Поворотная щека является основным несущим элементом щековых дробилок, который непосредственно приводит в движение поворотную щеку, совершая возвратно-поступательное движение, выступая в качестве подвижной щеки оборудования. Верхний конец щеки соединен с эксцентриковым валом через подшипники, а нижний – с рамой через распорную плиту. Приводимая в движение эксцентриковым валом, она периодически качается вперед и назад, толкая поворотную щеку, взаимодействуя с неподвижной щекой для дробления материалов. Поворотная щека должна выдерживать как ударную нагрузку от материалов, так и крутящий момент, передаваемый эксцентриковым валом, что требует чрезвычайно высокой жесткости конструкции, прочности материала и точности обработки.
Конструкция поворотной щеки обеспечивает баланс между эффективностью передачи усилия и устойчивостью к деформации. Её основные компоненты и конструктивные особенности следующие:
Корпус качающейся челюсти (основной корпус)
Он имеет общую конструкцию коробчатой формы, изготовленную из высокопрочной литой или кованой стали, которая служит основной рамой поворотной щеки. Поворотные щеки дробилок малого и среднего размера, как правило, изготавливаются цельнолитыми, в то время как крупные дробилки используют сварную или литосварную конструкцию (для снижения веса и повышения жесткости). Передняя поверхность (сторона, контактирующая с материалом) имеет плоскую поверхность или Т-образные пазы для крепления поворотной щеки болтами или клиновыми блоками; задняя поверхность выполнена с посадочным местом для поворотной щеки (дугообразный паз, соединенный с поворотной щекой), кривизна которого должна точно соответствовать опорному торцу поворотной щеки для обеспечения равномерного распределения усилия.
Гнездо подшипника (верхнее отверстие подшипника)
Расположенный в верхней части корпуса поворотной щеки, он является ключевым элементом, соединённым с эксцентриковым валом, и имеет встроенные подшипники качения или скольжения. Гнездо подшипника обычно отлито заодно с корпусом поворотной щеки (для удобства замены в больших поворотных щеках используются гнёзда подшипников с втулками). Его ось перпендикулярна передней поверхности корпуса поворотной щеки. Для обеспечения надёжного взаимодействия с эксцентриковым валом точность внутренней обработки должна соответствовать квалитету IT6 с шероховатостью поверхности Ра ≤ 1,6 мкм.
Сиденье с поворотной пластиной (нижняя опорная часть)
Расположенный в нижней части корпуса поворотной щеки, он представляет собой дугообразную канавку для установки одного конца распорной плиты. Канавка обычно инкрустируется износостойкой прокладкой (например, ЗГМн13) для снижения износа при движении распорной плиты. Радиус кривизны посадочного места распорной плиты должен соответствовать радиусу самой плиты, а зазор должен контролироваться в пределах 0,1–0,3 мм для предотвращения постороннего шума и ударов во время работы.
Ребра жесткости
Перекрёстные рёбра жёсткости расположены внутри или снаружи корпуса поворотной щеки, особенно в зонах концентрации напряжений между седлом подшипника и седлом распорной плиты. Толщина рёбер обычно составляет 10–30 мм (регулируется в зависимости от размера поворотной щеки) для повышения общей прочности на изгиб и деформацию.
Отверстия для снижения веса (большие поворотные челюсти)
Круглые или прямоугольные отверстия для снижения веса проектируются в ненесущих сил зонах корпусов поворотных щек сверхбольших размеров с целью снижения веса без снижения прочности, тем самым снижая нагрузку на эксцентриковый вал.
Поворотная челюсть должна выдерживать высокочастотные удары и большие нагрузки, поэтому её обычно изготавливают из высокопрочной литой стали (например, ЗГ270-500, ZG35CrMo) или низколегированной кованой стали. Процесс литья должен обеспечивать плотную внутреннюю структуру и отсутствие дефектов. Процесс заключается в следующем:
Подготовка формы
Применяется литье в песчаные формы из смолы (для малых и средних поворотных щек) или из силиката натрия (для больших поворотных щек). Деревянные или пенопластовые модели изготавливаются по 3D-чертежам, точно воспроизводя корпус поворотной щеки, ребра жесткости, посадочные места подшипников и т.д. с припуском на обработку 6–10 мм (усадка литой стали составляет около 1,5%).
