作者：焦作堅(jiān)固水泥 王占光

輥壓機(jī)是水泥粉磨的主要設(shè)備，它由兩個(gè)速度相同、相對(duì)運(yùn)動(dòng)的輥?zhàn)铀M成。物料由上部喂入，經(jīng)雙輥擠壓后排出。其輥面的損壞形式包括磨損、疲勞起皮剝落、異物破壞、焊接缺陷等。

1.磨損

從理論上說，輥壓機(jī)兩個(gè)輥?zhàn)拥南嘞蜻\(yùn)轉(zhuǎn)，線速度一致，但實(shí)際上，不可能完全一致，因?yàn)閮膳_(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)因制造原因、負(fù)載原因，轉(zhuǎn)速會(huì)有差異；

其二，由于運(yùn)行中的振動(dòng)，輥?zhàn)拥膶?duì)應(yīng)點(diǎn)線速度不可能完全一致；有這兩種速度差異，造成每個(gè)輥對(duì)物料的拉入速度的不同，物料會(huì)在被拉入的過程中翻滾、滑動(dòng)，相對(duì)的運(yùn)動(dòng)便會(huì)產(chǎn)生磨損。

其三，由于輥面的粗糙，其對(duì)應(yīng)點(diǎn)的直徑肯定不一致、速度會(huì)有差異，也會(huì)造成與物料的相對(duì)滑動(dòng)，只要有相對(duì)滑動(dòng)，輥?zhàn)拥哪p就不可避免。

其四，由于輥縫始終是變化著的，且兩側(cè)輥縫也并不一致，所以輥縫各處的下料速度并不相同，輥縫大處的小顆粒的速度或會(huì)大于輥面速度，有速差就會(huì)有磨損。

其五，較大的顆粒被兩輥咬合時(shí)還會(huì)打滑，也會(huì)有相對(duì)的滑動(dòng)，所以磨損就不可避免。綜合多方面的原因，輥壓機(jī)輥面的磨損是一定的，由于壓力很大，物料很硬，如果輥面沒有較高的硬度和耐磨性，輥面會(huì)磨損很快。

2.疲勞剝落也是輥面損壞的基本方式

輥面一般由三層組成，第一層為過渡層，與輥壓機(jī)軸的外面焊接在一起，厚度20mm左右；第二層為耐磨層，焊在過渡層上面，厚度20mm左右；第三層是花紋層，主要用于增大對(duì)物料的咬合效率，迫使物料與輥?zhàn)油健Ｓ捎谳亯簷C(jī)的輥面單位面積受到的壓力很大，每平方厘米就有幾千公斤，再由于來料顆粒并非均勻，局部實(shí)際壓力更大，很容易超出材料的疲勞極限，且再通過轉(zhuǎn)動(dòng)，這些壓力反復(fù)作用于輥面，金屬的疲勞就不可避免。

據(jù)相關(guān)資料介紹（高明東先生），對(duì)于輥壓機(jī)等耐磨堆焊工件尤其是輥壓機(jī)在使用過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)表面剝落掉塊的情況，深度和面積不定，這都屬于疲勞破壞的范疇。疲勞破壞是由于在零部件的局部高應(yīng)力區(qū)，較弱的晶粒在變應(yīng)力的作用下形成微裂紋，然后發(fā)展成宏觀裂紋，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展最終導(dǎo)致疲勞破壞。所以輥面除了保證耐磨以外，也要考慮抗疲勞剝落能力，因此輥壓機(jī)輥面的材料必須有良好的塑韌性。目前已知的材料疲勞極限得出了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式

σ-1=0.5σb ————（1-1）

σ-1——材料的疲勞極限

σb——抗拉強(qiáng)度極限

輥壓機(jī)在正常使用情況下，其輥面所受到的擠壓力范圍是50-300MPa，一般情況下應(yīng)該在200MPa左右，顯然這個(gè)工作壓力遠(yuǎn)低于輥壓機(jī)常用的母體材料42CrMo鋼(σb=1080MPaσ-1≈540MPa)的疲勞極限，而輥壓機(jī)的表面堆焊材料的疲勞極限更是遠(yuǎn)高于這個(gè)數(shù)值，以這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)推論，輥壓機(jī)只會(huì)發(fā)生磨損，不會(huì)發(fā)生疲勞剝落。而實(shí)際情況往往是在距輥面20-30mm的位置發(fā)生疲勞剝落。這一方面是條紋層的裂紋向下延伸，到達(dá)最大剪切應(yīng)力的深度，而疲勞，另一方面就是在輥壓機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)意外情況而引起輥面壓力在某處某時(shí)超過了材料的強(qiáng)度極限或在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)超過了疲勞極限而使材料在最大剪切深度處產(chǎn)生了微裂紋。輥壓機(jī)的疲勞剝落是由循環(huán)變應(yīng)力、拉應(yīng)力、和塑性應(yīng)變同時(shí)作用而造成的。循環(huán)變應(yīng)力使裂紋形成，拉應(yīng)力使裂紋擴(kuò)展，塑性應(yīng)變影響整個(gè)疲勞過程。如三者缺一，則疲勞不可能形成及擴(kuò)展。

