1422旋回破碎机偏心套的改造

田野 刘永生 赵伟光 徐永坤 

河北钢铁集团滦县司家营铁矿有限公司

【摘要】：利用改性尼龙新型材料替代巴氏合金浇灌偏心套，应用在PXZ1422旋回破碎机上，可以更适合破碎中的不均匀冲击载荷。使用寿命可以提高4倍，有很高的经济价值。
   关键词：改性尼龙；巴氏合金；冲击荷载；磨损 

   PXZ140/220液压旋回破碎机是司家营铁矿排岩系统中的粗破设备，每天处理岩石量3万吨，它的运转好坏将直接影响铁矿石生产计划的实现。该设备心脏部件的偏心套在破碎岩石时，承受着极大的冲击载荷，在长期承受过重的冲击载荷后，原偏心套的巴氏合金脱落现象严重，磨屑堵塞油路，回油管路中存在着大量巴氏合金碎屑，润滑油温急剧升高，加速了偏心套的损坏，偏心套的使用周期很短(2个月左右)，直接影响了生产计划的完成。针对上述现象的发生，我们努力寻找新的材料解决这一问题。通过市场调研，我们找到了一种新的耐材料，改性尼龙材料与钢体复合制作的偏心套替代巴氏合金浇灌的偏心套，很好地解决了旋回破碎机上的难题。偏心套的使用寿命提高了3倍，创造了很好的经济效益和社会效益。

1 .存在的问题 

   PXZ140/220液压旋回破碎机中使用的偏心套(见图1)原采用由钢质基体内外浇灌巴氏合金制作。当轴套经受到冲击负荷的作用时，易形成裂缝(龟裂而受力时裂纹延伸)和剥落，当轴承经受静负荷的作用时，工作情况较好。巴氏合金的主要成份是铅。也就是说它的基体是金属铅，纯铅的硬度和强度都很低，虽然在合金中加入了其它元素锑和锡，但是合金中的过共晶型Fb-Sb-Sn三元合金不超过13%，再者是少量的锡和铅的固溶体及锡和锑的化合物，它们虽然提高整体合金的性能，但是还不能很好地解决该牌号合金在受到冲击负载时，铅很容易自耐磨层中被挤压出来，特别是虽然它的化学成份设计得非常理想化，但在铸造这种偏心壁厚不均匀的大型铸件，实际的效果很难达到理想水平，因此使用时受到过大的冲击载荷，它的缺点就更为突出。

   司家营铁矿排岩系统破碎的岩石是平均强度在138MPa(最高达190MPa)的岩石。每天碎石量平均为3万吨，连续工作14h，这就要求偏心套的耐磨层不仅能承受冲击裁荷，也要具有很好的耐磨性能和强度。

    1422旋回破碎机的碎石过程是由电动机经皮带轮和圆锥齿轮带动偏心套转动。当偏心套转动时就带动破碎圆锥绕破碎机中心作旋摆运动，从而使破碎圆锥表面时而靠近时而离开固定锥表面。使给入破碎腔内的物料不断受到挤压和弯曲作用而被破碎。从运转过程分析看偏心套内壁轴向受力非常不均(见图2)，只有1/3部位以上受力、冲击、挤压力非常大，径向力就更加不均。偏心套在受挤压、冲击力过大的情况下，巴氏合金抗压强度较低，容易发生压皱甚至合金从轴承中被挤压出来，当受到冲击载荷时，它的冲击韧性低，易形成裂缝和剥落，偏心套的使用寿命只有二个月左右，这问题一出现，设备就要停产检修。偏心套是破碎机的心脏部位备件，更换需大拆大卸，人力物力受到很大的损失，因此如对该偏心套的改造成功，将给车间取得丰厚的实际效益。 

2 .材料选择比较

为了解决上述问题，我们尽力在市场上、网络上寻找更加适合做偏心套耐磨耐压的材料来解决这一问题。通过市场调研，我们决定采用国内新兴的高抗冲击耐磨材料高分子合金——改性铸型尼龙替代巴氏合金做偏心套耐磨合金。

在选择这种新材料时，我们首先对材料的性能进行了解，论证和可行性分析。

2.1 首先是对两种耐磨材料进行PV值和摩擦系数的分析 

PV值和摩擦系数的比较如下： 

   我们可看出改性尼龙的PVa(标准值)略大于轴承合金的PVa值，也就是说单位面积的负载P和表面速度V两者的乘积PV值可用来决定使用的极限。在特定条件下，其材料的PV值是常数，工件的滑动速度的变化对PV值影响远比压力P敏感。PV值过大，易导致轴套升温，在低速重载时采用尼龙轴套优点突出，而PXZ140/220旋回破碎机偏心套的PV值计算如下：