Поверхность полости должна быть гладкой, а ключевые детали, такие как седло подшипника и седло распорной плиты, требуют точной формовки, чтобы избежать чрезмерного отклонения размеров после литья. Для обеспечения достаточной подачи расплавленного металла и уменьшения образования усадочных раковин (особенно в утолщенных частях седла подшипника) устанавливаются несколько стояков.
Плавка и заливка
Стальной лом и чугун с низким содержанием фосфора (P ≤ 0,04%) и серы (S ≤ 0,04%) дозируют и плавят в электродуговой или среднечастотной печи при температуре 1520–1580 °C. Химический состав контролируется (например, ZG35CrMo: C 0,32–0,40%, Кр 0,8–1,1%, Мо 0,15–0,25%).
Перед заливкой производится раскисление (добавление кальциево-кремниевого сплава) для обеспечения чистоты расплавленной стали. Используется ступенчатая система заливки: расплавленный металл медленно заполняет полость снизу, чтобы избежать уноса шлака и образования пор. Время заливки регулируется от 5 до 15 минут в зависимости от веса поворотной щеки.
Выбивка и термообработка
Отливку выбивают после охлаждения до температуры ниже 300 °C. Приливы удаляют (газовой резкой для больших поворотных щек, механической резкой для малых), а следы литников шлифуют.
Проводят нормализацию с отпуском: нагрев до 880-920 °С и выдержку 2-4 часа (нагрев с печью для предотвращения растрескивания из-за чрезмерного перепада температур), затем охлаждение на воздухе и отпуск при 550-600 °С для снятия литейных напряжений, в результате чего получают твердость 180-230 HBW и работу удара ≥ 30 Дж.
Точность обработки поворотной щеки напрямую влияет на стабильность взаимодействия с эксцентриковым валом и коленчатой плитой, требуя выполнения нескольких процессов для обеспечения основных размеров и геометрических допусков:
Черновая обработка
Используя верхнюю и нижнюю торцевые поверхности корпуса поворотной щеки в качестве опорных, переднюю поверхность (где установлена пластина поворотной щеки) и заднюю поверхность (зона опоры распорной пластины) грубо фрезеруют на портальном фрезерном станке с ЧПУ или расточном станке, оставляя припуск на чистовую обработку 2–3 мм, при этом погрешность плоскостности контролируется на уровне ≤ 0,5 мм/м.
Черновая расточка отверстия под посадочное место подшипника: Верхнее отверстие под подшипник обрабатывается на горизонтально-расточном станке с припуском на шлифование по диаметру 3-5 мм, при этом обеспечивается перпендикулярность оси отверстия к торцевой поверхности ≤ 0,1 мм/100 мм.
Получистовая обработка
Чистовое фрезерование передней и задней поверхностей: Концевой фрезой производится обработка до проектного размера с шероховатостью поверхности Ра ≤ 6,3 мкм, плоскостностью ≤ 0,1 мм/м и перпендикулярностью передней поверхности к оси отверстия посадочного места подшипника ≤ 0,05 мм/100 мм.
Обработка посадочного места распорной плиты: Специальной фасонной фрезой фрезеруется дугообразная канавка с обеспечением отклонения радиуса кривизны ≤ 0,1 мм, шероховатости поверхности канавки Ра ≤ 12,5 мкм и устанавливается износостойкая вставка (крепится болтами, зазор между вставкой и канавкой ≤ 0,1 мм).
