Resumen
Basado en el agravamiento del desgaste de las placas de la trituradora de mandíbulas de la trituradora de mandíbula de péndulo compuesto en la mina Xinkaiyuan, se analizaron los modos de falla por desgaste de las placas de la mandíbula, se revelaron las razones clave del desgaste grave de las placas de la trituradora de mandíbulas. la trituradora de mandíbulas simulando la trituración de minerales de placas de mandíbulas de la trituradora de mandíbulas con el software de elementos discretos EDEM, y explorar la influencia del ángulo de contacto de la trituradora, la velocidad de llenado y el contenido de humedad del mineral en el desgaste de la placa de mandíbulas.
Los resultados del análisis de la morfología de la superficie de las placas de mandíbula de desecho utilizando un microscopio óptico muestran que el mecanismo de desgaste de las placas de la trituradora de mandíbula es el desgaste por corte del cincel, el desgaste por fatiga y la coexistencia del desgaste por corrosión. Las placas de la trituradora de mandíbulas son impactadas y extruidas fuertemente por los minerales, la superficie de las placas de las mandíbulas está cincelada y cortada en gran medida. Las placas de las mordazas muestran una deformación plástica grave que incluye rayones muy profundos, ranuras compactas y picaduras en áreas grandes. El desgaste del corte del cincel es el principal modo de desgaste de las placas de mandíbula. Las placas de mordaza se impactan y extruyen repetidamente a largo plazo, lo que provoca fatiga por contacto, aparición de grietas por fatiga y propagación de grietas, lo que resulta en una fractura frágil, el desgaste por fatiga es un modo de modos de desgaste de la placa de mordazas. Además, el agua de los minerales para el rociador de polvo de supresión in situ entra en contacto con las placas de la mandíbula, lo que presenta reacciones químicas complejas en el aire, lo que provoca corrosión por oxidación, lo que provoca que el material de la superficie de la mandíbula se levante y se frote, y la nueva corrosión de la superficie metálica continúa exacerbando el desgaste de las placas de mandíbula.
Utilizando el espectrómetro de rayos X OBLF-1000-Ⅱ para detectar la composición química de las placas de las mandíbulas móviles y las placas de las mandíbulas fijas, el contenido de Mn de los elementos de aleación es superior al 10%, lo que significa que las placas de las mandíbulas son de acero con alto contenido de manganeso. La prueba de dureza de las piezas de desgaste de las placas de mordaza a diferentes profundidades realizada por el probador de microdureza HV-1000 muestra que las placas de mordaza tienen una alta dureza en la superficie y un gradiente de endurecimiento evidente en profundidad, lo que significa que las placas de mordaza tienen un buen efecto de endurecimiento por trabajo y una alta resistencia al desgaste. .
De acuerdo con GB / T 17412.1-1998 y GB / T23561.7-2009, este documento detectó la composición mineralógica y la resistencia a la compresión de minerales de dos minas, que son antes y después de que el sitio minero cambiara en la mina Xinkaiyuan. Combinado con la vida útil de las placas de la mandíbula, los minerales que contienen una fase más dura tienen la mayor resistencia a la compresión, al romperse más duro, provocando un desgaste de la placa de la mandíbula más rápido y una vida más corta, revelando que la razón principal del desgaste grave de las placas de la mandíbula en Xinkaiyuan son los cambios de composición. y naturaleza de los minerales de alimentación.
Establecimiento del modelo de geometría de la trituradora y el modelo de mineral Mediante el método de elementos discretos y el software EDEM, de acuerdo con la trituradora de mandíbula de péndulo compuesto PE900 × 1200 y las propiedades de los minerales de Xinkaiyuan, simulando la trituradora de mandíbulas para romper los minerales, se obtuvo una distribución de fuerza normal y una distribución de fuerza tangencial del placa de mandíbula en movimiento a 1 s, 1.5 s, 2 s, 2.5 s en tiempo de simulación. Basado en las características de fuerza en diferentes distritos de la superficie de la placa de la mandíbula móvil, la placa de la mandíbula se divide en cuatro regiones como H, M, ML y L: H es la zona de contacto de alimentación de minerales, que se ve afectada principalmente por minerales con una cierta velocidad inicial. M y ML es el área en la que se trituran los minerales, el mineral se rompe principalmente en esta área, se exprime y corta juntos. L es la zona de descarga, esta área no solo está extruida sino que también existe fricción por deslizamiento.
