CC BY
159
2. Методы теории чувствительности в автоматическом управлении / Под ред. Б.Н.Розенвассера, Р.М.Юсупова. - Л.: Энергия, 1971.
3. Дрынкин В.Ф., Федотов А.П. Аналитическое обоснование динамических явлений в колесно - моторных блоках тепловозах с опорно - осевым подвешиванием при диагностировании. Рук.деп. в ЦНИИТЭИ МПС за N3574, 1986.
і— Коротко об авторах--------------------------------------
Дрынкин В.Ф. - кандидат технических наук, директор филиала ДВГУПС в г. Тында.
---------------------------- © В.С. Квагинидзе, А.А. Водолазский,
Н.Н. Чупейкина, 2006
УДК 622.242
В.С. Квагинидзе, А.А. Водолазский, Н.Н. Чупейкина
ОСОБЕННОСТИ РЕМОНТА БУЛЬДОЗЕРОВ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР
Организация технического обслуживания и ремонта. Поддержание работоспособности и повышение эффективности использования бульдозеров в условиях Севера возможно только при своевременном и качественном ремонте.
Техническое обслуживание землеройно-транспортных машин является, как известно, основным средством поддержания их работоспособности в процессе эксплуатации и должно обеспечивать максимальное использование рабочего времени. В соответствии с регламентирующими нормативными документами существующие на золотодобывающих предприятиях системы технического обслуживания предусматривают технический уход определенной продолжительности через определенные промежутки времени. Технический уход предполагает ежесменную и периодическую диагностику технического состояния машин, смазку, регулировку
узлов и деталей, устранение мелких неисправностей, а также замену изношенных деталей и узлов.
Так как ежесменное техническое обслуживание производится на самих горно-эксплуатационных участках самими машинистами без специализированного инструмента и приспособлений, то при его проведении, как правило, не выполняется в нормируемое время необходимый объем работ, и наблюдаются перепростои машин.
Периодическое техническое обслуживание машин подразделяется на ТО-1, ТО-2 и т.д. Наиболее трудоемкое периодическое техническое обслуживание машин производится также эксплуатационным персоналом с привлечением ремонтных рабочих на участковых ремонтных базах, которые зачастую также недоукомплектованы специализированным инструментом и оборудованием. На базу машины доставляются своим ходом, что часто вызывает потерю достаточно большого количества времени.
Виды технического обслуживания, их периодичность, трудоемкость и продолжительность для различных видов бульдозеров определяются отдельно на основе технических руководств по эксплуатации, опыта работы передовых предприятий отрасли, рекомендаций Управления главного механика Министерства цветной металлургии по совершенствованию существующей системы планово-предупредительных ремонтов, обобщения документальных данных о фактической периодичности, продолжительности и трудоемкости технических осмотров и ремонтов технологического оборудования, в соответствии с ГОСТ 18322-78 и ГОСТ 27.002-83.
Основная структура технического обслуживания и ремонтов на золотодобывающих предприятиях Южной Якутии приведена в табл. 1. Организация и планирование текущих и капитальных ремонтов бульдозеров, эксплуатируемых на россыпных месторождениях Южной Якутии, имеет свою специфику. Как правило, проведение таких ремонтов выпадает на холодный период года - февраль, март, апрель, октябрь, ноябрь. Кроме этого, недостаточное развитие ремонтной базы на большинстве горно-эксплуатационных участков обуславливает производство ремонтных работ на открытых ремплощадках. На отдельных предприятиях Южной Якутии
создают самостоятельные структурные подразделения для ремонта тяжелой техники (как наиболее сложной). Целью таких подразделений является повышение эффективности всех видов технического обслуживания и ремонта. Этого стараются достичь централизацией материально-технического обеспечения, строительством оснащенных ремонтных мастерских и теплых цехов, созданием ремонтных групп, в состав которых вводят опытнейших специалистов, соблюдением графиков ремонта, учетом замены основных деталей и узлов и т.д. Опыт работы показывает, что на добычных участках, где созданы такие подразделения, простои сокращаются почти в 2 раза. Однако создание таких подразделений связано с большими затратами денежных и других средств и, что самое важное, целесообразно только на участках с большим сроком службы, что как раз противоречит спе-Таблица 1
