Abstrakt
Baserat på försämringen av käftkrossplattans förslitning av sammansatt pendelkäftkross i Xinkaiyuan-gruvan , Slitstörningslägen hos käftplattor analyserades, de viktigaste orsakerna till allvarligt slitage av käftkrossplattor avslöjades , detta papper analyserade vidare slitlagens käftplattor av käftkrossen genom att simulera krossmalmer av käftkrossar med diskret elementprogramvara EDEM , och för att utforska påverkan av krossens nypvinkel, fyllningshastighet och fuktinnehåll hos malmen på käftplattans slitage.
Analysresultat av ytmorfologi för avfallsbackplattorna med optiskt mikroskop visar att slitmekanismen hos käftkrossplattor är mejselskärningsslitage, utmattningsförslitning och korrosionsslitage samexistens. Käftkrossplattor påverkas och strängsprutas starkt av malm, ytan på käftplattorna är mejslad och skärs kraftigt. Käftplattor visar allvarlig plastisk deformation inklusive mycket djupa repor, kompakta spår och gropar med gropar. Mejselskärningsslitaget är det huvudsakliga slitaget på käftplattorna. Käftplattor påverkas och strängsprutas upprepade gånger på lång sikt, vilket orsakar kontaktutmattning, förefaller utmattningssprickor och sprickutbredning, vilket resulterar i spröd fraktur, utmattningsförslitning är ett sätt för käftplattans slitningssätt. Dessutom kommer vattnet på malmen för dammsprinkler på plats med käftplattorna, vilket ger komplexa kemiska reaktioner i luften, vilket orsakar oxidationskorrosion , vilket resulterar i att käytytmaterialet dyker upp och gnuggas av, den nya metallytkorrosionen fortsätter, förvärrar slitaget på käftplattorna.
Med OBLF-1000--X-ray-spektrometer för att detektera den kemiska sammansättningen av rörliga käftplattor och fasta käftplattor , legeringselementen Mn-innehållet är större än 10%, vilket innebär att käftplattorna är höga manganstål. Hårdhetsprov av slitdelar på käftplattor på olika djup av HV-1000 mikrohårdhetstestare visar att käftplattor har en hög hårdhet på ytan och tydlig härdningsgradient i djupet , vilket innebär att käftplattorna har god arbetshärdningseffekt och hög slitstyrka .
Enligt GB / T 17412.1-1998 och GB / T23561.7-2009 upptäckte detta papper mineralogisk sammansättning och tryckhållfasthet hos malm från två gruvor , som före och efter gruvplatsen förändrades i Xinkaiyuan-gruvan. I kombination med käftplattornas livslängd har malmer som innehåller mer hård fas större tryckhållfasthet, eftersom de är hårdare trasiga, vilket orsakar käftplattans förslitning snabbare och lever kortare, vilket avslöjar den främsta orsaken till allvarligt slitage av käftplattor i Xinkaiyuan är sammansättningsförändringarna och fodermalmens natur.
Upprätta krossgeometri-modell och malmmodell Genom diskret elementmetod och EDEM-programvara, enligt PE900 × 1200-sammansatt pendelkäftkross och egenskaper hos malmer från Xinkaiyuan, simulerade käftkross för att bryta malm, erhöll den normal kraftfördelning och tangentiell kraftfördelning av rörlig käftplatta vid 1s, 1.5s, 2s, 2.5s i simuleringstid. Baserat på kraftegenskaperna i olika distrikt på den rörliga käftplattans yta är käftplattan uppdelad i fyra regioner, eftersom H, M, ML och L: H är kontaktzonen för malmmatning, som främst påverkas av malm med en viss ursprungliga hastigheten. M och ML är det område där malmar krossas, malmen bryts huvudsakligen i detta område, pressas och skärs samman. L är utloppszonen, detta område extruderas inte bara utan har också glidfriktion.