Los resultados de la simulación muestran la fuerza normal máxima en diferentes regiones en la placa de la mandíbula móvil: H 1.53 × 104N, M 6.21 × 106N, ML 6.65 × 106N, L 6.33 × 106N, la fuerza tangencial máxima: H9.2 × 102N, M 4.53 × 106N, ML 5.78 × 106N, L 5.98 × 106N. Al comparar la fuerza normal máxima y la fuerza tangencial máxima, combinada con el análisis de la morfología de la superficie de las piezas de desgaste de la placa de mandíbula, la H está sujeta a una fuerza normal grande, lo que indica que esta región normalmente se ve afectada por el mineral a largo plazo fácil de formar grietas por fatiga y aparecer desgaste por fatiga. M, ML y L son la principal región de trituración en la placa de la mandíbula móvil, los minerales se trituran tanto por el esfuerzo de compresión como por el esfuerzo cortante de las placas de la mandíbula. Esta fuerza normal regional es mayor que la fuerza tangencial, lo que indica que la trituradora de mandíbulas se basa principalmente en la compresión para triturar minerales y la molienda como función subsidiaria. El principal modo de desgaste de las placas de mandíbula es el desgaste por corte de cincel.
Simulación de la influencia del ángulo de contacto de la trituradora, la tasa de llenado, el contenido de humedad de los minerales en la fuerza de la placa de la mordaza en movimiento, H está sujeto a una fuerza tangencial mayor con el ángulo de contacto cada vez más pequeño, existiendo una acción de corte significativa, mientras que M y ML están sujetos a la mayor fuerza normal, existiendo el mayor desgaste por astillado. Con el aumento de la tasa de llenado, ML y L de las placas de mordazas móviles están sujetas a una fuerza tangencial mayor, lo que genera un desgaste de corte grave. El contenido de humedad del mineral apenas influye en la fuerza de la placa de mandíbula móvil. Pero el desgaste por corrosión causado por el agua es un factor importante para promover el desarrollo del desgaste de las placas de mandíbula.
A través de los programas de análisis anteriores propuestos para mejorar la resistencia al desgaste de las placas de mandíbula: desarrollo de placa de mandíbula modular, combinada con placa H, placa M, placa ML y placa L cuatro placas, cada placa fue determinada por la ley de las características de fuerza en diferentes regiones, como diferentes materiales resistentes al desgaste. Puede mejorar el desgaste del corte del cincel de las placas de la mandíbula al disminuir el ángulo de contacto, lo que reduce la fuerza tangencial de las placas de la mandíbula. El ángulo de contacto en la trituradora de mandíbulas se cambia ajustando el ancho de la descarga. Para reducir el ángulo de contacto, debe aumentar el ancho de la descarga con la premisa de cumplir con el requisito de tamaño de partícula. La selección de la tasa de llenado de la trituradora de mandíbulas debería disminuir el valor en la premisa de la trituradora sometida a golpes y vibraciones razonables. Para mejorar el desgaste por corrosión de las placas de mandíbula, es necesario reducir el consumo de agua en la producción. En el punto de combustión y en el punto de trituración de minerales por el martillo de impacto nuevamente, debe tomar neblina en reemplazo del agua de rociado directamente para suprimir el polvo, que se basa en la premisa de una eliminación efectiva del polvo que minimiza el consumo de agua. Se recomienda que el punto de supresión de polvo se establezca en supresión para asegurar el triturado en seco en la trituradora de mandíbulas.
