Аннотация
Р. С. Высотин, А.И. Демченко Восстановление быстроизнашивающихся деталей горного оборудования приваркой твердосплавных шипов
Многие машины подвергаются большой нагрузке и высокому уровню износа. На всевозможных строительных и горнодобывающих площадках абразивному износу материалов подвергаются большое количество деталей машин, зачастую работающих без перерыва. Работоспособность без специальной защиты от износа таких машин и их частей может гарантироваться только на короткий срок. Отсутствие защиты от износа может привести к значительному снижению часов работы, высоким эксплуатационным расходам и даже к отказу машины. По сравнению с масштабом капитальных расходов, затраты на подходящие противоизносные решения в большинстве случаев весьма скромны. Ясно, что такие решения могут существенно повысить надежность работы и произвести положительный экономический эффект.
Рассмотрим такие решения на примере ковша экскаватора. Ковш является одним из основных его элементов. В процессе эксплуатации экскаватора вследствие жестких условий работы ковш подвержен интенсивному износу. Наиболее изнашиваемые его части - зубья, внутренняя поверхность ковша, внутренняя поверхность передней стенки, козырек, нижний наружный пояс, пята.
Восстановление ковша значительно повышает срок его службы. Следует учитывать и то, что ковш может подвергаться восстановлению значительное число раз.
Альтернативой восстановлению может служить только его полная замена. Однако стоимость нового ковша значительно (на один - два порядка) превышает стоимость восстановления.
Учитывая сказанное, разработка технологии, оборудования и технико-экономический анализ современных методов для восстановления корпуса ковша является актуальной задачей.
Под восстановлением деталей понимается такая последовательность операций, в результате которых возобновляется годность деталей на уровне исходной. Исключение составляет лишь восстановление деталей при разрушениях. Здесь трудно добиться исходной годности, возможно лишь как-то приблизиться. Восстановление деталей экскаваторов экономически всегда целесообразно, так как стоимость изготовления деталей значительно выше любого метода восстановления. Одну и ту же деталь до расчетной работоспособности можно восстановить различными способами. Однако конструктивно-технологические особенности деталей экскаваторов таковы, что выбор способов восстановления весьма ограничен. В практике ремонта объем восстановительных работ шагающих экскаваторов охватывает не более 10 % деталей основных механизмов и устройств, остальные изношенные детали заменяются новыми.
Широкое применение получил метод наплавки и сварки. Не менее эффективным методом стал электромеханический способ восстановления (ЭМС).
Особое внимание следует обращать на выбор и отработку параметров режимов и технологического процесса наплавки, обеспечивающих заданное количество наплавленной поверхности, геометрических размеров расположения валиков по плоскости стенки и температуры местного нагрева, исключающей деформацию стенки ковша.
Способы восстановления ковшей экскаваторов:
1. Наплавка под слоем флюса. Сложность данного метода заключается в том, что необходимо использовать специальное дорогостоящее автоматическое оборудование, а учитывая размер ковша, потребуется весьма дорогая и громоздкая установка.
2. Наплавка пластинчатым электродом под слоем флюсом. Это малораспространенный метод из-за необходимости самостоятельного изготовления пластинчатых электродов, что для многих предприятий является финансово неосуществимо.
3. Наплавка штучными электродами. Данный метод используется широко, но главными минусами являются большая трудоемкость и непроизводительность. Для получения высокоизносостойкого покрытия потребуются достаточно дорогие электроды.
4. Полуавтоматическая наплавка порошковой проволокой. Довольно производительный метод с удовлетворяющим качеством покрытия, но подходящие для этого проволоки в России не выпускаются.
5. Индукционная наплавка порошкообразным карбидом. Этот метод не используется из-за необходимости громоздкого генератора и сложностей, связанных с автоматизацией процесса.
Большие поверхности ковша требуют производительных методов. Приведенные выше способы уступают по твердости, износостойкости, скорости восстановления, по сравнению с методом приварки твердосплавных шипов. Приварить или наплавить карбид с такой твердостью очень сложно, но данный метод позволяет сделать это без особых сложностей.
Шипы с сердцевиной из твёрдого сплава обеспечивают эффективную защиту металлических поверхностей от износа. Имеющие сердцевину из твёрдого сплава, шипы первыми вступают в контакт с материалом и защищают поверхность от абразивного износа. Помимо прямой защитной функции с их помощью создаётся своеобразный буфер из добываемого материала, уменьшающий прямой контакт с материалом и износ металлических рабочих поверхностей. Вместо дорогостоящих изнашиваемых частей достаточно заменить часть изношенных шипов. Кроме того, при использовании этого метода снижаются затраты на обслуживание: благодаря сердцевине из твёрдого сплава отличающейся чрезвычайной устойчивостью в жёстких условиях работы.
