摘 要： 如何延长破碎齿的使用寿命是破碎机应用与研发中的重要研究课题， 分析了分级破碎机破碎齿使用寿命的主要影响因素，通过对破碎齿盘及轴在破碎物料的过程中的载荷分布的研究，得出了耐磨涂层对破碎机及破碎齿的重要性，并根据环氧树脂耐磨涂层的特点，对破碎机和JNT 90 系列涂层的实验数据分析，得出环氧树脂耐磨涂层应用在破碎齿上是可行的。
关键词： 环氧树脂； 耐磨涂层； 破碎齿； 耐磨性
0前言
双齿辊分级破碎机利用矿物的抗压强度远高于其抗剪和抗拉强度这一原理来实现物料破碎，参与破碎的主要部件为破碎齿，所以破碎齿技术发展对破碎机领域起到了主导作用。 以往人们只是关注破碎齿的材质的选择，而忽略了影响破碎齿寿命主要原因是其表面抗磨损的强度。 破碎齿外表面采用环氧树脂耐磨涂层可以直接影响到破碎齿的使用寿命，减小由于破碎机更换破碎辊造成对生产的影响。
1环氧树脂耐磨涂层的特性研究
环氧树脂（EP）具有良好的附着力，其固化物具有优良的黏接性、耐热性、耐化学药品性以及力学性能（具有较高的强度）和电气性能优良的特点，是热固性树脂中应用量较大的一个品种，因此环氧耐磨涂层得到了大量的研究，在工业上得到了一定的推广。
环氧耐磨涂层是利用环氧树脂本身的特性通过改变其基本组分而达到工业上所需要的具有耐磨损、黏着强度大、抗冲击性能好等特性的新型涂层材料。 主要实现方式就是指将胶黏剂基料（环氧树脂）和硬质耐磨材料或减摩材料按适当比例和规范混合起来，涂敷于清理好的破碎齿表面。
虽然环氧树脂具有以上优点， 但是其缺乏韧性，脆性极高，通过添加短羟基丁腈橡胶对环氧树脂进行增韧，获得了很好的效果，并在工业上得到了广泛的应用。 早在 20 世纪 60 年代后期就开始了环氧树脂型耐磨涂层的研究，环氧树脂耐磨涂层首先在联邦德国研制成功。 联邦德国漫动涂层技术公司制造的耐磨涂层材料有 SKC-3,SKC-5 等；李莉等人用聚氨酯对环氧树脂改性，不仅提高了黏合剂的黏接性能，还提高了力学性能，增强了韧性。 高义民等人采用李莉等人研制的改性环氧树脂为基体，以Al2O3颗粒为增强相，制备的胶黏涂层抗冲蚀磨损特性为正火态 45 铸钢的 36 倍。
2破碎齿使用寿命的主要影响因素
（1）物料对破碎齿的磨损
多年的生产实践表明，磨料磨损是破碎齿失效的主要表现形式之一。 目前，公认的理论是材料承受冲击磨料磨损时，磨损率由两部分组成，磨损率ωt=ωc+ωf式中 ω
c———切削机制引起的磨损，ωc＝KPH；
P———法向载荷；
H———金属材料的硬度；
K———磨料磨损系数；
ωf———疲劳机制引起的磨损，ωf＝KP（εfH）2；
εf———单轴拉伸时的断裂应变， 反映材料的塑性。
因此，疲劳磨损与材料的硬度和塑性两因素有关。 也就是物料越硬，齿的寿命越短，而塑性越强，齿的寿命也随之增加。根据以上理论增加破碎齿的硬度是提高其使用寿命的一种方法。 就目前，破碎齿的材料以低合金铸钢、高锰钢 ZGMn13 为主，通过添加合金元素来提高其硬度。 以低合金钢为例，在加工环境不变的前提下想要提高其硬度就要提高铬和碳在钢中的含量，而提高其含量所带来的后果就是高锰钢的脆性增加。
（2）破碎齿与物料的摩擦所产生的热量
破碎齿是安装在破碎辊上由电机带动其工作，所以在对物料的破碎过程中， 会与物料产生摩擦，随之能量转化成热量聚集在金属破碎齿上，伴随着辊的旋转金属破碎齿一直在不停地升温降温，而这种过程就相当于对其进行回火的一个过程。 破碎辊不停地旋转，所产生的热量越积越多，温度会越来越高，随着回火温度的升高，致使破碎齿的硬度、强度会越来越低，破碎齿硬度、强度的降低会导致破碎齿的耐磨性越来越差，最终会减少破碎齿的使用寿命。