1.0 Introducción
1.1 Antecedentes e importancia de la investigación
Con la expansión continua de la escala de desarrollo económico de China, el rápido desarrollo de la conservación del agua, el transporte, los bienes raíces y otras industrias, promueve la construcción de la industria de la arena y la piedra para lograr un desarrollo a gran escala, la producción de arena y piedra es escasa. El consumo de arena y piedra para la construcción en China fue de menos de 500 millones de toneladas en 1981 y de 18.3 mil millones de toneladas en 2014. Se estima que el consumo seguirá creciendo a un ritmo de más del 20% anual en el futuro.
La arena y piedra de construcción incluyen arena natural y arena y piedra hechas a máquina, y la proporción de arena y piedra hechas a máquina alcanzó el 60% en 2013. Con el agotamiento de los recursos naturales de arena y piedra y la crisis ambiental cada vez más grave, es una tendencia inevitable para el desarrollo de la industria de la arena y la piedra para reemplazar la arena y la piedra natural por el mecanismo de arena y piedra. En el futuro, su participación superará el 80% y, en algunas áreas, superará el 90%. El rápido crecimiento del consumo de arena y piedra fabricadas a máquina promueve el rápido aumento de la producción del equipo de trituración, lo que lleva a la creciente investigación piezas de desgaste de la trituradora. Se estima que en 2014, los materiales resistentes al desgaste de los revestimientos consumidos por las trituradoras en la industria de las canteras de China superaron las 800000 toneladas, y las placas de las trituradoras de mandíbula por sí solas fueron de aproximadamente 150000 T / A, lo que resultó en una pérdida económica directa de mil millones de yuanes. Tomando la mina Xinkaiyuan como ejemplo, la mina tiene una producción anual de más de 1 millones de toneladas de arena y grava. Las materias primas extraídas por voladura se rompen inicialmente con un martillo de impacto, luego se rompen gruesas con una trituradora de mandíbulas y se rompen de forma media y fina con una trituradora de cono. Después de la trituración en tres etapas, los productos se clasifican en agregados de construcción y arena hecha a máquina con diferentes tamaños de partículas.
Tabla1-1 Situación de abrasión de las placas trituradoras de mandíbulas | ||||
Planta No | Partes | Tipos | Vida útil / día | Salida / 10000 toneladas |
2-E-1 | Placa de mandíbula fija | Antes de la transferencia de la cara de trabajo. | 150 | 75 |
Después de la transferencia de la cara de trabajo. | 63 | 42 | ||
2-E-1 | Placa de mandíbula móvil | Antes de la transferencia de la cara de trabajo. | 180 | 97 |
Después de la transferencia de la cara de trabajo. | 150 | 87 |
A principios de 2014, los recursos de la antigua mina de Xinkaiyuan se agotaron y las caras mineras se transfirieron a las minas adyacentes. Como se muestra en la Figura 1-2, el área minera este es una mina vieja y el área minera oeste es una mina nueva. Los datos estadísticos muestran que la pérdida de la placa de mandíbula de la trituradora de mandíbulas aumenta significativamente después de que se transfiere la cara de trabajo (consulte la Tabla 1-1), lo que tiene un impacto negativo en la producción y la gestión de la empresa. Se materializa en los siguientes aspectos:
- Se agrava el desgaste de las placas de la trituradora de mandíbulas, se reduce la vida útil de las placas de la trituradora de mandíbulas y se incrementa el costo de producción. Después de la transferencia de la cara de trabajo, bajo la condición de equipo de producción estable, gestión de procesos y operaciones, la cantidad de mineral quebrado por la placa de mandíbula fija disminuyó de 750,000 ta 420,000 ty la vida útil se redujo de 150 días a 63 días. ; la cantidad de mineral quebrado por la placa de mandíbula móvil disminuyó de 970,000 ta 870,000 T, y la vida útil se redujo de 180 días a 150 días. El precio de mercado de las placas trituradoras de mandíbulas es de aproximadamente 40000 yuanes. A medida que se reduce la vida útil de las placas de la trituradora de mandíbulas, la pérdida económica directa para la empresa es de 160000 yuanes cada año, y el costo de la placa de mandíbula por unidad de producción aumenta en un 40%.
