巍立路桥浅析立轴冲击破碎机叶轮磨损修复

立轴冲击式破碎机是混凝土骨料加工系统的重要设备之一。叶轮通过两台电动机用三角带传动，将动力直接传递到叶轮轴，通过叶轮的高速运转，将骨料甩到破碎腔对小于60mm的骨料进行破碎。叶轮外形见 图1：



立轴冲击式破碎机用 于对小于40mm的骨料进行整形、破碎。叶轮长期在高转速、高粉尘和受力突变的环境中运行，容易发生磨损、破裂现象。若不及时处理，磨损加剧，将加大修复 工作难度，甚至会出现断裂、报废，更可能会造成安全事故。叶轮断裂见图2：因此，通过电焊修复叶轮是非常必要的。一般的情况下，为了节约成本，通常采用堆 焊技术进行修复。

立轴冲击破叶轮外形

图1　叶轮外形



叶轮断裂

图2　叶轮断裂



2、立轴冲击式破碎机的磨损原因

物料由进料斗进入碎石机，经分料器将物料分成两部 分，一部分由分料器中间进入高速旋转的叶轮中，在叶轮内被迅速加速，然后高速从叶轮四个均布的流道内抛射出去，首先同由分料器四周自由落下的一部分物料冲 击破碎，然后一起冲击到涡支腔内物料衬层上，被物料衬层反弹，斜向上冲击到涡动腔的顶部，又改变其运动方向，偏转向下运动，从叶轮流道发射出来的物料形成 连续的物料幕。这样一块物料在涡动破碎腔内受到两次以至多次机率撞击、磨擦和研磨破碎作用。由以上的破碎机运作原理可以发现，破碎机的叶轮是立轴冲击式破碎机的关键部件，其性能的好坏直接影响破碎机的工作效率。同时，导致叶轮磨损主要有以下几个因素：



（1）岩石的岩性

如果立轴冲击式破碎机加工对象为玄武岩的话，玄武岩具有硬度高（237Mpa）、磨蚀性强的特点，长时间的运转会加快了叶轮的磨损。



（2）进入设备的物料颗粒大小不符合规定要求。

工作时禁止大于规定尺寸的物料进入破碎机，否则，可能会引起叶轮不平衡，同时大的颗粒会对高速运转的叶轮产生巨大损害，直接加剧其磨损。



（3）给料不连续、不均匀。



（4）叶轮自身质量较差或没有达到质量要求



3、传统的叶轮表面进行耐磨修复的方法

修复叶轮的磨损面，应首先明确采用焊接工艺中的熔焊大类下的堆焊方法。所谓堆焊，即为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行 的焊接。堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于设备部件的修复中。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较 小的母材稀释、较高的熔敷速度和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。传统的修复方法是采用耐磨焊条对叶轮表面进行堆焊，这样可以使叶轮 表面覆盖耐磨涂层，使其重新具备良好的工作性能而达到修复的目的。该方法虽然能达到修复效果，但由于对耐磨焊条的需求量大，同时耐磨焊条的价格偏高，所以 使用该方法对叶轮进行修复的成本是很高的。因叶轮常磨损需要修复，为节约检修成本，在经过反复试验对比的情况下，采用成本较低的不锈钢焊条与耐磨焊条搭配 使用对叶轮进行修复，既能达到使用要求，同时能够降低成本。