對(duì)剪切應(yīng)力最大值所處位置的探討是有必要的。確定了位置即深度，可以在此處提高輥材或堆焊層的疲勞強(qiáng)度，就提高了擠壓輥的抗疲勞剝落的壽命。按純彈性理論推算的數(shù)據(jù)——最大疲勞剪切應(yīng)力距離輥面的深度，應(yīng)該是物料與輥面接觸的面積上輥面弧長(zhǎng)的一半的0.786倍。

接觸輥面輥面弧長(zhǎng)L= Dπ×(γ÷3600) ————（1-2）

D——輥壓機(jī)直徑

γ——咬入角

按照這個(gè)方法可以大概估算疲勞深度，但誤差非常大，實(shí)際理論疲勞深度遠(yuǎn)小于此值。輥壓對(duì)咬入角的積分計(jì)算，0.786b約為5.2mm。綜上如果考慮到安全系數(shù)和數(shù)學(xué)模型的誤差的話，那么，輥壓機(jī)的最大剪切應(yīng)力的深度是在10mm～15mm左右，正好是過渡層的深度，這可能也就是輥壓機(jī)堆焊層設(shè)計(jì)的理論依據(jù)之一。

且輥徑與疲勞深度成正比，輥徑越大，其可能發(fā)生疲勞的深度越大；咬入角與疲勞深度成正比，咬入角越大，可能發(fā)生疲勞的深度越大。咬入角γ的大小取決于物料的種類、粒度、形態(tài)及兩輥的間隙、輥壓、輥面狀態(tài)（條紋形狀）、輥徑及轉(zhuǎn)速等因素。影響最大的顯然是輥縫間隙和輥壓，輥縫間隙越小，輥壓越大，都會(huì)使得咬入角變大，使得疲勞深度變深?？刂坪线m輥縫，顯然原始輥縫越小，物料的通過量也就越小，為了達(dá)到較高的產(chǎn)量就必須提高料倉的壓力，將輥縫撐開強(qiáng)行增大通過量，這時(shí)，料柱升高，咬入角γ加大，同時(shí)輥縫間隙內(nèi)的料餅密度增加，最小輥縫處的壓力值也急劇升高，這些都會(huì)造成輥面壓力更接近疲勞強(qiáng)度，并且與最大剪切應(yīng)力的深度成正比，對(duì)保證疲勞壽命不利。

3.焊接缺陷引起的掉渣、掉塊

輥?zhàn)虞伱娴暮附舆^渡層、耐磨層、花紋層，若在焊接施工中存在缺陷，如未熔合、氣孔、裂紋等，其抵抗外力的能力時(shí)就會(huì)顯得十分脆弱，在反復(fù)的擠壓下，因應(yīng)力集中嚴(yán)重，很快會(huì)在循環(huán)應(yīng)力的作用下，疲勞脫落，甚至?xí)驊?yīng)力超過其強(qiáng)度極限，直接遭到破壞。還有層間硬度梯度不協(xié)調(diào)，也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，在循環(huán)應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生裂紋，逐步起層剝落。

4.異物造成輥面焊接破壞

由于硬質(zhì)材料的進(jìn)入，如不銹鋼、錳鋼等進(jìn)入輥壓機(jī)，由于其無法被碾碎，輥壓機(jī)上千噸的壓力會(huì)全部作用于該處，超過輥面強(qiáng)度極限，將輥面直接壓潰、破壞。

以上是輥壓機(jī)輥面損壞的方式，其避免方法也有幾點(diǎn)：

首先是要嚴(yán)格按照規(guī)程對(duì)輥面堆焊（包括修復(fù)），保證焊接質(zhì)量，保證輥面圓度，控制好直徑誤差；

其二，系統(tǒng)除安裝除鐵器外，要配置金屬探測(cè)儀，當(dāng)探測(cè)到有金屬時(shí)必須撿出，關(guān)于磨損問題只有通過選擇合適的耐磨焊接材料來解決。關(guān)于焊接工藝介紹較多，也不盡相同，不再贅述。

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