- El desgaste del placas de mandíbula trituradora aumenta, lo que conduce al aumento del tamaño de las partículas de descarga y afecta la calidad del producto y su posterior funcionamiento. Las placas de la trituradora de mandíbulas se desgastan y consumen constantemente en el proceso de uso, y el ancho del puerto de descarga se agranda gradualmente, lo que conduce a que el mineral se descargue de la trituradora antes de triturarlo al tamaño de partícula calificado, cambia las condiciones de operación posteriores, reduce la calidad del producto y afecta el precio del producto.
- El desgaste de las placas de la trituradora de mandíbulas aumenta, la frecuencia de reemplazo de la placa de mandíbulas aumenta y la seguridad de la producción se ve afectada. La trituradora de mandíbulas de Xinkaiyuan tiene un peso propio de 50 toneladas, una dimensión de largo, ancho y alto de 3500 × 2900 × 3000 y un peso de placas de trituradora de mandíbula de casi 1 tonelada. El desmontaje y montaje de las placas de mandíbula requiere la estrecha cooperación de personal y equipo mecánico a gran escala, y existe un gran peligro potencial para la seguridad, que puede conducir fácilmente a accidentes de equipo o accidentes personales.
El desgaste de las placas de la trituradora de mandíbulas no solo consume energía, desperdicia materiales, aumenta el costo de producción, sino que también afecta la calidad del producto y causa un peligro potencial para la seguridad. Por lo tanto, estudiar la ley del desgaste de la placa de mandíbula de la trituradora de mandíbula y explorar el esquema para mejorar la resistencia al desgaste de la placa de mandíbula puede reducir el consumo de material, mejorar la tasa de utilización de energía, controlar estrictamente la calidad del producto de la trituradora, reducir el costo de producción, reducir el riesgo potencial de seguridad y mejorar el beneficio económico de la empresa. Por otro lado, puede enriquecer la teoría del desgaste y proporcionar apoyo teórico para el estudio de materiales antidesgaste y la orientación del diseño mecánico.
1.2 Soporte de sujetos
La trituración de mineral en la trituradora de mandíbulas es un proceso físico complejo, y las características de desgaste de las placas de la trituradora de mandíbulas se ven afectadas por las propiedades de alimentación, los materiales de revestimiento, los parámetros estructurales de la trituradora, los parámetros del proceso de producción, las condiciones de funcionamiento y otros factores.
En este artículo, la trituradora de mandíbula de péndulo compuesta PE 900 × 1200 utilizada en la mina Xinkaiyuan se selecciona como ejemplo para analizar la macro y micromorfología de la superficie desgastada de la placa de la mandíbula de falla, para estudiar el modo principal de la falla por desgaste de la placa de mandíbula; analizar el grado de endurecimiento de la superficie de la placa de la mandíbula, estudiar el rendimiento antidesgaste de la placa de la mandíbula; analizar la influencia de diferentes minerales en el desgaste de la placa de mandíbula y explorar las características del mineral. Sobre esta base, se presenta el esquema técnico para mejorar la resistencia al desgaste de la placa de mandíbula.
