輥壓機(jī)裝備技術(shù)的新發(fā)展與應(yīng)用

郭華琛

中材成都重型機(jī)械有限公司，四川 成都 610051

輥壓機(jī)裝備技術(shù)的新發(fā)展與應(yīng)用

郭華琛

中材成都重型機(jī)械有限公司，四川 成都 610051

近幾年輥壓機(jī)裝備技術(shù)出現(xiàn)了一些新的優(yōu)化和改進(jìn)措施：（1）采用復(fù)合鑄造輥面和硬質(zhì)合金柱釘輥面可以有效提高輥壓機(jī)輥面使用壽命和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，減少輥面維護(hù)時間，節(jié)約人工成本。在研磨磨蝕性高的物料時，這兩種新型輥面的優(yōu)勢尤為明顯。（2）新結(jié)構(gòu)的側(cè)擋板裝置解決了以往側(cè)擋板與輥?zhàn)佣嗣婺p嚴(yán)重等問題，并且很大程度上減少了輥邊漏料，從而使粉磨壓力在輥寬方向上的分布更為合理，有效地減小了邊料效應(yīng)。（3）可翻轉(zhuǎn)側(cè)梁的開放式機(jī)架結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，零件互換性好，很大程度上降低了輥壓機(jī)的起吊及檢修難度，減少了檢修的工作量，大大縮短了檢修周期。（4）采用調(diào)心滾子軸承可簡化輥系軸承座結(jié)構(gòu)和改善油缸受力，運(yùn)行平穩(wěn)，檢修方便。

輥壓機(jī) 輥面 側(cè)擋板裝置 開放式機(jī)架 調(diào)心滾子軸承

0 引言

輥壓機(jī)誕生于20世紀(jì)80年代中期的德國，是一種新型、高效、節(jié)能的粉磨設(shè)備，它是基于料層粉碎原理而工作的，由于其高壓、慢速、滿料、料層粉碎等固有的特點(diǎn)，而廣泛用于水泥、冶金、礦石等行業(yè)物料的磨碎作業(yè)中，與傳統(tǒng)的球磨系統(tǒng)相比具有顯著的高效、節(jié)能效果，被譽(yù)為粉碎工程的一大突破。自從1985年德國的Krupp Polysius公司研制出世界上第一臺輥壓機(jī)以來，已有成百上千臺工業(yè)輥壓機(jī)相繼問世。國外主要的輥壓機(jī)制造廠家有德國的Krupp Polysius公司和KHD Humbolt Wedag公司、美國的Fuller公司和丹麥的F?L?Smidth公司等。在我國，輥壓機(jī)的設(shè)計和制造技術(shù)最初主要是從德國引進(jìn)，進(jìn)行了消化吸收和二次開發(fā)，并且己經(jīng)取得一些成果[1]。歷經(jīng)二十多年的發(fā)展，輥壓機(jī)裝備設(shè)計及制造技術(shù)不斷優(yōu)化，相關(guān)系統(tǒng)工藝推陳出新，使輥壓機(jī)裝備大型化已經(jīng)成為發(fā)展的主要趨勢。本文簡要闡述輥壓機(jī)的工作原理，并結(jié)合輥壓機(jī)近年來實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問題，介紹輥壓機(jī)裝備技術(shù)的一些新的優(yōu)化和改進(jìn)措施。

1 輥壓機(jī)的工作原理

輥壓機(jī)工作原理如圖 1所示，主要依靠兩個水平安裝且同步相向旋轉(zhuǎn)的擠壓輥進(jìn)行高壓料層粉碎。被封閉的物料層在被迫向下移動的過程中所受擠壓力逐漸增至足夠大，直至被粉碎且被擠壓成密實(shí)料餅。通過輥壓的物料粒度大幅度降低，并且顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已被破壞，產(chǎn)生許多微裂紋，易磨性明顯提高。

