Astratto
Sulla base dell'aggravamento dell'usura delle piastre del frantoio a mascelle del frantoio a mascelle a pendolo composto nella miniera di Xinkaiyuan , sono state analizzate le modalità di rottura dell'usura delle piastre a mascelle, sono state rivelate le ragioni principali della grave usura delle piastre del frantoio a mascelle , questo documento ha analizzato ulteriormente le leggi sull'usura il frantoio a mascelle simulando i minerali di frantumazione delle piastre a mascelle del frantoio a mascelle con il software a elementi discreti EDEM , e per esplorare l'influenza dell'angolo di contatto del frantoio, il tasso di riempimento e il contenuto di umidità del minerale sull'usura delle piastre a mascelle.
I risultati dell'analisi della morfologia superficiale delle piastre della mascella di scarto utilizzando il microscopio ottico mostrano che il meccanismo di usura delle piastre del frantoio a mascelle sono l'usura da taglio dello scalpello, l'usura da fatica e la coesistenza dell'usura da corrosione. Le piastre del frantoio a mascelle sono colpite ed estruse fortemente dai minerali, la superficie delle piastre della mascella è cesellata e tagliata notevolmente. Le piastre delle ganasce mostrano una grave deformazione plastica, inclusi graffi molto profondi, scanalature compatte e cavità di grandi dimensioni. L'usura del taglio dello scalpello è la principale modalità di usura delle piastre delle ganasce. Le piastre delle ganasce vengono colpite ed estruse ripetutamente a lungo termine, causando fatica da contatto, comparsa di cricche da fatica e propagazione di cricche, con conseguente frattura fragile, l'usura a fatica è una modalità di usura delle piastre ganasce. Inoltre, l'acqua sui minerali per la soppressione in loco dello spruzzatore di polveri entra in contatto con le piastre delle ganasce, presentando complesse reazioni chimiche nell'aria, causando corrosione per ossidazione , con conseguente sollevamento e sfregamento del materiale della superficie della ganascia, la nuova corrosione della superficie metallica continua, esacerbare l'usura delle placche mascellari.
Utilizzando lo spettrometro a raggi X OBLF-1000-Ⅱ per rilevare la composizione chimica delle piastre delle ganasce mobili e delle piastre delle ganasce fisse , il contenuto di Mn degli elementi in lega è maggiore del 10%, il che significa che le piastre delle ganasce sono in acciaio ad alto contenuto di manganese. Il test di durezza delle parti soggette a usura delle piastre delle ganasce a diverse profondità con il tester di microdurezza HV-1000 mostra che le piastre delle ganasce hanno un'elevata durezza sulla superficie e un evidente gradiente di indurimento in profondità, il che significa che le piastre delle ganasce hanno un buon effetto di incrudimento e un'elevata resistenza all'usura .
Secondo GB / T 17412.1-1998 e GB / T23561.7-2009, questo documento ha rilevato la composizione mineralogica e la resistenza alla compressione dei minerali di due miniere , che sono prima e dopo il cambio del sito minerario nella miniera di Xinkaiyuan. In combinazione con la durata delle piastre della mascella, i minerali che contengono una fase più dura hanno la maggiore resistenza alla compressione, essendo più dura rotta, causando l'usura della piastra della mascella più veloce e vivono più breve, rivelando la ragione principale per la grave usura delle piastre della mascella in Xinkaiyuan sono i cambiamenti di composizione e la natura dei minerali per mangimi.
Stabilire il modello della geometria del frantoio e il modello del minerale Mediante il metodo degli elementi discreti e il software EDEM, secondo il frantoio a mascelle a pendolo composto PE900 × 1200 e le proprietà dei minerali di Xinkaiyuan, simulando il frantoio a mascelle per rompere i minerali, ha ottenuto la distribuzione della forza normale e la distribuzione della forza tangenziale del piastra della mascella mobile a 1s, 1.5s, 2s, 2.5s nel tempo di simulazione. In base alle caratteristiche della forza in diversi distretti della superficie della piastra della mascella mobile, la piastra della mascella è divisa in quattro regioni come H, M, ML e L: H è la zona di contatto dell'alimentazione dei minerali, che è principalmente influenzata dai minerali con un certo velocità iniziale. M e ML sono l'area in cui i minerali vengono frantumati, il minerale viene rotto principalmente in quest'area, essendo spremuto e tagliato insieme. L è la zona di scarico, questa zona non è solo estrusa ma esiste anche l'attrito radente.
