Автореферат (Комплексные методы повышения долговечности рабочих органов щековых дробилок), страница 2

В большинстве рассмотренных работ и патентов, посвящённых повышению долговечности дробящих плит, рассматриваются технологии, позволяющие изменить геометрические параметры плит. Применение комплексных конструктивно-технологических методов повышения долговечности не рассматривается, что говорит о необходимости разработки новых комплексных методов повышения долговечности щековых дробилок. Такие методы должныпривести к повышению рабочих параметров щековых дробилок и эффективности дробильнойиндустрии.С целью повышения и сохранения расчетных значений долговечности деталей дробилокиспользуются конструктивные, технологические и эксплуатационно-ремонтные методы.В результате обзора и анализа отечественных и зарубежных патентов и исследовательскихработ по рабочим органам щековых дробилок выявлена проблема и поставлены цель и задачиисследования.Во второй главе рассмотрены методики исследования работы дробящих плит щековойдробилки: методика построения опорных кривых профилей поверхностей трения дробящих плит,методика ортогонального профилографирования поверхностей трения дробящих плит, методикапостроения опорных кривых профилей поверхностей трения дробящих плит, методика расчетного определения трибологических показателей, расчет полного коэффициента трения скольжения при дроблении высокопрочных пород, определение степени трибодеформационного упрочнения поверхностей плит и продуктов износа, расчет фрикционных температур поверхностей ипродуктов износа, оценка коэффициентов полезного действия при дроблении высокопрочныхпород.6Методологической основой исследования триботехнических показателей дробящихплит является нормализованная система координат «относительная опорная линия – относительное сближение tp – Ɛ (рисунок 1).Особенностью расчета триботехнических показателей дробящих плит щековых дробилок является принятие исходными параметрами парциального микроизноса Da – доли впадин и парциального микрометалла Dm – доливыступов шероховатой поверхности трения.По парциальным величинам Da и Dmопределяются по предложенным зависимостямследующие триботеханические характеристики.Коэффициент трения = (1 − )1⁄ = 1⁄ ,(1)и его деформационная (механическая) и ад- Рисунок 1 – Нормализованная система кооргезионная (молекулярная) составляющиединат «относительная опорная линия (tp) –соответственноотносительное сближение (Ɛ): Da – парциальный микроизнос, Dm – парциальный мик = · , = · .(2) рометалл, L – кривая опорной линии (гипсоγграмма), Lβ – бицентроидаСтепени трибодеформационного упрочнения (разупрочнения) поверхности трения = [0,618⁄(1 − )](1−)⁄ ,(3)и продуктов износапри > 1 = [0,5 + ( − 1)0,5 ],(4)22 ].[при < 1 = − ( − 1)(5)Фрикционные температуры поверхностей трения Ts и продуктов износа Taпри Ks>1 = + ∆ = + / ,(6)при Ks<1 = + ∆ = + (1/ ) ,при Ks>1 = + ∆ = + / ,(7)при Ks<1 = + ∆ = + (1/ ) ,где To – температура окружающей среды; =2,15·10-3 1/°С – среднее значение температурногокоэффициента для сталей и сплавов.Показатель фрикционной усталости металлов = (1⁄Ɛ )⁄(Ɛ ⁄Ɛ ),(8)где Ɛ , Ɛ – относительные сближения центра тяжести Сa и полюса P (см.

