CC BY
40
скорости и абсолютные величины опускания кровли во время передвижения, повышается безо-пасность труда рабочих очистных забоев и надежность работы крепи [3]. Вместе с тем, увеличение силового контакта с боковыми породами, ведет к увеличению нагрузки на гидроцилиндры передвижения Я и как следствие - снижение скорости передвижения секции крепи V (рис. 1, линия 1) [4], факт наличия такого влияния является общепризнанным. Стабилизировать скорость передвижения секции крепи при увеличении нагрузки на гидроцилиндры можно за счет ужесточения механической характеристики (рис. 1, линия 2).
Наиболее простым и надежным способом получения такой характеристики является применение в гидросистеме регуляторов потока жидкости. Регулятор по-
1. Докукин А.В., Коровкин Ю.А., Яковлев Н.И. Механизированные крепи и их развитие. - М.: Недра, 1986.
2. Кияшко Ю.И. Обоснование параметров секций механизированных крепей очистных комплексов для тонких пологих пластов с неустойчивыми кровлями. Дисс. ...кан. тех. наук. - М.: МГГУ, 1982.
3. Суслов Н.И. (ИГД им. А.А. Скочинского) Гидравлические системы передвижки механи-
тока (рис. 2, а) представляет собой два последовательно включенных сопротивления. Одним сопротивлением является клапан давления с проходной щелью г, другим — щелевой дроссель. Рабочая жидкость под давлением Рр поступает в клапан давления, откуда через щель г проникает в подклапанную полость, а затем через щелевой дроссель поступает в полость гидроцилиндра передвижения (рис. 2, б).
При помощи щелевого дросселя, изменяя его проходное сечение, можно задать любую скорость исполнительному механизму в пределе диапазона регулирования.
Применение регуляторов потока жидкости в гидросистеме передвижения секции крепи с активным подпором кровли может обеспечить повышение скорости крепления забоя.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
зированных крепей с подпором кровли: Экс-пресс-информ./ ЦНИЭИуголь. - М., 1980.
4. Солод В.И., Пастоев И.Л., Зекунов А.Г., Богданов В.М. Механическая характеристика гидропривода передвижки угледобывающих комплексов и агрегатов. //Расчет и конструирование горных машин и комплексов. /Под общ. ред. А.В. Топчиева. - М.: Недра, 1971.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------
Журавлев М.М. - аспирант кафедры "Горные машины и оборудование" Московский государственный горный университет.
© Н.Ю. Горнаков, Н.А. Полунин, В.Г. Ивахник, К.И. Шахова,
2005
УДК 622.621
Н.Ю. Горнаков, Н.А. Полунин, В.Г. Ивахник, К.И. Шахова
ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ФРОНТАЛЬНЫХ ПОГРУЗЧИКОВ
Семинар № 16
Современные тенденции в повышении технических возможностей рабочих органов фронтальных погрузчиков и, в частности, их режущих кромок, характеризуются активным поиском передовых конструктивных и технологических решений, обеспечивающих оптимальное нагружение этих наименее долговечных элементов за счет повышения их износостойкости.
Опыт строительной компании ООО «САМОРИ-ТРЕЙД», эксплуатирующей на нерудном сырье (гранитный щебень и песок) фронтальные погрузчики зарубежных фирм «Са1егрШаг», «Уо1уо» и др., определил целесообразность замены прокатных сталей, используемых в зарубежных странах для изготовления режущих кромок, на литейную продукцию повышенной износостойкости.
К повышению износостойкости режущих кромок рабочих органов фронтальных погрузчиков была привлечена инновационно-технологическая организация
Московского государственного горного университета - Инженерный центр (ИЦ), ориентированный на активное участие вузовских новшеств в инновационном преоб-
Рис. 1
разовании промышленности. На рис. 1 и 2 приведены элементы рабочего органа фронтального погрузчика (емкость ковша 3,8 м 3 ) с усовершенствованной рабочей кромкой.
В результате сотрудничества ООО «САМОРИ-ТРЕЙД» с ИЦ МГГУ установлено, что в общем случае характер нагружения рабочих органов фронтальных погрузчиков связан как с неравномерными нагрузками боковых режущих кромок, по сравнению с центральными режущими кромками, так и наличием, как правило, абразива, значительно снижающего эксплуатационный ресурс режущих кромок в целом.
Такой характер нагружения диктовал выбор материала и способов его упрочнения, создающих комплекс физико-
механических свойств, обеспечивающих как прочностные, так и триботехнические свойства. В этой связи представлялось целесообразным использование комплексно-лигированных сталей, так как легирование стали большим количеством элементов, гораздо эффективнее по влиянию на свойства, чем одним или двумя в том же количестве.