2 輥壓機(jī)輥面耐磨技術(shù)的新發(fā)展

長期以來，對輥壓機(jī)輥面耐磨技術(shù)的研究，國內(nèi)外均進(jìn)行了大量的工作。中材成都重型機(jī)械有限公司一直以來致力于輥壓機(jī)耐磨材料的研究與創(chuàng)新，目前的輥面耐磨技術(shù)已經(jīng)從原有的表面堆焊技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)階段的復(fù)合鑄造輥套和硬質(zhì)合金柱釘輥套，大大增強(qiáng)了輥壓機(jī)對不同特性物料的適應(yīng)能力。

圖1 輥壓機(jī)的工作原理

2.1 復(fù)合鑄造輥套

復(fù)合鑄造輥套采用雙金屬離心復(fù)合鑄造工藝鑄造而成，分內(nèi)外兩種材質(zhì)。內(nèi)層為優(yōu)質(zhì)的低合金鋼，具備良好的強(qiáng)度和韌性。外層為高硬度工作層，其材質(zhì)為含有大量碳化物的高合金鋼，有效使用厚度＞50 mm，同時，為了增強(qiáng)輥壓機(jī)輥面的帶料能力，輥套在生產(chǎn)制作過程中外層的橫條型花紋由模具直接成型，花紋高度約7 mm～8 mm，與輥套形成一個有機(jī)的整體。相比傳統(tǒng)的堆焊工藝，避免了由堆焊層產(chǎn)生的焊接表面裂紋，提高了輥面的抗剝落性能和抗裂性能，因而獲得了比常規(guī)表面堆焊輥面高得多的耐磨能力和使用壽命，如圖2所示。

圖2 復(fù)合鑄造輥套

中材成都重型機(jī)械有限公司為新疆某水泥廠提供的CDG180-120生料輥壓機(jī)于2013年4月投產(chǎn)，采用復(fù)合鑄造輥套，使用至今仍狀況良好，可繼續(xù)使用。其輥面在不同使用時間的對比如圖3、圖4所示。

從實(shí)際使用情況來看，使用13 000 h后輥面花紋依然完好清晰，可見復(fù)合鑄造輥面在實(shí)際生產(chǎn)過程中大大地提高了輥面的使用壽命，同時實(shí)現(xiàn)了日常免維護(hù)。

圖3 使用 000 h后的復(fù)合鑄造輥面

圖4 使用 3 000 h后的復(fù)合鑄造輥面

由于輥面壓力在輥寬方向上的分布呈中間高兩端低，因此輥面的磨損往往是中間磨損最嚴(yán)重，經(jīng)過長時間使用后輥面會形成中間低兩端高的馬鞍形，這在一定程度上制約了輥壓機(jī)的輥縫調(diào)節(jié)，使其不易調(diào)到最佳狀態(tài)。此時，復(fù)合鑄造輥套工作層的厚度（＞50 mm）相較傳統(tǒng)堆焊輥面的工作層厚度（＜10 mm）就更能顯示出其優(yōu)越性。對于堆焊輥面來說，只能通過堆焊修復(fù)，而復(fù)合鑄造輥套則不僅可以堆焊修復(fù)，而且還有另一個選擇：通過專用的設(shè)備對輥?zhàn)觾啥烁唿c(diǎn)打磨以及花紋的重新開槽修復(fù)，即可恢復(fù)工作性能繼續(xù)使用。打磨工藝安全可靠，不存在開裂、起層的風(fēng)險，且可現(xiàn)場在線施工，快捷、周期短。復(fù)合鑄造輥套的現(xiàn)場在線修復(fù)如圖5所示。