рисунок 1).Число циклов до разрушения парциального микроизноса Da = (ln ⁄ln ) .(9)Для определения КПД дробящих плит использовали формулы:η1 = 1⁄(1 + 2 ∙ ∙ ),(10)η2 = 1 − 2 ∙ ∙ √1,25 = 1 − 2,236 ∙ ,(11)2⁄(1−)η3 = (1 − )⁄(1 + ),(12)1⁄ где коэффициент трения =, = / – отношение длин гипсограммы и бицентроиды.В результате исследования выявлено, что для расчета КПД дробящих плит достаточно использовать только коэффициент трения. Для расчета трибодеформационного упрочнения7(разупрочнения) поверхности трения и трибодеформационного упрочнения (разупрочнения)продуктов износа также предложено использовать лишь парциальный микроизнос.Для расчета нагрузки при дроблении гранито-диоритной смеси предлагается следующаязависимость:N = 5,522·10-6·(Ks1·Ks2)0,5·H0·tpp1·tpp2, H,(13)где Ks1, Ks2 – степени трибодеформационного упрочнения поверхности трения при поперечном ипродольном профилографировании; Н0 – исходная (технологическая) микротвердость металла;tpp1, tpp2 – относительные полюсные опорные линии при поперечном и продольном профилографировании.Значения скоростей изнашивания определялись по зависимостиi = Jh /t,(14)где t – продолжительность испытаний для всех испытанных наплавленных металлов; Jh – экспериментально установленные линейные износы наплавленных металлов.В этих случаях наработка до предельного состояния (Т), характеризующая долговечность,выражается формулойТ = [Jh]/i, мин,(15)где [Jh] – величина предельного износа рифлений в каждой рабочей зоне дробилок.Кроме того, средний ресурс плит можно оценить по формулеТср = 1,5·[J]·B·ρ·V·(la/ls)t/p·h02·Da·(1- es/ea),(16)где [J] – предельный износ плит, В – ширина наплавленного валика, ρ – плотность породы, V –средний объем куска породы, м³; р – производительность дробилки; Da – парциальный микроизнос; ea = lnKa, es = lnKs; t – показатель фрикционной усталости; h0 – глубина трибодеформационного упрочнения (разупрочнения).В третьей главе представлены результаты экспериментально-аналитических исследований работы дробящих плит щековой дробилки модели СМД-116.В процессе исследования линейного и массового износа плит с наплавной ОМГ-Н от выработки установлены зоны слабого, умеренного и интенсивного изнашивания для подвижной инеподвижной плит (рисунки 2, 3).Рисунок 2 – Зависимость линейногоРисунок 3 – Эпюры линейного из(а) и массового (δ) износа подвижнойноса подвижной (а) и неподвижнойплиты от выработки(δ) дробящих плитДля повышения износостойкости плит исследованы наплавочные материалы разных систем легирования (ВСН-6, Т-620, ЦН-196, КБХ и др.).8В качестве модели трибодеформационногоупрочнения поверхности трения дробящих плит рассмотрена склеробатическая модель, характеризующая распределение микротвердости (H) по глубине(h) активных подповерхностных слоев (рисунок 4).Склеробатическаямодельизнашиванияпредусматривает две характерные величины: h0 –глубина пластически деформируемого подповерхностного слоя; ha – толщина мнимого деструктивного (изношенного) слоя.В общем случае зависимость аппроксимируется функцией вида H= H0·eαh/(ho+ ha), где α - экспериментальный показатель, равный lnKa.Исходя из анализа полученных эксперименРисунок 4 – Склеробатическая модельтальных данных построены графические зависимоизнашивания поверхности трения плитсти степеней трибодеформациооного упрочненияпродуктов износа (Ka) от степени трибодеформационного упрочнения поверхности трения (Ks),которые могут аппроксимироваться функциями (для подвижной и неподвижной плит соответственно):Ka=1,09· Ks2,75,(17)2,13Ka=1,19· Ks .(18)Аналитическая зависимость трибодеформационного упрочнения (разупрочнения) металлов (Ks) подтверждена экспериментально измерением твердости плит по рабочим зонам.

Впервые посредством установленных зависимостей упрочнения поверхностных слоев и продуктов износа определены соответствующие фрикционные (рабочие) температуры. Представляется принципиально важным выбрать эффективные для плит наплавленные металлы именно по фрикционным температурам. Из рядя испытанных металлов наименьшие температуры характерны длянаплавок КБХ-45 (20,6 и 125,6 °С), наибольшие (124,5 и 373 °С) – для наплавки ВСН-9.Рассмотрены и сопоставлены по результатам вычислений по формулам (10,11,12) значения КПД, которые приведены в таблице 1 и на диаграмме (рисунок 5). На основе сопоставительного анализа принято степенное выражение КПД в зависимости только от коэффициента тренияскольжения (η3).Таблица 1 – Значение КПД в рабочих зонах подвижной плиты по продольным профилограммамL,мм2020202020206060606060120120120МатериалВСН-11ВСН-6ВСН-6ВСН-8Т-620ЭН-60МВСН-11ВСН-11ВСН-8Т-620ЭН-60МВСН-11ВСН-8Т-620РабочаяJh, мкмзонавход30вход50вход50вход50вход40вход40серед.50серед.50серед.90серед.60серед.70выход60выход100выход100H0,МПа72007800780090009700600072007200900097006000720090009700Da0,4950,3750,4040,6250,6840,4540,4170,40,5580,5460,620,540,540,504ftррη1η2η30,2520,2860,2780,2080,1860,2640,2740,2790,2320,2350,2100,2370,2370,2490,490,5250,580,4150,380,510,5650,520,460,4750,450,4650,5050,480,3990,3670,3750,4440,4730,3870,3780,3740,4190,4140,4420,4120,4120,4010,2740,2310,3230,2910,3090,2690,3130,2420,2880,2990,3400,2780,3350,2670,4110,3540,3660,4910,5360,3900,3720,3650,4470,4400,4880,4360,4360,41690,4764190,4488620,5411086060120 120 120 1200,4011850,2670560,415823600,4124750,3351850,436197600,4124750,2779960,436197600,4424710,3400150,487566200,4144740,2989990,4397440,3740930,2416150,364559200,4185820,2882730,4469780,378050,313690,372257200,3985370,2740490,410961200,3872560,2687360,389887200,4731430,3093150,536144200,444620,2905580,4910970,375010,3227240,366349200,3685560,2308060,3536680,3985370,2740490,410961Продолжение таблицы 1120 ЭН-60М выход11060000,69 0,183 0,47 0,476 0,449 0,541120 ОМГ-Нвыход1105000 0,551 0,234 0,476 0,416 0,477 0,443120 КБХ-45выход5012800 0,509 0,247 0,496 0,403 0,447 0,419Рисунок 5 – Диаграмма распределения КПД по рабочим зонам подвижной дробящейплиты по продольной профилограммеLУстановлено полезное для практики положение: наибольшее значение КПД достигаетсяна выходе каждой рабочей зоны (32,5 – 54,1 % в зависимости от наплавленного металла и направления профилографирования).