Виды технического обслуживания, их периодичность, продолжительность и трудоемкость на примере отдельных машин
Марка бульдозера Вид ТО или ремонта Перио- дич- ность Продол -житель-ность Трудо- емкость
Бульдозеры отечественного производства легкого и среднего тягового клас-са:Т-130, Т-170 (ДЗ- 27С), ДЭТ-250 (ДЗ-34С) Ежесменное техническое обслуживание (ЕО) 12 1 1
Техническое обслуживание (ТО-1) 60 8 16
Техническое обслуживание (ТО-2) 240 24 48
Техническое обслуживание (ТО-3) 960 72 144
Капитальный ремонт (К) 5000- 10000 240 720
Бульдозеры тяжелого тягового класса: Т-500 (ДЗ-141 ХЛ),. Ежесменное техническое обслуживание (ЕО) 12 1.5 1.5
Техническое обслуживание (ТО-1) 50 2 2
Техническое обслуживание (ТО-2) 250 24 16
Техническое обслуживание (ТО-3) 500 48 48
Техническое обслуживание (ТО-4) 1000 72 144
Техническое обслуживание (ТО-5) 2000 96 192
Капитальный ремонт (К) 6000 240 720
Бульдозеры
импортного
производства
Вид технического обслуживания, его периодичность, продолжительность и трудоемкость для машин импортного производства принимается обычно по рекомендациям фирм изготовителей, либо применяют систему ТО, принятую для тяжелой техники
Примечание: Текущие ремонты здесь совпадают с ТО-3 (для Т-130) и с ТО-5 (для Т-500)
цифике горно-добычных участков по разработке россыпных месторождений.
Особенности ремонта металлоконструкций бульдозеров в условиях отрицательных температур. Во
время проведения зимне-весенних и осенне-зимних вскрышных работ происходит наибольшее число разрушений металлоконструкций бульдозеров. Частота поломок элементов из хладостойких сталей увеличивается в 1.5-2 раза, а нехладостойких - в 3-4 раз.
Восстановление металлоконструкций - это процесс сложный, трудоемкий и дорогой из-за больших размеров и большой металлоемкости. В структуре как аварийных, так и плановых ремонтов ведущее место занимают сварочные и наплавочные работы. Поэтому можно утверждать, что от качества сварочных работ зависит работоспособность основных узлов бульдозера.
Значительная часть металлоконструкций бульдозеров имеет жесткий контур, что вызывает пластические деформации (коробление) при сварке, увеличивает напряжения в их элементах.
В листовых металлоконструкциях листы являются несущими элементами и в них, кроме трещин, могут появляться волнистость, вмятины и разрывы. Вмятины, не вызывающие трещин в металле, могут быть выправлены без подогрева или с подогревом металла. Вмятины, приводящие к образованию несквозных и сквозных трещин, а так же вмятины с
разрывом металла, подлежат устранению с приваркой на их место заплат.
В зависимости от характера повреждения могут применяться следующие методы ремонта металлоконструкций:
• разделка трещин и их заварка с установкой (при необходимости) усиливающих заплат;
• удаление участка шва с трещиной и заварка участка;
• правка погнутых элементов без предварительного подогрева (при >0°С);
• правка погнутых элементов с предварительным подогревом места изгиба;
• удаление дефектных элементов и замена их новыми;
• замена ослабевших заклепок;
• затяжка или замена ослабевших болтов.
Технология ремонта крупных узлов бульдозера определяется характером разрушения.
Не подлежат ремонту, а заменяются новыми, элементы металлоконструкций, имеющие следующие повреждения и дефекты:
• остаточные деформации скручивания;
• остаточные деформации с двумя или более сквозными трещинами на длине 1 м;
• дефекты, исправление которых не допускается ТУ на ремонт отдельных видов металлоконструкций.
Ремонт часто связан с изготовлением отдельных элементов или части металлоконструкций, устанавливаемой взамен разрушенной. Эти элементы и узлы необходимо изготавливать из сталей, предусмотренных чертежами завода-изготовителя. Для несущих элементов во всех случаях должны применяться марки спокойных сталей с показателями хладостойкости, отвечающими температурам в районе эксплуатации. Применение кипящих сталей для несущих элементов не допускается. Наиболее высокий порог хладноломкости имеют углеродистые стали кипящей наплавки (Ст.3кп и др.). Все расчетные элементы металлоконструкций изготовляют из хладостойких сталей в зависимости от температуры района эксплуатации.