2.2 硬質(zhì)合金柱釘輥面

硬質(zhì)合金柱釘輥面是由粉末冶金制造的硬質(zhì)合金柱釘鑲嵌在輥套表面的一種耐磨輥面形式。其主要抗磨原理是高硬度的柱釘凸出輥套一定高度形成“牙齒”，同時通過受壓的物料填充在柱釘與柱釘之間形成一層密實(shí)的自磨層（料墊）對輥面進(jìn)行保護(hù)，達(dá)到料磨料的效果，從而提高整個輥面的耐磨性。其輥套采用優(yōu)質(zhì)的合金鋼，合理的搭配輥套中Cr、Ni 、Mo等元素的配比并加以特殊的熱處理工藝，使輥套具有非常好的強(qiáng)度、韌性以及耐磨性?？茖W(xué)的設(shè)計硬質(zhì)合金柱釘?shù)呐挪夹问揭约伴g距，輥面更容易形成穩(wěn)固的自磨層，使柱釘輥面工作壽命突破性地達(dá)到了堆焊輥面使用壽命的數(shù)倍，從而大幅提高了輥壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率。硬質(zhì)合金柱釘輥面如圖6所示。

圖5 復(fù)合鑄造輥套現(xiàn)場在線修復(fù)

圖6 硬質(zhì)合金柱釘輥面

中材成都重型機(jī)械有限公司是國內(nèi)較早掌握硬質(zhì)合金柱釘輥面核心技術(shù)的生產(chǎn)廠家之一，已成功將柱釘輥面應(yīng)用于鐵礦石及其他高磨蝕性特殊物料的粉磨。自主研發(fā)的輥套柱釘鑲嵌孔加工專用數(shù)控機(jī)床（見圖7），大大提高了加工效率，并能嚴(yán)格保證每一個孔的定位精度和尺寸精度，使柱釘與孔之間獲得最佳的配合，杜絕了輥面使用中發(fā)生碎釘和掉釘?shù)那闆r。

中材成都重型機(jī)械有限公司在內(nèi)蒙古某水泥廠的生料輥壓機(jī)輥系改造項目中，將其原有的堆焊輥套更換為柱釘輥套。該廠原料磨蝕性極大，其中磨蝕性很強(qiáng)的硅石配比高達(dá)60%，導(dǎo)致其原使用的堆焊輥套必須每天堆焊修復(fù)才能勉強(qiáng)維持繼續(xù)生產(chǎn)，檢修工人的勞動強(qiáng)度太大，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率遠(yuǎn)達(dá)不到生產(chǎn)要求。改造后的輥系于2014年9月投入運(yùn)行，無任何維護(hù)的情況下至今仍正常使用。其使用情況見圖8、圖9。

圖7 專業(yè)化的柱釘孔數(shù)控加工

圖8 使用一個月后的硬質(zhì)合金柱釘輥面

圖9 使用半年后的硬質(zhì)合金柱釘輥面

從實(shí)際的使用情況來看，硬質(zhì)合金柱釘輥面壽命較原有的堆焊輥面大幅度提高，真正實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)中輥面免維護(hù)，大大降低了檢修工人的勞動強(qiáng)度，提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

2.3 輥壓機(jī)進(jìn)料裝置側(cè)板

輥壓機(jī)對物料的擠壓屬高壓作業(yè)，進(jìn)料裝置側(cè)板的主要功能就是貼靠在輥?zhàn)佣嗣鏋檩伱鏄?gòu)造封閉的破碎腔，持續(xù)的相對運(yùn)動使得輥?zhàn)佣嗣婧蛡?cè)板都會很快磨損變形，兩者之間總是存在或大或小的間隙，一部分細(xì)顆粒物料極易從間隙處漏出，一方面加劇了輥?zhàn)佣嗣娴哪p，另一方面使得靠近輥面邊側(cè)的料壓低于輥面中間部分，兩側(cè)的物料受擠壓效果必然不如中間，從而在一定程度上影響了整體擠壓粉碎效率，這就是輥壓機(jī)難以避免的邊料效應(yīng)。因此，輥壓機(jī)進(jìn)料裝置側(cè)板的設(shè)計顯得尤為重要，不但要解決輥?zhàn)佣嗣婧蛡?cè)擋板磨損嚴(yán)重的問題，還要兼顧輥邊漏料的情況。中材成都重型機(jī)械有限公司在長期經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上開發(fā)出了一種新型的輥壓機(jī)側(cè)擋板，此側(cè)擋板包含了特殊結(jié)構(gòu)的徑向密封襯板，破碎腔內(nèi)的物料首先受此裝置的徑向密封耐磨襯板的阻擋，改善了該區(qū)域的物理粒度和壓強(qiáng)分布，細(xì)顆粒物料難以進(jìn)入輥?zhàn)佣嗣婧蛡?cè)板之間的間隙，從而解決了輥?zhàn)佣嗣婺p嚴(yán)重和漏料、邊料多的問題，使輥壓機(jī)內(nèi)部料壓保持穩(wěn)定，獲得更好的粉磨效果。其外形如圖10所示。