Simuleringsresultat visar den maximala normalkraften i olika områden på den rörliga käftplattan: H 1.53 × 104N, M 6.21 × 106N, ML 6.65 × 106N, L 6.33 × 106N, den maximala tangentiella kraften: H9.2 × 102N, M 4.53 × 106N, ML 5.78 × 106N, L 5.98 × 106N. Jämförelse av den maximala normala kraften och den maximala tangentiella kraften, i kombination med analysen av ytmorfologin hos käftplattans slitdelar, utsätts H för en stor normal kraft, vilket indikerar att denna region normalt påverkas av malm på lång sikt, det är lätt att bilda trötthet spricka och verkar trötthet slitage. M, ML och L är det huvudsakliga krossområdet på den rörliga käftplattan, malmer krossas av både tryckspänning och skjuvspänning från käftplattorna. Denna regionala normalkraft är större än den tangentiella kraften, vilket indikerar att käftkrossen huvudsakligen baseras på kompression för att krossa malm och slipning som en underordnad roll. Det huvudsakliga nötningsläget för käftplattor är mejselskärningsslitage.
Simulera påverkan av krossnypvinkel, fyllningshastighet, malmens fuktinnehåll på kraften hos den rörliga käftplattan, H utsätts för större tangentiell kraft med nypvinkeln blir mindre, existerande betydande skärverkan, medan M och ML utsätts för större normal kraft, existerande mer allvarligt flisförslitning. När påfyllningshastigheten ökar utsätts ML och L för rörliga käftplattor för större tangentiell kraft, existerande allvarligt skärslitage. Malmens fuktinnehåll påverkar knappast kraften hos den rörliga käftplattan. Men korrosionsförslitningen orsakad av vatten är en viktig faktor för att främja slitage av käftplattans utveckling.
Genom ovanstående analysprogram som föreslagits för att förbättra slitstyrkan hos käftplattorna: utveckling av modulär käftplatta, kombinerad med H-platta, M-platta, ML-platta och L-platta fyra plattor, bestämdes varje platta av lagen om kraftegenskaperna i olika regioner såsom olika slitstarkt material. Det kan förbättra mejselskärningsslitaget på käftplattorna genom att minska nypvinkeln , vilket minskar käftplattornas tangentiella kraft. Nypvinkeln i käftkrossen ändras genom att justera utloppets bredd. För att minska nypvinkeln bör det öka utströmningens bredd utifrån förutsättningen att uppfylla kravet på partikelstorlek. Att välja påfyllningshastighet för käftkrossen bör minska värdet på grund av krossen som utsätts för rimliga stötar och vibrationer. För att förbättra korrosionsförslitningen på käftplattor är det nödvändigt att minska vattenförbrukningen i produktionen. Vid brännpunkt och krossande malm pekar av slaghammaren igen, bör det ta dimma för att ersätta sprutvatten direkt för att undertrycka damm, vilket är förutsättningen att effektivt avlägsnande damm minimerar vattenförbrukningen. Det rekommenderas att dammundertryckningspunkten är inställd på blankning för att säkerställa torrkrossning i käftkrossen.
1.0 Inledning
1.1 Forskningsbakgrund och betydelse
Med den kontinuerliga utbyggnaden av Kinas ekonomiska utvecklingsskala, främjar den snabba utvecklingen av vattenskydd, transport, fastigheter och andra industrier byggandet av sand- och stenindustrin för att uppnå språngutveckling, sand- och stenproduktion i brist. Förbrukningen av sand och sten för konstruktion i Kina var mindre än 500 miljoner ton 1981 och 18.3 miljarder ton 2014. Det beräknas att konsumtionen kommer att fortsätta växa med mer än 20% per år i framtiden.
Byggsand och sten inkluderar naturlig sand och maskintillverkad sand och sten, och andelen maskintillverkad sand och sten nådde 60% 2013. Med uttömningen av naturliga sand- och stenresurser och den allt allvarligare ekologiska miljökrisen är det en oundviklig trend för utvecklingen av sand- och stenindustrin att ersätta naturlig sand och sten med mekanism sand och sten. I framtiden kommer dess andel att överstiga 80% och i vissa områden kommer den att överstiga 90%. Den snabba tillväxten av maskintillverkad sand- och stenförbrukning främjar den snabba ökningen av krossutrustningens produktion, vilket leder till den ökande utredningen av delar till krossslitage. Det uppskattas att slitbeständiga material som konsumeras av krossar i Kinas stenbrottindustrin 2014 är mer än 800000 ton, och käftkrossplattorna ensamma är cirka 150000 T / A, vilket resulterar i en direkt ekonomisk förlust på 1 miljard yuan. Om vi tar Xinkaiyuan-gruvan som ett exempel, har gruvan en årlig produktion på mer än 4 miljoner ton sand och grus. Råvarorna som bryts genom sprängning bryts inledningsvis med slaghammare, sedan grovt sönderdelas av käftkross och medelstora och fina sönderdelas med konkross. Efter krossning i tre steg klassificeras produkterna till byggmaterial och maskintillverkad sand med olika partikelstorlekar.
