Способы повышения долговечности зубов рабочего органа инженерных машин

Аннотация

Рузибаев А.Н., Шукуров Н.Р., Хужаназаров Б.Ф. Способы повышения долговечности зубов рабочего органа инженерных машин.
в данной статье рассматриваются результаты исследования интенсивности износа зубьев рабочего органа инженерных машин, в частности экскаваторов, эксплуатируемых на карьере Мурунтау, входящем в состав Навоийского горно-металлургического комбината. Предлагается требование к зубьям ковша изменять их конфигурацию и размер. Результаты по влиянию абразивности разработанной среды на скорость износа следующие представленный. Даны конкретные рекомендации по снижению износа зубьев ковша экскаватора.

Ключевые слова:режущая часть зубьев, ковш экскаватора, абразивность, интенсивный износ, карьер, форма зубьев, долговечность.

Эффективность функционирования режущих органов землеройных машин, в частности, экскаваторов, является актуальной задачей, которая выполняется особенно в Мурунтау карьер, входящий в состав Навоийского горно-металлургического комбината (НГМК) [1].

Из-за интенсивного износа зубьев ковша экскаватора на их изготовление ежегодно расходуются сотни тысяч тонн высококачественной стали марки 110G13L. Всего за один год НГМК израсходовала до восьми тысяч штук зубов, на производство которых ушло тысячи тонн высокомарганцовистой стали 110Г13Л на сумму более 10 миллионов сумов. Стоимость зубьев на НГМК составляла около трети от общей годовой стоимости запасных частей для всего парка экскаваторов.

В карьере добываются породы, которые характеризуются высокой степенью сложности разработки. Основным методом добычи полезных ископаемых является извлечение горной массы и ее дальнейшая разработка одноковшовыми экскаваторами. Экскаваторы, работающие в карьере, осуществляют погрузку взорванной горной массы и транспортируют транспортные средства для доставки на дальнейшую переработку. Изучение изменений конфигурации и размеров зубов проводилось путем их измерения с помощью специального шаблона. Контуры зубьев были нанесены на планшет и измерялись каждые 12 часов работы экскаватора в забое экскаватора.

Эксперименты показали, что основным видом износа зубьев является абразивный износ. На рабочих кромках зубьев хорошо видны царапины, вмятины, канавки и кратеры, глубина которых достигает 5-12 мм, т.е. износ происходит из-за резания, дробления и скалывания микрообъемов металла твердыми абразивными частицами горных пород. Установлено, что интенсивность износа зубьев зависит в первую очередь от степени абразивности разрабатываемой породы. Под абразивностью горных пород понимается способность породы изнашивать твердое вещество, контактирующее с ней в процессе взаимодействия.

Проведенные исследования установили, что в процессе износа режущая часть зубьев претерпевает большие геометрические изменения. Основными из них являются укорочение зубьев, образование зон износа на передней и задней кромках режущей кромки зубьев, изменение в толщине режущей кромки и увеличении углов конусности. Было обнаружено, что сначала, когда зубья достаточно острые, износ происходит довольно интенсивно, а позже, при затуплении зубьев, величина износа остается почти постоянной. В этом случае зуб приобретает определенную форму, которая мало меняется, т.е. происходит стабилизация профиля зуба.

Процесс загрузки руды при работе экскаватора с изношенными зубьями резко меняется. Поскольку профиль изношенной боковой поверхности зубьев не совпадает с траектории ковша, в процессе копания износостойкие накладки вдавливаются в каменистый грунт, что приводит к проявлению больших дополнительных сил сопротивления, толкающие зубья ковша вводятся в забой по горизонтальной траектории [2].

При появлении участков износа с отрицательным углом зазора угол конусности увеличивается с 30° до 54°. Это, в свою очередь, приводит к увеличению сопротивления при копании. Формирование закругленной режущей кромки, форма которой сохраняется до тех пор, пока не будет достигнут предел износа. Передняя поверхность изнашивается менее интенсивно, поскольку сила трения, возникающая при движении породы вдоль передней поверхности зуба, намного меньше силы трения, возникающей при движении породы по задней поверхности. Изменение профиля передней грани происходит в направлении увеличения угла конусности.

Угол зазора оказывает большое влияние на степень износа зубьев. С увеличением заднего угла поверхность контакта режущей части зуба с горной массой уменьшается, и линейный износ вдоль задней кромки зуба уменьшается. Однако, это следует иметь в виду, что чрезмерное увеличение угла зазора приводит к увеличению угла резания, в результате чего значительно увеличивается лобовое сопротивление. Увеличение угла резания с 40° до 60° удваивает фронтальное сопротивление зуба [3].

