Concasseur à cône série CS

Cadre supérieurFabriqué en acier moulé haute résistance (type ZG270-500), le châssis supérieur est de forme cylindrique. Il est doté d'une bride supérieure servant de point de raccordement à la trémie d'alimentation. La paroi intérieure du châssis supérieur est usinée avec précision pour s'adapter parfaitement à la chemise du cône fixe. Pour renforcer sa structure et résister aux efforts d'écrasement importants, des nervures de renfort radiales sont intégrées. Ces nervures, généralement d'une épaisseur comprise entre 40 et 100 mm, sont stratégiquement placées pour répartir uniformément la charge et assurer la durabilité du châssis.

Cadre inférieurLe châssis inférieur, fabriqué en acier moulé haute résistance (type ZG35CrMo), constitue la base du concasseur. Il abrite des composants essentiels tels que le manchon d'arbre excentrique, le palier d'arbre principal et, sur certains modèles, les vérins hydrauliques. Ce châssis est solidement fixé à la fondation par des boulons d'ancrage (généralement de taille M30 à M60). Il comporte également des passages d'huile internes, essentiels à la lubrification des pièces mobiles, réduisant ainsi les frottements et garantissant un fonctionnement fluide.

Cône mobileLe cône mobile est un élément essentiel du mécanisme de concassage. Il est constitué d'un corps de cône forgé en 42CrMo et d'une chemise résistante à l'usure. Forgé avec précision, le corps du cône est doté d'une base sphérique conçue pour s'adapter parfaitement au palier sphérique de l'arbre principal. Cela permet un mouvement de rotation fluide et flexible pendant le fonctionnement. La chemise résistante à l'usure, en fonte à haute teneur en chrome (Cr20) ou en acier au manganèse (ZGMn13), est fixée au corps du cône par moulage en alliage de zinc. Cette méthode assure une liaison solide et étanche, la couche résistante à l'usure ayant généralement une épaisseur de 30 à 80 mm pour résister aux forces abrasives du processus de concassage.

Cône fixe (concave)Le cône fixe, également appelé concave, est une chemise annulaire montée sur la paroi intérieure du châssis supérieur. Il est généralement segmenté en 3 à 6 segments, ce qui simplifie son installation et son remplacement. Le matériau du cône fixe est le même que celui de la chemise du cône mobile, ce qui lui confère une grande résistance à l'usure. Chaque segment présente un profil de cavité soigneusement conçu, avec un angle généralement compris entre 18° et 25°. Les structures imbriquées entre les segments empêchent les fuites de matériau, garantissant un broyage efficace et constant.

Manchon d'arbre excentriqueFabriqué en acier moulé (ZG35CrMo), le manchon d'arbre excentrique est un élément clé de l'oscillation de l'arbre principal. Son excentricité, généralement comprise entre 10 et 30 mm, détermine l'amplitude de l'oscillation du cône mobile. La surface extérieure du manchon d'arbre excentrique est équipée d'un grand engrenage conique en acier allié 20CrMnTi, soumis à un traitement de cémentation et de trempe. Ce traitement améliore la résistance à l'usure et à la fatigue de l'engrenage, garantissant ainsi une transmission de puissance fiable.

Paire d'engrenages coniquesComposé d'un petit engrenage conique monté sur l'arbre d'entrée et d'un grand engrenage conique fixé sur le manchon d'arbre excentrique, le couple d'engrenages coniques assure la transmission de la puissance du moteur. Le rapport de démultiplication est soigneusement sélectionné, généralement entre 1:4 et 1:6, afin d'obtenir la vitesse de rotation et le couple souhaités pour le manchon d'arbre excentrique.

Moteur et transmission par courroie trapézoïdaleUn moteur à fréquence variable, d'une puissance généralement comprise entre 160 et 630 kW, alimente le concasseur. Le moteur est relié à l'arbre d'entrée par des courroies trapézoïdales, et la vitesse de la poulie est réglable entre 980 et 1 480 tr/min. Ce système d'entraînement à vitesse variable offre une grande flexibilité de fonctionnement, permettant au concasseur de s'adapter à différents matériaux et exigences de production.

Unité de réglage hydrauliqueCertains modèles avancés de la série CS intègrent un système de réglage hydraulique. Ce système se compose généralement de 6 à 12 vérins hydrauliques, disposés autour du châssis inférieur. Ces vérins fonctionnent à une pression de service de 16 à 25 MPa et permettent de régler la taille de l'orifice de refoulement, qui peut varier de 5 à 50 mm. Des capteurs de position sont intégrés au système pour garantir un contrôle précis de la largeur de l'orifice de refoulement, avec une précision de ± 0,1 mm.

