Abstract
Sur la base de l'aggravation de l'usure des plaques de concasseur à mâchoires du concasseur à mâchoires à pendule composé dans la mine de Xinkaiyuan , les modes de défaillance d'usure des plaques à mâchoires ont été analysés, les principales raisons de l'usure grave des plaques de concasseur à mâchoires ont été révélées , cet article a analysé plus en détail les lois d'usure des plaques à mâchoires le concasseur à mâchoires en simulant le concassage des minerais de plaques à mâchoires du concasseur à mâchoires avec le logiciel d'élément discret EDEM , et d'explorer l'influence de l'angle de pincement du concasseur, du taux de remplissage et de la teneur en humidité du minerai sur l'usure des plaques à mâchoires.
Les résultats de l'analyse de la morphologie de la surface des plaques de mâchoire de rebut à l'aide d'un microscope optique montrent que le mécanisme d'usure des plaques de concasseur à mâchoires est l'usure du ciseau, l'usure par fatigue et la coexistence d'usure par corrosion. Les plaques de concasseur à mâchoires sont fortement impactées et extrudées par les minerais, la surface des plaques de mâchoires est ciselée et fortement coupée. Les plaques de mâchoire présentent de sérieuses déformations plastiques, notamment des rayures très profondes, des rainures compactes et des creux de grande surface. L'usure de coupe au burin est le principal mode d'usure des plaques de mâchoire. Les plaques de mâchoire sont impactées et extrudées à plusieurs reprises sur le long terme, provoquant une fatigue de contact, apparaissant une fissure de fatigue et une propagation de fissures, entraînant une fracture fragile, l'usure par fatigue est un mode de modes d'usure des plaques de mâchoire. En outre, l'eau sur les minerais pour la suppression sur site de l'arroseur de poussière entre en contact avec les plaques de mâchoire, présentant des réactions chimiques complexes dans l'air, provoquant une corrosion par oxydation , résultant en un matériau de surface de la mâchoire retourné et frotté, la nouvelle corrosion de la surface métallique se poursuivant, exacerbant l'usure des plaques de mâchoire.
En utilisant le spectromètre à rayons X OBLF-1000-Ⅱ pour détecter la composition chimique des plaques de mâchoire mobiles et des plaques de mâchoire fixes, la teneur en éléments d'alliage Mn est supérieure à 10%, ce qui signifie que les plaques de mâchoire sont en acier à haute teneur en manganèse. Le test de dureté des pièces d'usure des plaques de mâchoire à différentes profondeurs par le testeur de microdureté HV-1000 montre que les plaques de mâchoire ont une dureté élevée sur la surface et un gradient de durcissement évident en profondeur , ce qui signifie que les plaques de mâchoires ont un bon effet d'écrouissage et une résistance à l'usure élevée .
Selon GB / T 17412.1-1998 et GB / T23561.7-2009, cet article a détecté la composition minéralogique et la résistance à la compression des minerais de deux mines , qui sont avant et après le changement du site minier dans la mine Xinkaiyuan. Combinés à la durée de vie des plaques de mâchoire, les minerais qui contiennent plus de phase dure ont la plus grande résistance à la compression, étant plus durs cassés, provoquant une usure plus rapide et plus courte de la plaque de mâchoire, révélant que la principale raison de l'usure sérieuse des plaques de mâchoire dans Xinkaiyuan est les changements de composition et la nature des minerais d'alimentation.