Правильный выбор величины угла зазора зубьев является важным условием повышения долговечности режущего инструмента карьерных экскаваторов. Обычно угол зазора принимается в диапазоне 5°-12°.

Зубья были изготовлены из высокомарганцовистой стали 110Г13Л в литейном цехе НГМК. Их твердость после закалки составляла 195-210 НВ.

Размер зубьев ковша ЭКГ обычно определяется его прочностью, жесткостью и стабильностью. Результаты измерений были занесены в карточки. Зубья ковша работают в экскаваторах EKG, которые работают в специфических условиях: суровые климатические условия, запыленность горных выработок, работа в горизонтальных и наклонных пластах. В связи с этим к нему предъявляются высокие требования с точки зрения производительности, безопасности, надежности управления, технико-экономических показателей. И высокие показатели могут быть получены, если оборудование комплекса отличается высоким качеством изготовления.

Эта деталь относится к особо важным высоконагруженным деталям. Сталь, из которой он изготовлен, должна обладать улучшенными пластическими и прочностными характеристиками, высокой трещиностойкостью и низкой чувствительностью к концентрации напряжений, должна обладать повышенной прочностью и надежностью.

Этот ковшовый зуб должен быть улучшен до твердости 269...302 НВ. Разработанная технология изготовления ковшового зуба должна обеспечивать прочность, износостойкость, коррозионную стойкость и надежность детали в эксплуатации.

Сталь 110Г13Л подвергается усовершенствованию, то есть многократной закалке и высокому отпуску. Сталь закаляют при температуре 800-880°C с охлаждением в воде и сразу же закаляют вторично при температуре 800°C с водяным охлаждением. После такой термической обработки структура стали представляет собой аустенитную структуру. Сталь обладает высоким выходом точка, низкая чувствительность к концентраторам напряжений, высокая усталостная прочность и достаточный запас прочности. При полной прокаливаемости сталь обладает хорошими механическими свойствами, а устойчивость росту существующих трещин повышается.

Для стали 110G13L используется предварительная термическая обработка (PHT) - многократное упрочнение. Такой PHT проводится с целью достижения твердости материала заготовки 230-280 HB с целью улучшения твердости, эластичности, ударной вязкости, пластичности, усталостной прочности и износостойкости.

Имеющиеся данные визуального осмотра изношенных зубов и лабораторных исследований позволяют сделать следующие выводы: ведущим видом в данном случае является абразивный износ, сопровождающийся пластическим смещением металла; причиной изменения первоначальной формы зуба является микроразрез металла абразивными частицами; причиной нагрузки, действующие во время работы зуба, не вызывают глубокого упрочнения аустенита, и образующийся в результате тонкий упрочненный слой не может противостоять разрушительному воздействию абразивных частиц.

В заключение следует также отметить, что формирование зоны износа и ее угловое положение относительно продольной оси зуба является ключевым моментом в выборе наиболее эффективных методов повышения долговечности зубов. Постоянное угловое положение зоны износа не зависит от свойств материала зубьев и среды износа, а определяется кинематическими особенностями рабочего оборудования ЭКГ- Экскаваторы 8I и EKG-10 [4].

Зона износа представляет собой выпуклую поверхность, и касательная к ней, по-видимому, совпадает с касательная к траектории зуба, продольная ось зуба и касательная к зоне износа формируют фактический угол резания. Изменить угловое положение зоны износа невозможно , и поэтому предлагаемый способ повышения долговечности должен предусматривать укрепление не только передней и задней поверхностей зуба, но и всего материала режущей части.

Список использованной литературы

1. Шукуров Р.U., Шукуров Н.R., Рузибаев А.N., Умаров А.I. Повышение производительности режущих элементов экскаваторов в условиях эксплуатации Нгмк // Европейская наука, 2020.№ 3(52). Р. 20-22. 2. Шукуров Р.У., Шукуров Н.Р., Худжаназаров Б.Ф., Тулаганов А.Х. Повышение производительности землеройной машины на связанных грунтах // Европейское исследование № 5(63) / Сборник научных статей: «Европейские исследования: инновации в науке, образовании и технологиях»: LXIII Международная научно-практическая конференция. Лондон. Объединенное Королевство. 6-7 мая 2020 г. С. 29-31. 3. Сурашов, Н.Т. Выбор износостойких материалов для изготовления режущих элементов ZTM [Текст ] / Н.Т. Сурашов. ZTM]. Алматы: Научный журнал "МО и я", 2002. № 3. С. 12-14. 4. Разработка методов повышения долговечности зубьев экскаватора в НГМК [Разработка методов повышения долговечности зубьев экскаваторов в НГМК]: Отчет о НИОКР / ТАРИ [Отчет НИР/ТАДИ], кс/д 943/97. № 12. Т.: ТАРИ, 1998. 446 с. [на русском языке].