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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：次
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。
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。
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。
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。
