УДК 67.017

УПРОЧНЕНИЕ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОВШОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРНОЙ ТЕХНИКИ ТЕХНОЛОГИЕЙ АРМИРУЮЩЕЙ НАПЛАВКИ

 

HARDENING OF WORKING SURFACES OF THE LADLE EQUIPMENT OF EXCAVATOR EQUIPMENT ARMIRUYUSHCHEY NAPLAVKI TECHNOLOGY

 

Пыриков П.Г. (Брянский государственный технический университет, Брянск, РФ)

Pyrikov P. G. (Bryansk state technical university, Bryansk, Russian Federation)

 

Рассмотрены вопросы особенностей потери работоспособности ковшового технологического оборудования экскаваторной механизации, применяющейся при вскрышных и добычных разработках. Предложена технология армирующей наплавки рабочих элементов ковшей, подверженных интенсивному изнашиванию. Представлены результаты оценки экономической эффективности технологии упрочнения.

Questions of features of loss of operability of ladle processing equipment of the excavator mechanization which is applied at overburden and mining development are considered. The technology of the reinforcing naplavka of working elements of the ladles subject to intensive wear is offered. Results of an assessment of economic efficiency of technology of hardening are presented.

 

Ключевые слова: ковши экскаваторной техники, изнашивание, наплавка, армирование, вольфрамо-молибденовые сплавы, хромо-ванадиевые сплавы

Key words: ladles of excavator equipment, wear, naplavka, reinforcing, volframo-molybdenum alloys, lame and vanadium alloys

 

При эксплуатации ковшового оборудования карьерной экскаваторной механизации на режимах, исключающих механическое разрушение, основными видами износа оказываются  абразивно-ударный и ударно-абразивный, реализующейся при скоростях изнашивания в диапазоне 5-300 мкм/ч.

Наиболее подверженными изнашиванию оказываются зубья, внутренняя поверхность передней стенки, кромка в промежутках между рыхлителями, нижний наружный пояс, пята.

При существенно выраженном и неравномерном износе передней кромки ковша и внутренних боковин, а также в межзубовых участках кромки предпочтительно упрочнение, а в случаях ремонта, -  восстановление размеров наплавкой аустенитной марганцовистой сталью с последующим упрочнением износостойкими материалами, например низколегированными хромоуглеродистыми сплавами.

При моделировании работы ковша на этапе входа в породу и последующего перемещения в ней установлено, что  зона максимума напряжений расположена выше режущей кромки на расстоянии 2/5 относительной длины рабочего органа (рис. 1).

 

Рисунок 1 - Схема нагружения рабочей зоны ковша на этапе внедрения в породу

 

При продвижении  в грунте  кромка с площадкой износа преодолевает, кроме сопротивлений по своей передней поверхности, сопротивление со стороны площадки износа, которая образуется под некоторым отрицательным углом к преобладающей траектории резания. 

С ростом угла подъема ковша его наружная поверхность по мере удаления от режущей кромки взаимодействует с грунтом, частицы которого вследствие разрушения структурных связей приобретают подвижность, а их перемещение  вдоль поверхности ковша имеет характер перекатывания. При подъеме ковша на угол выхода в зоне радиусного контура увеличиваются напряжения и деформации в грунте, что повышает степень его уплотнения при одновременном увеличении давления и приводит к интенсификации абразивного воздействия.

Для повышения стойкости к истиранию предложена технология армирующей наплавки рабочих поверхностей ковша, в частности межзубовых промежутков, коронок и нижнего наружного пояса (рис. 2) карбидовольфрамовыми и карбидохромовыми материалами.

Схема наплавки предполагает сетчатое армирование днища с определенным шагом и наклоном наплавляемых валиков (слоев) с формированием регулярной топографии поверхности в зонах износа. Это позволяет создать протекторную самозащиту ковша за счет заполнения промежутков породой, в результате чего исключается непосредственный истирающий эффект при  перемещениях ее частиц в циклах работы; смоделированный наклон валиков снижает силу сопротивления при перемещении ковша.   

Установлено, что измельчение зерна и повышение дисперсности микроструктуры материала наплавленного слоя являются факторами роста прочности, твердости и ударной вязкости.