Tabell1-1 Läge för nötning av käftkrossplattor | ||||
Anläggning nr | del Namn | Typer | Livslängd / dag | Effekt / 10000 ton |
2-E-1 | Fast käftplatta | Innan överföringen av arbetsytan | 150 | 75 |
Efter överföringen av arbetsytan | 63 | 42 | ||
2-E-1 | Rörlig käftplatta | Innan överföringen av arbetsytan | 180 | 97 |
Efter överföringen av arbetsytan | 150 | 87 |
I början av 2014 var resurserna i den gamla gruvan i Xinkaiyuan förbrukade och gruvytorna överfördes till angränsande gruvor. Som visas i figur 1-2 är östra gruvområdet en gammal gruva och västra gruvområdet är en ny gruva. De statistiska uppgifterna visar att käftkrossens förlust av käftplattan ökar signifikant efter att arbetsytan har överförts (se tabell 1-1), vilket har en negativ inverkan på företagets produktion och ledning. Det förkroppsligas i följande aspekter:
- Förslitningen av käftkrossplattorna förvärras, livslängden för käftkrossplattorna minskas och produktionskostnaden ökas. Efter överföringen av arbetsytan, under förutsättning av stabil produktionsutrustning, process- och driftshantering, minskade mängden malm som bröts av fast käftplatta från 750,000 420,000 ton till 150 63 ton och livslängden minskades från 970,000 dagar till 870,000 dagar ; mängden malm som bröts av den rörliga käftplattan minskade från 180 150 ton till 40000 160000 ton och livslängden minskades från 40 dagar till XNUMX dagar. Marknadspriset på fasta käftkrossplattor är cirka XNUMX yuan. Eftersom käftkrossplattornas livslängd minskas är företagets direkta ekonomiska förlust XNUMX yuan varje år och kostnaden för käftplattan per produktionsenhet ökas med XNUMX%.
- Slitaget på krossplattor ökar, vilket leder till ökad urladdningspartikelstorlek och påverkar produktkvaliteten och efterföljande drift. Käftkrossplattorna slits och konsumeras ständigt under användning och utloppsportens bredd förstoras gradvis, vilket leder till att malmen släpps ut från krossen innan den krossas till den kvalificerade partikelstorleken, ändrar de efterföljande driftsförhållandena, minskar produktkvaliteten och påverkar produktpriset.
- Förslitningen på käftkrossplattorna ökar, frekvensen för utbyte av käftplattor ökar, och produktionssäkerheten påverkas. Xinkaiyuan's käftkross har en egenvikt på 50 ton, en längdbredd höjddimension på 3500 × 2900 × 3000 och en käftkrossplattor vikt på nästan 1 ton. Demontering och montering av käftplattor kräver nära samarbete mellan storskalig mekanisk utrustning och personal, och det finns en stor potentiell säkerhetsrisk, som lätt kan leda till utrustningsolyckor eller personolyckor.
Käftkrossplattor sliter inte bara energi, slösar bort material, ökar produktionskostnaden utan påverkar också produktkvaliteten och orsakar en potentiell säkerhetsrisk. För att studera lagen om käftplattans slitage på käftkrossen och utforska systemet för att förbättra käftplattans slitstyrka kan det minska materialförbrukningen, förbättra energianvändningsgraden, strikt kontrollera produktens kvalitet på krossen, minska produktionskostnaden, minska potentiell säkerhetsrisk och förbättra företagets ekonomiska fördelar. Å andra sidan kan det berika förslitningsteorin och ge teoretiskt stöd för studier av slitstarkt material och vägledning av mekanisk design.
