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如何确定离心制管机托轮的最佳宽度?

时间:2014-12-19|阅读:
在离心制管成型过程中,离心制管机托轮承受着模具重力,模具靠其跑轮和托轮之间的摩擦而带动旋转。

理论上讲,轮面受力于一条与轴线相平行的直线。实际上由于材料的弹性而是一个非常窄长的面积。当托轮和跑轮的材料同是铸钢时,接触材料弹性模量=2.06×105;当两者材料不同时,弹性模量应取其综合值。

如果离心管为Φ1400mm,长4000mm,模具自重为6670kg,混凝土管自重为4330kg,不经热处理铸钢跑轮许用接触应力取324N/mm2,经过详细计算得出离心机托轮宽度=75mm。

目前工厂应用于比Φ1400管小得多的Φ800以下管子的离心机托轮宽度大都在100mm左右。一般在使用3~6个月时(2~3班制生产),托轮外径减小2~4mm。此时轮子不但失去圆度,而且各轮磨损不均,造成离心时模具跳动过大,影响管子质量。这时轮子必须在修至需要尺寸时才能恢复正常运转。若是理论计算和实际使用的轮子宽度过小,会使轮子疲劳损坏和磨损加剧,修理周期缩短,维修费用增大,影响生产效率和产品质量。有的在设计离心机时,离心机夹角(取90°~120°)和轮子直径常用计算确定,而轮宽采用“经验宽度”“类比宽度”解决。

为了使计算所得轮宽和实际使用轮宽不仅基本相符,而且其使用寿命长而合理。本文试图从分析轮子实际受力、工作状态着手,探求更接近实际的轮宽的计算方法。
离心制管机
1. 托轮受力状态和实际工作条件分析

为了增加离心混凝土的密实度,我们希望在离心成型时有合乎条件的震动。有的厂在离心机托轮上开槽即此目的。但在轮子严重失去圆度或模具有过大偏心重的情况下,离心机在中、高速运转时,模具会剧烈跳动并和托轮相互冲撞。并且在接触表面引起很大的接触应力,这是我们所不需要的。因为它不仅容易损坏设备和模具,而且造成离心混凝土质量下降和恶化。实际上正常动转时,托轮受的力也由于震动的原因要比P大得多。

另外,处于模具两端的跑轮和托轮极易粘附水泥浆,若清理不及时,这就成为一种“研磨剂”,加剧轮子的磨损。

离心机托轮和模具跑轮理论荷载通过线传递。零件间产生的是接触应力,表面属疲劳损坏范畴。疲劳损坏的特点,由于接触应力反复作用,首先在厚度约为15~25um的表层内产生疲劳裂纹,然后裂纹沿着与表面呈锐角的方向发展,达到某一种深度后又越出到表面上来,最后以甲壳状的小片脱落,在零件表面留下小坑,这种现象称点触。判断金属接触疲劳强度的指标是接触疲劳极限,即在规定的应力循环次数下,不发生点蚀现象的最大应力。

研究的实践证明:点蚀和润滑油的存在有密切的关系。如接触处无润滑油,则将引起磨损。而磨损的速度将远远超过裂纹发展的速度。所以点蚀来不及形成,这时主要损坏形式是磨损不是点蚀。离心机托轮,当维修保养不当时,轮子表面不可避免地会有水泥浆作“研磨剂”这时损坏的形式可能是更为严重的磨损损坏。只有维护保养好的离心机托轮才有可能避免发生点蚀。

2. 离心机托轮轮宽计算公式修正和计算

模具跑轮和离心机托轮不会全长接触。实际运转时,一般跑轮与托轮的跑合长度是0.4B~0.8B。120mm宽的轮子,实际接触长度为48~96mm。

新模具跑轮,由于加工、安装等原因,初投产时个别轮子和托轮的接触长度不到0.4B,由于未经热处理的轮子较软,很快可跑合到接触长度在0.4B以上,而经热处理的轮子,硬度高,其安装要求也应高些,这样一使用就可有较长的跑合长度,减少接触应力。

对应用于做Φ800mm以下管子的离心机轮子,由于模具和混凝土重量相对较小,产生的撞击力对轮子的接触应力影响也小。考虑到轮子的通用性、互换性,轮宽系列可在80~100mm之间取值。对用于Φ1400mm以上管子生产的离心机轮子,若计算结果大于120mm时,考虑到使用时实际接触宽度只是轮总宽一部分,为了防止载荷分布过度不均匀,造成局部应力过大,建议选用合适材料经热处理提高轮子的强度和硬度,以增加接触疲劳强度和耐磨性,轮宽仍控制在120mm左右为好。

3. 结束语

3.1 离心制管时,模具应有恰到好处的震动,因此在用接触应力计算公式,设计计算离心机托轮宽度时,公式中应用动载荷系数K(对离心制管机K取2.6左右)。这样计算的轮宽和目前使用实际较为吻合。

3.2 离心机托轮疲劳损坏(点蚀)和磨料磨损都会发生。后者磨损速度远远大于前者。所以离心机的清洁保养工作对延长其使用寿命十分重要。

3.3 考虑到轮子的通用性、互换性,轮宽系列对离心Φ800mm以下管子的托轮可在80~100mm内取值;当计算宽度大于120mm时,建议选用合适材料经热处理而提高抗疲劳强度和耐磨性,以增加轮子使用寿命。避免轮面过宽,载荷不均带来局部接触应力过大。
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