تُفصّل هذه الورقة البحثية رأس الكسارة المخروطية، وهو مُكوّن تكسير أساسي يعمل مع المخروط الثابت لتكسير المواد عبر حركة تذبذبية، حيث يؤثر أداؤه بشكل مباشر على الإنتاجية، وحبيبات المنتج، ومقاومة التآكل. تُبيّن الورقة تركيبه، بما في ذلك جسم الرأس (الهيكل الأساسي)، وبطانة التآكل (الغطاء)، وتجويف المحمل، وخصائص التركيب، وتجويفات التهوية/تخفيف الوزن، بالإضافة إلى خصائصها الهيكلية. تُفصّل الورقة عملية صب جسم الرأس، والتي تشمل أيونات المواد (الفولاذ المصبوب أو الحديد المطاوع)، وصنع الأنماط، والقولبة، والصهر، والصب، والمعالجة الحرارية، والفحص. كما تصف الورقة تشغيل جسم الرأس وبطانة التآكل، بالإضافة إلى خطوات التجميع. بالإضافة إلى ذلك، تُحدّد إجراءات مراقبة الجودة، مثل اختبار المواد، وفحوصات دقة الأبعاد، واختبار مقاومة التآكل، واختبار التجميع والأداء، والاختبار غير الإتلافي. تضمن هذه العمليات أن يتمتع الرأس بقوة عالية، ومقاومة للتآكل، ودقة أبعاد، مما يضمن أداءً موثوقًا به في عمليات التكسير الشاقة.
رأس الكسارة المخروطية (المعروفة أيضًا باسم المخروط المتحرك أو 破碎锥) هو عنصر التكسير الأساسي الذي يلامس المواد مباشرةً ويسحقها. يعمل الرأس مع المخروط الثابت (بطانة الوعاء) لتشكيل حجرة تكسير، وتضغط حركته المتذبذبة (التي يحركها العمود اللامركزي) الصخور والخامات والمواد السائبة الأخرى وتسحقها. يُحدد شكل الرأس وصلابة سطحه ومتانته الهيكلية بشكل مباشر إنتاجية الكسارة وحبيبات المنتج ومقاومته للتآكل. في ظل ظروف العمل عالية الضغط، يجب أن يتحمل الرأس الصدمات والاحتكاك الشديدين، مما يجعله من أهم أجزاء التآكل في المعدات.
2. تركيب وبنية رأس الكسارة المخروطية
رأس الكسارة المخروطية عبارة عن هيكل مركب يجمع بين هيكل من الحديد الزهر أو الفولاذ وبطانة مقاومة للتآكل. تشمل مكوناته الرئيسية وخصائصه الهيكلية ما يلي:
الرأس والجسم (الهيكل الأساسي): قالب مخروطي أو مخروطي مصبوب مصنوع من فولاذ مصبوب عالي القوة (مثل ZG35CrMo) أو حديد مطاوع (كيو تي 600-3). يعمل كدعامة هيكلية لبطانة التآكل، ويتصل بالعمود اللامركزي عبر فتحة مركزية. صُمم التجويف الداخلي للهيكل ليناسب الجلبة اللامركزية، مع وجود فتحات مفاتيح أو مسامير لتثبيت التوصيل ونقل عزم الدوران.
بطانة التآكل (العباءة)طبقة خارجية قابلة للاستبدال مصنوعة من حديد الزهر عالي الكروم (Cr20-Cr26) أو فولاذ سبائكي عالي الصلابة (حقوق الإنسان 55-65). تُثبّت على جسم الرأس بواسطة مسامير، أو أخاديد ذيل السنونو، أو كتل إسفينية، مما يضمن تثبيتًا محكمًا يمنع الحركة أثناء السحق. غالبًا ما يُصمّم سطح البطانة بمقاطع مقعرة أو محدبة (مثل مقاطع السحق القياسية، أو الخشنة، أو الدقيقة) لتحسين تماسك المادة وكفاءة السحق.
قطر المحملثقب مركزي أسطواني أو مدبب في جسم الرأس، يستوعب الطرف العلوي للعمود اللامركزي. هذا الثقب مُشَكَّل بدقة لضمان ثباته مع العمود، مع قنوات تزييت محفورة لتوصيل الزيت إلى سطح التلامس، مما يقلل الاحتكاك والتآكل.
فتحات الشفة أو البراغي للتركيب:تقع هذه الميزات في قاعدة جسم الرأس، وتُثبّت بطانة التآكل بالجسم. تتوافق أخاديد ذيل السنونو على السطح الداخلي للبطانة مع النتوءات المقابلة على جسم الرأس، مما يُعزز قوة الالتصاق تحت أحمال الصدمات.