1.2 Ämnesstöd
Krossning av malm i käftkrossen är en komplex fysisk process och slitegenskaperna hos käftkrossplattorna påverkas av matningsegenskaper, fodermaterial, krossstrukturparametrar, produktionsprocessparametrar, driftsförhållanden och andra faktorer.
I det här dokumentet väljs PE 900 × 1200 sammansatt pendelkäftkross som används i Xinkaiyuan-gruvan som ett exempel för att analysera makro- och mikromorfologin på den slitna ytan på felkäftplattan, för att studera huvudläget för käkplattans slitagefel; att analysera ythärdningsgraden på käftplattan, för att studera käftplattans anti-slitageprestanda; för att analysera påverkan av olika mineraler på käftplattans förslitning och för att utforska malmegenskaperna. På denna grund framläggs det tekniska schemat för att förbättra käftplattans slitstyrka.
2.0 Studie om förslitningsteori för käftkrossplattor
Slitage är ett fysiskt fenomen av materialförlust orsakad av friktion av relativa rörliga föremål. Slitage gör inte bara ytan på materialet kontinuerligt förbrukat, orsakar förändring av materialstorlek utan påverkar också livslängden på utrustningskomponenter. Som en viktig gren av tribologi har slitforskning täckt metallurgi, gruvdrift, byggmaterial, kemisk industri och andra industrier. Enligt slitmekanismen kan den delas in i limslitage, nötande slitage, utmattningsslitage och korrosionsslitage. Forskningen om käftkrossens slitstyrka är förutsättningen och grunden för att analysera felläget för käkplattans slitage och förbättra slitstyrkan hos käkkrossplattorna.
2.1 Teoretisk forskning om slitage
2.1.1 Grundläggande förslitningsteori
Forskningen om slitage utfördes på 1950-talet. På grundval av Holms forskning 1953 lade JF Archard från USA fram teorin om Archards självhäftande slitage. Teorin hävdar att när ytan på friktionsparet är relativt glidande, kommer vidhäftningspunkten att klippas av och brytas på grund av vidhäftningseffekten, vilket resulterar i många mikrovolymer på materialet. Herr Arcard antar att slitpartiklarna är halvsfäriska, och dess radie är kontaktpunktens radie. Beräkningsformeln för slitförlust, Archard-formel, erhålls, som visas i formel 2-1. Även om Archard-slitagemodellen används för att analysera limförslitningsmekanismen, är andra slitagemodeller baserade på Archard-modellen.
Meddelanden: I Archard-formeln, V-slitvolym, L-slitavstånd, K-slitagekoefficient, P-belastning, H-materialets hårdhet.
1957 lade Krajewski från före detta Sovjetunionen fram teorin om solid trötthet. Enligt teorin är den faktiska kontaktytan grov och diskontinuerlig, och summan av kontaktpunkterna utgör den faktiska kontaktytan; Under inverkan av normal kraft kommer lokal spänning och lokal deformation att inträffa på den faktiska kontaktpunkten; friktionen orsakad av relativ glidning av friktionsytan ändrar kontaktytans ytmaterialegenskaper, samtidigt påverkas den fasta volymen av ytmaterial av friktionskraften Den upprepade effekten av växlande spänning leder till skada och ansamling, vilket leder till en utmattningsspricka i mikrovolym, och sprickan fortsätter att expandera och bildar slutligen slitskräp och faller av. Denna teori är inte bara lämplig för utmattningsförslitning utan kan också användas för att analysera nötande slitage och limförslitning. Det kan inte bara användas för metallmaterial utan även för vissa icke-metalliska material (som grafit, gummi etc.).
1973 lade NPSuh från USA fram teorin om slitage och delaminering. Man tror att ackumulering av skjuvdeformation i friktionsprocessen är ackumulering av förskjutningar på ett visst djup under ytan, vilket leder till sprickor eller hål. På grund av den normala spänningsstrukturen på den parallella ytan sträcker sig sprickorna längs parallellytans riktning på ett visst djup, vilket resulterar i bildandet av flingrester. Moore i Storbritannien och MIT i USA lade fram avskalningsteorin från materialutmattning och migration, dislokationsackumulering respektive hålbildningsmekanism och betonade vikten av materialets seghet att bära motstånd. Moore och Iwasaki föreslog också effekterna av underjordisk sprickbildning och inneslutningar på sprickinitiering, liksom på delaminering och materialfraktur.
