多头立式泥沙磨损试验机试验研究

    0　引　言

    疏浚工程对合理利用水资源、保护生态环境和促进国民经济建设等具有重大意义.在疏浚工程中,挖泥船泥泵壳、绞刀等过流部件的工作条件十分恶劣,所受磨损严重.故研究此类易损件的磨损问题就成为疏浚工程的重要课题.进行磨损研究,需要能模拟易损件工况的试验装置,一般的磨损试验机难以满足这种要求[1],许多耐磨性试验都是在销盘式和橡胶轮式磨损试验机上进行的,结果可比性较差.

    有关固-液两相介质的磨损试验,已做过若干工作.如旋转试验机和管流式实验装置、石英沙浆冲蚀磨损试验机、卧式泥沙磨损试验机等^[2～4].这类装置的特点是设备投入大,结构复杂、夹具等部件磨耗较严重、运行成本较高,操作不够简便.应指出,固-液两相介质的磨损试验是一种较特殊的磨损实验,很多因素(如固体颗粒大小、浓度、速度及磨损面冲击角等)均对试验结果有影响,对此,目前国内尚无标准参考.

    为此,笔者尝试研制一种能模拟疏浚工况、可进行有关材料的磨损试验评定和筛选的泥沙磨损试验机.运用正交试验方法[5],从模拟疏浚工况、提高试验效率等方面来研究与泥沙磨损实验有关的结构参数及其变化规律,找出材料泥沙磨损试验的较佳实验参数,为耐磨材料的实验评定和应用提供可靠依据.

    1　易损件疏浚工况

    绞吸挖泥船疏浚工作时,通常输送泥浆的质量分数为10%～20%,泵壳内泥浆运动的最大线速度近30 m/s;绞刀头在水下挖掘切削各种岩土时的泥浆的质量分数高达50%～100%,切削线速度约4～5 m/s.同时,泵壳内壁及刀刃工作面受到来自不同角度固体介质的冲击,既有泥沙磨粒磨损、又有流体冲刷,还有气蚀和腐蚀的联合作用.施工实践表明,中粗砂对易损件材料的磨损能力很强.因此,要模拟易损件的疏浚工况,泥沙磨损试验的有关实验参数(泥沙浓度、磨损面冲击角及线速度等)应能在一定范围内调节.

    2　泥沙磨损试验机及结构特点

    根据疏浚工况特点,研制了一种多头立式泥沙磨损试验机(如图1、图2).该装置主要由动力输送机构、多夹头立式旋转架及封闭式沙浆容器等部分组成,可自由拆卸的多夹头旋转架经销套与传动轴相连;试样夹头为活络式、倾角可调,以便利参数选择和实验维护,可同时对数种材料进行试验;试验时,仅试样磨损面浸入沙浆中,以减少夹头的磨耗.磨损面冲击角α可在-90°至+90°范围调节(如图3),w(泥沙)可调至75%,泥沙相对运动速度可达17.53 m/s.

    实验采用河砂,根据砂粒大小对材料磨损能力的影响,将粒径控制在≤2.0 mm[6],砂样筛分数据见表1,属于中砂^[7].