Système de sécuritéLe concasseur est équipé d'un système de protection contre les surcharges. Sur les modèles à vérins hydrauliques, des soupapes de surpression protègent contre les surcharges. Lorsque des matériaux non broyables, tels que des objets métalliques, pénètrent dans la cavité de broyage, les vérins hydrauliques se rétractent, élargissant l'orifice de décharge pour permettre l'expulsion des corps étrangers. Une fois l'obstruction éliminée, les vérins reviennent automatiquement à leur position initiale. Sur les modèles traditionnels à ressorts, un jeu de ressorts (généralement 16 paires de ressorts en acier allié haute performance) assure la protection contre les surcharges. En cas de force excessive, les ressorts se compriment, permettant aux pièces mobiles de bouger et prévenant ainsi tout dommage au concasseur.

Armoire de commande intelligenteCertains concasseurs à cône modernes de la série CS sont équipés d'une armoire de commande intelligente. Cette armoire repose sur un automate programmable industriel (API) qui surveille divers paramètres tels que la température, la pression et la consommation électrique. Elle permet également le fonctionnement à distance et offre des fonctions de diagnostic des pannes, permettant aux opérateurs d'identifier et de résoudre rapidement tout problème pouvant survenir pendant le fonctionnement.

Lubrification à l'huile fineUn système indépendant de lubrification à huile fine assure le bon fonctionnement des composants critiques. Ce système est équipé de deux pompes redondantes, de refroidisseurs pour réguler la température de l'huile et de filtres pour éliminer les contaminants. Il distribue de l'huile ISO VG 46 aux roulements et aux engrenages, maintenant une pression d'huile comprise entre 0,2 et 0,4 MPa et une température d'huile inférieure à 55 °C.

Structure anti-poussièrePour empêcher la poussière de pénétrer dans le concasseur et d'en altérer les performances, une structure anti-poussière complète est mise en œuvre. Elle comprend généralement une combinaison de joints labyrinthes, de joints d'huile et d'un système de purge d'air. Ce système, fonctionnant à une pression de 0,3 à 0,5 MPa, crée une surpression à l'intérieur du concasseur, empêchant ainsi la pénétration de poussière. Dans les environnements très poussiéreux, certains modèles peuvent également être équipés d'un système de pulvérisation d'eau pour une meilleure élimination de la poussière.

Création de modèlesDes modèles de haute précision sont créés pour le moulage du cadre. Dans la fabrication moderne, on utilise souvent des modèles en résine imprimés en 3D. Ces modèles sont conçus avec des marges de retrait, généralement comprises entre 1,2 et 1,5 %, afin de tenir compte des variations dimensionnelles qui surviennent pendant le processus de moulage. Ils intègrent également tous les détails complexes, tels que les nervures et les passages d'huile, avec une grande précision.

MoulageLes moules en sable lié à la résine sont couramment utilisés pour le moulage de cadres. La cavité du moule est recouverte d'un revêtement réfractaire à base de zirconium, généralement d'une épaisseur de 0,2 à 0,3 mm. Ce revêtement améliore l'état de surface de la pièce et contribue à réduire les défauts. Des noyaux sont utilisés pour former les cavités internes, telles que les passages d'huile, garantissant ainsi un alignement correct et une précision dimensionnelle.

Fondre et couler:

Pour l'acier moulé ZG270-500, les matières premières sont fondues dans un four à induction. La température de fusion est soigneusement contrôlée entre 1520 et 1560 °C. Pour améliorer encore la qualité de la coulée, une coulée sous vide peut être utilisée. L'acier fondu est ensuite coulé dans le moule à une température comprise entre 1480 et 1520 °C, avec un contrôle strict de la vitesse de coulée afin d'éviter les turbulences et la formation d'inclusions.

Pour l'acier moulé ZG35CrMo, du chrome (0,8 à 1,2 %) et du molybdène (0,2 à 0,3 %) sont ajoutés pendant la fusion afin d'obtenir les propriétés mécaniques souhaitées. La température de coulée du ZG35CrMo est généralement comprise entre 1 500 et 1 540 °C.