Для сварки элементов и узлов бульдозеров должны применяться качественные электроды, тип и марки которых выбираются в зависимости от стали, условий работы и условий сварки. Электроды перед употреблением должны просушиваться до нормальной влажности, предусмотренной паспортом (в течение 60 мин при 1 = 190-200 0С).
Места под сварку должны быть чистыми, без ржавчины, грязи и масла. Разделку кромок под стыковые швы необходимо делать в соответствии с толщиной металла. Несквозные трещины следует разделывать на глубину, превышающую глубины трещин. Сквозные трещины разделывают на всю толщину металла. При толщине металла 16-20 мм разделка должна иметь У-образную форму, при большей толщине - Х-образную. Трещины разделывают на всю длину, а в концевых частях трещины (на расстоянии 15-30 мм) сверлят отверстие диаметром 6-10 мм.
Часто для усиления стыковых швов и заваренных трещин место сварки усиливают заплатками. Однако приварка толстых накладных пластин увеличивает жесткость места установки накладок и может создать резкий перепад жесткостей. В результате в местах перепада (по сварному шву накладки) появляются трещины. Поэтому толщина накладки должна быть не более 0,7 толщины металла. При ремонте листовых металлоконструкций средней степени ответственности на не вырезанные дефектные места приваривают накладные заплатки.
Правка и гибка листового и сортового проката, используемого для изготовления металлоконструкций, должны производиться в холодном состоянии на правильных и гибочных вальцах. Погнутые элементы разрешается править в холодном состоянии и с подогревом, если в результате правки в элементе не возникают трещины и грубые местные вмятины.
Сварка металлоконструкций бульдозеров в условиях ремонтных площадок и полигонов производится способом ручной электродуговой сварки. При ручной сварке зажигать дугу вне границ шва запрещается.
Сварку при низких температурах расчетных элементов можно производить без предварительного подогрева или с подогревом мест сварки. Согласно требованиям, сварку без
Толщина стали, мм Сталь углеродистая Сталь низколегированная
Швы металлоконструкций
Решетчатых Листовых Решетчатых Листовых
До 16 -30 -30 -20 -20
От 16 до 30 -20 -20 -10 0
От 30 до 40 -10 -10 0 +5
Свыше 40 0 0 +5 + 10
подогрева можно производить только при выполнении следующих требований (табл. 2).
При температурах ниже указанных необходимо предварительно подогревать металл в зоне сварки на ширину 100 мм с каждой стороны шва.
Кромки элементов металлоконструкций после газовой резки должны быть очищены от шлака, брызг и наплывов и не иметь неровностей, превышающих 1 мм. Кромки элементов после резки на ножницах не должны иметь трещин, а так же заусенцев, превышающих 1 мм.
При ремонте заклепочных и болтовых соединений постукиванием молотка проверяют их затяжку. Подтягивание заклепок не допускается. Ослабевшие болты разрешается подтягивать, если резьба болта не сорвана и не смята. Трещины между соседними отверстиями под заклепки (болты) разрешается разделывать и заваривать. При числе трещин, захватывающих более 20% общего числа отверстий, элемент подлежит замене или возможность его использования подтверждается расчетом.
В условиях Южной Якутии, когда большую часть года приходится эксплуатировать и ремонтировать оборудование при низких температурах, возрастает вероятность образования холодных трещин и замедленного разрушения.
Стали, применяемые для ремонтных работ, должны обладать высокими пластическими свойствами. Для замены поврежденных частей металлоконструкций при ремонтных работах необходимо использовать те же марки сталей, из которых изготовлены базовые узлы.
Обычные низколегированные углеродистые стали находят применение при низких температурах благодаря своим
преимуществам, к которым помимо высокой прочности можно отнести сравнительно низкую стоимость, легкую обрабатываемость (газовая резка), свариваемость. При их использовании необходим тщательный выбор марки стали и электродов, а так же обеспечение заданных технологических режимов сварки. Немаловажно, что бы в сталях, используемых при низких температурах, возникновение хрупкого разрушения не только было затруднено, но и плохо распространялось.
При изготовлении несущих элементов сварных металлоконструкций бульдозеров в основном используются марки сталей повышенного качества: 09Г2, 09Г2С, 15ХСНД,
10ХСНД (временное сопротивление ов = 54кгс/мм , предел текучести от = 40 кгсН/мм2, ударная вязкость при -40 °С не менее 4 кгс/мм2) и т.д. Для деталей машин, подверженных значительным динамическим нагрузкам, стали с обязательной термической обработкой: 20, 35, 20Г, 40Г, 15Х, 20Х, и др. При производстве небольших деталей, работающих на износ в условиях знакопеременных и ударных нагрузок, используют низкоуглеродистые стали с последующей после обработки цементацией, закалкой и низким отпуском: 20, 20Г, 15Х, 20Х, 15ХМ.