Établissement du modèle de géométrie du concasseur et du modèle de minerai Par la méthode des éléments discrets et le logiciel EDEM, selon le concasseur à mâchoires à pendule composé PE900 × 1200 et les propriétés des minerais de Xinkaiyuan, simulant un concasseur à mâchoires pour casser les minerais, il a obtenu une distribution de force normale et une distribution de force tangentielle du plaque de mâchoire mobile à 1 s, 1.5 s, 2 s, 2.5 s en temps de simulation. Sur la base des caractéristiques de force dans différents districts de la surface de la plaque de mâchoire en mouvement, la plaque de mâchoire est divisée en quatre régions comme H, M, ML et L: H est la zone de contact de l'alimentation des minerais, qui est principalement touchée par les minerais avec un certain Vitesse initiale. M et ML est la zone dans laquelle les minerais sont concassés, le minerai est cassé principalement dans cette zone, étant pressé et coupé ensemble. L est la zone de décharge, cette zone n'est pas seulement extrudée mais existe également des frottements de glissement.
Les résultats de la simulation montrent la force normale maximale dans différentes régions de la plaque de mâchoire mobile: H 1.53 × 104N, M 6.21 × 106N, ML 6.65 × 106N, L 6.33 × 106N, la force tangentielle maximale: H9.2 × 102N, M 4.53 × 106N, ML 5.78 × 106N, L 5.98 × 106N. En comparant la force normale maximale et la force tangentielle maximale, combinée à l'analyse de la morphologie de surface des pièces d'usure des plaques de mâchoire, le H est soumis à une force normale importante, ce qui indique que cette région est normalement touchée par le minerai à long terme, il est fissure de fatigue facile à former et apparition d'usure par fatigue. M, ML et L sont la principale région d'écrasement sur la plaque de mâchoire mobile, les minerais sont écrasés par la contrainte de compression et la contrainte de cisaillement des plaques de mâchoire. Cette force normale régionale est supérieure à la force tangentielle, ce qui indique que le concasseur à mâchoires est principalement basé sur la compression pour écraser les minerais, et le broyage comme rôle subsidiaire. Le mode d'usure principal des plaques de mâchoire est l'usure par coupe au burin.
Simulation de l'influence de l'angle de pincement du concasseur, du taux de remplissage, de la teneur en humidité des minerais sur la force de la plaque de mâchoire en mouvement, H est soumis à une force tangentielle plus grande avec l'angle de pincement devenant plus petit, ce qui existe une action de coupe significative, tandis que M et ML sont soumis à la une plus grande force normale, existant l'usure par écaillage plus grave. Avec l'augmentation du taux de remplissage, ML et L des plaques de mâchoires mobiles sont soumises à une force tangentielle plus importante, ce qui entraîne une usure de coupe importante. La teneur en humidité du minerai n'influe guère sur la force de la plaque de mâchoire mobile. Mais l'usure par corrosion causée par l'eau est un facteur important dans la promotion de l'usure du développement des plaques de mâchoire.
Grâce aux programmes d'analyse ci-dessus proposés pour améliorer la résistance à l'usure des plaques de mâchoire: développement d'une plaque de mâchoire modulaire, combinée avec une plaque H, une plaque M, une plaque ML et une plaque L quatre plaques, chaque plaque a été déterminée par la loi des caractéristiques de force dans différentes régions telles que différents matériaux résistants à l'usure. Il peut améliorer l'usure de coupe au burin des plaques de mâchoire en diminuant l'angle de pincement ,, ce qui réduit la force tangentielle des plaques de mâchoire. L'angle de pincement dans le concasseur à mâchoires est modifié en ajustant la largeur de la décharge. Afin de réduire l'angle de pincement, il convient d'augmenter la largeur de la décharge dans le but de répondre à l'exigence de la taille des particules. La sélection du taux de remplissage du concasseur à mâchoires devrait diminuer la valeur sur le site du concasseur soumis à des chocs et vibrations raisonnables. Pour améliorer l'usure par corrosion des plaques de mâchoire, il est nécessaire de diminuer la consommation d'eau lors de la production. Au point de combustion et au point de broyage des minerais par le marteau à percussion, il devrait prendre du brouillard en remplacement de l'eau de pulvérisation directement pour supprimer la poussière, ce qui est basé sur une élimination efficace de la poussière minimisant la consommation d'eau. Il est recommandé de régler le point de suppression de la poussière lors du découpage pour assurer un broyage à sec dans le concasseur à mâchoires.