I risultati della simulazione mostrano la forza normale massima in diverse regioni sulla piastra della ganascia mobile: H 1.53 × 104 N, M 6.21 × 106 N, ML 6.65 × 106 N, L 6.33 × 106 N, la forza tangenziale massima: H9.2 × 102 N, M 4.53 × 106N, ML 5.78 × 106N, L 5.98 × 106N. Confrontando la forza normale massima e la forza tangenziale massima, combinate con l'analisi della morfologia superficiale delle parti soggette ad usura della piastra ganascia, la H è soggetta a una grande forza normale, che indica che questa regione è normalmente influenzata dal minerale a lungo termine, è facile da formare crepe da fatica e apparire usura da fatica. M, ML e L sono la principale regione di frantumazione sulla piastra della mascella mobile, i minerali vengono schiacciati sia dalla sollecitazione di compressione che dalla sollecitazione di taglio dalle piastre della mascella. Questa forza normale regionale è maggiore della forza tangenziale, indicando che il frantoio a mascelle si basa principalmente sulla compressione per schiacciare i minerali e sulla macinazione come ruolo sussidiario. La principale modalità di usura delle piastre delle ganasce è l'usura da taglio a scalpello.
Simulazione dell'influenza dell'angolo di presa del frantoio, della velocità di riempimento, del contenuto di umidità dei minerali sulla forza della piastra mobile della ganascia, H è sottoposto a una maggiore forza tangenziale con l'angolo di presa che diventa più piccolo, esistente in modo significativo l'azione di taglio, mentre M e ML sono soggetti al maggiore forza normale, esistente la più grave usura da scheggiatura. Con l'aumento della velocità di riempimento, ML e L delle piastre mobili delle ganasce sono soggette a una maggiore forza tangenziale, a causa della grave usura da taglio. Il contenuto di umidità del minerale difficilmente influenza la forza della piastra mobile della ganascia. Ma l'usura da corrosione causata dall'acqua è un fattore importante nel promuovere l'usura dello sviluppo delle piastre delle ganasce.
Attraverso i programmi di analisi di cui sopra proposti per migliorare la resistenza all'usura delle piastre ganasce: sviluppando una piastra ganascia modulare, combinata con piastra H, piastra M, piastra ML e piastra L quattro piastre, ciascuna piastra è stata determinata dalla legge delle caratteristiche di forza in diverse regioni come diversi materiali resistenti all'usura. Può migliorare l'usura da taglio a scalpello delle piastre delle ganasce diminuendo l'angolo di presa , che riduce la forza tangenziale delle piastre delle ganasce. L'angolo di contatto nel frantoio a mascelle viene modificato regolando la larghezza dello scarico. Per ridurre l'angolo di contatto, è necessario aumentare la larghezza dello scarico a condizione di soddisfare il requisito della dimensione delle particelle. La selezione della velocità di riempimento del frantoio a mascelle dovrebbe diminuire il valore sulla premessa del frantoio soggetto a scosse e vibrazioni ragionevoli. Per migliorare l'usura da corrosione delle piastre delle ganasce, è necessario ridurre il consumo di acqua durante la produzione. Al punto di combustione e al punto di frantumazione dei minerali da parte del martello d'urto di nuovo, dovrebbe prendere la nebbia in sostituzione dell'acqua spruzzata direttamente per sopprimere la polvere, che è sulla premessa di un'efficace rimozione della polvere che minimizza il consumo di acqua. Si consiglia di impostare il punto di abbattimento della polvere sulla tranciatura per garantire una frantumazione a secco nel frantoio a mascelle.