2.0 Estudio sobre la teoría del desgaste de las placas trituradoras de mandíbulas
El desgaste es un fenómeno físico de pérdida de material causado por la fricción de objetos en movimiento relativo. El desgaste no solo hace que la superficie del material se consuma continuamente, provoca el cambio de tamaño del material, sino que también afecta la vida útil de los componentes del equipo. Como rama importante de la tribología, la investigación sobre el desgaste ha abarcado la metalurgia, la minería, los materiales de construcción, la industria química y otras industrias. Según el mecanismo de desgaste, se puede dividir en desgaste adhesivo, desgaste abrasivo, desgaste por fatiga y desgaste por corrosión. La investigación sobre la resistencia al desgaste de la placa de mandíbula de la trituradora de mandíbulas es la premisa y la base para analizar el modo de falla del desgaste de la placa de mandíbula y mejorar la resistencia al desgaste de las placas de la trituradora de mandíbula.
2.1 Investigación teórica del desgaste
2.1.1 Teoría básica del desgaste
La investigación sobre el desgaste se llevó a cabo en la década de 1950. Sobre la base de la investigación de Holm en 1953, JF Archard de los Estados Unidos presentó la teoría del desgaste adhesivo de Archard. La teoría sostiene que cuando la superficie del par de fricción se desliza relativamente, el punto de adhesión se cortará y romperá debido al efecto de adhesión, lo que dará como resultado muchos desprendimientos de microvolúmenes sobre el material. El Sr. Arcard asume que las partículas de desgaste son hemisféricas y su radio es el radio del punto de contacto. Se obtiene la fórmula de cálculo de la pérdida por desgaste, fórmula Archard, como se muestra en la fórmula 2-1. Aunque el modelo de desgaste de Archard se utiliza para analizar el mecanismo de desgaste del adhesivo, otros modelos de desgaste se basan en el modelo de Archard.
Avisos: En la fórmula de Archard, volumen de desgaste en V, distancia de desgaste en L, coeficiente de desgaste en K, carga P, dureza del material H.
En 1957, Krajewski de la ex Unión Soviética propuso la teoría de la fatiga sólida. Según la teoría, la superficie de contacto real es rugosa y discontinua, y la suma de los puntos de contacto constituye el área de contacto real; Bajo la acción de una fuerza normal, se producirán tensiones y deformaciones locales en el punto de contacto real; la fricción causada por el deslizamiento relativo de la superficie de fricción cambia las propiedades del material de la superficie del área de contacto, al mismo tiempo, el volumen fijo de material de la superficie se ve afectado por la fuerza de fricción La acción repetida de la tensión alterna conduce a daños y acumulación, lo que conduce a una grieta de fatiga en microvolumen, y la grieta continúa expandiéndose y finalmente forma restos de desgaste y se cae. Esta teoría no solo es adecuada para el desgaste por fatiga, sino que también se puede utilizar para analizar el desgaste abrasivo y el desgaste adhesivo. Puede usarse no solo para materiales metálicos sino también para algunos materiales no metálicos (como grafito, caucho, etc.).
En 1973, NPSuh de los Estados Unidos presentó la teoría del desgaste y la delaminación. Se cree que la acumulación de deformación por cizallamiento en el proceso de fricción es la acumulación de dislocaciones a cierta profundidad por debajo de la superficie, lo que conduce a grietas o agujeros. Debido a la estructura de tensión normal en la superficie paralela, las grietas se extienden a lo largo de la dirección de la superficie paralela a una cierta profundidad, lo que resulta en la formación de escombros de escamas. Moore en el Reino Unido y el MIT en los Estados Unidos presentaron la teoría del pelado de la fatiga y la migración del material, la acumulación de dislocaciones y el mecanismo de formación de orificios, respectivamente, y enfatizaron la importancia de la tenacidad del material para la resistencia al desgaste. Moore e Iwasaki también propusieron los efectos de la formación e inclusiones de grietas subterráneas en la iniciación de grietas, así como en la delaminación y fractura del material.