Traitement thermiqueAprès la coulée, le cadre subit une série de traitements thermiques. Tout d'abord, une normalisation est effectuée à une température de 880 à 920 °C, suivie d'un refroidissement à l'air. Ce processus affine la structure granulaire du métal. Ensuite, un revenu est effectué à 550 à 600 °C pour réduire les contraintes internes et atteindre une dureté comprise entre HB 180 et 220, garantissant ainsi l'intégrité structurelle et la durabilité du cadre.

MoulageLe moulage en coquille, utilisant un liant en résine phénolique, est une méthode privilégiée pour le moulage du manchon d'arbre excentrique. Ce procédé offre une grande précision dimensionnelle, avec des tolérances de ± 0,1 mm sur l'alésage excentrique. Le moule en coquille offre une finition de surface lisse, réduisant ainsi le besoin d'usinage post-moulage important.

Coulée et traitement thermiqueL'acier ZG35CrMo fondu est coulé dans le moule carapace à une température comprise entre 1 500 et 1 540 °C. Après la coulée, le manchon d'arbre excentrique est trempé dans l'huile à 850 °C pour durcir la surface. Ce traitement est suivi d'un revenu à 580 °C pour obtenir la combinaison souhaitée de dureté (HB 220 - 260) et de résistance à la traction (≥ 785 MPa), garantissant ainsi sa capacité à supporter des conditions de fonctionnement sous fortes contraintes.

ForgeageLa billette d'acier 42CrMo est d'abord chauffée à une température comprise entre 1 150 et 1 200 °C dans un four à gaz. Cette température élevée rend l'acier malléable, permettant un forgeage efficace. La billette est ensuite soumise à une série d'opérations de refoulement et de forgeage pour lui donner une forme conique à base sphérique. Ces procédés de forgeage assurent l'alignement du flux de grains métalliques avec la direction des contraintes, améliorant ainsi les propriétés mécaniques du cône mobile.

Traitement thermiqueAprès forgeage, le corps conique mobile subit une trempe dans l'eau à 840 °C, ce qui refroidit et durcit rapidement le métal. Cette trempe est suivie d'un revenu à 560 °C pour réduire les contraintes internes et atteindre une dureté de 28 à 32 HRC, ainsi qu'une résistance à la traction ≥ 900 MPa, assurant ainsi la résistance et la ténacité nécessaires à son utilisation dans le concasseur.

Usinage grossierDes fraiseuses CNC sont utilisées pour façonner initialement les brides et les nervures du cadre. Au cours de ce processus, une surépaisseur d'usinage de 2 à 3 mm est laissée sur les surfaces à finir ultérieurement. Des aléseuses sont ensuite utilisées pour créer les logements de roulements, avec des tolérances dimensionnelles maintenues à IT7 pour garantir un ajustement parfait des roulements.

Usinage de précisionLes surfaces des brides sont rectifiées pour obtenir une planéité ≤ 0,1 mm/m et une rugosité de surface Ra 1,6 μm. Cette finition lisse est essentielle pour une étanchéité et une connexion mécanique optimales. Les trous de boulons, généralement de la gamme M30 à M60, sont percés et taraudés avec une tolérance de filetage de 6H. Leur positionnement précis, avec une précision de ± 0,1 mm, permet une fixation sûre des différents composants.

TournantDes tours CNC sont utilisés pour usiner le diamètre extérieur et l'alésage excentré du manchon d'arbre. Lors du tournage, une surépaisseur de 0,5 mm est laissée pour les opérations de rectification ultérieures. L'excentricité de l'alésage est soigneusement contrôlée à l'aide d'un comparateur à cadran afin de garantir sa conformité aux exigences de conception, avec une tolérance de ± 0,05 mm.

AffûtageLe diamètre extérieur et l'alésage excentrique sont rectifiés pour obtenir une tolérance dimensionnelle de IT6 et une rugosité de surface de Ra0,8 μm. La face de montage de l'engrenage est également usinée pour assurer sa perpendicularité à l'axe, avec une tolérance ≤ 0,02 mm/100 mm. Cet usinage de haute précision est essentiel au bon fonctionnement du manchon d'arbre excentrique et à l'engrènement correct des engrenages coniques.

FraisageDes centres d'usinage CNC sont utilisés pour façonner la surface conique du cône mobile. L'angle du cône est maintenu avec une tolérance de ± 0,05° et la rugosité de surface est maintenue à Ra 3,2 μm. La base sphérique du cône mobile est également usinée pour assurer un ajustement parfait avec le roulement sphérique.