1.0 Introduzione
1.1 Background e significato della ricerca
Con la continua espansione della scala di sviluppo economico della Cina, il rapido sviluppo della tutela dell'acqua, dei trasporti, del settore immobiliare e di altre industrie, promuove la costruzione dell'industria della sabbia e della pietra per raggiungere lo sviluppo del balzo, la produzione di sabbia e pietra scarseggia. Il consumo di sabbia e pietra per l'edilizia in Cina è stato inferiore a 500 milioni di tonnellate nel 1981 e 18.3 miliardi di tonnellate nel 2014. Si stima che il consumo continuerà a crescere a un ritmo di oltre il 20% all'anno in futuro.
La sabbia e la pietra da costruzione includono sabbia naturale e sabbia e pietra prodotte a macchina, e la percentuale di sabbia e pietra prodotte a macchina ha raggiunto il 60% nel 2013. Con l'esaurimento della sabbia naturale e delle risorse di pietra e la sempre più grave crisi ambientale ecologica, è una tendenza inevitabile per lo sviluppo dell'industria della sabbia e della pietra per sostituire la sabbia e la pietra naturali con il meccanismo della sabbia e della pietra. In futuro, la sua quota supererà l'80% e in alcune aree supererà il 90%. La rapida crescita del consumo di sabbia e pietra prodotta a macchina promuove il rapido aumento della produzione di attrezzature di frantumazione, che porta alla crescente richiesta di parti di usura del frantoio. Si stima che nel 2014 i materiali resistenti all'usura dei liner consumati dai frantoi nell'industria estrattiva cinese siano più di 800000 tonnellate e che le sole piastre del frantoio a mascelle siano circa 150000 T / A, con una perdita economica diretta di 1 miliardo di yuan. Prendendo ad esempio la miniera di Xinkaiyuan, la miniera ha una produzione annuale di oltre 4 milioni di tonnellate di sabbia e ghiaia. Le materie prime estratte mediante sabbiatura vengono inizialmente rotte dal martello a impatto, quindi grossolane rotte dal frantoio a mascelle e medie e fini rotte dal frantoio a cono. Dopo la frantumazione in tre fasi, i prodotti vengono classificati in aggregato da costruzione e sabbia prodotta a macchina con diverse dimensioni delle particelle.
Tabella1-1 Situazione di abrasione delle piastre del frantoio a mascelle | ||||
Pianta n | Nome parte | Tipi | Vita utile / giorno | Produzione / 10000 tonnellate |
2-MI-1 | Piastra della mascella fissa | Prima del trasferimento della faccia di lavoro | 150 | 75 |
Dopo il trasferimento della faccia lavorativa | 63 | 42 | ||
2-MI-1 | Ganascia mobile | Prima del trasferimento della faccia di lavoro | 180 | 97 |
Dopo il trasferimento della faccia lavorativa | 150 | 87 |
All'inizio del 2014, le risorse della vecchia miniera di Xinkaiyuan erano esaurite e le facce minerarie sono state trasferite alle miniere adiacenti. Come mostrato nella Figura 1-2, l'area mineraria est è una vecchia miniera e l'area mineraria ovest è una nuova miniera. I dati statistici mostrano che la perdita della piastra a mascelle del frantoio a mascelle è notevolmente aumentata dopo il trasferimento della superficie di lavoro (vedere la Tabella 1-1), il che ha un impatto negativo sulla produzione e sulla gestione dell'azienda. È incarnato nei seguenti aspetti:
- L'usura delle piastre del frantoio a mascelle è aggravata, la vita utile delle piastre del frantoio a mascelle è ridotta e il costo di produzione è aumentato. Dopo il trasferimento della superficie di lavoro, in condizioni di attrezzature di produzione stabili, gestione dei processi e delle operazioni, la quantità di minerale rotto dalla piastra a ganasce fisse è diminuita da 750,000 ta 420,000 te la durata è stata ridotta da 150 giorni a 63 giorni ; la quantità di minerale rotto dalla piastra della ganascia mobile è diminuita da 970,000 ta 870,000 T e la durata è stata ridotta da 180 giorni a 150 giorni. Il prezzo di mercato delle piastre per frantoio a mascelle è di circa 40000 yuan. Poiché la vita utile delle piastre del frantoio a mascelle è ridotta, la perdita economica diretta per l'impresa è di 160000 yuan ogni anno e il costo della piastra a mascelle per unità di produzione aumenta del 40%.
