發(fā)布時(shí)間:2015-03-27 09:53:06
破碎輥是大型輥式破碎機(jī)的關(guān)鍵部件，在長期工作中輥面受滑動摩擦力和支反力的作用，產(chǎn)生磨粒磨損和疲勞磨損，導(dǎo)致兩輥間隙變大，造成出料粒度不均勻的后果，嚴(yán)重影響生產(chǎn)質(zhì)量。因此，為保證生產(chǎn)，需要定期修復(fù)破碎機(jī)的磨損輥面，恢復(fù)其尺寸精度。在線堆焊技術(shù)為大型輥式破碎機(jī)磨損輥面的常用修復(fù)技術(shù)，而近些年廣泛用于冶金輥修復(fù)的等離子噴涂技術(shù)，不僅可用于破碎輥磨損輥面的修復(fù)，而且更易于制備厚度可精確控制的復(fù)合功能修復(fù)涂層。目前噴涂操作多由人工完成，存在以下2個(gè)問題：噪聲和輻射影響工人身心健康；噴涂的運(yùn)動參數(shù)由人工判斷控制，導(dǎo)致修復(fù)層與磨損輥面的結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生突變區(qū)域，嚴(yán)重影響修復(fù)層的壽命。為改善這一現(xiàn)狀，我們應(yīng)用自動控制技術(shù)代替人工控制，對磨損輥面實(shí)行等離子噴涂在線修復(fù)。首先建立噴涂點(diǎn)的涂層厚度模型，確定噴涂變參數(shù)；再建立噴涂變參數(shù)的控制模型；后分析該控制模型的可靠性。
基于平面直線軌跡上噴涂點(diǎn)涂層厚度模型的分析，可推導(dǎo)出輥面上噴涂點(diǎn)的涂層厚度模型，確定噴涂變參數(shù)。
輥面上噴涂點(diǎn)的涂層厚度與平面直線軌跡的不同之處在于，噴涂面由平面變?yōu)閳A柱面，且噴涂軌跡由直線變?yōu)橘N合輥面的曲線。由于噴槍噴涂至輥面所形成涂層的覆蓋面積與輥面面積比值很小，可視為噴涂點(diǎn)在磨損輥面上所形成的涂層，近似于平面上所得圓形涂層。因此，重點(diǎn)研究基于輥面噴涂軌跡的涂層厚度模型。
（1）輥面噴涂修復(fù)的噴涂軌跡規(guī)劃
基于破碎輥圓柱形的幾何外形，為增強(qiáng)輥面的耐磨性，采用圓柱螺旋線噴涂軌跡。沿圓柱螺旋線軌跡噴涂的接縫方向，與破碎輥相對物料運(yùn)動產(chǎn)生的切向滑動摩擦力相差一個(gè)軌跡傾角，修復(fù)后的涂層接縫能在工作過程中抵消一部分破碎力，具備更高的強(qiáng)度。
（2）輥面螺旋線軌跡上噴涂點(diǎn)的涂層厚度模型
將輥面沿圓柱螺旋線噴涂軌跡展開，由圓柱螺旋線軌跡可知，此時(shí)噴槍相對輥面的進(jìn)給速度由破碎輥?zhàn)赞D(zhuǎn)的盤車速度和噴槍沿破碎輥軸線進(jìn)給速度合成，且夾角為螺旋角。
噴涂點(diǎn)的涂層厚度與噴涂距離、噴射張角、盤車速度及噴粉量有關(guān)。而沿圓柱螺旋線軌跡噴涂修復(fù)時(shí)，要求涂層厚度隨磨損量而變化。對磨損輥面噴涂時(shí)，由于磨損量與噴槍至未磨損輥面距離的比值很小，可將噴槍至磨損輥面的距離h視為常量，同時(shí)盤車速度和噴射張角均為常量，上述參數(shù)均不符合控制要求；可通過控制可控變量實(shí)現(xiàn)涂層厚度隨磨損量而變化，因此，可控變量為噴涂變參數(shù)。