圖10 輥壓機(jī)新型側(cè)擋板

該結(jié)構(gòu)的側(cè)擋板在新疆和福建的改造項目上使用效果明顯，現(xiàn)場使用情況對比如圖11、圖12所示。

圖11 改造前輥端磨損情況

從實(shí)際使用情況來看，新結(jié)構(gòu)的側(cè)擋板裝置解決了以往側(cè)擋板與輥?zhàn)舆吘壞p嚴(yán)重甚至磨成錐面的問題，并且很大程度上減少了輥邊漏料，有效地減小了邊料效應(yīng)，提升了粉磨效率，輥面磨損在輥寬方向上也較以往更為均勻。

2.4 輥壓機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)形式

輥壓機(jī)機(jī)架是輥壓機(jī)所有部件的安裝基體，它不但要承受擠壓物料的反作用力，而且還要承受料層波動帶來的沖擊載荷。隨著輥壓機(jī)大型化的發(fā)展，對機(jī)架的要求不僅僅滿足于承受足夠的載荷和沖擊，在安裝檢修的可操作性以及方便快捷程度上提出了更高的要求。

圖12 改造后輥端磨損情況

圖13 銷軸式結(jié)構(gòu)輥壓機(jī)機(jī)架

目前國內(nèi)大多數(shù)的輥壓機(jī)大多沿用整體焊接式機(jī)架，主要由焊接結(jié)構(gòu)的左右上橫梁、左右立柱及左右下橫梁等部件組成。輥?zhàn)訑D壓力通過聯(lián)接立柱和橫梁的騎縫銷來傳遞。其結(jié)構(gòu)形式如圖13所示。這種結(jié)構(gòu)形式的機(jī)架在檢修輥系的時候必須將機(jī)架的上梁以及相關(guān)的進(jìn)料裝置和下料溜子全部拆除，輥系從上方吊出檢修。對于大型的輥壓機(jī)來說，該項檢修的操作難度和時間周期都顯著增加，并且由于騎縫銷的安裝孔是在機(jī)架整體組裝后配做的，不具互換性，一旦機(jī)架中任何一個部件出現(xiàn)變形或需要更換，都會面臨兩半銷孔對不齊而無法裝入騎縫銷的窘境。中材成都重型機(jī)械有限公司為了適應(yīng)輥壓機(jī)大型化發(fā)展的需求，采用可翻轉(zhuǎn)側(cè)梁的開放式框架結(jié)構(gòu)，如圖14所示。該機(jī)架側(cè)梁由銷軸與上下梁連接，銷孔無需配做因而具備較高的尺寸互換性，可翻轉(zhuǎn)的側(cè)梁使得輥系可以從側(cè)面沿著機(jī)架軌道滑出，而且獨(dú)特的軸承座滑軌設(shè)計還使得軸承座可沿輥?zhàn)虞S線方向拆卸，機(jī)架的上梁以及與其相關(guān)的進(jìn)料裝置都不用拆卸，很大程度上減小了輥系的起吊及檢修難度，減少了檢修的工作量，大大縮短了檢修周期，得到了業(yè)主的充分肯定。其在項目上的應(yīng)用實(shí)例見圖15、圖16所示。