Твердый сплав производится из карбида вольфрама и кобальта. Карбид вольфрама считается наиболее твердым, но хрупким материалом. В сочетании с мягким кобальтом возникает вещество высокой твердости и износостойкости, устойчивое к экстремальным ударным нагрузкам. Для обеспечения наилучшей спекаемости используется качественное сырье, практически не содержащее примесей. Его используется везде, где требуется высокая износостойкость (например, при бурении, фрезеровании, копании и резании). Смешивание и мокрый размол сырья осуществляется в зависимости от требуемого качества твердого сплава. Во время сушки распылением в горячем газовом потоке башни распыления образуется сыпучий порошок твердого сплава. Во время прессования твердосплавного порошка в формы (в так называемые спрессованные сырцы) он уплотняется примерно до 50% от своей конечной плотности. Спекание при 14500 С. Благодаря спеканию в вакуумной печи и в агломерационных установках образуется твердый сплав, обладающий своими превосходными свойствами.
Примером таких шипов являются элементы TungStuds компании BETEK (Германия). Нами был произвен анализ химического состава двух марок твердосплавных шипов TungStud:
Марка сплава Массовое содержание химических элементов в сплаве, % Твердость
Шип фиксируется на защищаемой металлической поверхности. Для защиты предусмотрено керамическое кольцо. Под воздействием магнитного поля шип слегка приподнимается, возникает электрическая дуга, благодаря которой шип спаивается с металлической поверхностью. Затем он погружается в расплавленный материал. Таким образом, возникает прочная сварка со всей поверхностью компонента и мы получаем готовое соединение.
Основными достоинствами данной технологии являются:
- Мгновенная приварка крепежных изделий большого диаметра из углеродистых и легированных (в том числе нержавеющих) сталей;
- Широкий ассортимент приварных изделий;
- Крепеж можно приваривать к тонколистовому металлу от 1,0 мм (отпадает необходимость в сверлении отверстий, нарезании резьбы, заворачивании винтов, использовании заклепок и т. д.);
- Возможность использования даже на нестандартных поверхностях;
- Простая замена изношенных элементов;
- Благодаря минимальным тепловложениям на оборотной стороне основной детали отсутствуют следы приварки, что особенно важно при работе с листами анодированного или оцинкованного металла;
- Возможность выборочной замены элементов;
- Высокое качество соединения за счет образования сварочной ванны;
- Отсутствие присадочных материалов;
- Высокая износостойкость благодаря сердцевине из твердого сплава;
- Повышение рентабельности посредством уменьшения затрат на обслуживание;
- Снижение издержек, обусловленных простоем оборудования;
- Минимальные затраты на запасные части;
- Высокая производительность и возможность автоматизации.
Минусы описанной технологии – дорогие шипы и стоимость сварочного аппарата (500 тыс. рублей). Поэтому не каждое маленькое предприятие сможет позволить себе приобрести его, однако на этот случай должны создаваться выездные ремонтные бригады, арендующие оборудование.
В настоящее время технология приварки шипов отработана и сложностей не представляет. Готовится технико-экономический анализ восстановления быстроизнашивающихся деталей горного оборудования приваркой твердосплавных шипов для того, чтобы понять и показать, какую роль, какие перспективы и какую востребованность имеет данный метод.
Список использованной литературы
1. Применения технологии напыления полимочевины [Электронный ресурс] ООО «ППУ XXI век» Электрон. дан. – Москва [2005] Режим доступа: www.ppu21.ru – загл. с экрана.
2. Горнодобывающая промышленность [Электронный ресурс] / ООО «Завод «Техстроймаш» Электрон. дан. – Санкт-Петербург [2007] Режим доступа: www.tsm-hardox.ru – загл. с экрана.
3. Универсальные системы защит от экстремального абразивного износа [Электронный ресурс] Компания MBM Электрон. дан. – Санкт-Петербург [2005] Режим доступа: www.mwmining.ru – загл. с экрана.
4. Теория и практика нанесения защитных покрытий / П.А. Витязь, В. С. Ивашко, А. Ф. Ильющенко и др. – Мн.: Беларуская навука, 1998. – 583 с.
5. Балдаев Л. Х. Реновация и упрочнение деталей машин методами газотермического напыления. М.: изд-во «КХТ», – 2004. – 134 с.
6. Хасуй А. Наплавка и напыление / А. Хасуй О. Моригаки; пер. с яп. В. Н. Попова; под ред. В. С. Степина, Н. Г. Шестеркина. – М.: Машиностроение, 1985.– 240 с.