1.0 Présentation
1.1 Contexte et importance de la recherche
Avec l'expansion continue de l'échelle de développement économique de la Chine, le développement rapide de la conservation de l'eau, du transport, de l'immobilier et d'autres industries, favorisent la construction de l'industrie du sable et de la pierre pour atteindre un développement progressif, la production de sable et de pierre en pénurie. La consommation de sable et de pierre pour la construction en Chine était inférieure à 500 millions de tonnes en 1981 et à 18.3 milliards de tonnes en 2014. On estime que la consommation continuera à croître à un rythme de plus de 20% par an à l'avenir.
Le sable et la pierre de construction comprennent le sable naturel et le sable et la pierre fabriqués à la machine, et la proportion de sable et de pierre fabriqués à la machine a atteint 60% en 2013. Avec l'épuisement des ressources naturelles en sable et en pierre et la crise écologique de plus en plus grave, il est une tendance inévitable pour le développement de l'industrie du sable et de la pierre à remplacer le sable et la pierre naturels par un mécanisme sable et pierre. À l'avenir, sa part dépassera 80%, et dans certains domaines, elle dépassera 90%. La croissance rapide de la consommation de sable et de pierre fabriqués à la machine favorise l'augmentation rapide de la production des équipements de concassage, ce qui conduit à une demande croissante de pièces d'usure de broyeur. On estime qu'en 2014, les matériaux résistants à l'usure des chemises consommées par les concasseurs dans l'industrie des carrières en Chine sont supérieurs à 800000 tonnes, et les plaques de concasseur à mâchoires à elles seules représentent environ 150000 T / A, entraînant une perte économique directe de 1 milliard de yuans. Prenant la mine Xinkaiyuan comme exemple, la mine a une production annuelle de plus de 4 millions de tonnes de sable et de gravier. Les matières premières extraites par dynamitage sont d'abord cassées par un marteau à percussion, puis grossièrement cassées par un concasseur à mâchoires, et moyennes et fines par un concasseur à cône. Après un concassage en trois étapes, les produits sont classés en granulats de construction et en sable fabriqué à la machine avec différentes tailles de particules.
Tableau1-1 Situation d'abrasion des plaques de concasseur à mâchoires | ||||
Usine Non | Nom de la pièce | Types | Durée de vie / jour | Sortie / 10000 tonnes |
2-E-1 | Plaque de mâchoire fixe | Avant le transfert du visage de travail | 150 | 75 |
Après le transfert du visage de travail | 63 | 42 | ||
2-E-1 | Plaque de mâchoire mobile | Avant le transfert du visage de travail | 180 | 97 |
Après le transfert du visage de travail | 150 | 87 |
Début 2014, les ressources de l'ancienne mine de Xinkaiyuan ont été épuisées et les faces minières ont été transférées aux mines adjacentes. Comme le montre la figure 1-2, la zone minière est est une ancienne mine et la zone minière ouest est une nouvelle mine. Les données statistiques montrent que la perte de plaque à mâchoires du concasseur à mâchoires est considérablement augmentée après le transfert de la face de travail (voir tableau 1-1), ce qui a un impact négatif sur la production et la gestion de l'entreprise. Il s'incarne dans les aspects suivants:
- L'usure des plaques de concasseur à mâchoires est aggravée, la durée de vie des plaques de concasseur à mâchoires est réduite et le coût de production est augmenté. Après le transfert de la face de travail, dans des conditions d'équipement de production, de processus et de gestion des opérations stables, la quantité de minerai cassé par la plaque de mâchoire fixe a diminué de 750,000 t à 420,000 t, et la durée de vie a été réduite de 150 jours à 63 jours ; la quantité de minerai brisé par la plaque de mâchoire mobile est passée de 970,000 870,000 t à 180 150 T, et la durée de vie a été réduite de 40000 jours à 160000 jours. Le prix du marché des plaques de concasseur à mâchoires fixes est d'environ 40 yuans. Comme la durée de vie des plaques de concasseur à mâchoires est réduite, la perte économique directe pour l'entreprise est de XNUMX yuans par an et le coût de la plaque à mâchoires par unité de production est augmenté de XNUMX%.