- L'usura del piatti della mascella del frantoio aumenta, il che porta all'aumento della dimensione delle particelle di scarico e influisce sulla qualità del prodotto e sul successivo funzionamento. Le piastre del frantoio a mascelle sono costantemente usurate e consumate nel processo di utilizzo e la larghezza della porta di scarico viene gradualmente ingrandita, il che porta al minerale scaricato dal frantoio prima della frantumazione alla dimensione delle particelle qualificate, cambia le condizioni operative successive, riduce la qualità del prodotto e influisce sul prezzo del prodotto.
- L'usura delle piastre del frantoio a mascelle aumenta, la frequenza di sostituzione delle piastre a mascelle aumenta e la sicurezza della produzione ne risente. Il frantoio a mascelle di Xinkaiyuan ha un peso proprio di 50 tonnellate, una dimensione di altezza larghezza larghezza di 3500 × 2900 × 3000 e un peso di piastre di frantoio a mascelle di quasi 1 tonnellata. Lo smontaggio e il montaggio delle piastre delle ganasce richiedono la stretta collaborazione di attrezzature meccaniche e personale su larga scala e vi è un grave potenziale rischio per la sicurezza, che può facilmente portare a incidenti alle apparecchiature o incidenti personali.
L'usura delle piastre del frantoio a mascelle non solo consuma energia, spreca materiali, aumenta i costi di produzione, ma influisce anche sulla qualità del prodotto e causa un potenziale rischio per la sicurezza. Pertanto, studiare la legge dell'usura della piastra a mascelle del frantoio a mascelle ed esplorare lo schema per migliorare la resistenza all'usura della piastra a mascelle può ridurre il consumo di materiale, migliorare il tasso di utilizzo dell'energia, controllare rigorosamente la qualità del prodotto del frantoio, ridurre i costi di produzione, ridurre i potenziali rischi per la sicurezza e migliorare il vantaggio economico dell'impresa. D'altra parte, può arricchire la teoria dell'usura e fornire supporto teorico per lo studio dei materiali antiusura e la guida della progettazione meccanica.
1.2 Supporto soggetto
La frantumazione del minerale nel frantoio a mascelle è un processo fisico complesso e le caratteristiche di usura delle piastre del frantoio a mascelle sono influenzate dalle proprietà di alimentazione, dai materiali di rivestimento, dai parametri strutturali del frantoio, dai parametri del processo di produzione, dalle condizioni operative e da altri fattori.
In questo documento, il frantoio a mascelle a pendolo composto PE 900 × 1200 utilizzato nella miniera di Xinkaiyuan è selezionato come esempio per analizzare la macro e micromorfologia della superficie usurata della piastra mascellare di rottura, per studiare la modalità principale del fallimento dell'usura della piastra mascellare; analizzare il grado di indurimento superficiale del piatto mascellare, studiare le prestazioni antiusura del piatto mascellare; per analizzare l'influenza di diversi minerali sull'usura della piastra della mascella ed esplorare le caratteristiche del minerale Su questa base, viene proposto lo schema tecnico per migliorare la resistenza all'usura della piastra della mascella.
2.0 Studio sulla teoria dell'usura delle piastre frantoio a mascelle
L'usura è un fenomeno fisico di perdita di materiale causata dall'attrito di oggetti in movimento relativi. L'usura non solo fa consumare continuamente la superficie del materiale, provoca il cambiamento delle dimensioni del materiale, ma influisce anche sulla durata dei componenti dell'attrezzatura. In qualità di ramo importante della tribologia, la ricerca sull'usura ha riguardato la metallurgia, l'estrazione mineraria, i materiali da costruzione, l'industria chimica e altri settori. Secondo il meccanismo di usura, può essere suddiviso in usura adesiva, usura abrasiva, usura da fatica e usura da corrosione. La ricerca sulla resistenza all'usura della piastra a mascelle del frantoio a mascelle è la premessa e la base per analizzare la modalità di guasto dell'usura della piastra a mascelle e per migliorare la resistenza all'usura delle piastre del frantoio a mascelle.
