秸稈木屑顆粒機(jī)環(huán)模、
壓輥是環(huán)模制粒裝備的核心部件，環(huán)模、壓輥磨損過快已成為制約環(huán)模制粒成型技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題之一。明確環(huán)模、壓輥的摩擦磨損機(jī)理對提升裝備性能、降低使用成本具有非常重要的意義。
1、失效形式
實(shí)踐中，環(huán)模、壓輥的主要失效形式可總結(jié)為以下幾種：
(1)環(huán)模工作一段時(shí)間后，模孔內(nèi)壁磨損，孔徑變大，生產(chǎn)出來的顆粒直徑增大，超過規(guī)定的直徑要求，環(huán)模失效；
(2)環(huán)模工作一段時(shí)間后，環(huán)模內(nèi)壁磨損，環(huán)模內(nèi)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(huán)模孔的進(jìn)料斜面被磨掉，物料不易進(jìn)入模孔，擠壓力減少，逐漸�？锥氯�，導(dǎo)致環(huán)模失效；
(4)壓輥工作一段時(shí)間之后，壓輥表面的齒形磨損，導(dǎo)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(huán)模、壓輥發(fā)生劇烈磨損的照片。
2、磨損機(jī)理分析
為進(jìn)行環(huán)模、壓輥的磨損機(jī)理分析，分別對飼料制粒機(jī)與生物質(zhì)制粒機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)。生產(chǎn)試驗(yàn)條件如下：
(1)飼料環(huán)模制粒機(jī)生產(chǎn)試驗(yàn)。環(huán)模材料為X46Cr13，熱處理工藝為1050℃淬火和200℃兩次回火。環(huán)模安裝在某公司某型號環(huán)模制粒機(jī)上進(jìn)行飼料生產(chǎn)試驗(yàn)，制粒機(jī)電機(jī)功率為75kW×2，環(huán)模轉(zhuǎn)速為265r/min，生產(chǎn)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(chǎn)狀態(tài)下工作500h后將環(huán)模卸下進(jìn)行磨損機(jī)理分析。
(2)生物質(zhì)環(huán)模制粒機(jī)生產(chǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備采用某公司開發(fā)的9EYK1800型生物質(zhì)燃料固化成型機(jī)，該機(jī)環(huán)模臥式放置，采用組合式結(jié)構(gòu)（環(huán)模由45個(gè)模具單元組合而成），現(xiàn)已廣泛用于秸稈成型燃料的生產(chǎn)。主要技術(shù)參數(shù)為：主機(jī)功率45kW，生產(chǎn)率1.3～1.8t／h，燃料成型率95%以上，產(chǎn)品密度0.8～1.2g/cm3，適用于小麥秸稈、水稻秸稈等生物質(zhì)原料成型。試驗(yàn)原料為姜堰市周邊2012年秋季收獲后的水稻秸稈，經(jīng)曬干后切斷為碎粒狀，粒度在5～15mm范圍內(nèi)，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(yàn)結(jié)束后，分別在環(huán)�？讉�(cè)壁取樣進(jìn)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(jī)環(huán)模，還是生物質(zhì)制粒機(jī)環(huán)模，�？妆砻婢哂忻黠@的犁溝和變形脊，同時(shí)伴有少量點(diǎn)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�？字兄饕軆蓚�(gè)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(jiān)硬細(xì)小的“不可壓縮團(tuán)，這些“不可壓縮團(tuán)”在法向力作用下被壓人金屬表面，同時(shí)切向力推動磨粒運(yùn)動，對金屬表面進(jìn)行切削中明顯的溝槽切痕。較軟的物料則在循環(huán)載荷下與模具表面突出部位或犁溝產(chǎn)生周期性的接觸，雖然每次循環(huán)應(yīng)力中的最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服極限，但是循環(huán)應(yīng)力的每次應(yīng)力循環(huán)都對環(huán)模造成輕微損傷；隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，當(dāng)損傷積累到一定程度時(shí)，在環(huán)模表面或者內(nèi)部出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展直至斷裂。環(huán)模在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下，首先在表層產(chǎn)生初始疲勞裂痕，然后在滾動接觸過程中裂紋擴(kuò)展，最后使環(huán)模表層金屬呈小片狀剝落下來，在外表面形成一個(gè)個(gè)小坑，出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕。
因此，環(huán)模制粒機(jī)環(huán)模的磨損是切削損傷機(jī)制的硬磨料磨損和疲勞損傷機(jī)制的軟磨料磨損綜合作用的結(jié)果。
同時(shí)，根據(jù)工作原理分析可知，環(huán)模、壓輥的磨損是環(huán)模表面、壓輥表面與環(huán)模壓輥表面之間的粉體在壓力作用下相互作用而導(dǎo)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(xiàn)滑動摩擦；而環(huán)模制粒機(jī)工作過程中，飼料粉體、生物質(zhì)粉體與環(huán)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(jī)理非常復(fù)雜。對環(huán)模制粒過程中三體（環(huán)模、壓輥、粉體）軟磨損機(jī)理的進(jìn)一步深入研究是正確設(shè)計(jì)環(huán)模、壓輥表面，提升環(huán)模、壓輥使用壽命的關(guān)鍵。
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