Pièces structurelles en acier au carbone du concasseur à mâchoires : conception et durabilité

Cartographie du chemin de charge dans les bâtis de concasseurs

La force d'écrasement dans un concasseur à mâchoires à double bascule peut dépasser 400 MPa aux sièges à bascule. Cette immense pression traverse la mâchoire pivotante, pénètre dans les plaques à bascule et finit par s'ancrer dans le cadre principal en acier au carbone. Si le chemin de charge n'est pas continu, les contraintes se localisent aux angles vifs, créant des sites d'initiation de fracture.

Une solution pratique consiste à utiliser l’analyse par éléments finis pour l’optimisation de la topologie. Par exemple, l'ajout de rayons généreux à l'intersection des plaques latérales et de la paroi arrière du cadre peut réduire les facteurs de concentration des contraintes en 30% à 40% . Le cadre structurel ne doit pas être simplement une boîte ; il doit fonctionner comme un ressort accordé qui fléchit légèrement sans déformation permanente.

Sélection de qualité de matériau au-delà de l'acier au carbone générique

Spécifier « acier au carbone » est vague et dangereux. Pièces structurelles en acier au carbone pour concasseur à mâchoires dans les concasseurs modernes, on utilise principalement des qualités coulées ou forgées soudables avec des limites d'élasticité spécifiques. L’objectif est d’équilibrer la résistance et la ductilité pour absorber les charges de choc sans rupture fragile.

L'utilisation d'un acier faiblement allié et à haute résistance comme un S355 normalisé ou une qualité structurelle similaire pour les plaques principales permet d'obtenir des sections plus fines et plus légères sans sacrifier la capacité portante. Cela réduit directement le poids mort et les forces dynamiques sur la fondation.

Soulagement des contraintes et contrôle de la distorsion dans les cadres soudés

La méthode de fabrication la plus courante pour les châssis de concasseurs à mâchoires implique le soudage à l'arc sous gaz lourd de plaques d'acier au carbone épaisses. La zone affectée par la chaleur constitue une vulnérabilité critique. Sans traitement post-soudage approprié, les contraintes de traction résiduelles peuvent atteindre la limite d'élasticité du matériau de base, accélérant considérablement la fatigue par corrosion.

Le soulagement du stress thermique n’est pas négociable . Chauffer l'ensemble de l'assemblage soudé à environ 600 °C et permettre un cycle de refroidissement lent et contrôlé élimine les contraintes bloquées du soudage. Sauter cette étape pour réduire les coûts entraîne souvent l'apparition de fissures dès la première étape. 6 à 12 mois de fonctionnement, notamment à la jonction des flasques et du boîtier de roulement principal.

Conception Pitman et intégrité du siège de roulement

Le pitman est le cœur de l’ensemble mâchoire mobile. Il s'agit généralement d'une pièce moulée en acier au carbone ou d'un caisson fabriqué. Son principal mode de défaillance n'est pas la casse mais le frottement et l'usure au niveau des sièges de roulement. Une fois que l'ajustement serré entre la bague extérieure du roulement et l'alésage Pitman est perdu, le micromouvement commence.

Ceci peut être atténué en spécifiant un ajustement serré plus serré, généralement 0,05 à 0,10 mm de jeu négatif en fonction du diamètre d'alésage. De plus, le pitman doit être suffisamment rigide longitudinalement pour empêcher toute déflexion par flexion. Une déviation supérieure à 0,5 mm au centre de la portée du roulement peut induire une charge de bord sur les roulements à rotule sur rouleaux, réduisant ainsi leur durée de vie calculée. 50% .

Impact d'une défaillance structurelle d'une pièce sur la production

Une fissure dans un composant structurel en acier au carbone est exponentiellement plus perturbatrice que le remplacement d’une pièce d’usure. Le remplacement d'une plaque à bascule prend quelques minutes, mais souder une fissure dans le cadre principal est une solution temporaire qui nécessite souvent un démontage complet de la machine pour un réusinage approprié plus tard.

Considérez les implications financières

• Le coût de réparation direct comprend les soudeurs qualifiés, les tests non destructifs et l'usinage sur le terrain.
• Les coûts indirects liés à la perte de production varient généralement de 5 000 $ à 15 000 $ de l'heure dans les opérations de grandes carrières.
• Une défaillance catastrophique du châssis peut désaligner l'ensemble du système d'entraînement, endommageant ainsi l'arbre excentrique et les volants d'inertie coûteux.

Des inspections visuelles régulières axées sur les quatre coins de la zone de décharge du cadre sont essentielles. Un ressuage tous les 2 000 heures de fonctionnement peut détecter les microfissures avant qu’elles ne se propagent à une longueur critique.

Optimisation de la tension des fixations lors de l'assemblage

Alors que la discussion se concentre sur les pièces en acier au carbone, les assemblages boulonnés qui maintiennent ces structures ensemble sont les points de défaillance les plus courants. Des clés dynamométriques hydrauliques doivent être utilisées sur les boulons de montage du bloc de selle.

Application progressive du couple

L’application du couple complet en une seule étape provoque une compression inégale du joint. La méthode correcte comporte trois étapes : 30 %, 60 % et 100 % de la valeur de couple finale, suivant une séquence croisée.

Vérification de l'étirement des boulons

Les compteurs de boulons à ultrasons fournissent la mesure la plus précise de la précharge. La simple mesure du couple n'est pas fiable en raison des variables de friction dans les filetages, qui peuvent consommer jusqu'à 50% de l'entrée de couple.

Équilibrage dynamique de l'assemblage de la mâchoire

La mâchoire pivotante est une pièce moulée en acier au carbone soumise à des forces alternatives massives. Un ensemble de mâchoires déséquilibré génère des forces d’inertie oscillantes qui secouent l’ensemble de la structure. Alors que les volants d'inertie neutralisent les vibrations de torsion, les forces de secousse linéaires doivent être minimisées grâce à une symétrie de conception.

En utilisant des contrepoids coulés intégralement dans les volants ou boulonnés sur les jantes du volant, adaptés à environ 50 % de la masse alternative , transforme le vecteur de force d'un claquement horizontal destructeur en un mouvement de rotation plus gérable. Cela prolonge considérablement la durée de vie en fatigue des boulons d'ancrage et du jointoiement du cadre.

Protection contre la corrosion des structures en acier

Dans les environnements miniers, la corrosion combinée aux contraintes cycliques provoque des défaillances à un rythme beaucoup plus rapide que l'un ou l'autre de ces facteurs pris isolément. Un système de revêtement approprié fait partie de l’intégrité structurelle de l’acier au carbone.

Un apprêt époxy à haut pouvoir garnissant avec une épaisseur de film sec minimale de 75 microns , suivie d'une couche de finition en polyuréthane de 50 microns, constitue une barrière contre l'eau acide. Une attention particulière doit être portée aux poches internes derrière les joues où la poussière humide s'accumule et sèche cycliquement, créant un environnement hautement corrosif qui attaque les cordons de soudure de l'intérieur. Les trous de drainage placés aux bons points bas sont un élément de conception essentiel.