Для разделки кромок трещин обычно используются газовые горелки с последующей механической обработкой поверхностей или РВД. Разделка кромок производится после предварительного подогрева металла до температуры 100150 °С.
Сварка в условиях низких отрицательных температур усложняется вследствие действия ряда причин: увеличивается скорость остывания сварочной ванны и околошовной зоны; создаются неблагоприятные условия для увлажнения как зоны шва, так и зоны термического влияния; увеличивается опасность водородного охрупчивания и появления дефектов шва; ухудшается работа сварочной аппаратуры. Сварки при отрицательных температурах производятся электродами с основным покрытием, их преимуществами является низкая чувствительность металла шва к старению и хрупкому разрушению, небольшое содержание в шве углерода и серы в основном металле, высокие механические свойства наплав-
ленного металла, возможность выполнения сварки во всех пространственных положениях.
При сварке сталей, работающих при низких температурах, особое внимание обращают на выбор электродов. При этом стремятся к тому, что бы сварочный шов по своим характеристикам приближался к основному материалу.
Сварка при ремонте бульдозеров на предприятиях Южной Якутии производится в основном электродами постоянного тока отечественного производства. На практике наибольшее распространение получили для сварочных и наплавочных работ электроды типа Э-42А и Э-50А (УОНИ 13/45; УОНИ 13/55 и др.), а для наплавки деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания (зеркало отвалов; рабочая часть стойки рыхлителя, брусья отвала, боковая часть ходовых тележек и т.д.) электроды ЭН-300Х25Р (Т-590); ЭН-300Х23Р2 (Т-620).
Качество сварки зависит от режимов отвода тепла, так как от этого меняется характер термического влияния в зоне сварки. При большом теплоотводе, зависящем от толщины и размеров листа, термическое влияние в зоне сварки проявляется больше и может вызвать охрупчивание шва и околошовной зоны.
Для хладостойкости важен правильный выбор стыка и формы соединения. В порядке снижения работоспособности с понижением температуры типы стыков располагаются в следующий ряд: соединение сварное встык, соединение двумя накладками по ширине детали, соединение одной накладкой, когда все усилие передается через два фланговых шва. Наиболее надежным видом соединений является стыковая сварка. Поэтому все меры по перекрытию появившихся в деталях трещин накладками не приводят к успеху, и только заварка самой трещины внутри детали с использованием правильной технологии позволяет остановить ее развитие. Обращают внимание на способы прикрепления второстепенных деталей:
• прикрепление поперечными швами без вывода, а затем с выводом их концов на кромку основного элемента;
• продольная приварка по плоскости полосовых элементов;
• продольная приварка по кромкам.
Выполнение ремонтных работ желательно проводить без применения излишне мощных сварных швов, крепления ребер жесткости без скосов, близко расположенных параллельных или пересекающихся швов. При этом стыковые сварные швы должны выполняться с полным проваром.
Необходимо помнить о различной податливости отдельных видов соединений, в том числе и сварных швов. Элементы различной жесткости в составе комбинированного соединения неравномерно воспринимают нагрузку и могут разрушаться.
Необходимо иметь в виду, что случайные дефекты изготовления и ремонта конструкций могут явиться так же причиной хрупких разрушений. Даже при таком дефекте, как ожог электродом при случайном касании или зажигании дуги, может быть причиной аварии. Зажигание и гашение сварочной дуги при выполнении электродуговой сварки рекомендуется производить на выводных планках. Случайные местные повреждения на поверхности элементов устраняют абразивным кругом.
При оценке качества сварного шва руководствуются следующими положениями:
• все швы должны иметь плавный переход к основному металлу;
• шов должен иметь светлую поверхность с равномерными волнами-чешуйками, без наплывов, прожогов, сужений и перерывов, зашлакования поверхности шва;
• металл не должен иметь трещин, вздутий поверхностных пор.
В основе выбора оптимального режима сварки металлоконструкций лежат следующие условия:
• отсутствие трещины замедленного развития в шве и околошовной зоне;
• формирование шва с достаточным рассасыванием дислокации.