تجاويف التهوية وتخفيض الوزنبعض الرؤوس كبيرة الحجم مزودة بهياكل داخلية مجوفة لتقليل الوزن، وتحسين تبديد الحرارة، وتجنب القصور الذاتي المفرط أثناء التذبذب. صُممت هذه التجاويف بحيث لا تُمس سلامة هيكل الجسم.
3. عملية صب جسم الرأس
يُصنع جسم الرأس بشكل أساسي باستخدام الصب الرملي أو الصب بالرغوة المفقودة نظرًا لحجمه الكبير وشكله المعقد. خطوات العملية هي كما يلي:
اختيار المواد:
يُفضل استخدام الفولاذ المصبوب (ZG35CrMo) في الكسارات الكبيرة نظرًا لقوته العالية في الشد (≥785 ميجا باسكال) ومتانته في مواجهة الصدمات، وهو مناسب للتكسير الثقيل.
يتم استخدام الحديد المطاوع (كيو تي 600-3) للرؤوس متوسطة الحجم، حيث يوفر قابلية صب جيدة وفعالية من حيث التكلفة مع الحفاظ على القوة الكافية.
صنع الأنماط:
يُصنع نمط بالحجم الكامل باستخدام الخشب أو الإسفنج أو مواد مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، مُحاكيًا الشكل الخارجي للرأس وتجويفه الداخلي وخصائص التركيب. في حالة صب الإسفنج المفقود، يتضمن نمط الإسفنج مسارات ورافعات مدمجة.
يتم إضافة بدلات الانكماش (2-3% للصلب المصبوب) وزوايا السحب (3-5°) للتعويض عن الانكماش بعد الصب وتسهيل إزالة النمط.
صب:
للصب الرملي: يُحشى القالب بالرمل المُلصق بالراتنج لتشكيل تجويف القالب، مع إدخال قلب رملي لتشكيل التجويف المركزي والتجاويف الداخلية. يُعالَج القالب لضمان صلابته وثبات أبعاده.
لصب الرغوة المفقودة: يتم طلاء نمط الرغوة بملاط حراري (قائم على السيراميك أو الزركونيوم) لتشكيل غلاف بسمك 3-5 مم، ثم يتم غمره في الرمل الجاف.
الذوبان والصب:
يُصهر الفولاذ المصبوب في فرن قوس كهربائي عند درجة حرارة تتراوح بين 1500 و1600 درجة مئوية، مع إضافة عناصر السبائك (الكروم والموليبدينوم) لتحقيق التركيب الكيميائي المطلوب. يُزال الأكسجين والكبريت من المعدن المنصهر لتقليل الشوائب.
يُجرى الصب بمعدل مُتحكم به (٥٠-١٠٠ كجم/ثانية للرؤوس الكبيرة) لتجنب الاضطرابات وضمان ملء القالب بالكامل. في حالة صب الرغوة المفقودة، يُبخّر المعدن المنصهر نمط الرغوة، ويعيده إلى تجويف القالب.
التبريد والتنظيف:
يُترك الصب ليبرد ببطء (لمدة ٢٤-٤٨ ساعة) لمنع التشقق الحراري، ثم يُزال من القالب. يُنظف الرمل أو المواد المقاومة للحرارة بالتفجير بالرمل أو نفث الماء.
يتم قطع الرافعات وأنظمة البوابات، ويتم طحن الحواف الخشنة استعدادًا للتصنيع.
المعالجة الحرارية:
تخضع رؤوس الفولاذ المصبوب للتطبيع (850-900 درجة مئوية، تبريد الهواء) لتحسين بنية الحبوب، تليها عملية الإخماد والتخمير (600-650 درجة مئوية) لتحقيق صلابة تتراوح بين 220-260 HBW، وموازنة القوة وقابلية التصنيع.
يتم إخضاع رؤوس الحديد المطاوع لعملية التلدين (900-950 درجة مئوية) لإزالة الكربيدات وتحسين الصلابة.
فحص الصب:
يتم فحص عيوب السطح (الشقوق والمسام والانكماش) عن طريق الفحص البصري واختبار اختراق الصبغة (العلاج الكيميائي).
يتم اكتشاف العيوب الداخلية باستخدام الاختبار بالموجات فوق الصوتية (جامعة تكساس) واختبار الجسيمات المغناطيسية (إم بي تي)، مع معايير صارمة (لا توجد عيوب أكبر من φ3 مم في مناطق تحمل الحمل الحرجة).
4. عملية التصنيع والتشغيل الآلي
تصنيع رأس الجسم:
التشغيل الخشنتُستخدم مخارط التحكم الرقمي بالكمبيوتر أو آلات التثقيب لخراطة السطح الخارجي، وحافة القاعدة، والفتحة المركزية، مع ترك مسافة تشطيب ٢-٣ مم. تُثقب فتحات المفاتيح والبراغي مسبقًا وتُثبت باللولب.