但從修復(fù)涂層性能上看，當(dāng)涂層厚度過大時(shí)，輥面長時(shí)間噴涂造成涂層過厚和受熱變形，致使涂層冷凝后存在較大的殘余應(yīng)力，引起涂層結(jié)合不良，甚至開裂、翹曲和分層。因此，對磨損量較大的區(qū)域，為保證涂層與基體的涂層結(jié)合強(qiáng)度，應(yīng)采用多道次噴涂，由此引入噴涂道次。因此，噴涂變參數(shù)有噴粉量及噴涂道次。
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（1）噴粉量與涂層厚度的關(guān)系
對磨損輥面噴涂時(shí)，由于噴涂距離、噴射張角和盤車速度為恒定值，可簡化涂層厚度表達(dá)式，得到噴粉量與涂層厚度呈正比關(guān)系。
（2）噴涂道次與涂層厚度的關(guān)系
針對破碎輥磨損機(jī)理，采用磨粒磨損和剝落抗力高且結(jié)合強(qiáng)度好的粉末作為噴涂粉末。硬質(zhì)合金對外表面等離子噴涂時(shí)的大允許涂層厚度是0.38mm。涂層厚度為各噴涂道次所對應(yīng)單道涂層厚度的總和，且每道涂層厚度需控制在大允許涂層厚度0.38mm以內(nèi)。
（3）噴粉量和噴涂道次控制
噴涂前，用激光位移傳感器沿規(guī)劃的噴涂軌跡，測量傳感器離輥面的垂直距離，得到磨損量，并以二維數(shù)組為測量點(diǎn)的磨損量及其位置信息。噴粉量的調(diào)控越頻繁，修復(fù)精度越高，以大允許厚度對應(yīng)的噴粉量噴涂；后一道以剩余厚度對應(yīng)的噴粉量噴涂。
由于輥面溫度過高或過低均會提高涂層的熱殘余應(yīng)力，降低涂層的結(jié)合強(qiáng)度[9]，因此，需注意在完成一道噴涂后，應(yīng)待涂層散熱冷卻到輥面預(yù)熱溫度后再進(jìn)行下一道噴涂。
在噴涂過程中，控制噴粉量的同時(shí)，應(yīng)控制電功率、主氣、輔氣及送粉氣流量與噴粉量相配合，使粉末在等離子焰中充分融化與加熱，確保良好的涂層性能?；趪姺哿亢蛧娡康来蔚目刂颇Ｐ?，可確定經(jīng)n道修復(fù)后的涂層厚度。
測量所得輥面的磨損量分布表現(xiàn)為磨損量在破碎輥輥身中部區(qū)域大，向兩側(cè)區(qū)域逐漸減弱，且輥身中部和兩側(cè)的局部區(qū)域分別存在不同程度的磨損量差異突變現(xiàn)象，這與實(shí)際磨損情況相符。導(dǎo)致該情況產(chǎn)生的原因?yàn)椋浩扑槲锪辖?jīng)輥身中部正上方的進(jìn)料口落下，主要集中在破碎輥中部，而輥身兩側(cè)存在漏料，導(dǎo)致輥身中部的磨損量大于兩側(cè)；且物料存在個(gè)體差異，體積較大相對于體積較小的物料對輥身產(chǎn)生的反作用力更大，作用力大的位置磨損量也大，使輥身局部區(qū)域的磨損程度分布產(chǎn)生了突變。
疊加后所得涂層厚度曲線與磨損量分布情況大體一致。由于輥面上任意一點(diǎn)的所需涂層厚度由若干個(gè)測量節(jié)點(diǎn)測得的磨損量的平均值所決定，導(dǎo)致計(jì)算仿真所得的涂層厚度與所測得的磨損量分布有所偏差。
根據(jù)輥面磨損量的不同，依靠控制模型控制噴粉量和噴涂道次，對磨損量平均值小于大允許涂層厚度的區(qū)域，采用單道次、當(dāng)期噴粉量進(jìn)行噴涂修復(fù)；對磨損量平均值大于大允許涂層厚度的區(qū)域，采用多道次及各道次對應(yīng)噴粉量進(jìn)行噴涂修復(fù)，得到了修復(fù)涂層厚度與磨損量分布基本一致的仿真結(jié)果。該控制模型基本符合恢復(fù)輥面原有尺寸精度的要求。
