CC BY
23
--© В.С. Квагинидзе, В.Б. Корецкий,
Н.Н. Чупейкина, 2008
УДК 622.001.89:622.68
В.С. Квагинидзе, В.Б. Корецкий, Н.Н. Чупейкина
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ РЕМОНТА МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ КАРЬЕРНЫХ АВТОСАМОСВАЛОВ
ноголетние наблюдения за работой большегрузных карьерных автосамосвалов в Автобазе технологического автотранспорта ОАО ХК «Якутуголь» показывают, что при их эксплуатации в условиях Южной Якутии до 40 % отказов, частота которых в зимние месяцы возрастает в несколько раз, составляют разрушения металлоконструкций (кузовов и рам).
Разрушения кузовов наиболее часто происходят в местах соединения главных лонжеронов с опорами и днищем кузова, а также самих опор и лонжеронов (рис. 1).
Часто наблюдаются разрушения соединений днища кузова с бортами, переднего борта и поперечин с контрфорсами, поперечин и контрфорсов (рис. 2).
В других местах повреждения возникают из-за ударов кузова ковшом экскаватора или негабаритными кусками породы при погрузке.
У рам (рис. 3) в большинстве случаев разрушаются лонжероны: в местах соединения с П-образной опорой в районе топливного бака (внутренняя и внешняя сторона); в средней части (технологические отверстия и места сварки); в хвостовой части (места соединения с поперечиной на внутренней стороне, места приварки кронштейнов реактивных штанг и гидроцилиндров опрокидывающего механизма).
На автосамосвалах зарубежного производства часто наблюдаются трещины У-образного поперечного лонжерона, подрамника дизеля и боковой стенки продольного лонжерона (в районе гидрав-
295
лического и топливного баков, а так же в местах изменения конфигурации).
Анализ показывает, что основной причиной отказов металлоконструкций являются климатические факторы.
296
Рис. 3. Места разрушения рам
В большинстве случаев хрупкое разрушение сварных соединений происходит при низких отрицательных температурах под действием номинальных напряжений, не превышающих предела текучести основного материала (явление хладноломкости). Наряду с охрупчиванием металла под действием низких отрицательных температур (снижение уровня хладноломкости) весьма важным фактором, влияющим на величину наработки на отказ металлоконструкций, является наличие конструкционных, технологических и эксплуатационных концентраторов напряжений (технологические окна и отверстия, места резкого изменения сечений, неравномерность сечения сварных швов и неоднородность структуры металла в сварном соединении и др.).
Основной причиной увеличения параметра потока отказов в зимний период времени является хрупкое разрушение элементов металлоконструкций и деталей вследствие перехода ме-талла из вязкого в хрупкое состояние под действием низких отрицательных температур. Как правило, очаг разрушения на-ходится в зоне термического влияния (ЗТВ) сварного шва. По-вышенная повреждаемость сварных соединений обусловлена тем, что большинство из них располагается в наиболее напря-женных зонах конструкции (сопряжения элементов различной жесткости, соединения между собой основных силовых элементов, соединения основных элементов с дополнительными связями и т. п.).
Ремонт металлоконструкций большегрузных карьерных автосамосвалов, производимый посредством сварки, при низких отрицательных температурах является одним из наиболее сложных и
297
трудоемких видов ремонтных работ, качество выполнения которых, в значительной степени определяет работоспособность, безотказность и долговечность базовых узлов машин.
Сложность сварки металлоконструкций в условиях отрицательных температур обуславливается: увеличением скорости остывания металла сварочной ванны и околошовной зоны; неблагоприятными условиями для увлажнения зоны шва и зоны термического влияния; возрастанием опасности водородного охрупчивания; неблагоприятным физиологическим воздействием на обслуживающий персонал.
Влияние низких отрицательных температур на качество сварки может быть уменьшено за счет: правильного выбора марок сталей, электродов и технологии сварки; подогрева конструкций и обеспечения оптимальной скорости отвода тепла; последующей механической и термической обработки.