2.1 Ricerca teorica sull'usura
2.1.1 Teoria di base dell'usura
La ricerca sull'usura è stata effettuata negli anni Cinquanta. Sulla base della ricerca di Holm nel 1950, JF Archard degli Stati Uniti ha avanzato la teoria dell'usura dell'adesivo Archard. La teoria sostiene che quando la superficie della coppia di attrito è relativamente scorrevole, il punto di adesione sarà tagliato e rotto a causa dell'effetto di adesione, con conseguente perdita di molti microvolumi sul materiale. Il signor Arcard presume che le particelle di usura siano emisferiche e il suo raggio sia il raggio del punto di contatto. Si ottiene la formula di calcolo della perdita per usura, formula di Archard, come mostrato nella formula 1953-2. Sebbene il modello di usura Archard venga utilizzato per analizzare il meccanismo di usura dell'adesivo, altri modelli di usura sono basati sul modello Archard.
Note: nella formula Archard, volume V-wear, distanza L-wear, coefficiente K-wear, carico P, durezza materiale H.
Nel 1957, Krajewski dell'ex Unione Sovietica avanzò la teoria della fatica solida. Secondo la teoria, la superficie di contatto effettiva è ruvida e discontinua e la somma dei punti di contatto costituisce l'area di contatto effettiva; Sotto l'azione della forza normale, si verificheranno stress locali e deformazioni locali sul punto di contatto effettivo; l'attrito causato dallo scorrimento relativo della superficie di attrito modifica le proprietà del materiale superficiale dell'area di contatto, allo stesso tempo, il volume fisso del materiale superficiale è influenzato dalla forza di attrito L'azione ripetuta di sollecitazioni alternate porta a danni e accumuli, che porta a una fessura da fatica in microvolume, e la fessura continua ad espandersi e alla fine forma detriti di usura e cade. Questa teoria non è adatta solo per l'usura da fatica, ma può anche essere utilizzata per analizzare l'usura abrasiva e l'usura adesiva. Può essere utilizzato non solo per materiali metallici ma anche per alcuni materiali non metallici (come grafite, gomma, ecc.).
Nel 1973, NPSuh degli Stati Uniti ha avanzato la teoria dell'usura e della delaminazione. Si ritiene che l'accumulo di deformazione di taglio nel processo di attrito sia l'accumulo di dislocazioni a una certa profondità sotto la superficie, che porta a crepe o fori. A causa della normale struttura di sollecitazione sulla superficie parallela, le fessure si estendono lungo la direzione della superficie parallela ad una certa profondità, determinando la formazione di detriti di scaglie. Moore nel Regno Unito e MIT negli Stati Uniti hanno avanzato la teoria del peeling rispettivamente dalla fatica e dalla migrazione del materiale, dall'accumulo di dislocazione e dal meccanismo di formazione del foro, sottolineando l'importanza della tenacità del materiale per la resistenza all'usura. Moore e Iwasaki hanno anche proposto gli effetti della formazione di crepe nel sottosuolo e delle inclusioni sull'innesco della frattura, nonché sulla delaminazione e sulla frattura del materiale.