Surface de montage de la doublureLa surface de montage de la chemise résistante à l'usure est usinée avec une planéité ≤ 0,1 mm/m. Cette surface plane est nécessaire au processus de moulage de l'alliage de zinc, qui fixe la chemise au corps du cône, assurant ainsi une liaison étanche et uniforme.

Essais de matériaux:

Une analyse spectrométrique est effectuée sur tous les composants moulés et forgés afin de vérifier leur composition chimique. Par exemple, pour le ZG35CrMo, la teneur en carbone doit être comprise entre 0,32 et 0,40 % et la teneur en manganèse entre 0,5 et 0,8 %. Tout écart par rapport à ces valeurs spécifiées peut affecter les propriétés mécaniques du matériau.

Des essais de traction et de choc sont réalisés sur des éprouvettes provenant du même lot de matériaux. Pour le forgeage du 42CrMo, la limite d'élasticité doit être ≥ 785 MPa et l'énergie de choc ≥ 60 J/cm². Ces essais garantissent la résistance des matériaux aux fortes contraintes exercées lors du fonctionnement du concasseur.

Contrôle dimensionnel:

Les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) permettent de mesurer les dimensions clés des composants. Elles mesurent notamment l'excentricité du manchon d'arbre excentrique, la conicité du cône mobile et la position des trous de boulons. La MMT fournit des mesures très précises, avec une tolérance de ± 0,05 mm, garantissant un assemblage parfait des composants.

La technologie de balayage laser est également utilisée pour détecter le profil de la cavité de concassage formée par le cône mobile et le cône fixe. Cette technologie permet de comparer précisément le profil réel avec les spécifications de conception, garantissant ainsi un processus de concassage cohérent et efficace.

Contrôles non destructifs (CND):

Le contrôle par ultrasons (UT) permet de détecter les défauts internes des pièces moulées, tels que les cadres et les chemises d'arbre excentriques. Tout défaut d'un diamètre supérieur à 3 mm est considéré comme inacceptable, car il peut compromettre l'intégrité structurelle du composant.

Le contrôle par magnétoscopie (MPT) est effectué sur les pièces forgées, telles que l'arbre principal et le corps du cône mobile, afin de détecter les fissures superficielles et proches de la surface. Les fissures de plus de 1 mm sont rejetées, car elles peuvent entraîner une défaillance catastrophique en cours d'exploitation.

Tests de performance:

L'équilibrage dynamique est réalisé sur les rotors, tels que le manchon d'arbre excentrique et les composants associés. Ce processus vise à obtenir une classe G2,5, garantissant un niveau de vibrations ≤ 2,5 mm/s en fonctionnement. Ce fonctionnement à faibles vibrations réduit l'usure des composants et améliore la stabilité globale du concasseur.

Un essai de charge de 48 heures est réalisé avec des matériaux standards, comme le granit. Au cours de cet essai, des paramètres tels que la capacité de production, la granulométrie des particules rejetées et l'usure des chemises sont étroitement surveillés. La capacité de production doit respecter les valeurs spécifiées pour le modèle concerné, la granulométrie des particules rejetées doit se situer dans la plage souhaitée et les chemises doivent présenter une usure uniforme pour garantir des performances à long terme.

Préparation des fondationsUne fondation en béton de grade C30 est préparée. Des boulons d'ancrage sont insérés dans la fondation et la planéité de la surface est soigneusement vérifiée pour garantir une épaisseur ≤ 0,1 mm/m. Le béton est ensuite durci pendant 28 jours pour atteindre sa résistance maximale.

Installation du cadre inférieurLe cadre inférieur est hissé sur les fondations à l'aide d'un équipement de levage approprié. Des cales sont utilisées pour le niveler, et les boulons d'ancrage sont initialement serrés à 30 % de leur couple final. Ce serrage initial permet des ajustements mineurs lors des étapes d'installation ultérieures.

Ensemble manchon excentrique et arbre principalLe manchon excentrique est installé dans le châssis inférieur et l'arbre principal y est soigneusement inséré. Tous les roulements sont soigneusement lubrifiés avec un lubrifiant approprié avant l'installation afin de garantir un fonctionnement fluide.

Installation du cône mobileLe cône mobile est soulevé et parfaitement accouplé à l'arbre principal. Lors de l'installation de la chemise résistante à l'usure sur le cône mobile, un alliage de zinc est coulé entre le corps du cône et la chemise. L'alliage de zinc est chauffé à une température comprise entre 450 et 500 °C pour assurer une liaison parfaite et un ajustement parfait.