- L'usure du plaques de concasseur augmente, ce qui entraîne une augmentation de la taille des particules de décharge et affecte la qualité du produit et son fonctionnement ultérieur. Les plaques de concasseur à mâchoires sont constamment usées et consommées au cours du processus d'utilisation, et la largeur de l'orifice de décharge est progressivement agrandie, ce qui conduit au minerai déchargé du concasseur avant le concassage à la taille de particule qualifiée, modifie les conditions de fonctionnement ultérieures, réduit la qualité du produit et affecte le prix du produit.
- L'usure des plaques du concasseur à mâchoires augmente, la fréquence de remplacement des plaques à mâchoires augmente et la sécurité de production est affectée. Le concasseur à mâchoires de Xinkaiyuan a un poids propre de 50 tonnes, une dimension de hauteur largeur de longueur de 3500 × 2900 × 3000, et un poids de plaques de concasseur à mâchoires de près de 1 tonne. Le démontage et l'assemblage des mâchoires nécessitent la coopération étroite de l'équipement mécanique et du personnel à grande échelle, et il existe un risque potentiel majeur pour la sécurité, qui peut facilement entraîner des accidents d'équipement ou des accidents personnels.
L'usure des plaques de concasseur à mâchoires non seulement consomme de l'énergie, gaspille des matériaux, augmente les coûts de production, mais affecte également la qualité du produit et entraîne un risque potentiel pour la sécurité. Par conséquent, étudier la loi de l'usure des plaques à mâchoires du concasseur à mâchoires et explorer le schéma d'amélioration de la résistance à l'usure des plaques à mâchoires peut réduire la consommation de matériaux, améliorer le taux d'utilisation de l'énergie, contrôler strictement la qualité du produit du concasseur, réduire le coût de production, réduire les risques potentiels pour la sécurité et améliorer le bénéfice économique de l'entreprise. D'autre part, il peut enrichir la théorie de l'usure et fournir un support théorique pour l'étude des matériaux anti-usure et le guidage de la conception mécanique.
1.2 Assistance par sujet
Le concassage du minerai dans un concasseur à mâchoires est un processus physique complexe, et les caractéristiques d'usure des plaques de concasseur à mâchoires sont affectées par les propriétés de l'alimentation, les matériaux de revêtement, les paramètres structurels du concasseur, les paramètres du processus de production, les conditions de fonctionnement et d'autres facteurs.
Dans cet article, le concasseur à mâchoires à pendule composé PE 900 × 1200 utilisé dans la mine Xinkaiyuan est sélectionné comme exemple pour analyser la macro et la micromorphologie de la surface usée de la plaque de mâchoire de rupture, pour étudier le mode principal de la rupture d'usure de la plaque de mâchoire; pour analyser le degré de durcissement de surface de la plaque de mâchoire, pour étudier les performances anti-usure de la plaque de mâchoire; analyser l'influence de différents minéraux sur l'usure de la plaque de mâchoire et explorer les caractéristiques du minerai Sur cette base, le schéma technique pour améliorer la résistance à l'usure de la plaque de mâchoire est proposé.
2.0 Etude sur la théorie de l'usure des plaques de concasseur à mâchoires
L'usure est un phénomène physique de perte de matière causée par le frottement d'objets en mouvement relatifs. L'usure rend non seulement la surface du matériau consommée en permanence, provoque le changement de taille du matériau, mais affecte également la durée de vie des composants de l'équipement. En tant que branche importante de la tribologie, la recherche sur l'usure a couvert la métallurgie, les mines, les matériaux de construction, l'industrie chimique et d'autres industries. Selon le mécanisme d'usure, il peut être divisé en usure adhésive, usure abrasive, usure par fatigue et usure par corrosion. La recherche sur la résistance à l'usure des plaques à mâchoires du concasseur à mâchoires est la prémisse et la base pour analyser le mode de défaillance de l'usure des plaques à mâchoires et améliorer la résistance à l'usure des plaques de concasseur à mâchoires.