 

Рисунок 2 - Схема упрочняемых рабочих поверхностей ковшей

 

 

Рисунок 3 - Микроструктура наплавленного слоя

 

Микроструктура слоя на глубину 4 – 10 мм представляет собой металлическую матрицу, в которую вкраплены твердые и мелкие карбиды хрома (ванадия, молибдена, вольфрама) игольчатой формы. Доля карбидной фазы составляет порядка 35-40 %, что обеспечивает высокую стойкость наплавленного слоя к абразивному воздействию. Дополнительное повышение стойкости к износу и ударам обеспечивает благоприятная текстура карбидов - они чаще всего вытянуты перпендикулярно поверхности.

При абразивном и ударном воздействии удары по внешнему карбидохромовому слою демпфируются за счет относительно мягкого и пластичного (в первоначальный период) внутреннего слоя марганцовистой стали Гатфильда (твёрдость на уровне 20HRC). Это препятствует преждевременному износу (из-за выкрашивания) рабочей поверхности.

Постепенно твёрдость подслоя из-за наклепа возрастает и к моменту полного износа первого (карбидохромового) слоя обнажившаяся поверхность характеризуется повышенной износостойкостью.

Рисунок 4 - Распределение микротвердости по глубине наплавленного слоя и микроструктура сплава

 

Целью проведенных испытаний являлась оценка эффективности применения технологии наплавки и состава порошковой проволоки, используемой в качестве наплавляемого материала на рабочие (изнашиваемые) поверхности ковша при повышении его работоспособности по критерию износостойкости. 

Объектом исследования являлась порошковая проволока системы легирования C-Cr-Mn-W-Mo-Si; твердость наплавленного слоя 55-58 НRC.

Рисунок 5 – Наплавленная поверхность рабочей кромки ковша

 

Упрочнялась наплавкой рабочая (фронтальная) кромка ковша по длине в зонах между коронками рыхлителей (см. рис. 5).

Испытания проводились при эксплуатации упрочненных ковшей на шагающих экскаваторах мод. ЭШ-10.50, работающих в условиях разработки железистого кварцита; период эксплуатации – октябрь – ноябрь.

Оценка результативности применения технологии упрочнения проводилась по критерию работоспособности наплавленных ковшей по сравнению с наработкой промышленно используемых (неупрочненных) ковшей.  

Оценка величины износа рабочей кромки проводилась при контроле ее геометрии; при этом определялась величина линейного износа в зонах наплавки при периодически проводимых замерах от искусственной базы, выбранной от верхнего края наплавленной зоны в контрольных точках. Периодичность замеров составляла 1 раз в месяц.

Продолжительность испытаний соответствовала периоду наработки ковшей до предремонтного состояния по совокупности повреждений механического и трибологического характера.         

По результатам проведенных испытаний объем выработки упрочненных ковшей (по объему экскавации) при статистически определенной величине наработки серийно используемых ковшей 15000 – 30000 м3 составил:

ковша № 24 – 45299 м3 (период работы 28.10 – 25.11.2016 г.).

ковша № 10 – 53511 м3 (период работы 14.10 – 02.11.2016 г.).

Применение технологии наплавки ковшей экспериментальным наплавочным материалом позволяет прогнозировать эффективность их использования за счет сокращения продолжительности простоя, связанного с ремонтом изнашивающихся элементов; уменьшения издержек, связанных с транспортированием ремонтируемых ковшей и их установкой/демонтажем на экскаватор, а также расходованием энергоносителей на выполнение ремонтно-восстановительных мероприятий.

 

Список использованных источников

1.    Памфилов, Е.А. Методические основы оценки работоспособности рабочих органов строительных и дорожных машин [Текст] / Е.А.Памфилов, С.С. Грядунов, Г.А. Пилюшина // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2009, № 4. С. 37-42.

2.    Памфилов, Е.А. Особенности изнашивания материалов при динамическом нагружении [Текст] / Е.А.Памфилов, Г.А.Пилюшина // В книге: Трибология-Машиностроению. Труды XI Международной научно-технической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Р.М.Матвеевского: сборник тезисов докладов. Институт машиноведения им. А.А.Благонравова. 2016. С.185-187.

3.    Сильман, Г.И. Влияние структуры белых хромованадиевых чугунов на их износостойкость [Текст] / Г.И.Сильман, Е.А.Памфилов, С.С.Грядунов, А.И.Грувман // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007, № 8. - С. 32 – 36.