4、叶轮表面材质分析

立轴冲击式破碎机叶轮采用ZG40Mn中碳铸钢制成，其化学成分、机械性能见表1、表2。



表1　叶轮本体材料化学成分表

C Si Mn S P

0.4% 0.5% 0.9% 0.05% 0.04%





表2　叶轮机械性能表

叶轮材料

热处理

类型

机械性能

硬度

HB

бs ㎏ /mm2 бb ㎏ /mm2 δ5% Ψ%

ZG40Mn

正火+ 回火

65 30 12 30 ≥ 163







5、修复叶轮试验

根据对叶轮的材质分析，选用耐磨焊条修复叶轮表面磨损是完全可行的，并且也不会影响设备使用寿命。由于耐磨焊条成本偏高，因此，在保证设备安全、延长叶轮 使用时间的前提下，为降低成本，能不能换一种焊条，或者用几种比较经济的焊条搭配使用，从而降低成本。先采用了不锈钢焊条进行试验。修复后的叶轮使用时间 大大减小，使得单位成本有一定的升高，遂放弃这种方法。由于不锈钢焊条成本相对于耐磨焊条价格低廉，并且性能优良，用不锈钢焊条打底，然后用耐磨焊条盖面 进行试验，分析能否降低成本，保证使用时间。根据叶轮表面材料性质，选用了以下几种电焊条。焊条的性质如表3 所示：

表3　不同型号焊条的机械性能

型号 电焊条名称 机械性能

D656 铸铁堆焊电焊条 堆焊层硬度高，耐强磨料磨损具有良好的抗冲击、抗氧化及耐气蚀性。

TDM-8 堆耐磨碳化钨电焊条 堆焊层具有硬度高、韧性好、耐高温和耐磨损。

A002

钛钙型药皮不锈钢电焊条 有很好的抗晶间腐蚀性能、良好的焊接工艺性能，药皮耐红，强度好，抗气孔性好。

G217

Cr13 不锈钢电焊条 用于如汽轮机叶片的补焊及对接，也可用于耐蚀、耐磨的表面堆焊。

CHS102

钛钙型药皮不锈钢电焊条

焊缝金属具有良好的力学性能及抗晶间腐蚀性能，电弧柔和、飞溅很小，焊缝成型美观，焊条不易发红，全位置焊接性良好，焊条药皮强度好。





采用手工电弧焊并选用D656铸铁堆焊焊条以及G217不锈钢焊条进行堆焊，以G217不锈钢焊条打底，D656铸铁堆焊焊条盖面，堆焊完成后，使用40 天时，就发现磨损比较严重。同时经过计算，平均单位成本也较高，因此排除这种搭配方式。因以上两种焊条成本过高，于是采用加权平均法选用成本较低的焊条组 合。选择A002不锈钢电焊条打底，D656铸铁堆焊焊条盖面进行测试，经焊后的试件试用平均38天已损坏。单位成本依然较高。再次选用A002不锈钢电 焊条打底，TDM-8耐磨碳化钨电焊条盖面。经过试验，使用寿命达43 天，单位成本有所下降。又选用CHS102不锈钢电焊条打底，TDM-8电焊条进行盖面。经试验发现，平均使用天数达到了45天。经过计算，单位成本降低 到大约10 元/天。以上所有试验的数据统计如下：

焊条类别 使用量 单价 总价 使用天数 单位成本

D656 10公斤 53元 530元 48 11.1元/天

CHS102 10公斤 35元 350元 30 11.8元/天

D656+G217 各5公斤 均价50元 500元 40 12.5元/天

D656+A002 各5公斤 均价47元 470元 40 11.8元/天

TDM8+A002 各5 公斤 均价45 元 450 元 43 10.5 元/天

TDM8+CHS102 5 公斤均价 45 元 450 元 45 10 元/天



根据以上实验数据，可以清楚的看到，采用TDM-8堆耐磨碳化钨电焊条以及CHS102不锈钢电焊条后，使用寿命仅比使用一种耐磨焊条进行修复减少了5天，而单次修复总成本却减少了80元，致使单位成本减少了1.1元，降低了成本，成为堆焊修复立轴冲击式破碎机叶轮表面磨损的新方法。



通过选用不同种类的电焊条搭配，对立轴冲击式破碎机叶轮进行表面修复，延长了设备的维护周期，延长了生产使用时间。同时，降低了单位成本，提高了经济效益，是一种较为可取的新方法。



该方法可作为以后立轴冲击式破碎机叶轮进行表面修复参考。但同时仍然存在一些问题没有涉及到，比如如何对不同种类的电焊条的数量进行搭配，能使特定种类的电焊条的修复工作成本达到最小。这些问题在以后的工作中应该不断钻研，争取有新的突破。