Отделка
Прецизионная расточка и шлифовка отверстия под посадочное место подшипника: Для обработки используется прецизионный расточный станок или внутришлифовальный станок, обеспечивающий допуск диаметра отверстия IT6, шероховатость поверхности Ра ≤ 0,8 мкм, круглость ≤ 0,005 мм и прямолинейность оси ≤ 0,01 мм/м.
Сверление и нарезание резьбы: Отверстия под болты (или Т-образные пазы) для крепления поворотной плиты обработаны на передней поверхности с допуском положения отверстий ± 0,2 мм и точностью резьбы 6H; отверстия для смазки просверлены рядом с седлом распорной плиты для обеспечения беспрепятственного прохождения масла.
Обработка поверхности сборки
Все заусенцы, образовавшиеся в результате механической обработки, удаляются. Посадочное отверстие подшипника фосфатируется (для повышения стабильности взаимодействия с подшипником), а необработанные поверхности окрашиваются для защиты от ржавчины (грунт + финишное покрытие, толщина слоя 60-80 мкм) для предотвращения отслоения покрытия и образования потеков.
Контроль качества поворотной щеки как основного несущего компонента охватывает такие ключевые показатели, как материал, точность обработки и прочность конструкции:
Контроль качества материалов и литья
Контроль химического состава: спектрометр используется для анализа содержания C, Кр, Мо и т. д., обеспечивая соответствие стандартам литой стали (например, содержание Кр в стали марки ZG35CrMo составляет 0,8–1,1%).
Обнаружение внутренних дефектов: проводится 100% ультразвуковой контроль (УЗК) ключевых деталей, таких как седло подшипника и ребра жесткости, с целью выявления пор и включений с эквивалентным размером ≥ φ3 мм; магнитопорошковый контроль (МТ) используется для контроля поверхности, с целью выявления трещин и дефектов складок.
Проверка точности обработки
Допуски размеров: Для контроля плоскостности торцевой поверхности и диаметра посадочного отверстия подшипника применяются штангенциркули и микрометры с отклонениями в пределах допуска чертежей; для контроля точности позиционирования посадочного отверстия подшипника и посадочного места распорной плиты применяется координатно-измерительная машина, обеспечивающая параллельность осей ≤ 0,1 мм/м.
Геометрический допуск: для измерения прямолинейности отверстия посадочного места подшипника используется лазерный интерферометр, а для проверки параллельности передней и задней поверхностей используется циферблатный индикатор (погрешность ≤ 0,1 мм/м).
Проверка механических характеристик
Отбор образцов для испытаний на растяжение (предел прочности на растяжение ≥ 500 МПа, предел текучести ≥ 270 МПа) и ударных испытаний (энергия удара при -20 °C ≥ 27 Дж) для подтверждения соответствия прочности материала установленным стандартам.
Испытание на прочность при статической нагрузке: в условиях, имитирующих рабочие условия, в течение 1 часа прикладывается нагрузка, в 1,2 раза превышающая номинальную, с целью выявления деформации корпуса поворотной щеки (прогиб ≤ 0,2 мм/м) или появления трещин.
Проверка сборки и тестового запуска
Проводится пробная сборка эксцентрикового вала и толкающей пластины с целью проверки зазора взаимодействия между посадочным местом подшипника и эксцентриковым валом (в соответствии с допуском H7/js6), а также степени прилегания толкающей пластины к посадочному месту толкающей пластины (площадь контакта ≥ 80%).
Пусконаладочные испытания: запустить дробилку на номинальной скорости в течение 2 часов, контролируя, стабильно ли качается щека, без аномальной вибрации (амплитуда ≤ 0,1 мм) или шума.
Благодаря строгому литью, механической обработке и контролю качества, поворотная щека сохраняет структурную устойчивость при длительных высоких нагрузках, обеспечивая срок службы 5–10 лет (в зависимости от твёрдости материала и частоты технического обслуживания). В условиях эксплуатации необходимо регулярно проверять износ посадочного места подшипника и наличие трещин в рёбрах жёсткости, а также своевременно проводить техническое обслуживание для предотвращения внезапных отказов.