圖14 可翻轉(zhuǎn)側(cè)梁的開放式機(jī)架

圖15 輥系檢修完成后從側(cè)邊拉入

圖16 軸承座拆除后在線更換軸承

2.5 輥壓機(jī)的軸承形式

輥壓機(jī)裝備技術(shù)發(fā)展到今天，輥壓機(jī)的輥?zhàn)虞S承基本可歸結(jié)為采用調(diào)心滾子軸承和四列圓柱滾子軸承+推力軸承兩種方式。在同等承載能力的條件下，四列圓柱滾子軸承外徑小、寬度大，調(diào)心滾子軸承外徑大、寬度小。早期的輥壓機(jī)由于受到輥徑的限制普遍采用四列圓柱滾子軸承+推力軸承的形式；隨著輥壓機(jī)大型化的發(fā)展，輥壓機(jī)專用軸承的技術(shù)進(jìn)步，以及輥壓機(jī)裝備設(shè)計及制造技術(shù)不斷完善，調(diào)心輥?zhàn)虞S承在輥壓機(jī)上的應(yīng)用日益廣泛。

使用四列圓柱滾子軸承的輥系自身不具備調(diào)心功能，為了適應(yīng)工作狀態(tài)下由于料層波動帶來的輥?zhàn)悠D(zhuǎn)，其動輥軸承座大多采用滑鍵加關(guān)節(jié)軸承的結(jié)構(gòu)形式，使得輥?zhàn)釉诎l(fā)生偏轉(zhuǎn)的時候輥軸與軸承座整體發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而由于液壓缸是固定在機(jī)架上，軸承座的偏轉(zhuǎn)最終導(dǎo)致油缸工作時承受交變的徑向分力，一定程度上縮短了油缸密封的壽命。另外，該結(jié)構(gòu)的滑鍵和關(guān)節(jié)軸承都位于動輥軸承座的底部，經(jīng)過一段時間的運(yùn)行都很容易產(chǎn)生磨損或破壞，導(dǎo)致竄軸等問題，其檢修和更換十分困難。使用調(diào)心滾子軸承的輥系則不存在上述問題，由于軸承本身具有調(diào)心功能，軸承座結(jié)構(gòu)形式相對簡單，僅需沿機(jī)架軌道一個方向上的直線運(yùn)動，設(shè)備工作的穩(wěn)定性和檢修的可操作性較采用四列圓柱輥?zhàn)虞S承有較大的優(yōu)勢。

3 結(jié)束語

（1）采用復(fù)合鑄造輥面和硬質(zhì)合金柱釘輥面可以有效地提高輥壓機(jī)輥面使用壽命和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，減少輥面維護(hù)時間，節(jié)約人工成本。在研磨磨蝕性高的物料時，這兩種新型輥面的優(yōu)勢尤為明顯。

（2）新結(jié)構(gòu)的側(cè)擋板裝置解決了以往側(cè)擋板與輥?zhàn)佣嗣婺p嚴(yán)重等問題，并且很大程度上減少了輥邊漏料，從而使粉磨壓力在輥寬方向上的分布更為合理，有效地減小了邊料效應(yīng)。

（3）可翻轉(zhuǎn)側(cè)梁的開放式機(jī)架，結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，零件互換性好，很大程度上降低了輥壓機(jī)的起吊及檢修難度，減少了檢修的工作量，大大縮短了檢修周期。

（4）采用調(diào)心滾子軸承可簡化輥系軸承座結(jié)構(gòu)和改善油缸受力，運(yùn)行平穩(wěn)，檢修方便。

[1] 張梅.輥壓機(jī)的數(shù)字化設(shè)計及仿真[C].河北理工大學(xué)碩士論文.2009.01.

2015-03-20）

TQ 72.622.26

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008-0473(20 5)04-0025-05

0. 6008/j.cnki. 008-0473.20 5.04.007