Повышению вязких свойств металла способствует:
• проплавление основного металла и плавный переход к основному металлу;
• равнопрочность металла шва с основным металлом (статическая или усталостная в зависимости от условий эксплуатации);
• достаточная вязкость разрушения сварного соединения при температурах до -65 °С (КБУ выше 0,21 МДж/м2).
Для выполнения перечисленных требований необходимо знание параметров технологии сварки в зависимости от следующих факторов:
• химического состава и механических свойств стали;
• допустимого содержания водорода в шве;
• температуры окружающего воздуха;
• условий работы сварного шва.
При этом необходим комплексный подход, при котором рациональная конструктивная форма элементов конструкции выбирается с учетом условий ее работы с одной стороны, а так же с учетом влияния технологии сварки на конструктивные формы узла и свойства сварного соединения с другой стороны. Только совместное решение конструктивных и технологических задач при создании металлоконструкции позволяет увеличить ее долговечность с полным использованием ресурса работоспособности.
Основным фактором, определяющим после окончания сварки конечную структуру металла шва и зоны термического влияния, является термический цикл, которому подвергается металл на конкретном участке при сварке. Ширина и конечная структура различных участков сварного соединения зависит от способа и режима сварки, состава основного и сварочного материала, размеров свариваемых материалов.
Обеспечение равнопрочности сварного соединения при дуговой сварке низкоуглеродистых и низколегированных сталей обычно не вызывает затруднений. Между тем, имеют место многочисленные случаи разрушений сварных соединений из этих деталей, в особенности при эксплуатации конструкций в условиях низких отрицательных температур.
Исследования низколегированных сталей 10ХСНД, 09Г2С показали, что основной причиной снижения сопротивляемости соединения образованию холодных трещин при низких температурах является водород. Сопротивляемость
этих сталей с понижением температуры при сварке уменьшается на 20-40 %. Холодные трещины не появляются, если содержание водорода меньше 3см3/100 г. Снижение содержания диффузионно-подвижного водорода ниже 1,5 см3/100 г приводит к резкому увеличению сопротивляемости разрушению.
Известно, что водород и концентрация напряжения имеют одинаковые характеры влияния на склонность к замедленному разрушению: уменьшением количества водорода и притуплением формы концентратора время до разрушения заметно увеличивается.
Основными источниками поступления водорода в металл являются:
• свободная и связанная влага, присутствующая в покрытии электродов;
• смазка, краска, ржавчина, влага, иней и др. загрязнения на поверхности свариваемых изделий;
• атмосферная влага.
Для получения качественного сварного соединения необходимо уменьшение содержания водорода в свариваемом металле и в шве, а также уменьшение остаточных напряжений. Для выполнения этих условий при разработке технологии ремонтной сварки и в процессе самой сварки необходимо тщательное соблюдение теплового режима, который включает в себя: предварительный, сопутствующий, послесва-рочный подогрев, режим сварки и предварительную подготовку сварочных материалов.
Уменьшение влажности электродных покрытий и места сварки существенно сказывается на снижении пористости шва. Поэтому сварку необходимо выполнять лишь предварительно просушенными электродами и при удалении влаги с самой детали. Сварку в зимних условиях следует производить после подогрева и предварительного просушивания кромок свариваемых узлов. Для исключения насыщения влагой при сварке особо ответственных деталей электроды к рабочему месту сварщика должны поступать непосредственно перед сваркой в плотно закрытой таре.
Традиционными методами регулировки скорости охлаждения сварного соединения являются изменения погонной
энергии сварки, предварительный и послесварочный нагрев соединения в интервале температур 50-200 °С.
Оптимальной считается такая скорость охлаждения, при которой, с одной стороны, закалочные явления не получают сильного развития, а с другой стороны, предотвращается перегрев металла зоны термического влияния.
Подогрев сварных соединений производят обычно ацетиленокислородными и пропановоздушными горелками, намного реже установками индукционного, электродугового и электроконтактного нагрева, термитными смесями, нагревателями и т.д.
і— Коротко об авторах-----------------------------------------
Квагинидзе В.С. - доктор технических наук, профессор, ОАО ХК «Якутуголь»;
Водолазский А.А. - кандидат технических наук, а/с «Пламя»; Чупейкина Н.Н. - кандидат технических наук, ОАО ХК «Якуту голь».
^---------
© В.С. Квагинидзе, А.В. Ворошилов,
