CC BY
280
6. Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. М. : Машиностроение, 1969. 591 с.
7. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. 2-е изд., пере-раб. и доп. М. : Машиностроение, 1987. 560 с.
P. Sidorov, I. Shiryaev, A. Pashm, A. Plyasov Method offormation of the elementary planetary mechanisms For the first time fragments of a method of structural formation of planetary tooth gearings as important toolkit for the directed search of their new technical decisions are stated. It is proved, that known in a science and the technician on planetary mechanisms contain in the structure only one active satellite and do not cover all their possible scale.
Получено 07.04.09
УДК 621.17
А.В. Берман, канд. техн. наук (Россия, Москва, НИЦ «Геодиагностика»), К.М. Первов, д-р техн. наук, проф. (Россия, Москва, МГГУ),
С.К. Коровин, канд. техн. наук, доц.
(Россия, Санкт-Петербург, СПбГУПС),
А.П. Баранов, канд. техн. наук, доц. (4872) 33-22-88, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Я.С. Ватулин, канд. техн. наук, доц.
[email protected] (Россия, Санкт-Петербург, СПбГУПС)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Представлены результаты по исследованию обработки деталей горнопромышленного оборудования магнитными импульсами с целью улучшения рабочих характеристик металла. Данные исследования можно применить для разработки рекомендаций по повышению стойкости породоразрушающих инструментов.
Ключевые слова: магнитно-имульсная обраьботка, породоразрушающие инструменты, установка «Магнитрон», зубья, буровые коронки.
Применяемые в настоящее время различные способы и средства обработки горных породоразрушаемых инструментов с целью увеличения технического ресурса (фосфатирование, хромирование, никелирование, борирование, нитроцементация и др.) являются весьма дорогостоящими и имеют ряд известных недостатков.
В 2001-2008 гг. проводились работы по исследованию влияния магнито-импульсной обработки деталей горного оборудования и горного породоразрушающего инструмента на эксплуатационные показатели обрабатываемых изделий с использованием установки «Магнитрон».
12
Обработке подвергались зубья ковшей экскаваторов ЭКГ-5 и «Liebherr» , буровые коронки и штанги отечественного и зарубежного производства, детали дробильного, механообрабатывающего и другого горного оборудования.
Сущность технологии магнитно-импульсной обработки состоит в том, что при магнитно-импульсном воздействии вещество изменяет свои физические и механические свойства. Улучшение свойств ферромагнитных материалов прошедших МИО, достигается за счет направленной ориентации свободных электронов вещества внешним полем. Взаимодействие импульсного магнитного поля с деталью из токопроводящего материала происходит тем интенсивнее, чем выше структурная и энергетическая неоднородность вещества. Поэтому, чем выше концентрация поверхностных и внутренних напряжений в металлических деталях, тем больше вероятность локальной концентрации в них микровихрей внешнего поля, которые нагревают участки вокруг кристаллов напряженных блоков и неоднородностей структуры металла. Градиент теплового потока при магнитноимпульсном упрочнении тем выше, чем менее однородна микроструктура металла.
В местах концентрации остаточных или усталостных напряжений, связанных с технологией производства, обработки или эксплуатации детали, теплота, наведенная при магнитно-импульсном упрочнении вихревыми токами, частично уменьшает избыточную энергию составляющих кристаллитов и зерен структуры образца особенно в зоне контакта напряженных участков. Микроструктура сплава улучшается. Кроме того, вихревое магнитное поле обуславливает более равномерное охлаждение детали.
После обработки вышеперечисленных изделий были проведены их сравнительные испытания с необработанными в промышленных условиях (рис. 1).
Результаты сравнительных промышленных испытаний быстроизнашиваемых деталей горного оборудования из марганцовистых сталей показывают, что магнитоимпульсная обработка на установке «Магни-трон» позволяет увеличить ресурс обработанных деталей в среднем на 25... 30 % относительно необработанных.
Приобретенные свойства сохраняются до полного износа деталей.
Для определения ресурсных возможностей буровых коронок с твердосплавным режущим элементом были проведены промышленные испытания на базе горного предприятия ООО ’’Выборгские граниты”. Целью испытаний являлось определение работоспособности и износостойкости прошедших магнитоимпульсную обработку буровых коронок по сравнению с необработанными буровыми коронками типа КДП, ККП, КНШ. Испытания проводили на буровых станках типа Сошшапёо-110 («Сандвик-
Тампоро») с диметром ударника 28 мм. Экспериментальные и серийные буровые коронки устанавливали по очереди на штангу буровой установки.
Срезной износ зубьев ковша экскаватора, кг
Рис. 1. Зависимость выработки горной массы ковшом экскаватора от среднего износа (кривые сверху вниз): необработанные зубья экскаваторов белорусского производства; обработанные зубья экскаватора «Liebherr»; необработанные отечественные и немецкие зубья; отечественные обработанные зубья
Сравнительные ресурсные испытания буровых коронок проводили на буровых станках типа Commando -110 на породах (гранит) крепостью f = 12.. .16 ед. по шкале M. M. Протодьяконов и высокой абразивностью (содержание кварца в породе 35%).