破碎輥是大型輥式破碎機(jī)的關(guān)鍵部件，在長期工作中輥面受滑動摩擦力和支反力的作用，產(chǎn)生磨粒磨損和疲勞磨損，導(dǎo)致兩輥間隙變大，造成出料粒度不均勻的后果，嚴(yán)重影響生產(chǎn)質(zhì)量。因此，為保證生產(chǎn)，需要定期修復(fù)破碎機(jī)的磨損輥面，恢復(fù)其尺寸精度。在線堆焊技術(shù)為大型輥式破碎機(jī)磨損輥面的常用修復(fù)技術(shù)，而近些年廣泛用于冶金輥修復(fù)的等離子噴涂技術(shù)，不僅可用于破碎輥磨損輥面的修復(fù)，而且更易于制備厚度可精確控制的復(fù)合功能修復(fù)涂層。目前噴涂操作多由人工完成，存在以下2個(gè)問題：噪聲和輻射影響工人身心健康；噴涂的運(yùn)動參數(shù)由人工判斷控制，導(dǎo)致修復(fù)層與磨損輥面的結(jié)合強(qiáng)度產(chǎn)生突變區(qū)域，嚴(yán)重影響修復(fù)層的壽命。為改善這一現(xiàn)狀，我們應(yīng)用自動控制技術(shù)代替人工控制，對磨損輥面實(shí)行等離子噴涂在線修復(fù)。首先建立噴涂點(diǎn)的涂層厚度模型，確定噴涂變參數(shù)；再建立噴涂變參數(shù)的控制模型；后分析該控制模型的可靠性。
基于平面直線軌跡上噴涂點(diǎn)涂層厚度模型的分析，可推導(dǎo)出輥面上噴涂點(diǎn)的涂層厚度模型，確定噴涂變參數(shù)。
輥面上噴涂點(diǎn)的涂層厚度與平面直線軌跡的不同之處在于，噴涂面由平面變?yōu)閳A柱面，且噴涂軌跡由直線變?yōu)橘N合輥面的曲線。由于噴槍噴涂至輥面所形成涂層的覆蓋面積與輥面面積比值很小，可視為噴涂點(diǎn)在磨損輥面上所形成的涂層，近似于平面上所得圓形涂層。因此，重點(diǎn)研究基于輥面噴涂軌跡的涂層厚度模型。
（1）輥面噴涂修復(fù)的噴涂軌跡規(guī)劃
基于破碎輥圓柱形的幾何外形，為增強(qiáng)輥面的耐磨性，采用圓柱螺旋線噴涂軌跡。沿圓柱螺旋線軌跡噴涂的接縫方向，與破碎輥相對物料運(yùn)動產(chǎn)生的切向滑動摩擦力相差一個(gè)軌跡傾角，修復(fù)后的涂層接縫能在工作過程中抵消一部分破碎力，具備更高的強(qiáng)度。
（2）輥面螺旋線軌跡上噴涂點(diǎn)的涂層厚度模型
將輥面沿圓柱螺旋線噴涂軌跡展開，由圓柱螺旋線軌跡可知，此時(shí)噴槍相對輥面的進(jìn)給速度由破碎輥?zhàn)赞D(zhuǎn)的盤車速度和噴槍沿破碎輥軸線進(jìn)給速度合成，且夾角為螺旋角。
噴涂點(diǎn)的涂層厚度與噴涂距離、噴射張角、盤車速度及噴粉量有關(guān)。而沿圓柱螺旋線軌跡噴涂修復(fù)時(shí)，要求涂層厚度隨磨損量而變化。對磨損輥面噴涂時(shí)，由于磨損量與噴槍至未磨損輥面距離的比值很小，可將噴槍至磨損輥面的距離h視為常量，同時(shí)盤車速度和噴射張角均為常量，上述參數(shù)均不符合控制要求；可通過控制可控變量實(shí)現(xiàn)涂層厚度隨磨損量而變化，因此，可控變量為噴涂變參數(shù)。
