Der untere Rahmen des Kegelbrechers, ein grundlegendes Strukturbauteil, trägt die gesamte Baugruppe, verteilt die Lasten auf das Fundament, beherbergt kritische Teile (Drucklager, Hauptwellenbuchse) und schützt vor Verunreinigungen. Er erfordert hohe Steifigkeit und Festigkeit.
Strukturell umfasst es einen Körper aus Stahlguss/Sphäroguss (500 kg–5 Tonnen) mit Verstärkungsrippen, Axiallagersitz, Hauptwellenbuchsenhalterung, Schmier-/Kühlkanälen, Fundamentflansch, Zugangsöffnungen und Dichtungsflächen.
Die Herstellung umfasst Sandguss (Materialauswahl, Modellherstellung, Formen, Schmelzen/Gießen) mit Wärmebehandlung, gefolgt von der Bearbeitung (Grob- und Feinbearbeitung) und Oberflächenbehandlung.
Die Qualitätskontrolle umfasst Materialprüfungen, Maßprüfungen (KMG, Laserscanning), Tests der strukturellen Integrität (UT, MPT), Tests der mechanischen Leistung und eine Validierung der Baugruppe, um sicherzustellen, dass die Festigkeits- und Präzisionsanforderungen für einen zuverlässigen Hochleistungsbetrieb erfüllt werden.
Detaillierte Einführung in die untere Rahmenkomponente des Kegelbrechers
1. Funktion und Rolle des Unterrahmens
Der untere Rahmen des Kegelbrechers (auch Grundrahmen oder Bodenrahmen genannt) dient als grundlegende Strukturkomponente, die die gesamte Brecherbaugruppe trägt. Zu seinen Hauptfunktionen gehören:
Strukturelle Unterstützung: Trägt das Gewicht aller oberen Komponenten, einschließlich Hauptrahmen, Exzenterbuchse, beweglichem Kegel und Dreschkorb, sowie die beim Zerkleinern entstehenden dynamischen Belastungen (bis zu Zehntausenden Kilonewton).
Lastverteilung: Überträgt statische und dynamische Lasten auf das Fundament des Brechers, sorgt für einen stabilen Betrieb und verhindert übermäßige Vibrationen.
Komponentengehäuse: Umschließen und Positionieren kritischer Teile wie Axiallager, Hauptwellenbuchse und Schmiersystem, wobei ihre Ausrichtung und Funktionalität erhalten bleiben.
Kontaminationsschutz: Wirkt als Barriere, um das Eindringen von Staub, Erzpartikeln und Feuchtigkeit in die inneren Komponenten zu verhindern, wodurch der Verschleiß verringert und die Lebensdauer verlängert wird.
Als hochbelastbares Strukturteil muss der untere Rahmen eine hohe Steifigkeit, Zugfestigkeit und Schlagfestigkeit aufweisen, um den rauen Betriebsbedingungen im Bergbau und bei der Zuschlagstoffverarbeitung standzuhalten.
2. Zusammensetzung und Struktur des unteren Rahmens
Der untere Rahmen ist ein großes, robustes Gussteil mit komplexer Geometrie und weist die folgenden Schlüsselkomponenten und Strukturdetails auf:
Rahmenkörper: Eine einteilige Struktur aus Stahlguss oder Sphäroguss mit zylindrischem oder konischem Außenprofil, die je nach Brechergröße typischerweise zwischen 500 kg und 5 Tonnen wiegt. Die Wandstärke beträgt 20–50 mm, mit verstärkten Rippen in stark beanspruchten Bereichen.
Axiallagersitz: Eine bearbeitete Aussparung oder ein Flansch an der Oberseite des Rahmens, in dem sich das Axiallager befindet, mit präziser Ebenheit (≤0,05 mm/m), um eine ordnungsgemäße Lastverteilung zu gewährleisten.
Hauptwellenbuchsenhalterung: Eine zentrale Bohrung oder zylindrische Aushöhlung, die die Hauptwellenbuchse sichert, mit der Maßtoleranz IT7, um die Konzentrizität mit der Hauptwelle aufrechtzuerhalten.
Verstärkungsrippen: Interne oder externe radiale/axiale Rippen, die die Steifigkeit ohne übermäßiges Gewicht erhöhen und so positioniert sind, dass sie Biege- und Torsionsspannungen standhalten.
