颚式破碎机设备机架的修理

颚式破碎机发展达到今已有100余年的历史, 随着社会经济的不断发展, 破碎机设备已广泛运用于矿山、冶炼、建材、公路、铁路、水利等部门, 充当着比较为重要的角色。

目前国内外有许多公司生产多种系列不同型号的颚式破碎机设备。破碎机机架是整个破碎机零部件的安装基础。它在工作中承受很大的冲击载荷, 它的机重占整机很大比例(对铸造机架为50% 左右, 对焊接机架为30% 左右) , 而且加工制造工作量非常大, 成本高, 易破坏, 而且机架的强度和刚度, 对整机性能和主要零件寿命均有很大影响。如果使用不当或超负荷运转, 很容易造成机架撕裂, 大大缩短使用寿命。

国外从20世纪中后期便开始利用计算机仿真优化技术对颚式破碎机进行仿真优化分析, 研制生产的破碎机设备整体性能较高。而我国颚式破碎机设备机架的设计基本上采用传统方法, 即在破碎腔尺寸已定的情况下, 通过类比法, 按经验确定其前、后、侧壁的截面形状和结构尺寸。采用这种传统的方法, 具有一定的盲目性, 很难准确地设计出既经济又满足强度要求的机架。

结合实际破坏裂纹位置图,同时考虑该破碎机设备的实际工作状况, 分析得出导致机架破坏主要因素如下:
( 1)工作时机架横梁与侧板焊接连接限制了横梁的小角度转动, 于是在机架横梁和侧板局部出现相对较高应力区域, 同时在机架前端固定支座部位出现应力集中现象。这是导致机架破坏的内在因素。
( 2)机架横梁和前壁是铸造构件, 在铸件内部能不避免的会有气泡、杂质等缺陷存在, 这就为微裂纹的产生创造了条件, 一旦应力达到一定值缺陷就会演变为裂纹源, 进而形成裂纹。
( 3)调查发现, 该机破坏前都是因为矿石中混杂有超硬物质(如铁块)而造成机器卡死, 同时导致裂纹迅速扩展。这说明过载保护装置连接板没有起到保护作用, 因此在出现意外过载时受到严重破坏的只能是机架。
( 4)资料表明, 该机型适于破碎强度低于35MPa的矿石, 而实际运行时破碎的钼矿石破坏强度实测值为40 MPa, 且破碎粒度接近该机型设计上限。此外该公司为追求产量, 实行设备不间断全天候运行, 没有采用定期无故障主动停机检修的维护措施。长期超负荷运转也是机架破坏的很重要因素之一。

综合以上因素可知, 机架破坏的主要原因是意外载荷促使破碎机设备处在高应力条件下铸造构件缺陷演化萌生裂纹, 长期超负荷运转的高交变应力环境方便了裂纹快速增长, 更终导致机架疲劳失效。

由于进口设备价格昂贵, 有必要对其进行修复,但起初采用在出现裂纹的区域进行焊接并加厚的措施, 未能起到较好修复效果。修复后在不改变工况时仅运转一周便在焊缝附近产生新的快速扩展裂纹。

因此必须采用新的措施进行修复改进。根据分析, 只有避免高应力区域和存在潜在缺陷的区域重合, 才能消除引起机架疲劳破坏的裂纹产生, 从而延长破碎机设备使用寿命。修复改进措施: 将高应力区域的铸造构件用碳钢焊接件代替, 既提高强度又减少潜在缺陷; 横梁和机架的连接由铸件焊接改为螺栓连接, 减轻工作中机架和横梁间的相互制约作用, 降低结构内部附加应力。

具体步骤是先将横梁从机架上割下来, 然后用钢板将所挖机架部分用钢板补上, 再将所焊接横梁与机架用螺栓连接起来, 为了克服螺栓孔的应力集中, 在打孔处增厚钢板, 机架不会由于螺栓孔应力集中造成机架破坏。

通过对CJ411颚式破碎机设备进行有限元数值模拟分析, 揭示了机架破坏的主要原因是意外载荷促使破碎机设备处在高应力条件下铸造构件缺陷演化萌生裂纹, 长期超负荷运转的高交变应力环境方便了裂纹快速增长, 更终导致机架疲劳失效。并以此为依据对机架进行了修复改进,在原工况下运行数月, 未出现新的裂纹。可见, 修复改进方法是切实有效的。

机架破坏的主要原因是机架横梁缺少转动自由度，在横梁轴承座处产生很大的应力，再加上机架处于高交变应力的环境下工作，因此很容易因为疲劳而失效，从而影响破碎机设备的工作效率。对机架进行结构优化的目的就是要消除机架上产生的较大应力，这就需要增加横梁的转动自由度。根据有限元分析，有效的解决办法就是将横梁由焊接代替铸造，横梁与机架之间的连接方式改为螺栓连接。对优化后的机架进行有限元分析，可知机架侧板在螺栓孔处存在应力集中现象，是机架更易产生裂纹的区域。机架其他部位还没有达到屈服状态。优化后机架的转动自由度足够，不会引起较大的应力，产生的是分布较为均匀的低应力。