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摘要:本文在分析非公路矿用自卸车车厢磨损机理的基础上,探讨了非公路矿用自卸车车厢常用耐磨材料,最后还就耐磨材料发展对于车厢设计的影响进行分析,指出对于矿山使用车厢的具体情况进行具体分析,以便通过合理选择耐磨材料。
关键词:非公路矿用自卸车,车厢耐磨,耐磨材料,磨损问题
对于非公路矿用自卸车来说,车厢重量大约为整车净重的25%~35%左右,其70%的零件都是钢板制作的,车厢的磨损非常严重,这是由于其直接与矿石相接处,车厢最常见的失效就是磨损问题。所以,通过分析车厢的磨损形式和机理,能够有效探索提高车厢寿命的方法,改善车厢磨损的现状,使得资源利用率大大提高,对于提高矿山开发的经济效益具有重要意义。
1.非公路矿用自卸车车厢磨损机理分析
分析矿石作用在钢板表面的力,可以将其分解为切向力和法向力。其中,矿石磨粒向前推进则是切向力,使矿石磨粒压入钢板表面则是法向力,对于特定运动方向的特定形状的矿石磨粒来说,其有可能在钢板表面像刀具一样工作,能够进行表面切削而形成切屑。尽管这种切屑的深度和宽度都比较小,但是,这是在公路矿用自卸车车厢最为常见的磨损。
分析矿石划过钢板表面的过程,接触的钢板材料具有向前缘和两边运动的趋势,造成此部分材料具有比较大的塑性变形,尽管还没有脱离母体,但较大的变形出现在沟底及沟槽附近。在犁沟过程中,在切削作用下,部分材料变成切屑,另外一部分没有被切削的材料,则出现犁皱情况,即在塑变之后而推向前缘或者两侧。在两侧和前缘的材料都是由于犁沟或犁皱的堆积作用,这些还应该包括沟槽中的材料,在矿石磨粒作用下,已堆积的材料很可能出现压平的情况,或者再次进行相关的犁皱变形,产生反复的塑变,这样而形成的加工硬化或者其他强化作用力,使得上述部分材料最终剥落而成为磨屑[1]。
受到冲击力的影响,矿石颗粒的硬度大于钢板表面的硬度的情况时,矿石颗粒就存在压入钢板表面的情况,塑性流动在钢板材料中产生,使得凹坑和相关的凸缘形成。当再次出现上述情况时,第二次矿石颗粒在此压入凹坑,塑性流动反复发生,钢板材料的硬化过程不可避免,这样就会产生脆性剥落以致成为切屑。
综上分析,磨料磨损则是多种磨损机理的共同作用的结果,在不同的磨损条件下,即磨料磨损经常从一种机制转为另一种机制。
2.非公路矿用自卸车车厢常用耐磨材料分析
2.1.淬火回火高强度耐磨钢板
这种淬火回火高强度耐磨钢板俗称QT板,具有高硬度、高强度特点,在钢板热轧成型的基础上,得到相应的硬度和强度则是通过淬火回火工艺而获得,一般能够达到硬度在400HB以上,抗拉强度在1 200 MP以上,还能具备较好的焊接性能,具备热切割能力和较好的冷加工能力。
2.2.工程塑料板
由于工程塑料板具有较好的材料力学性能,能够部分代替钢板作为结构用件。考虑其一般为热塑性材料的特点,具有重量比较轻和密度比较小的性质。比较光滑的表面,能够有效防止粘连潮湿的粘土。车轴耐磨村板比较适合具有较好耐磨性的工程塑料板,但需要注意,工程塑料对温度的敏感性很高,一般最高温度不应该超过120℃,否则则会严重影响整体性能。在低温时候容易产生低温脆性,不能在使用时超过温度极限。综上所述,工程塑料一般应用于冲击不大的、松散的矿山工矿,主要在小吨位矿用车车厢和铰接车车厢。
2.3.复合金属材料
此种复合金属材料主要是由高碳高铬(钨)所进行相关的配比,这样而产生的大量的碳化钨、碳化铬的硬质颗粒,上述颗粒的最高微观硬度能够达到1750HV,此外,一定厚度的板材则使用过特殊的粉末冶金的相关制造工艺而成,然后,在普通的碳素钢板的基材上进行焊接处理。通过上述做法,能够使得整体保持一定的强度,还能保持表面的非常强的耐磨性能,不容易被破坏;上述方法在成本上能够大大节省,降低成本而提高其经济性。相比于高强度耐磨钢板,考虑到碳化钨、碳化铬的抗冲击性能赶不上前者,所以,在大冲击的工况下,不建议使用,而应该在矿用车尾部的位置使用则是较为合适。