Перед проведением промышленных испытаний экспериментальные образцы долотчатых, крестообразных и штыревых коронок были обработаны на установке «МАГНИТРОН», где изменялись основные режимные параметры:
- напряженность магнитного поля Нп (200 .1800 кА/м);
- число импульсов N (1.50);
- частота повторения импульса (0,5. 2,0 Гц).
В ходе сравнительных испытаний проводили определение стойкости буровых коронок, обработанных на установке «Магнитрон» при разных режимных параметрах, дефектовку испытанных буровых коронок с определением вида отказа (опережающий износ твердого сплава режущей части, разрушение твердого сплава, потеря твердого сплава), замеры ширины притупления режущей части.
На предприятии ООО «Выборгские граниты» замеры проводились через каждые 20 пог. м пробуренных скважин.
Промышленные испытания проводились с целью определения величины влияния режимных параметров магнитно-импульсной обработки на стойкость буровых коронок. Результаты исследований обрабатывались с использованием методов математической статистики.
В качестве примера на рис. 2 представлена зависимость стойкости экспериментальных штыревых буровых коронок от числа импульсов магнитно-импульсного упрочнения.
230
220
л
Б
210
200
190
20
1 II _о "о Ї- 7хг ■ 3; г371х + 301,36
1 к 33 N II о ,742 1 1
ч Л
* Г
И1 = 0. ?ом
1 \
4
\
\ / ,
■Ч г Ч > 1 Г * г
30 40 50
Число импульсов
Не-обр. коронки
■■---05ра&. при Н=1й00
кАУи
і О&раб. при Н=1300 кА/и
О&рэб. при Н =1400 кА/и
ш 05рз&. при н=1 эоа кА/и
-*—05рэб. при н=юоа кАУи
Н----О&раб. при Н=Е00
кАУи
-О&раб. при Н =600 кА/и
О&раб. при Н =400 кАУи
О&раб. при Н =200 кАУи
'Полиномиальный |Обраб. при Н=1800
-Полиномиальный Юбраб. при Н=1600 кАУи}
Рис. 2. Зависимость стойкости экспериментальных штыревых буровых коронок от числа импульсов магнитно-импульсного упрочнения
Полученные экспериментальные результаты показали, что с увеличением напряженности магнитного поля и числа импульсов стойкость экспериментальных коронок увеличивается. Так у долотчатых коронок при напряженности магнитного поля 1600 кА/м и числе импульсов 50 стойкость
увеличилась в 2 раза. У крестообразных буровых коронок максимальная стойкость составила при напряженности магнитного импульса 1600 кА/м и числе импульсов 45. Штыревые буровые коронки достигли максимальной стойкости при напряженности магнитного поля 1600 кА/м и числе импульсов 50.
В результате исследований установлено, что максимальный эффект достигается при напряженности магнитного поля, равной 1600 кА/м, и числе импульсов, равном 40-50.
Наблюдения за работой буровых коронок КДП, ККП, КНШ и дефек-товка показали, что преобладал опережающий износ режущей кромки твердого сплава. Причем у буровых коронок типа КНШ износ режущей кромки твердого сплава был в 1,5-2 раза меньше, чем у буровых коронок КДП. Во время экспериментов наблюдался выход из работы нескольких крестообразных буровых коронок виду скола режущей кромки твердого сплава.
Результаты промышленных испытаний показали, что у буровых коронок, обработанных на установке «Магнитрон» ресурс в среднем на 25 % больше, чем у необработанных..
Исходя из промышленных испытаний, можно рассчитать длительность работы обработанного и необработанного инструмента. Длительность работы инструмента напрямую зависит от абразивного изнашивания. Различают изнашивание в абразивной среде, которое характеризуется микрорезанием, и контактно-абразивное изнашивание, которое характеризуется усталостью.
Таким образом, магнитно-импульсная обработка металла ведет к устранению грубой исходной структуры, обеспечивая тем самым повышенную прочность и износостойкость.
Выполненные исследования явились основой для разработки рекомендаций по повышению стойкости буровых коронок на гранитных месторождениях. Рекомендации разработаны для долотчатых, крестообразных и штыревых буровых коронок диаметром 32 мм.
А. Berman, K. Pervov, S. Korovin, A. Baranov, Y. Vatulin
Experimental researches magnetik - pulse processing of details of the mountain equipment and the tool
Results on probe of processing of details of the mountain-industrial equipment by magnetic impulses for the purpose of improvement of performance data of metal are presented. The given probes can be applied to working out of recommendations about firmness increase poro-dorazrushajushchih tools.
Получено 07.04.09
