Nosso cliente, The Three Gorges, que tem 2 conjuntos de britadores giratórios 50-65MK-Ⅱ. Esse modelo foi colocado em operação em agosto de 1999. Após a operação, todas as unidades responderam normalmente. E devido à sua grande taxa de britagem e alta produtividade, tornou-se o principal equipamento para processamento de areia artificial e pedra neste projeto. Porém, um dos eixos principais do britador quebrou durante a operação de britagem até 14 de novembro de 2001. O tempo teórico de operação foi de apenas dois anos e três meses. No entanto, o status de produção real do departamento de projeto é que dois tipos de equipamento são usados, um de cada vez. Nunca dois correram juntos. Portanto, um tempo de operação teórico mais realista deve ser mais de um ano. Embora de acordo com o contrato, o período de garantia do compromisso do eixo principal da fábrica seja de 18 meses, e o Departamento de Projeto de Arenito Xia'anxi das Três Gargantas também esteve envolvido com o representante da fábrica da Svedala Company por mais de 2 meses com base no contrato, mas o O motivo final é Suficiente e não obteve a compensação da fábrica. Na verdade, de acordo com o uso de muitos tipos de máquinas semelhantes em casa e no exterior e a remodelação original da fábrica do dispositivo, o eixo principal não pode ser quebrado em um período de tempo tão curto. É óbvio e fácil ver que o eixo principal está anormalmente fraturado. Nessa época, também estava no auge da concretagem da Barragem das Três Gargantas. Depois que o eixo principal deste disjuntor quebrou, o estado do outro também nos deixou preocupados. Caso o outro passe pela mesma situação em um curto período de tempo, então os resultados simplesmente não são ousados. Porque o preço de importação do eixo principal chega a 2.3 milhões de yuans, e o período de entrega também é mais longo (o mais rápido é 6 meses). Além das falhas de projeto do próprio eixo principal, o departamento de projetos rejeitou o plano de importação do eixo principal, decidiu estudar a capacidade técnica da organização na Malásia e tentar a possibilidade de sua produção nacional.
No desmontagem e inspeção subsequentes, descobrimos que a parte fraturada da haste principal ocorreu na área de transição do arco do diâmetro superior da haste Φ489 para o diâmetro da haste Φ630, e esta área de transição era originalmente um local onde a tensão deveria ser relativamente concentrado. Ao coletar uma amostra da fratura e analisá-la por microscopia eletrônica de varredura, a superfície de fratura é a fratura por fadiga causada pela diáfise principal atingindo o tempo efetivo de seu uso, ao invés da fratura frágil causada pela força externa. Após nossa análise completa e demonstração, chegamos à conclusão de que este modelo é uma modificação do disjuntor rotativo tipo 42-50. Exceto para a extensão do eixo principal e o aumento do diâmetro de alimentação, as demais posições não foram alteradas de acordo. Portanto, devido ao aumento do diâmetro da alimentação, a taxa de britagem da máquina é maior do que a do tipo 42-50. Portanto, a força de esmagamento suportada pelo eixo principal foi aumentada, mas o diâmetro do eixo principal não foi aumentado em conformidade. Ao mesmo tempo, à medida que o comprimento do eixo principal é alongado, os momentos de flexão até os quais o ponto quebrado do eixo principal é correspondentemente aumentado. Pela situação real do movimento interrompido, a área de transição do arco do eixo principal é a área onde o momento fletor do eixo é maior e a área onde a tensão está relativamente concentrada. Portanto, é também a área mais fraca de todo o eixo principal. Se o eixo principal quebrar devido à incapacidade de suportar forças externas, a área rachada deve estar na área fraca. Veja a seguinte imagem:
Depois de descobrir o motivo principal da fratura do eixo principal, começamos a estudar como reduzir a probabilidade de quebra do eixo principal. Para evitar a fratura do eixo principal, além de controlar o diâmetro de alimentação da matéria-prima, aumentar a resistência à flexão do eixo principal e reduzir o coeficiente de concentração de tensões do eixo principal cruzando a área do arco são dois caminhos bastante eficazes. Para aumentar a resistência à flexão do eixo principal, no caso em que o comprimento do eixo principal não pode ser alterado, é necessário aumentar o tamanho do diâmetro do eixo superior e o raio do arco de transição. No entanto, aumentar o tamanho do diâmetro do eixo superior do eixo principal trará uma série de problemas de montagem de outras peças relacionadas, que na verdade não funcionam. Portanto, é mais viável aumentar o tamanho do canto arredondado do arco de transição. E para reduzir os coeficientes no conjunto de tensões do eixo principal só pode ser feito no tamanho do filete do arco de transição. Teoricamente, você pode melhorar o coeficiente de centralização da tensão do eixo principal aumentando o tamanho do filete do arco cruzado. Você só pode saber se pode melhorá-lo por meio de cálculos detalhados; aumente a resistência da área do arco de cruzamento do eixo principal e reduza a tensão na superfície. E através de nossos cálculos detalhados, determinamos que podemos aumentar o tamanho do arco de cruzamento do eixo principal de R160 mm para R285 mm, sem afetar a montagem de outras peças. Como a relação r / d = 160/489 = 0.32> 0.25 da dimensão do filete do arco redondo original r para o diâmetro do eixo de extremidade pequena d do eixo principal, é conhecido do Manual de Projeto Mecânico que quando r / d é maior de 0.25 Simplesmente aumentar o tamanho do filete do arco de transição não pode mais reduzir o coeficiente de tensão do entalhe de fadiga nesta área. Portanto, o aumento no tamanho do canto do arco de transição não mudou a situação da tensão definida na área. No entanto, ao aumentar o tamanho do canto arredondado do arco de cruzamento, o tamanho da seção transversal radial do eixo principal pode ser aumentado. Portanto, a resistência à flexão do eixo principal pode ser aumentada. E ao aumentar a resistência e a precisão da superfície da zona de cruzamento do arco do eixo principal, a concentração de tensão na zona também pode ser reduzida. Desta forma, a resistência à flexão da zona de cruzamento do arco do eixo principal pode ser melhorada, reduzindo assim a probabilidade de fratura nesta zona.