2.4 橡胶耐磨板
通过合成橡胶制成的橡胶耐磨板一般具有较好的抗臭氧性、抗氧化性、耐老化和不易燃等特性。具有较强的抗拉能力,是由于中间夹有多层帘布;另外,能够对于矿石冲击具有缓冲作用,其变形能力大大高于钢板,能够有效保护整车。但是,橡胶受到环境温度影响比较大,性能受到温度影响而下降较快,耐寒性比较差。考虑到其自身强度比钢板弱很多,则应该采用铺装厚度大的方式,一般厚度为2~4英寸。由于能够增加整车的重量,这种密度比较大的橡胶板会造成较差的燃油经济性。
3.耐磨材料发展对于车厢设计的影响分析
最近几年,在车厢设计中已经越来越多使用到一些新的材料,比如,通过选用性能级别比较高的耐磨钢板或是高强度结构钢板,能够在保证车厢原设计强度不变的基础上,有可能降低钢板的厚度,使得整体车重有所降低,达到能够尽可能多运送矿石和剥离物,在空载时还能有效降低自重,提高运输效率,同时,使得燃油经济性也有提高。
总之,通过新材料的应用,能够改进并提升车厢设计,分析其优点包括以下几个方面:第一,提高运输效率,增加载重量,使得矿山经济效益所有提高;第二,车厢自重降低,能够有效保证生产成本的降低,使得OEM经济效益提高;第三,延长矿车使用寿命,使得装载冲击得到缓解;第四,轮胎磨损减少能够实现绿色环保;第五,节能减排能够通过燃油消耗而降低;第六,耐磨性提高能够减少资源损耗,维修时间有所减低,经济效益所有提高。
4.结语
通过分析在非公路矿用自卸车车厢的耐磨材料的应用,指出在清晰认识车厢磨损状况的基础上,了解物料硬度以及具体相关的使用工况条件的基础上,应该对于矿山使用车厢的具体情况进行具体分析,以便通过合理选择耐磨材料,提出有效的解决方案,这样才能有效提高车厢的使用寿命,同时,上述研究对于矿山使用有着重要的现实意义。
参考文献:
[1] 林新忠. 矿车轮对非区常磨损原因分析及预防措施[J]. 能源与环境, 2012,(3).
[2] 许腊信. 索道设备磨损与车厢更新改造[J].中国索道, 2002,2(1).
关键词:非公路矿用自卸车,车厢耐磨,耐磨材料,磨损问题
对于非公路矿用自卸车来说,车厢重量大约为整车净重的25%~35%左右,其70%的零件都是钢板制作的,车厢的磨损非常严重,这是由于其直接与矿石相接处,车厢最常见的失效就是磨损问题。所以,通过分析车厢的磨损形式和机理,能够有效探索提高车厢寿命的方法,改善车厢磨损的现状,使得资源利用率大大提高,对于提高矿山开发的经济效益具有重要意义。
1.非公路矿用自卸车车厢磨损机理分析
分析矿石作用在钢板表面的力,可以将其分解为切向力和法向力。其中,矿石磨粒向前推进则是切向力,使矿石磨粒压入钢板表面则是法向力,对于特定运动方向的特定形状的矿石磨粒来说,其有可能在钢板表面像刀具一样工作,能够进行表面切削而形成切屑。尽管这种切屑的深度和宽度都比较小,但是,这是在公路矿用自卸车车厢最为常见的磨损。
分析矿石划过钢板表面的过程,接触的钢板材料具有向前缘和两边运动的趋势,造成此部分材料具有比较大的塑性变形,尽管还没有脱离母体,但较大的变形出现在沟底及沟槽附近。在犁沟过程中,在切削作用下,部分材料变成切屑,另外一部分没有被切削的材料,则出现犁皱情况,即在塑变之后而推向前缘或者两侧。在两侧和前缘的材料都是由于犁沟或犁皱的堆积作用,这些还应该包括沟槽中的材料,在矿石磨粒作用下,已堆积的材料很可能出现压平的情况,或者再次进行相关的犁皱变形,产生反复的塑变,这样而形成的加工硬化或者其他强化作用力,使得上述部分材料最终剥落而成为磨屑[1]。
受到冲击力的影响,矿石颗粒的硬度大于钢板表面的硬度的情况时,矿石颗粒就存在压入钢板表面的情况,塑性流动在钢板材料中产生,使得凹坑和相关的凸缘形成。当再次出现上述情况时,第二次矿石颗粒在此压入凹坑,塑性流动反复发生,钢板材料的硬化过程不可避免,这样就会产生脆性剥落以致成为切屑。