Schmier- und Kühlkanäle: Gebohrte oder gegossene Kanäle, die mit dem Schmiersystem verbunden sind und Öl zum Axiallager und zur Hauptwellenbuchse leiten, und bei einigen Konstruktionen Kühlwasserkanäle zur Wärmeableitung.
Fundamentmontageflansch: Ein radialer Flansch an der Basis mit Bolzenlöchern (normalerweise 8–24 Löcher) zur Befestigung des Rahmens am Betonfundament. Der Flansch hat eine Ebenheitstoleranz von ≤0,1 mm/m, um eine gleichmäßige Lastverteilung zu gewährleisten.
Zugangstüren/Inspektionsöffnungen: Abnehmbare Platten oder Abdeckungen, die Wartungszugriff auf interne Komponenten (z. B. Axiallager, Schmierleitungen) ermöglichen, ohne den gesamten Rahmen zu zerlegen.
Dichtflächen: Bearbeitete Oberflächen, die mit dem oberen Rahmen oder Einstellring verbunden sind, ausgestattet mit Dichtungen oder O-Ringen, um Materiallecks und Verunreinigungen zu verhindern.
3. Gussprozess für den unteren Rahmen
Aufgrund seiner Größe und komplexen Struktur wird der untere Rahmen hauptsächlich im Sandgussverfahren aus Stahlguss oder Sphäroguss hergestellt:
Materialauswahl:
Stahlguss (ZG270-500): Aufgrund seiner hohen Zugfestigkeit (≥500 MPa), Streckgrenze (≥270 MPa) und Schlagzähigkeit (≥20 J/cm²) bevorzugt für große Brecher. Chemische Zusammensetzung: C 0,24–0,32 %, Si 0,20–0,60 %, Mn 0,50–0,80 %.
Sphäroguss (QT500-7): Wird für mittelgroße Brecher verwendet und bietet gute Gießbarkeit und Schwingungsdämpfung. Zugfestigkeit ≥500 MPa, Dehnung ≥7 %.
Musterherstellung:
Aus 3D-gedrucktem Harz, Holz oder Schaumstoff wird ein maßstabsgetreues Muster erstellt, das das Außenprofil, die Rippen, den Montageflansch und die inneren Hohlräume des Rahmens nachbildet. Zur Berücksichtigung der Abkühlungskontraktion werden Schrumpfungszugaben (1,5–2,5 %) hinzugefügt.
Formen:
Um der Komplexität des Rahmens gerecht zu werden, wird eine harzgebundene Sandform mit mehreren Abschnitten hergestellt. Sandkerne (mit Phenolharz gebunden) bilden innere Merkmale wie Rippen, Kanäle und Bohrungen. Die Form wird mit einer feuerfesten Schlichte beschichtet, um die Oberflächengüte zu verbessern.
Schmelzen und Gießen:
Für Gussstahl: Geschmolzen in einem Lichtbogenofen bei 1520–1560 °C, mit strenger Kontrolle von Schwefel (≤0,04 %) und Phosphor (≤0,04 %), um Sprödigkeit zu vermeiden.
Für duktiles Eisen: In einem Kupolofen oder Induktionsofen bei 1400–1450 °C geschmolzen, mit der Zugabe von Kugelbildnern (Magnesium oder Cer), um den Graphit in eine Kugelform zu überführen.
Das Gießen erfolgt über eine Pfanne mit kontrollierter Durchflussrate (100–300 kg/s), um eine vollständige Formfüllung sicherzustellen und Porosität und Kaltverklebungen zu minimieren.
Wärmebehandlung:
Stahlguss: 4–6 Stunden lang bei 850–900 °C normalisiert, dann luftgekühlt, um die Kornstruktur zu verfeinern und innere Spannungen zu reduzieren.
Sphäroguss: 2–4 Stunden bei 850–900 °C geglüht, um Karbide zu entfernen, anschließend langsam abgekühlt, um die Bearbeitbarkeit zu verbessern.
4. Bearbeitungs- und Herstellungsprozess
Schruppbearbeitung:
Der Gussrahmen wird auf einer CNC-Portalfräsmaschine oder einer Vertikaldrehmaschine montiert, um den Fundamentflansch, die Außenflächen und die Kanten der Zugangsöffnungen zu bearbeiten. Dabei wird eine Nachbearbeitungstoleranz von 5–10 mm eingehalten. Wichtige Abmessungen (z. B. Flanschdurchmesser) werden auf ±1 mm kontrolliert.