Комплексное легирование конструкци-
Рис. 2
Таблица 1
Зависимость растворимости элементов в железе
Легирующий элемент Растворимость, атом % Аг,%
Са, N О, Б <0,25 >15
№> 2-20 <15
А1, Б1, N1 50 <10
Си, N1, Мп, Сг 100 <5
онных сталей основывается на том факте, что легирующие элементы действуют на свойства стали, усиливая их. Следует отметить, что для работы в условиях, где действуют статические и динамические нагрузки, и присутствует абразивная среда, могут использоваться только комплекснолегированные стали. [1, 2].
Работы в этом направлении выполняются в ИЦ МГГУ, и в результате для производства литых деталей была применена комплекснолегированная сталь 36ГДФРЛ. Выбор такой стали, базируется на основе теории легирования. В основе этой теории лежит анализ растворимости легирующих элементов в железе и влиянии их на критические точки, что определяет расширение или сужение а и у - твердых растворов [3]. Растворимость элементов в а - железе приведена в табл. 1.
Вопрос растворимости для процессов легирования имеет первостепенное значение, поскольку при этом ставится задача равномерного распределения легирующего элемента в решетке металла.
В качестве количественной характери-
стики легирующей
ности элемента предложена величина д:
Д=(имэф - иэ эф)\ Скл. (1)
где имэф, иэ эф- эффективные потенциалы ионизации железа и легирующего элемента; Скл - растворимость легирующего элемента в кластерах [1].
В табл. 2 приведены значения влияния легирующих и модифицирующих элементов на величину д; Скл соответствует предельной растворимости элемента в твердом состоянии.
Содержание легирующего элемента в жидком железе можно выразить следующим образом:
А = С/ Скл (2)
Если А<1,то расплав однороден, если А>1, то возникает сложная неоднородная структура с неравномерным распределением легирующих элементов. При наличии в стали нескольких легирующих элементов, величины А суммируются по правилу аддитивности.
Кроме того, легирование Мп снижает критические скорости закалки и увеличивает прокаливаемость; Си- упрочняет твердый раствор; V и В измельчают зерно в стали, повышая пластичность и надежность и также увеличивают ее прокаливаемость. Поэтому такой химический состав стали ока-
Таблица 2
Влияние лигирующих и модифицирующих элементов на металл
Элемент Скл и эф Н Элемент Скл иЭ эф Н
Железо - 3,00 - Модифицирующие элементы
Никель 50,0 3,20 -0,44 Титан 0,70 2,85 +20,8
Марганец 50,0 3,66 -1,32 Цирконий 0,50 2,87 +26,0
Хром 12,0 3,47 -3,91 Церий 0,04 2,25 +1920
Алюминий 1,5 3,14 -9,00 Кальций 0,02 1,86 +2000
Кремний 4,2 3,84 -20,0 Стронций 0,001 1,64 +10000
Углерод 8,6 4,86 -21
Ниобий 1,9 3,42 -22,10
Ванадий 1,6 3,71 -44,40
Вольфрам 4,0 3,81 -81
зался целесообразным для литых деталей рабочих органов фронтальных погрузчиков. В состав таких сталей должны входить 4-5 лигирующих элемента при пониженном содержании углерода, обеспечивающем достижение требуемой прочности и удельной вязкости [4].
Работы в этом направлении выполняются в ИЦ МГГУ и в результате была применена как износостойкая сталь 36ГДФРЛ, так и приоритетные способы термообработки [4,
5].
При исследовании литейных свойств этой марки стали, установлено, что она обладает хорошей жидкотекучестью, хорошо заполняет литейную форму и не накладывает больших ограничений на конструктивное исполнение отливок. Узкий интервал кристаллизации стали 36ГДФЗЛ, уменьшает ликвацию по химическому составу и обеспечивает равномерность свойств в детали.
Практические работы с износостойкими марками сталей показали, что в ряде случаев сталь 36ГДФЗЛ может заменять высокомарганцовистую сталь 110Г13Л, уменьшая технологические трудности литья и последующей обра-ботки. Использование стали 36ГДФЗЛ и расширение области ее применения возможно только в случае правильно назначенной термической обработки. Комплексное легирование затрудняет точное попадание в состав и в связи с этим увеличивает разброс свойств после окончательной термической обработки или требует специального оборудования управляемого ЭВМ, в котором режимы корректируются по химическому составу. В ИЦ МГГУ для выравнивания свойств и повышения пластичности и износостойкости заключительной операцией обработки стального литья изделия подвергаются магнитно-импульсной обработке (МИО), которая применяется для изменения микроструктуры улучшаемой стали [4]. Измельчение структуры при МИО весьма важно для литых деталей. Такое изменение структуры приводит к увеличению пластичности, как при статическом, так и при ударном нагружении.