2.1 Recherche théorique de l'usure
2.1.1 Théorie de l'usure de base
Les recherches sur l'usure ont été menées dans les années 1950. Sur la base des recherches de Holm en 1953, JF Archard des États-Unis a avancé la théorie de l'usure adhésive d'Archard. La théorie soutient que lorsque la surface de la paire de friction glisse relativement, le point d'adhérence sera cisaillé et cassé en raison de l'effet d'adhérence, ce qui entraînera de nombreuses pertes de micro-volume sur le matériau. M. Arcard suppose que les particules d'usure sont hémisphériques et que son rayon est le rayon du point de contact. La formule de calcul de la perte d'usure, formule d'Archard, est obtenue, comme indiqué dans la formule 2-1. Bien que le modèle d'usure d'Archard soit utilisé pour analyser le mécanisme d'usure de l'adhésif, d'autres modèles d'usure sont basés sur le modèle d'Archard.
Remarques: Dans la formule Archard, volume d'usure en V, distance d'usure en L, coefficient d'usure en K, charge P, dureté du matériau H.
En 1957, Krajewski de l'ex-Union soviétique a avancé la théorie de la fatigue solide. Selon la théorie, la surface de contact réelle est rugueuse et discontinue, et la somme des points de contact constitue la zone de contact réelle; Sous l'action d'une force normale, une contrainte locale et une déformation locale se produiront sur le point de contact réel; le frottement causé par le glissement relatif de la surface de frottement modifie les propriétés du matériau de surface de la zone de contact, en même temps, le volume fixe du matériau de surface est affecté par la force de frottement L'action répétée d'une contrainte alternée entraîne des dommages et une accumulation, ce qui entraîne à une fissure de fatigue en micro-volume, et la fissure continue de se dilater et forme finalement des débris d'usure et tombe. Cette théorie n'est pas seulement adaptée à l'usure par fatigue, mais peut également être utilisée pour analyser l'usure abrasive et l'usure adhésive. Il peut être utilisé non seulement pour les matériaux métalliques, mais également pour certains matériaux non métalliques (comme le graphite, le caoutchouc, etc.).
En 1973, le NPSuh des États-Unis a présenté la théorie de l'usure et du délaminage. On pense que l'accumulation de déformation de cisaillement dans le processus de frottement est l'accumulation de dislocations à une certaine profondeur sous la surface, ce qui conduit à des fissures ou des trous. En raison de la structure de contrainte normale sur la surface parallèle, les fissures s'étendent le long de la direction de la surface parallèle à une certaine profondeur, entraînant la formation de débris de flocons. Moore au Royaume-Uni et le MIT aux États-Unis ont présenté la théorie du pelage à partir de la fatigue et de la migration des matériaux, de l'accumulation de dislocations et du mécanisme de formation des trous, respectivement, et ont souligné l'importance de la ténacité du matériau pour la résistance à l'usure. Moore et Iwasaki ont également proposé les effets de la formation et des inclusions de fissures souterraines sur l'initiation des fissures, ainsi que sur le délaminage et la fracture du matériau.