المعالجة الحرارية:يتم إجراء عملية تخفيف الإجهاد (550-600 درجة مئوية) بعد التشغيل الخشن لإزالة الإجهادات المتبقية من الصب والقطع الأولي.
تشطيب الآلات:الثقب المركزي مصقول بدقة وفقًا لمعيار تكنولوجيا المعلومات 7، مع خشونة سطح تتراوح بين 1.6 و3.2 ميكرومتر لضمان تثبيت محكم مع العمود اللامركزي. شفة القاعدة وأسطح التركيب مصقولة بدقة لضمان تسطيحها (≤0.1 مم/م) لتثبيت البطانة بإحكام.
تصنيع بطانات التآكل:
صببطانات الحديد الزهر عالي الكروم مصبوبة بالرمل، مع إضافة عناصر سبائكية (كروم، مول، نيكل) لتعزيز صلابتها ومقاومتها للتآكل. تخضع هذه الصب لعمليات تبريد وتلطيف لتحقيق معدل حقوق الإنسان 55-65.
التشغيل الآلي:السطح الداخلي للبطانة (المُطابق لجسم الرأس) مُشَكَّل آليًا ليناسب أخاديد ذيل السنونو أو ثقوب البراغي، مما يضمن اتصالًا مُحكمًا. أما السطح الخارجي للسحق، فيُصَقَّل أو يُصَقَّل لإزالة نتوءات الصب والحصول على الشكل المُصمَّم.
حَشد:
يتم تثبيت بطانة التآكل على جسم الرأس باستخدام مسامير عالية القوة (درجة 8.8 أو 10.9) أو كتل إسفينية، مع تطبيق عزم الدوران بشكل موحد (200-500 نيوتن متر، اعتمادًا على الحجم) لمنع التراخي.
يتم وضع الحشيات أو المواد المانعة للتسرب بين البطانة والجسم لمنع دخول المواد، مما قد يسبب التآكل بين المكونين.
5. عمليات مراقبة الجودة
اختبار المواد:
يضمن تحليل التركيب الكيميائي (عبر التحليل الطيفي) أن الفولاذ/الحديد المصبوب يلبي معايير السبائك (على سبيل المثال، ZG35CrMo: C 0.32-0.40%، كر 0.8-1.1%، شهر 0.15-0.25%).
يتم إجراء اختبارات الخصائص الميكانيكية (قوة الشد، صلابة التأثير، الصلابة) على قسائم الاختبار من كل دفعة صب.
فحوصات دقة الأبعاد:
تتحقق آلات القياس الإحداثية (آلة قياس الإحداثيات) من القطر الخارجي لجسم الرأس وحجم التجويف وملف البطانة، مما يضمن الامتثال لرسومات التصميم (التسامح ± 0.5 مم للأبعاد الحرجة).
يتم قياس التمركز بين السطح الخارجي لجسم الرأس والفتحة المركزية، ويتطلب ذلك ≤0.05 مم/م لتجنب عدم التوازن أثناء التذبذب.
اختبار مقاومة التآكل:
تخضع عينات بطانة التآكل لاختبارات التآكل الكاشطة (على سبيل المثال، ASTM G65) لقياس فقدان الوزن في ظل ظروف موحدة، مما يضمن معدل تآكل ≤ 0.1 جم/ساعة تحت الحمل المقدر.
يتم إجراء اختبار الصلابة (مقياس روكويل سي) على أسطح البطانة لتأكيد حقوق الإنسان 55-65، مع عدم السماح بأي بقع ناعمة (≤حقوق الإنسان 50).
اختبار التجميع والأداء:
تضمن اختبارات ملاءمة البطانة عدم وجود فجوات بين البطانة وجسم الرأس (يتم فحصها عبر مقاييس الاستشعار، مع فجوة قصوى ≤0.1 مم).
يتم إجراء اختبار التوازن الديناميكي على الرأس المجمع لضمان سعة اهتزاز ≤0.1 مم/ثانية عند سرعة التشغيل، مما يقلل الضغط على العمود اللامركزي.
الاختبار غير المدمر (الفحص غير المدمر):
يتم إعادة فحص جسم الرأس عبر جامعة تكساس وMPT بعد التشغيل الآلي للكشف عن أي شقوق حدثت أثناء المعالجة.
يتم فحص أسطح البطانة بحثًا عن عيوب الصب (المسامية والشقوق) عن طريق الفحص البصري واختبار العلاج الكيميائي، مع رفض البطانات المعيبة أو إصلاحها.
من خلال الالتزام بعمليات الصب والتشغيل ومراقبة الجودة، يحقق رأس الكسارة المخروطية قوة عالية ومقاومة للتآكل ودقة الأبعاد، مما يضمن أداءً موثوقًا به في عمليات التكسير المستمرة والثقيلة