En la década de 1970, G. Fleisher propuso por primera vez la teoría del desgaste energético. Piensa que la conversión de energía es la principal causa de desgaste. Para los materiales metálicos, la mayor parte del trabajo realizado por fricción se consume en deformación plástica y se disipa en forma de calor. Una pequeña parte del trabajo de fricción (alrededor del 9 ~ 16% del trabajo de fricción total) se acumula en forma de energía interna potencial en forma de dislocaciones cristalinas. Para separar los desechos del material de la matriz, se debe acumular suficiente energía interna en un cierto volumen del material. Cuando la energía alcanza el valor crítico, se producirá un flujo de plástico o grietas en el material en el volumen y la energía interna disminuirá. Después de varias veces de dichos ciclos críticos, cuando la energía acumulada excede la energía de la unión de unión, la superficie del material se destruirá y se generarán y caerán restos de desgaste. La energía absorbida en el proceso de formación de escombros se llama energía de fractura. De hecho, la energía de fractura no supera el 10% de la energía total absorbida.
Nuestros ingenieros creen que el desgaste no es inherente al material, sino al sistema. La pérdida relativa de material de la superficie relativa se debe al movimiento relativo de dos objetos y los tres intermedios. La capa superficial, la película superficial y el medio intermedio cambian y finalmente se destruyen. También piensa que hay muchos factores que afectan las características de desgaste, y que influyen y dependen unos de otros, y las características de desgaste son el resultado integral de la interacción de estos factores. Por lo tanto, cualquier pequeño cambio de cualquier factor puede provocar el cambio de las características de desgaste (cantidad de desgaste, incluso forma de desgaste).
La curva típica de desgaste del material con el tiempo se muestra en la Figura 2-1, que se puede dividir en tres etapas: funcionamiento en etapa (OA), etapa estable (AB) y etapa de desgaste severo (BC). En la etapa de rodaje, la superficie del material se rectifica plana, el área de contacto real aumenta, la superficie se endurece por deformación y se reduce la tasa de desgaste; en la etapa estable, el desgaste tiende a ser estable y la tasa de desgaste es un valor constante, que es una etapa importante para caracterizar la resistencia al desgaste de los materiales; en la etapa de desgaste severo, la pérdida de material se intensifica, la calidad de la superficie se deteriora y el material falla rápidamente.
Consulte lo siguiente para conocer el modo de falla y las características básicas del desgaste de la superficie del material. Según los diferentes mecanismos de desgaste, el desgaste del material se divide principalmente en desgaste adhesivo, desgaste abrasivo, desgaste por fatiga, además de desgaste por pelado, desgaste por corrosión, etc. El desgaste del adhesivo generalmente es causado por el desgaste del adhesivo. El principal modo de falla del desgaste abrasivo es el desgaste por cincelado. El desgaste por delaminación se debe principalmente al desgaste por fricción. El desgaste por fatiga es causado por picaduras.
- Desgaste inquietante. Hay marcas de adhesión en la superficie desgastada y los restos de metal de hierro se oxidan en óxido marrón rojizo, que generalmente se usa como abrasivo para intensificar el desgaste.
- Delaminación. La falla ocurre primero en la capa del subsuelo, donde las dislocaciones se acumulan, las grietas se nuclean y se propagan a la superficie. Finalmente, el material se cae en forma de hoja y forma restos de escamas.
- Pegado. Bajo alta velocidad y carga pesada, una gran cantidad de calor de fricción hace que la superficie se suelde y deja un hoyo de adhesión de la hoja después de arrancarse.
- Incautación. Debido al hoyo de adherencia, la migración del material es grave, se sueldan un gran número de pares de fricción, el desgaste aumenta rápidamente y el movimiento relativo de los pares de fricción se ve obstaculizado o detenido.
- Picaduras corrosivas. Hay muchos hoyos lenticulares en la superficie del material.
- Moler. La macro superficie es lisa y se pueden observar rasguños abrasivos finos a gran aumento.
- Rasguño. Los arañazos se pueden observar a simple vista o con un aumento reducido, provocados por cortes abrasivos o arado.
- Cincelar. Hay picaduras de presión y, ocasionalmente, raspaduras cortas y ásperas, que son causadas por un impacto abrasivo.