Минимальное значение КПД наблюдается для наплавок Т-620 иЭН-60М, которые рекомендуются для всех рабочих зон неподвижных плит. Наибольшее значение КПД достигается по мере завершения дробления в каждой рабочей зоне. Среднее геометрическое КПД при продольном и поперечном профилографировании имеет физический смысл фактического показателя энергозатрат при трении.Анализ расчетных значений нагрузок показывает, что для всех рассмотренных материаловменьшая нагрузка наблюдается на входной рабочей зоне, наибольшая – в середине плит. Обобщенная средняя нагрузка для всех рассмотренных материалов и рабочих зон составляет N = 12кН = 1,22 т·с.Скорость изнашивания наплавленных металлов дробящих плит рассчитывали исходя изследующих данных: мощность привода дробилки 1 кВт, частота вращения эксцентричного вала400 об/мин, степень дробления 12 – 14, производительность установки 0,7 – 0,8 кг/мин.Для дробления использовали высокоабразивную гранито-диоритную смесь со средневзвешенным диаметром исходного материала 28 мм и пределом прочности на сжатие 250 – 320 МПа.При суммарной выработке смеси 300 кг продолжительность испытаний для всех испытанных наплавленных металлов составила 420 минут (7 час).

Полученные результаты приведены втаблице 2.Таблица 2 – Скорости линейного износа (i) дробящих плитНеподвижная плитаМатериалJh, мкмВСН-9107ЦН-1660ОМГ-Н135Т-590117ВСН-11143КБХ-4558ПЛ-400Х38Г3РТЮ49Подвижная плитаМатериалJh, мкмi, мкм/минЭН-60М1150,274Т-590850,202ЦН-16900,214ВСН-9800,190ОМГ-Н1100,262Т-620950,226КБХ-45800,190ПЛ-400Х38Г3РТЮ760,180По значениям линейного износа и скорости изнашивания наплавок можно заключить, чтодля подвижной и неподвижной плит рациональней является наплавка электродами КБХ-45.i, мкм/мин0,2250,1430,3210,2790,3400,1380,11710В четвертой главе разработаны критерии выбора износостойких материалов наоснове соответствующих показателей шероховатых (изношенных) поверхностейтрения.Наблюдается подтверждение предложенных критериев экспериментальнымизначениями износа плит. Так, критерий парциальных величин (Раm) для неподвижной иподвижной плит линейно связан с износом(Jh): увеличение износа неподвижной плитыс повышением критерия парциальных величин объясняется превалирующим влияРисунок 6 – Зависимости линейного износа Jhнием напряжений растяжения в поверхнеподвижной (●) и подвижной (▲) плит отностных слоях; уменьшение износа покритерия Pamдвижной плиты с увеличением критерия –влиянием напряжений сжатия (рисунок 6).Для неподвижной и подвижной плит установлены соответствующие аналитические зависимости линейного износа Jh от критерия Pam:Jh = 103[0,08+(Pam-1)],(19)Jh = 420[0,25-(Pam-1)],(20)где Pam = Da·Dm/Lβ2.Критерий (Pc) заслуживает внимания в силу учета не только показателей парциальныхвеличин микроизноса Da и микрометалла Dm, но и показателей прочности и пластичности металлов (рисунок 7).Для неподвижной и подвижной плит установлены соответствующие аналитические зависимости линейного износа Jh от критерия Pc:Jh = 310(1,68 - Pс),(21)Jh = 140(Pс - 0,714),(22)где Pс = 11,09·Da·Dm·tppПредложенный комплексный критерий относительной износостойкости (Ɛ) примечателен учетом парциального микрометаллаDm, относительной твердости (KT) металлаи породы, а также показателя фрикционнойусталости (t):Ɛ = Dm·KTt(23)Следует обратить особое вниманиена критерий приведенных радиусов парцальных величин (Ra, Rm, Rср), согласующийся с КПД контактного взаимодействияплит с дробимой породой (расхождение 1,5%):Рисунок 7 – Зависимость линейного износа дробящих плит от критерия Рс: ● - неподвижнаяплита; ▲- подвижная плитаRср = 0,5 [(Da / π)0,5 + (Dm / π)0,5] = 0,282 (Da0,5+ Dm0,5).(24)Рассмотрены также критерии выбора Ɛ = 1/ η, Ɛ₁ = 1/ η и Ɛ₂ = γ / .Для оценки относительной абразивной износостойкости металлических материалов рекомендуются комплексные критерии, включающие параметры парциального микроизноса, кривой11опорной линии (гипсограммы) и коэффициент трения скольжения.