雙臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)葉片磨料磨損研究

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1、冶金之家網(wǎng)站雙臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)葉片的磨料磨損研究唐潤(rùn)秋①1，汪敏1，戚曉利1，趙文英1，馮建有1，魏志剛1，夏清華2，葛燕飛2(1．安徽工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，馬鞍山243002；2．安徽泰爾重工股份有限公司，馬鞍山243002)摘要：雙臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)是一種高效、快速的混凝土攪拌器械，廣泛用于各種混凝土工程中。以某型號(hào)雙臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)為研究對(duì)象，根據(jù)磨料磨損機(jī)理推出攪拌葉片線磨損率的計(jì)算公式，通過(guò)Fluent軟件的計(jì)算和相關(guān)后處理工作得出攪拌葉片表面線磨損率的分布。分析結(jié)果表明，攪

2、拌葉片的頂端附近處線磨損率最大，磨損最為嚴(yán)重；根據(jù)線磨損率的數(shù)值可預(yù)估攪拌葉片的使用壽命。研究對(duì)于預(yù)估整機(jī)的使用壽命提供了一定的理論依據(jù)和數(shù)值依據(jù)，對(duì)攪拌臂的布局和攪拌葉片材料的選擇和處理也提供了一定的科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：雙臥軸強(qiáng)制式；混凝土攪拌機(jī)；磨料磨損；線磨損率；使用壽命混凝土攪拌機(jī)是一種重要的攪拌機(jī)械，種類繁多。雙臥軸強(qiáng)制式攪拌技術(shù)始于19世紀(jì)末，由德國(guó)的BHS公司發(fā)明并申請(qǐng)專利。雙臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)[1-3]因其攪拌質(zhì)量好、生產(chǎn)率高而廣泛應(yīng)用于各種混凝土工程中。生產(chǎn)實(shí)踐中磨損是引起攪拌葉片

3、的失效的主要破壞形式，因而對(duì)其磨損的分析對(duì)預(yù)估整個(gè)混凝土攪拌機(jī)的壽命和對(duì)攪拌葉片的選材都有著重要的意義。本文研究的某型號(hào)雙臥軸強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其攪拌機(jī)構(gòu)如圖2所示，各攪拌臂按一定角度錯(cuò)開排列，這樣一種排列結(jié)構(gòu)使得攪拌更加均勻，攪拌效果更好。1攪拌葉片磨損分析基本假設(shè)1)攪拌機(jī)在高速攪拌過(guò)程中，攪拌物料中的沙子、石子等與攪拌葉片產(chǎn)生劇烈摩擦，其不規(guī)則表面使其表面磨粒對(duì)攪拌葉片的微觀切削作用非常劇烈，故認(rèn)為磨料磨損[4-9]是其主要磨損方式。比較沙子和石子對(duì)攪拌葉片的作用：(1)從摩擦

4、方式來(lái)看：沙子為小顆粒狀物體，在攪拌過(guò)程中與攪拌葉片之間的摩擦主要為滾動(dòng)摩擦；石子作為粗骨料，在攪拌過(guò)程與攪拌葉片之間的摩擦主要為滑動(dòng)摩擦。因而石子較之沙子對(duì)攪拌葉片的作用更劇烈。冶金之家網(wǎng)站(2)從顆粒大小來(lái)看：沙子的顆粒大小遠(yuǎn)小于石子，而根據(jù)磨損的相關(guān)理論，磨損量與材料的顆粒大小是成正比的。(3)從表面形貌來(lái)看：沙子表面形貌比較平滑圓潤(rùn)，而石子一般為碎石，其表面尖銳且極不規(guī)則，對(duì)攪拌葉片的磨損作用更加強(qiáng)烈。2)綜上所述，考慮石子為造成攪拌葉片磨料磨損的主要磨料。根據(jù)文獻(xiàn)[6]、[7]，可得線磨損度

5、表達(dá)公式如下：離，在其垂直方向上所磨損的厚度dh；K為磨損系數(shù)，與磨料和被磨材料的硬度，表面情況等相關(guān)；p為表面壓力；H為材料的硬度。由(1)式可以推出線磨損率公式：考慮石子的體積分?jǐn)?shù)ζ，即在攪拌過(guò)程中攪拌葉片和石子接觸、滑動(dòng)產(chǎn)生磨損的概率為ζ，所以攪拌葉片線磨損率公式可修正為：這里ζ的表示線磨損率，表示摩擦物體表面法向方向尺寸的變化速率；v表示相對(duì)滑動(dòng)速度。由(2)式可知，若磨損系數(shù)K為常數(shù)，則磨料磨損時(shí)，磨損率與載荷成正比，與材料硬度成反比，但在一些試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)磨料磨損系數(shù)K并不是常數(shù)，而與磨料中的

6、磨料硬度(Ha)同被磨材料硬度(Hm)的相對(duì)大小有關(guān)。一般分為三個(gè)區(qū)，具體為：①低磨損區(qū)：在1．25Ha＜Hm的范圍內(nèi)，磨損系數(shù)K正比于Hm－6；②過(guò)度磨損區(qū)：在0．8Ha＜Hm＜1．25Ha的范圍內(nèi)，磨損系數(shù)K正比于Hm－2．5；③高磨損區(qū)：在Hm＜0．8Ha的范圍內(nèi)，磨損系數(shù)K基本保持恒定。2參數(shù)設(shè)置2．1攪拌機(jī)相關(guān)參數(shù)設(shè)定根據(jù)實(shí)際工況和相關(guān)技術(shù)資料，確定攪拌機(jī)相關(guān)材料參數(shù)與工作參數(shù)如下：攪拌機(jī)所使用電機(jī)的功率為37kW，轉(zhuǎn)速為32r/min，葉片軸向角為45°，葉片頂端距軸心約700mm。攪拌葉

7、片使用的材料為灰鑄鐵，其彈性模量為66MPa，泊松比為0．27，屈服極限為572MPa，其布氏硬度為210MPa[5]。2．2攪拌物料參數(shù)設(shè)定攪拌機(jī)的攪拌物料為混凝土拌合物，其具體參數(shù)如下：混凝土拌合物攪拌均勻時(shí)，密度ρ=2500kg/m3，塑性粘度為162Pa·s[10]，所用石子(成分為玄武巖)密度ρ石≈3000kg/m3，其用量為1010kg/m3，其莫氏硬度為7，折算為布氏硬度，其約為485MPa。因此可以求得每立方米用石子體積為V石=10103000×1m3≈0．316m3，則石子在混凝土拌

8、合物中所占體積分?jǐn)?shù)ζ≈31．6%。2．3其余參數(shù)設(shè)定由磨料中的磨料硬度(Ha=210MPa)同被磨材料硬度(Hm=485MPa)的比值0．433可知，其磨料磨損處于高磨損區(qū)，其磨損系數(shù)K基本保持恒定。根據(jù)該設(shè)備使用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)得K=8×10-5。3攪拌機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的仿真計(jì)算與磨損分析3．1攪拌機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的仿真計(jì)算冶金之家網(wǎng)站考慮其磨損的一般性以及計(jì)算的經(jīng)濟(jì)性，認(rèn)為此流場(chǎng)模型為充分發(fā)展后的流場(chǎng)模型，即穩(wěn)態(tài)模型，將此時(shí)的混凝土拌合物視為不可壓牛頓流體。基于攪拌