Portanto, decidimos aumentar o tamanho do canto arredondado do arco de cruzamento do eixo principal para R285 mm a fim de melhorar a resistência à flexão e a concentração de tensão na área do arco de cruzamento do eixo principal e, ao mesmo tempo, aumentar a precisão do eixo principal área do arco de cruzamento.
É fácil ver que aumentar o tamanho do eixo principal cruzando o filete do arco certamente aumentará a resistência à flexão do eixo principal, portanto, o cálculo de verificação detalhada deste artigo é omitido.
Além disso, para evitar que o eixo principal quebre, isso também pode ser obtido alterando o material do eixo principal para melhorar as propriedades mecânicas gerais do eixo principal, de modo a atingir o objetivo de melhorar a tenacidade geral do eixo principal e melhorar a resistência à flexão do eixo principal. Em seguida, podemos realizar análises de amostras e experimentos sobre as propriedades do material e mecânicas do eixo principal fraturado, e compará-los com as propriedades mecânicas de ligas de aços estruturais de diferentes marcas no país para encontrar materiais com melhor e melhor desempenho. Se for encontrado, então as condições para a produção do país de eixo principal estarão basicamente reunidas.
Seleção de material do eixo principal do britador giratório
Ao colher amostras e análises químicas, os principais componentes químicos são os seguintes:
Element | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Mo | V | Cu |
conteúdo% | 0.42 | 0.27 | 0.98 | 0.009 | 0.005 | 0.67 | 0.57 | 0.25 | 0.05 | 0.22 |
Após verificar o “Manual de Projeto Mecânico” e compará-lo com nossos tipos de aço estrutural de liga doméstica, sua composição química é semelhante a 40CrMnMo.
Ao amostrar e realizar testes de desempenho mecânico, as propriedades mecânicas reais deste eixo principal do britador giratório são as seguintes:
resistência à tração (MPa) | Ponto de rendimento (MPa) | Alongamento (%) | Taxa de redução na área (%) | Potência de impacto (J) | Dureza (HB) | |
Teste 1 | 992 | 854 | 12 | 51 | 56 | 209 |
Teste 2 | 1006 | 866 | 11 | 54 | 60 | 207 |
AVG. | 999 | 860 | 11.5 | 52.5 | 58 | 208 |
Depois de revisar o “Manual de Projeto Mecânico” e consultar os fabricantes nacionais relevantes, existem principalmente quatro tipos de materiais usados nos principais eixos de trituradores e elevadores em nosso país. São eles: 20CrNiMo, 40CrNiMoA, 40CrMnMo, 42CrMo. Eles têm as mesmas propriedades mecânicas do 42CrMo.
Material | resistência à tração (MPa) | Ponto de rendimento (MPa) | Alongamento (%) | taxa de redução na área (%) | Potência de impacto (J) | Dureza (HB) |
20CrNiMo | 980 | 785 | 9 | 40 | 47 | ≤ 219 |
40CrNiMoA | 980 | 835 | 12 | 55 | 78 | ≤ 269 |
40CrMnMo | 980 | 785 | 10 | 45 | 63 | ≤ 217 |
42 CrMo | 1080 | 930 | 12 | 45 | 63 | ≤ 247 |
20CrNiMo tem melhores propriedades de forjamento e tratamento térmico. Ao usar processos de cementação e têmpera, pode ter as características de boa tenacidade, alta resistência e resistência ao desgaste da junta com o rolamento. Os disjuntores rotativos pequenos são melhores para uso. Eles devem ser usados muito raramente em disjuntores rotativos de grande porte. Em particular, este tipo de estrutura com uma bucha na extremidade superior não requer necessariamente o uso de processos de cementação e têmpera.
40CrMnMo pode ser aplicado aos eixos principais de grandes disjuntores e elevadores. Tem boa temperabilidade, alta resistência e tenacidade. Se puder atender aos padrões de desempenho, deve ser uma boa escolha. No entanto, esse material é extremamente sensível ao hidrogênio e gera facilmente fragilização por hidrogênio, ou seja, manchas brancas. É extremamente difícil de controlar no processo de produção, por isso raramente é usado;
42CrMo é amplamente utilizado nos eixos principais de grandes disjuntores e elevadores. Possui alta resistência e boa tenacidade. Pode ser usado para fazer o eixo principal do rompedor, mas sua tenacidade é ligeiramente inferior a 40CrNiMoA;
40CrNiMoA também é amplamente utilizado nos poços principais de grandes rompedores e elevadores. Tem boa temperabilidade, alta resistência e tenacidade. As principais propriedades mecânicas são melhores do que o eixo do disjuntor original. E seu processo de produção é maduro e o desempenho mecânico é estável. Deve ser muito correto substituir o material original do eixo.
Portanto, após a análise e comparação acima mencionadas, e consultados os especialistas relevantes, finalmente escolhemos 40CrNiMoA como o material do país principal.