På 1970-talet föreslog G. Fleisher först teorin om energislitage. Han tror att energiomvandling är den främsta orsaken till slitage. För metallmaterial konsumeras huvuddelen av friktionsarbete i plastisk deformation och försvinner i form av värme. En liten del av friktionsarbetet (cirka 9 ~ 16% av det totala friktionsarbetet) ackumuleras i form av potentiell inre energi i form av kristallina dislokationer. För att separera skräpet från matrismaterialet måste tillräckligt med intern energi ackumuleras i en viss volym av materialet. När energin når det kritiska värdet kommer plastflöde eller spricka att inträffa i materialet i volymen och den inre energin kommer att minska. Efter flera gånger av sådana kritiska cykler, när den ackumulerade energin överstiger bindningsbindningens energi, kommer materialets yta att förstöras och slitageavfall genereras och falla av. Den energi som absorberas i processen för skräpbildning kallas frakturenergi. Faktum är att sprickenergin inte överstiger 10% av den totala absorberade energin.
Våra ingenjörer tror att slitage inte är inneboende i materialet utan på systemet. Den relativa förlusten av relativt ytmaterial orsakas av den relativa rörelsen av två föremål och de tre mellanprodukterna. Ytskiktet, ytfilmen och det mellanliggande mediet förändras och förstör slutligen. Det tror också att det finns många faktorer som påverkar slitegenskaperna, och de påverkar och beror på varandra, och slitegenskaperna är det heltäckande resultatet av växelverkan mellan dessa faktorer. Därför kan varje liten förändring av någon faktor orsaka förändring av slitageegenskaper (slitage, till och med slitform).
Den typiska kurvan för materialförslitning med tiden visas i figur 2-1, som kan delas in i tre steg: körning i steg (OA), stabilt steg (AB) och svårt slitsteg (BC). I inkörningssteget är materialytan slipad, den faktiska kontaktytan ökar, ytan tål härdning och slitaget minskas; i det stabila steget tenderar slitaget att vara stabilt och slitaget är ett konstant värde, vilket är ett viktigt steg för att karakterisera materialets slitstyrka; i det svåra slitsteget intensifieras materialförlusten, ytkvaliteten försämras och materialet misslyckas snabbt.
Se följande för felläge och grundläggande egenskaper hos materialytans förslitning. Enligt de olika slitmekanismerna är materialslitage huvudsakligen uppdelad i självhäftande slitage, nötande slitage, utmattningsslitage, förutom avskalningsslitage, korrosionsslitage och så vidare. Självhäftande slitage orsakas vanligtvis av limslitage. Huvudfelsläget för slipande slitage är mejslingsslitage. Delamineringskläder orsakas främst av bandslitage. Trötthet orsakas av grop.
- Fretting slitage. Det finns vidhäftningsmärken på den slitna ytan och järnmetallavfallet oxideras till rödbrun oxid, som vanligtvis används som slipmedel för att intensifiera slitaget.
- Delaminering. Felet inträffar först i underyteskiktet, där förskjutningar staplas upp, spricker kärnan och sprids till ytan. Slutligen faller materialet av i arkform och bildar flakrester.
- Limning. Under hög hastighet och tung belastning, gör en stor mängd friktionsvärme ytan svetsad och lämnar ett ark vidhäftande grop efter avrivning.
- Beslag. På grund av den fastgörande gropen är materialmigrationen allvarlig, ett stort antal friktionspar svetsas och slitaget ökar snabbt och friktionsparens relativa rörelse hindras eller stoppas.
- Frätande grop. Det finns många linsformiga gropar på ytan av materialet.
- Slipa. Makroytan är slät och fin slipande repor kan observeras vid hög förstoring.
- Repa. Repor kan observeras med blotta ögat eller vid låg förstoring, orsakade av slipande skärning eller plöjning.
- Mejsling. Det finns tryckhål och ibland grova och korta repor, som orsakas av nötande slag.