Обработка МИО литых улучшенных деталей на твердость ИЯС 28-32 позволяет получить следующие механические свойства:
• предел прочности си - 900-1000 МПа; относительное сужение у - 38-50 %;
' предел текучести ст 780-950 МПа; ударная вязкость КСУ 0,5-0,8 МДж/м2
Легирование стали 36ГДФРЛ, обеспечивающееся главным образом карбидосодержащими элементами, что снижает обезуглероживание стали при технологических режимах производства и упрочнения, повышает усталостную прочность. Введение в сталь титана измельчает зерно в стали и повышает ее пластичность, легирование молибденом снимает отпускную хрупкость и дает возможность вести отпуск стали на температуру свыше 350 °С с охлаждением ее на воздухе.
В результате исследований литейных свойств новой марки стали установлено, что она обладает хорошей жидкотекучестью, следовательно, хорошо заполняет литейную форму и не накладывает больших ограничений на конструктивное исполнение отливок. Узкий интервал кристаллизации стали 36ГДФРЛ уменьшает ликвацию ее по химическому составу и обеспечивает равномерные свойства стали.
Практические работы с износостойкими марками сталей показали, что сталь 36ГДФРЛ может в ряде случаев заменять высоколигированную сталь 110Г13 и уменьшить технологические трудности литья и последующей обработки. Использование стали 36ГДФРЛ и расширение области ее применения возможно только в случае правильно назначенной термической обработки. Вхождение в сталь 4-х легирующих элементов затрудняет точное попадание в состав и в связи с этим большой разброс по свойствам стали после различных режимов термической обработки. Только изменением зерна нельзя объяснить повышение долговечности стального литья, достигаемое с использованием МИО. Помимо изменения микроструктуры происходят изменения на
кристаллическом уровне. Рентгеновские исследования литейных образцов, прошедших МИО, показывают изменения в параметрах кристаллической решетки. В материале литейной детали создаются сжимающие напряжения, величина которых колеблется от 200 до 700 МПа в зависимости от режимов МИО.
С 2004 года из стали 36ГДФРЛ для ООО «САМОРИ-ТРЕЙД» начато мас-штабное изготовление режущих кромок фронтальных погрузчиков. Опытно-про-мышленные образцы изготовленные из этой марки стали хорошо себя зарекомендовали на испытаниях в производственных условиях.
Внедрение в производство стали 36ГДФРЛ и других износостойких марок стального литья направлено как на решение проблемы поиска эффективных заменителей высокомарганцовистой стали 110Г13Л, так и повышение эксплуатационных свойств этой традиционной марки стали за счет применения МИО.
Практические вопросы повышения износостойкости режущих кромок фронтальных погрузчиков согласуется с технической направленностью строительной компании
ООО «САМОРИ-ТРЕЙД» в конструктивно-техноло- гических аспектах повышения эксплуатационного ресурса рабочих органов фронтальных погрузчиков в целом, так как ремонт ковшей зарубежной дорожностроительной техники является очень дорогостоящим мероприятием.
Так, в результате инновационнотехнологической связей ИЦ с ООО «СА-МОРИ-ТРЕЙД» планируется комплекс работ, при разработке которых будут использованы:
• рациональный способ утилизация бывших в употреблении режущих кромок фронтальных погрузчиков;
• уникальные технологии улучшения физико-механических свойств различных материалов (в частности металлов и резинотехнических изделий) за счет МИО, обеспечивающей их упрочнение и повышение эксплуатационных характеристик;
• конструктивно-технологические новшества, способствующие эффективному приготовлению асфальтно-бетон-ных смесей за счет повышения качества исходных сырьевых компонентов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Браун М.П. Комплекснолегированные конструкционные стали, Киев: Наукова думка, 1965, 292 с.
2. Винокур Б.Б, Бейнисович Б.Н., Геллер А.Л., Натансон М.Э. Легирование конструкционных сталей. М. Металлургия,1977, 220с.
3. Ершов Г.С., Бычков Ю.Б. Физико-химические основы рационального легирования сталей и сплавов. М., Металлургия, 1982, 359 с.
4. Ивахник В.Г., Сухов А.М., Шахова К.И. Инновационные и технологические аспекты повышения износостойкой сталелитейной продукции горного профиля. - Мировая горная промышленность, 1997, № 2, с. 60-64.
5. Способ термообработки изделий из износостойкой ферромагнитной стали. Патент РФ № 2085595, 1997.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------
Горнаков Н.Ю., Полунин Н.А. - ООО «САМОРИ-ТРЕЙД»,
Ивахник В.Г., Шахова К.И. - кандидаты технических наук, Московский государственный горный университет.