（3）破碎齿的布置
在破碎机的发展中齿的布置形式是影响破碎齿寿命的一个关键因素。 也就是说，不管何种破碎机其破碎齿的布置方式总原则为：破碎过程中同时接触物料的齿越少越好， 这不仅易于提高成块率，也有益于降低齿的磨损。 所以一般破碎齿在设计中强调的是点接触点受力（见图 1）。
但是由于破碎齿是光滑金属表面， 并伴随物料的不规则性， 避免不了破碎齿与物料会以面接触的形式破碎，增加破碎齿的磨损，降低其使用寿命。
（4）其他因素
在破碎过程中的其他因素也会导致破碎齿断裂，例如：物料过硬，冲击载荷较大等等。
3环氧耐磨涂层应用在破碎齿上的可行性分析
（1）应用的可行性分析
环氧树脂耐磨涂层的性能可改性、稳定性和无毒性直接决定了其在工业使用上的可行性，其能克服破碎齿在使用中的一些弊端，例如：①物料对破碎齿的磨损； ②破碎齿与物料的摩擦所产生的热量；③有利于破碎齿的保护；④可根据不同种类物料的特有性质，来改变其内部结构及成分，来增加耐磨性与齿的硬度从而满足其破碎力度，增加破碎齿及破碎机的使用寿命。 减少由于换辊所带来的工程延误。
（2）有限元数值模拟与分析
根据环氧耐磨涂层的特点，可根据破碎齿在破碎物料时的受力情况分析在齿的不同方位来设计破碎齿的涂层，由改变涂层中的填料来适应不同物料，并根据由于物料入破碎仓后对齿的冲击、挤压所形成的破坏。
以天地科技股份有限公司唐山分公司研制破碎齿盘为例：当煤入破碎机后承担主要载荷的是破碎齿盘最上端，而承担主要破碎任务的齿头的应力和应变是最大的。 而齿盘所承受的冲击载荷最终会由轴完全承担下来。 因此，在破碎齿上最上端装有抗冲击、减振的耐磨涂层材料是可以减小其由于物料下落给轴带来的冲击载荷。 同时，在破碎齿头上涂上高耐磨涂层材料可以减少由于频繁摩擦所产生的热量，实现破碎齿的保护。
（3）SSC800 分级破碎机的破碎特性与 JNT 90系列涂层的特性相比较
环氧树脂耐磨涂层在破碎齿上应用的主要技术参数为：耐磨性、剪切强度及拉伸强度。SSC800 分级破碎机在国阳二矿大块煤（矸石）破碎中的测试结果如表 1 所示。
从试验结果得出：破碎机在破碎时尽量采用牵拉和剪切的方式进行破碎，而矸石的抗压强度和硬度远远大于所破碎的煤块，其中最大抗拉强度 5.86MPa、最大抗剪强度 26.3 MPa，根据翟海潮等人研制的 JNT90 系列 3 种涂层其实验性能比较如表 2。JNT 90-I 涂层靠添加石墨 、二硫化钼 、聚四氟乙烯减摩材料，降低涂层摩擦系数进行耐磨，特点是摩擦系数低 μ=0.07~0.1， 并且有自润滑性。 JNT90-II 涂层靠添加微细金属粉末、陶瓷粉末抗磨损，特点是强度高、耐磨性好。 JNT 90-III 涂层靠添加大颗粒硬质材料抗磨粒磨损，特点是硬度高，低应力工况下耐磨性好。JNT 90-II 完全满足在普通工况下破碎齿的剪切强度和拉抻强度，而在耐磨性方面则需要根据被破碎物料的基本情况来改变填料的种类和不同粒度来实现。
4结语
（1）影响破碎齿使用寿命的主要因素主要包括物料对破碎齿的磨损、破碎齿与物料的摩擦所产生的热量及破碎齿的布置形式等；
（2）环氧树脂耐磨涂层的性能可改性、稳定性和无毒性直接决定了其在工业使用上的可行性，其能克服破碎齿在使用中的一些弊端；
（3）根据环氧树脂耐磨涂层根据不同工况 、所破碎的物料的不同种类进行物理特性分析表明，通过改变其填料配方，将环氧树脂耐磨涂层应用在破碎齿上是可行的。
参考文献略
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