V=πdn3.14×0.8×110/60＝4.61m/s
式中：V——表面线速度(m/s)，d—初套直径(m)，n—轴套转数(n/min)
P＝W/dl=1.365/O.8×2＝3.41MPa
式中：P——单位面积负载(MPa)
W——轴套所承受的总负载(MPa)，
d——轴套直径(m)
l——轴套长度(m)
PV≤4.2(MPa m/s)
改性尼龙的PVa比值是12MPa m/s，所以说改性尼龙的PVa值是适合PXZ140/220液压旋回破碎机的使用要求。
2.2 两种材料的性能比较 

1)作为常规机械性能的抗压强度，延伸率和冲击强度值，改性铸型尼龙优于巴氏合金，硬度相当，巴氏合金的屈服强度几乎就是抗压强度，延伸率为0.2，说明巴氏合金的塑性远远低于改性铸型尼龙，而偏心套的耐磨层就需要塑性较好的耐磨材料。巴氏合金在受压时的破坏形式是粉碎状，说明巴氏合金变形成粉沫，而资料介绍改性铸型尼龙却一点不损坏或刚到损坏边缘。
2)改性铸型尼龙的冲击值远远高于巴氏合金，在有冲击载荷的条件下，改性尼龙材料的承载能力优于巴氏合金。
3)改性铸型尼龙具有高的起始模量和相对的蠕变性，表现为良好的负载性能。改性尼龙在实际使用中是属于耐疲劳性高的材料。
4)在轴与偏心套间产生冲击时，巴氏合金破裂剥离，但是铸型尼龙比金属材料有更好的弹性，所以尼龙不易破损。
2.3 改性尼龙与巴氏合金的摩擦比较 

两种材料的摩擦比较

分析对比可看出铸型尼龙替代巴氏合金作偏心套的耐磨层使用是可行的。
从理论分析到市场调研，我们最后大胆决定在排岩系统中用改性尼龙浇灌的偏心套替代巴氏合金浇灌的偏心套。
3 .偏心套外观尺寸、公差的修改
铸型尼龙材料本身的热膨胀系数较大，运转时由于摩擦热所造成的膨胀需对内外径尺寸做修改。
内、外径尺寸修改计算如下： 
1)内径尺寸的修改计算如下： 

用校正系数调正a2＝kt
k——温升时壁厚变化间隙校正系数
t——轴套壁厚(mm)
通过校正系数调整dt=799mm
即油温由20℃到80℃时，偏心套内径尺寸将缩小为799mm，比图纸设计尺寸小0.8～1.2mm，因此，我们在图纸设计尺寸上放大0.6～0.8mm。
2)外径尺寸的修改计算如下： 

通过校正系数调整后dl=1021.5mm
外径受热膨胀从计算上看胀大了1.5mm，但我们经验证选用0.92～1.5mm，并没有选用计算最大值。
4 .现场应用
   我们从2011年9月份起将142旋回破碎机的偏心套改选为改性尼龙偏心套，开始安装后，运转正常，温度在40度左右，待下料后，可能因为改性尼龙套膨胀比理论上大些，使得间隙变小，从而使油温由40度持续升到48.5度后不得不停车处理。经过现场考擦和研究决定从润滑油回油冷却入手，考虑润滑站的位置和结构。决定用铜管过水冷却的方法，就是将一寸铜管编制成筛网型放置于润滑站油箱内，入端接一自来水管，出端接一水泵把水打入冷却池中（原稀油站冷却水池），待此方法安装后，进行试车运转，此时温度降已到32度左右，空运转半小时后下料，观察油温状况，带料运转一个小时后油温上升到40度后不再升高。经过3个月运转后，至今未发现异常，产量也在不断的提高，使用寿命是巴氏合金偏心套的至少能提高3倍。
5. 结论
   实践证明，改性铸型尼龙作为新型材料替代巴氏合金浇灌偏心套在PXZ1422旋回破碎机上应用是切实可行的，由于改性铸型尼龙在受挤压力的条件下，具有退让性，它还有很高的抗冲击强度和很好的柔韧性，特别是承受不均匀的冲击载荷时，都表现出良好的性能，并收到了很好的经济效益，司家营铁矿排岩系统，每更换一件新的巴氏合金偏心套需30万元，每修复一次14.5万元；每拆卸一次安装费用5000到1万元；一件新巴氏合金偏心套使用寿命75天，修复一次使用寿命60天左右。改性尼龙偏心套的已使用3个月(即90天)，无异常，且运行平稳，削末也不多，至少还可以使用三个月。一个尼龙偏心套的使用寿命是一个巴氏合金偏心套修两次的寿命，因此，我们可以计算出它的经济效益:
 即14.5X6-4X2=79万/年，一年大概可以节省79万元，这还不算挽回检修停产造成的生产产量损失费用。由此可见新技术、新材料在我们建设工程领域中的应用不仅能提高工作效率，节省原材料费用，还能创造很高的经济效益和社会效益。