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秸稈木屑顆粒機環模、壓輥的磨損機理 木屑顆粒機|秸稈顆粒機|秸稈壓塊機|木屑制粒機|生物質顆粒機|富通新能源 / 18-05-05

    秸稈木屑顆粒機環模壓輥是環模制粒裝備的核心部件,環模、壓輥磨損過快已成為制約環模制粒成型技術發展的瓶頸問題之一。明確環模、壓輥的摩擦磨損機理對提升裝備性能、降低使用成本具有非常重要的意義。顆粒機壓輥
1、失效形式
    實踐中,環模、壓輥的主要失效形式可總結為以下幾種:
    (1)環模工作一段時間后,模孔內壁磨損,孔徑變大,生產出來的顆粒直徑增大,超過規定的直徑要求,環模失效;
    (2)環模工作一段時間后,環模內壁磨損,環模內表面凹凸不平,阻礙物料的流動,出料量減少,直至停止使用;
    (3)環模孔的進料斜面被磨掉,物料不易進入模孔,擠壓力減少,逐漸模孔堵塞,導致環模失效;
    (4)壓輥工作一段時間之后,壓輥表面的齒形磨損,導致摩擦力減小、模輥間隙變大,直至停止使用。
   圖2. 30和圖2.31為環模、壓輥發生劇烈磨損的照片。顆粒機環模2、磨損機理分析
    為進行環模、壓輥的磨損機理分析,分別對飼料制粒機與生物質制粒機進行生產試驗。生產試驗條件如下:
    (1)飼料環模制粒機生產試驗。環模材料為X46Cr13,熱處理工藝為1050℃淬火和200℃兩次回火。環模安裝在某公司某型號環模制粒機上進行飼料生產試驗,制粒機電機功率為75kW×2,環模轉速為265r/min,生產率為17t/h。原料主要成分為玉米、小麥、稻谷和棉粕等,容重為615kg/m3。飼料成品顆粒直徑為3mm,密度為1430kg/m3,成型率為99.2%,在正常生產狀態下工作500h后將環模卸下進行磨損機理分析。
    (2)生物質環模制粒機生產試驗。試驗設備采用某公司開發的9EYK1800型生物質燃料固化成型機,該機環模臥式放置,采用組合式結構(環模由45個模具單元組合而成),現已廣泛用于秸稈成型燃料的生產。主要技術參數為:主機功率45kW,生產率1.3~1.8t/h,燃料成型率95%以上,產品密度0.8~1.2g/cm3,適用于小麥秸稈、水稻秸稈等生物質原料成型。試驗原料為姜堰市周邊2012年秋季收獲后的水稻秸稈,經曬干后切斷為碎粒狀,粒度在5~15mm范圍內,含水率為15%~20%。秸稈碎料直接壓制成型,不添加其他成分。
    試驗結束后,分別在環模孔側壁取樣進行掃描電鏡分析,掃描電鏡圖像如圖2. 32所示。
    從圖2. 32可看出,無論是飼料制粒機環模,還是生物質制粒機環模,模孔表面均具有明顯的犁溝和變形脊,同時伴有少量點狀剝落坑和交叉疲勞裂紋。原因分析如下:
    成型過程中,物料在模孔中主要受兩個方向的作用力:平行于模腔的切向力和垂直于模具表面的法向力。物料在擠壓成型過程中會形成較多堅硬細小的“不可壓縮團,這些“不可壓縮團”在法向力作用下被壓人金屬表面,同時切向力推動磨粒運動,對金屬表面進行切削中明顯的溝槽切痕。較軟的物料則在循環載荷下與模具表面突出部位或犁溝產生周期性的接觸,雖然每次循環應力中的最大應力遠小于材料的屈服極限,但是循環應力的每次應力循環都對環模造成輕微損傷;隨著應力循環次數的增加,當損傷積累到一定程度時,在環模表面或者內部出現裂紋擴展直至斷裂。環模在接觸應力的反復作用下,首先在表層產生初始疲勞裂痕,然后在滾動接觸過程中裂紋擴展,最后使環模表層金屬呈小片狀剝落下來,在外表面形成一個個小坑,出現疲勞點蝕。
    因此,環模制粒機環模的磨損是切削損傷機制的硬磨料磨損和疲勞損傷機制的軟磨料磨損綜合作用的結果。
同時,根據工作原理分析可知,環模、壓輥的磨損是環模表面、壓輥表面與環模壓輥表面之間的粉體在壓力作用下相互作用而導致的,是典型的三體磨損、軟磨損。目前,針對三體磨損的研究大都集中于硬磨損方面,且表面間多呈現滑動摩擦;而環模制粒機工作過程中,飼料粉體、生物質粉體與環模、壓輥金屬材料在工作過程中相互之間既存在滑動摩擦,又存在滾動摩擦,摩擦磨損機理非常復雜。對環模制粒過程中三體(環模、壓輥、粉體)軟磨損機理的進一步深入研究是正確設計環模、壓輥表面,提升環模、壓輥使用壽命的關鍵。
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