综上分析,磨料磨损则是多种磨损机理的共同作用的结果,在不同的磨损条件下,即磨料磨损经常从一种机制转为另一种机制。
2.非公路矿用自卸车车厢常用耐磨材料分析
2.1.淬火回火高强度耐磨钢板
这种淬火回火高强度耐磨钢板俗称QT板,具有高硬度、高强度特点,在钢板热轧成型的基础上,得到相应的硬度和强度则是通过淬火回火工艺而获得,一般能够达到硬度在400HB以上,抗拉强度在1 200 MP以上,还能具备较好的焊接性能,具备热切割能力和较好的冷加工能力。
2.2.工程塑料板
由于工程塑料板具有较好的材料力学性能,能够部分代替钢板作为结构用件。考虑其一般为热塑性材料的特点,具有重量比较轻和密度比较小的性质。比较光滑的表面,能够有效防止粘连潮湿的粘土。车轴耐磨村板比较适合具有较好耐磨性的工程塑料板,但需要注意,工程塑料对温度的敏感性很高,一般最高温度不应该超过120℃,否则则会严重影响整体性能。在低温时候容易产生低温脆性,不能在使用时超过温度极限。综上所述,工程塑料一般应用于冲击不大的、松散的矿山工矿,主要在小吨位矿用车车厢和铰接车车厢。
2.3.复合金属材料
此种复合金属材料主要是由高碳高铬(钨)所进行相关的配比,这样而产生的大量的碳化钨、碳化铬的硬质颗粒,上述颗粒的最高微观硬度能够达到1750HV,此外,一定厚度的板材则使用过特殊的粉末冶金的相关制造工艺而成,然后,在普通的碳素钢板的基材上进行焊接处理。通过上述做法,能够使得整体保持一定的强度,还能保持表面的非常强的耐磨性能,不容易被破坏;上述方法在成本上能够大大节省,降低成本而提高其经济性。相比于高强度耐磨钢板,考虑到碳化钨、碳化铬的抗冲击性能赶不上前者,所以,在大冲击的工况下,不建议使用,而应该在矿用车尾部的位置使用则是较为合适。
2.4 橡胶耐磨板
通过合成橡胶制成的橡胶耐磨板一般具有较好的抗臭氧性、抗氧化性、耐老化和不易燃等特性。具有较强的抗拉能力,是由于中间夹有多层帘布;另外,能够对于矿石冲击具有缓冲作用,其变形能力大大高于钢板,能够有效保护整车。但是,橡胶受到环境温度影响比较大,性能受到温度影响而下降较快,耐寒性比较差。考虑到其自身强度比钢板弱很多,则应该采用铺装厚度大的方式,一般厚度为2~4英寸。由于能够增加整车的重量,这种密度比较大的橡胶板会造成较差的燃油经济性。
3.耐磨材料发展对于车厢设计的影响分析
最近几年,在车厢设计中已经越来越多使用到一些新的材料,比如,通过选用性能级别比较高的耐磨钢板或是高强度结构钢板,能够在保证车厢原设计强度不变的基础上,有可能降低钢板的厚度,使得整体车重有所降低,达到能够尽可能多运送矿石和剥离物,在空载时还能有效降低自重,提高运输效率,同时,使得燃油经济性也有提高。
总之,通过新材料的应用,能够改进并提升车厢设计,分析其优点包括以下几个方面:第一,提高运输效率,增加载重量,使得矿山经济效益所有提高;第二,车厢自重降低,能够有效保证生产成本的降低,使得OEM经济效益提高;第三,延长矿车使用寿命,使得装载冲击得到缓解;第四,轮胎磨损减少能够实现绿色环保;第五,节能减排能够通过燃油消耗而降低;第六,耐磨性提高能够减少资源损耗,维修时间有所减低,经济效益所有提高。
4.结语
通过分析在非公路矿用自卸车车厢的耐磨材料的应用,指出在清晰认识车厢磨损状况的基础上,了解物料硬度以及具体相关的使用工况条件的基础上,应该对于矿山使用车厢的具体情况进行具体分析,以便通过合理选择耐磨材料,提出有效的解决方案,这样才能有效提高车厢的使用寿命,同时,上述研究对于矿山使用有着重要的现实意义。
参考文献:
[1] 林新忠. 矿车轮对非区常磨损原因分析及预防措施[J]. 能源与环境, 2012,(3).
[2] 许腊信. 索道设备磨损与车厢更新改造[J].中国索道, 2002,2(1).