但從修復(fù)涂層性能上看，當(dāng)涂層厚度過大時(shí)，輥面長時(shí)間噴涂造成涂層過厚和受熱變形，致使涂層冷凝后存在較大的殘余應(yīng)力，引起涂層結(jié)合不良，甚至開裂、翹曲和分層。因此，對磨損量較大的區(qū)域，為保證涂層與基體的涂層結(jié)合強(qiáng)度，應(yīng)采用多道次噴涂，由此引入噴涂道次。因此，噴涂變參數(shù)有噴粉量及噴涂道次。
（1）噴粉量與涂層厚度的關(guān)系
對磨損輥面噴涂時(shí)，由于噴涂距離、噴射張角和盤車速度為恒定值，可簡化涂層厚度表達(dá)式，得到噴粉量與涂層厚度呈正比關(guān)系。
（2）噴涂道次與涂層厚度的關(guān)系
針對破碎輥磨損機(jī)理，采用磨粒磨損和剝落抗力高且結(jié)合強(qiáng)度好的粉末作為噴涂粉末。硬質(zhì)合金對外表面等離子噴涂時(shí)的大允許涂層厚度是0.38mm。涂層厚度為各噴涂道次所對應(yīng)單道涂層厚度的總和，且每道涂層厚度需控制在大允許涂層厚度0.38mm以內(nèi)。
（3）噴粉量和噴涂道次控制
噴涂前，用激光位移傳感器沿規(guī)劃的噴涂軌跡，測量傳感器離輥面的垂直距離，得到磨損量，并以二維數(shù)組為測量點(diǎn)的磨損量及其位置信息。噴粉量的調(diào)控越頻繁，修復(fù)精度越高，以大允許厚度對應(yīng)的噴粉量噴涂；后一道以剩余厚度對應(yīng)的噴粉量噴涂。
由于輥面溫度過高或過低均會提高涂層的熱殘余應(yīng)力，降低涂層的結(jié)合強(qiáng)度[9]，因此，需注意在完成一道噴涂后，應(yīng)待涂層散熱冷卻到輥面預(yù)熱溫度后再進(jìn)行下一道噴涂。
在噴涂過程中，控制噴粉量的同時(shí)，應(yīng)控制電功率、主氣、輔氣及送粉氣流量與噴粉量相配合，使粉末在等離子焰中充分融化與加熱，確保良好的涂層性能?；趪姺哿亢蛧娡康来蔚目刂颇Ｐ?，可確定經(jīng)n道修復(fù)后的涂層厚度。
測量所得輥面的磨損量分布表現(xiàn)為磨損量在破碎輥輥身中部區(qū)域大，向兩側(cè)區(qū)域逐漸減弱，且輥身中部和兩側(cè)的局部區(qū)域分別存在不同程度的磨損量差異突變現(xiàn)象，這與實(shí)際磨損情況相符。導(dǎo)致該情況產(chǎn)生的原因?yàn)椋浩扑槲锪辖?jīng)輥身中部正上方的進(jìn)料口落下，主要集中在破碎輥中部，而輥身兩側(cè)存在漏料，導(dǎo)致輥身中部的磨損量大于兩側(cè)；且物料存在個(gè)體差異，體積較大相對于體積較小的物料對輥身產(chǎn)生的反作用力更大，作用力大的位置磨損量也大，使輥身局部區(qū)域的磨損程度分布產(chǎn)生了突變。
疊加后所得涂層厚度曲線與磨損量分布情況大體一致。由于輥面上任意一點(diǎn)的所需涂層厚度由若干個(gè)測量節(jié)點(diǎn)測得的磨損量的平均值所決定，導(dǎo)致計(jì)算仿真所得的涂層厚度與所測得的磨損量分布有所偏差。
根據(jù)輥面磨損量的不同，依靠控制模型控制噴粉量和噴涂道次，對磨損量平均值小于大允許涂層厚度的區(qū)域，采用單道次、當(dāng)期噴粉量進(jìn)行噴涂修復(fù)；對磨損量平均值大于大允許涂層厚度的區(qū)域，采用多道次及各道次對應(yīng)噴粉量進(jìn)行噴涂修復(fù)，得到了修復(fù)涂層厚度與磨損量分布基本一致的仿真結(jié)果。該控制模型基本符合恢復(fù)輥面原有尺寸精度的要求。