Präzisionsbearbeitung kritischer Merkmale:
Axiallagersitz: Mit einer CNC-Schleifmaschine fertig bearbeitet, um eine Ebenheit (≤0,05 mm/m) und eine Oberflächenrauheit von Ra1,6 μm zu erreichen und so einen ordnungsgemäßen Sitz des Axiallagers zu gewährleisten.
Hauptwellenbuchsenhalterung: Gebohrt und gehont auf Maßtoleranz IT7 (z. B. φ300H7) und Zylindrizität ≤0,02 mm, unter Beibehaltung der Konzentrizität mit dem Axiallagersitz (Koaxialität ≤0,1 mm).
Fundamentflansch: Mit einer CNC-Fräsmaschine auf Ebenheit (≤0,1 mm/m) und Rechtwinkligkeit zur Rahmenachse (≤0,2 mm/100 mm) bearbeitet. Die Bolzenlöcher werden mit Toleranzklasse 6H und Positionsgenauigkeit (±0,5 mm) gebohrt und mit Gewinden versehen.
Kanal- und Anschlussbearbeitung:
Schmier- und Kühlkanäle werden mit CNC-Tieflochbohrmaschinen gebohrt, mit Durchmessertoleranz (±0,5 mm) und Positionsgenauigkeit (±1 mm), um die Ausrichtung mit den angeschlossenen Komponenten sicherzustellen.
Inspektionsöffnungen und Zugangstüren werden bearbeitet, um einen ordnungsgemäßen Sitz mit Dichtungen zu gewährleisten und Leckagen zu verhindern.
Oberflächenbehandlung:
Bearbeitete Oberflächen (z. B. Axiallagersitz, Sockelhalterung) werden auf Ra1,6 μm poliert, um die Reibung zu verringern und die Verbindung der Komponenten zu verbessern.
Außenflächen werden strahlgereinigt und mit Epoxidgrundierung (80–100 μm) und Decklack (60–80 μm) lackiert, um Korrosion im Außenbereich oder in staubigen Umgebungen zu verhindern.
5. Qualitätskontrollprozesse
Materialprüfung:
Durch die Analyse der chemischen Zusammensetzung (Spektrometrie) wird die Einhaltung der Normen für Gussstahl (ZG270-500) oder Sphäroguss (QT500-7) überprüft.
Zugversuche an Gussproben bestätigen die mechanischen Eigenschaften (z. B. Stahlguss: Zugfestigkeit ≥ 500 MPa, Dehnung ≥ 15 %).
Maßgenauigkeitsprüfungen:
Eine Koordinatenmessmaschine (KMG) prüft kritische Abmessungen: Ebenheit des Axiallagersitzes, Durchmesser der Buchsenhalterung und Positionen der Flanschschraubenlöcher.
Durch Laserscannen wird überprüft, ob die Gesamtgeometrie mit dem CAD-Modell übereinstimmt, und so die Kompatibilität mit den oberen Komponenten sichergestellt.
Strukturelle Integritätsprüfung:
Durch Ultraschallprüfungen (UT) werden innere Defekte (z. B. Schrumpfporen, Risse) in stark beanspruchten Bereichen wie Rippen und Flanschen erkannt. Defekte von >φ5 mm werden abgelehnt.
Bei der Magnetpulverprüfung (MPT) wird nach Oberflächenrissen in bearbeiteten Teilen (z. B. Bolzenlöchern, Lagersitzkanten) gesucht. Lineare Defekte von weniger als 2 mm führen zur Ablehnung.
Mechanische Leistungsprüfung:
Durch Druckprüfung der Kühl-/Schmierkanäle (bei 1,5-fachem Betriebsdruck) wird sichergestellt, dass keine Lecks vorhanden sind.
Bei der Belastungsprüfung wird der Rahmen simulierten statischen Belastungen (120 % des Nenngewichts) ausgesetzt und die Verformung mit Dehnungsmessstreifen gemessen (Grenzwert: ≤ 0,1 mm/m).
Baugruppenvalidierung:
Durch Probemontage mit Axiallager, Hauptwellenbuchse und Fundamentschrauben wird der richtige Sitz überprüft: Die Komponenten sitzen sicher, ohne zu klemmen, und die Ausrichtungstoleranzen werden eingehalten.
Durch diese Fertigungs- und Qualitätskontrollprozesse erreicht der untere Rahmen die strukturelle Integrität, Präzision und Haltbarkeit, die für den Betrieb des Kegelbrechers erforderlich sind, und gewährleistet so eine zuverlässige Leistung bei anspruchsvollen Industrieanwendungen.