Dans les années 1970, G. Fleisher a proposé pour la première fois la théorie de l'usure énergétique. Il pense que la conversion d'énergie est la principale cause d'usure. Pour les matériaux métalliques, l'essentiel du travail effectué par friction est consommé en déformation plastique et dissipé sous forme de chaleur. Une petite partie du travail de friction (environ 9 ~ 16% du travail de friction total) est accumulée sous forme d'énergie interne potentielle sous la forme de dislocations cristallines. Afin de séparer les débris du matériau de la matrice, une énergie interne suffisante doit être accumulée dans un certain volume du matériau. Lorsque l'énergie atteint la valeur critique, un écoulement plastique ou une fissure se produira dans le matériau du volume et l'énergie interne diminuera. Après plusieurs fois de tels cycles critiques, lorsque l'énergie accumulée dépasse l'énergie de la liaison de liaison, la surface du matériau sera détruite et des débris d'usure seront générés et tomberont. L'énergie absorbée lors du processus de formation des débris est appelée énergie de fracture. En effet, l'énergie de fracture ne dépasse pas 10% de l'énergie totale absorbée.
Nos ingénieurs pensent que l'usure n'est pas inhérente au matériau, mais au système. La perte relative de matière de surface relative est causée par le mouvement relatif de deux objets et des trois intermédiaires. La couche superficielle, le film superficiel et le milieu intermédiaire changent et finissent par se détruire. Il pense également que de nombreux facteurs affectent les caractéristiques d'usure et qu'ils s'influencent et dépendent les uns des autres, et les caractéristiques d'usure sont le résultat global de l'interaction de ces facteurs. Par conséquent, tout petit changement de n'importe quel facteur peut entraîner le changement des caractéristiques d'usure (quantité d'usure, même forme d'usure).
La courbe typique de l'usure du matériau avec le temps est illustrée à la Figure 2-1, qui peut être divisée en trois étapes: fonctionnement en phase (OA), phase stable (AB) et phase d'usure sévère (BC). Lors de la phase de rodage, la surface du matériau est rectifiée à plat, la surface de contact réelle augmente, le durcissement par contrainte de surface et le taux d'usure sont réduits; à l'étape stable, l'usure a tendance à être stable, et le taux d'usure est une valeur constante, ce qui est une étape importante pour caractériser la résistance à l'usure des matériaux; dans la phase d'usure sévère, la perte de matière est intensifiée, la qualité de surface se détériore et le matériau se détériore rapidement.
Voir ce qui suit pour le mode de défaillance et les caractéristiques de base de l'usure de la surface du matériau. Selon les différents mécanismes d'usure, l'usure du matériau est principalement divisée en usure adhésive, usure abrasive, usure par fatigue, en plus de l'usure par pelage, usure par corrosion, etc. L'usure de l'adhésif est généralement causée par l'usure de l'adhésif. Le principal mode de défaillance de l'usure abrasive est l'usure par burinage. L'usure par délaminage est principalement causée par l'usure par frottement. L'usure par fatigue est causée par des piqûres.
- Usure par frottement. Il y a des marques d'adhérence sur la surface usée et les débris métalliques de fer sont oxydés en oxyde brun rougeâtre, qui est généralement utilisé comme abrasif pour intensifier l'usure.
- Délaminage. La rupture se produit d'abord dans la couche souterraine, où les dislocations s'accumulent, les fissures se nucléent et se propagent à la surface. Enfin, le matériau tombe sous forme de feuille et forme des débris de flocons.
- Collage. Sous une vitesse élevée et une charge élevée, une grande quantité de chaleur de friction rend la surface soudée et laisse une fosse d'adhérence de la feuille après l'arrachement.
- Crise d'épilepsie. En raison de la fosse de collage, la migration de matière est sérieuse, un grand nombre de paires de frottement sont soudées, et l'usure augmente rapidement et le mouvement relatif des paires de frottement est entravé ou arrêté.
- Piqûres corrosives. Il existe de nombreuses piqûres lenticulaires à la surface du matériau.
- Moudre. La macro-surface est lisse et de fines rayures abrasives peuvent être observées à fort grossissement.
- Rayure. Des rayures peuvent être observées à l'œil nu ou à faible grossissement, causées par une coupe abrasive ou un labour.
- Burinage. Il y a des piqûres de pression et parfois des éraflures rugueuses et courtes, qui sont causées par un impact abrasif.