Negli anni '1970, G. Fleisher propose per primo la teoria dell'usura energetica. Pensa che la conversione dell'energia sia la principale causa di usura. Per i materiali metallici, la parte principale del lavoro svolto dall'attrito viene consumata nella deformazione plastica e dissipata sotto forma di calore. Una piccola parte del lavoro di attrito (circa il 9 ~ 16% del lavoro di attrito totale) viene accumulata sotto forma di potenziale energia interna sotto forma di dislocazioni cristalline. Per separare i detriti dal materiale della matrice, è necessario accumulare sufficiente energia interna in un certo volume del materiale. Quando l'energia raggiunge il valore critico, si verificherà un flusso di plastica o una rottura nel materiale nel volume e l'energia interna diminuirà. Dopo diverse volte di tali cicli critici, quando l'energia accumulata supera l'energia del legame di incollaggio, la superficie del materiale verrà distrutta e verranno generati detriti di usura che cadranno. L'energia assorbita nel processo di formazione dei detriti è chiamata energia di frattura. Infatti l'energia di frattura non supera il 10% dell'energia totale assorbita.
I nostri ingegneri ritengono che l'usura non sia inerente al materiale, ma al sistema. La relativa perdita di materiale superficiale relativo è causata dal movimento relativo di due oggetti e dei tre intermedi. Lo strato superficiale, il film superficiale e il mezzo intermedio cambiano e alla fine si distruggono. Ritiene inoltre che vi siano molti fattori che influenzano le caratteristiche di usura e che si influenzano e dipendono l'uno dall'altro, e le caratteristiche di usura sono il risultato globale dell'interazione di questi fattori. Pertanto, qualsiasi piccolo cambiamento di qualsiasi fattore può causare il cambiamento delle caratteristiche di usura (quantità di usura, persino forma di usura).
La curva tipica dell'usura del materiale nel tempo è mostrata nella Figura 2-1, che può essere suddivisa in tre fasi: fase di funzionamento (OA), fase stabile (AB) e fase di usura grave (BC). Nella fase di rodaggio, la superficie del materiale viene rettificata in piano, l'area di contatto effettiva aumenta, la deformazione superficiale si indurisce e il tasso di usura viene ridotto; nella fase stabile, l'usura tende ad essere stabile e il tasso di usura è un valore costante, che è una fase importante per caratterizzare la resistenza all'usura dei materiali; nella fase di forte usura, la perdita di materiale si intensifica, la qualità della superficie si deteriora e il materiale si guasta rapidamente.
Vedere quanto segue per la modalità di guasto e le caratteristiche di base dell'usura della superficie del materiale. In base ai diversi meccanismi di usura, l'usura del materiale è principalmente suddivisa in usura adesiva, usura abrasiva, usura da fatica, oltre a usura da distacco, usura da corrosione e così via. L'usura dell'adesivo è solitamente causata dall'usura dell'adesivo. La principale modalità di guasto dell'usura abrasiva è l'usura da scalpellatura. L'usura da delaminazione è principalmente causata dall'usura da sfregamento. L'usura da fatica è causata dalla vaiolatura.
- Usura da sfregamento. Sono presenti segni di adesione sulla superficie usurata e i detriti metallici di ferro vengono ossidati in ossido bruno-rossastro, che viene solitamente utilizzato come abrasivo per intensificare l'usura.
- Delaminazione. Il cedimento si verifica per la prima volta nello strato sotterraneo, dove le dislocazioni si accumulano, le fessure nucleari e si propagano alla superficie. Infine, il materiale cade sotto forma di fogli e forma detriti in scaglie.
- Incollaggio. Sotto l'alta velocità e il carico pesante, una grande quantità di calore di attrito rende la superficie saldata e lascia una fossa di adesione del foglio dopo lo strappo.
- Crisi. A causa della fossa di incollaggio, la migrazione del materiale è grave, un gran numero di coppie di attrito viene saldato e l'usura aumenta rapidamente e il movimento relativo delle coppie di attrito viene ostacolato o arrestato.
- Pitting corrosivo. Ci sono molte cavità lenticolari sulla superficie del materiale.
- Macinare. La macro superficie è liscia e si possono osservare sottili graffi abrasivi ad alto ingrandimento.
- Graffiare. Si possono osservare graffi ad occhio nudo oa basso ingrandimento, causati da taglio abrasivo o aratura.
- Scalpellatura. Ci sono buchi di pressione e occasionalmente graffi ruvidi e brevi, causati da urti abrasivi.