使用新的高錳鋼材料到破碎生產中去，以提高襯板的耐磨性能，達到節約成本擴大效益的目的。

1襯板材料選擇依據

因為破碎機工作環境惡劣，在破碎機周期性運轉過程中，礦石物料與襯板直接發生擠壓破碎，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，優良的耐磨性能。

對破碎襯板材料的選擇有近乎苛刻的條件。考慮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。但同時也應注意硬度提高的同時，韌性會隨之下降。有資料表明，材料當硬度增加到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定為40HRC以上。2）韌性好。韌性作為表征材料性能的重要指標之一，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）優良的淬透性。經過淬火處理，奧氏體鋼轉變為馬氏體，這能滿足襯板材料的使用條件，提高其耐磨性。

2破碎機襯板材料設計

后期的加工處理可能改變材料的組織和性能，可化學成分決定其組織結構和基本性能。現代礦山開采當中，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量都對合金的質量有重要影響。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鍵。

在圓錐破碎機的整個運轉過程，襯板需要經受礦石的擠壓、沖擊及切削等作用，工作環境極其惡劣，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，關鍵是它的硬度可以達到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之上，通過反復實驗，考量其實用性和經濟性，最終確定襯板材料的化學成分，找到一種經濟耐用的襯板材料。

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