Для получения качественного сварного соединения необходимо строгое выполнение следующих требований:
1. К конструкции сварочного соединения:
- производить замену поврежденных элементов металлоконструкции деталями, изготовленными из тех же материалов или материалов с такими же физико-механическими свойствами;
- производить разделку трещины от ее конца У-образным или Х-образным контурами в зависимости от толщины детали металлоконструкции;
- производить зачистку кромок трещины после ее разделки до металлического блеска;
- применять преимущественно соединения встык с полным проваром;
- применять швы одного типа с отношением высоты шва к его ширине, равным 0,4^0,6;
- избегать перпендикулярного и пересекающегося расположения швов;
- избегать изменения формы поперечного сечения шва.
2. К сварочным материалам:
- производить сварку электродами с основным (фтористо-кальциевым) покрытием со свойствами не хуже, чем у электродов марки Э50А;
298
- просушить электроды перед сваркой при температуре 250^300 оС в течение 1,5 часов (содержание влаги в них не должно превышать 0,2 %);
- производить сварочные работы с использованием постоянного тока обратной полярности, величина которого должна быть не менее 85^95 % максимально допустимой величины для электродов принятого типа.
3. К подготовительным операциям:
- укрывать ремонтируемый участок металлоконструкции от воздействия атмосферных осадков (снег, дождь, туман и др.);
- просушить ремонтируемый участок в радиусе 0,5 м от трещины;
- подогреть кромки трещины перед ее разделкой до температуры 100^150 оС на расстоянии 100 мм в обе стороны;
- подогрев сварных соединений производить электрическими нагревателями;
- производить сварку не позднее чем через 24 часа после подготовки кромок.
4. К технологии сварочных работ:
- производить сварку ответственных деталей со значительными размерами шва от его середины к краям (по возможности одновременно двумя сварщиками);
- применять при многослойной сварке методы «горкой», «каскадом» и, при большой протяженности шва, «обратный ступенчатый»;
- разделать, при наличии доступа, корень шва и заварить его с соблюдением технологии;
- производить сварку, при отсутствии доступа к корню шва, на подкладках для полного провара корня шва;
5. К заключительным операциям:
- производить, для уменьшения скорости охлаждения металла сварочной ванны, послесварочный нагрев с низкотемпературным отпуском, который обеспечивает получение мелкозернистой структуры, уменьшение остаточных температурных напряжений и снижение содержания водорода;
- зачистить шов после сварки заподлицо с основным металлом для уничтожения концентраторов напряжений;
- проверить шов визуально и с использованием неразру-шающих методов контроля.
299
Опыт восстановления металлоконструкций в ОАО ХК «Якут-уголь» позволил разработать несколько вариантов восстановления рам большегрузных карьерных автосамосвалов. Ремонт производится по одному из нижеуказанных вариантов:
1. Заварка трещины;
2. Установка дополнительных усиливающих фигурных пластин и накладок;
3. Удаление части листа с дефектом и замена ее на новую.
Выбор варианта восстановления определяется видом повреждения и местом его расположения по результатам промышленных испытаний.
Заварка трещины осуществляется в следующем порядке:
1. Ремонтируемый участок нагревают до температуры 100 оС.
2. Разделывают трещину РВД в соответствии с рис. 4. (максимальная толщина слоя, снимаемого РВД за один проход,
300
верхним лист
нижнии лист
45-60°
32
боковой лист
лонжерон
Рис. 4. Заварка трещины верхнего и бокового (внутреннего) листов лонжерона рамы
3. не должна превышать 5 мм, разделку трещины производят от конца трещины к ее началу, конец трещины должен иметь плавный переход на основной металл).
4. Зачищают кромки шлифмашиной до металлического блеска.
5. Подогревают ремонтируемый участок до температуры 150
оС.
6. При трещине длиной 500 мм делят ее на два участка по 250 мм и варят обратноступенчатым способом (боковой лист заваривают после заварки верхнего листа, в процессе сварки поддерживают температуру подогревом, швы должны иметь плавные переходы на основной металл).
7. После окончания сварки подогревают отремонтированный участок до температуры 150 оС и накрыв его войлоком и дают медленно остыть.
8. После охлаждения ремонтируемого участка шов на верхнем и боковом листах зачищают заподлицо с основным металлом.
9. Если нет доступа к обратной стороне шва - ставят подкладку (зазор между кромками при этом составляет 5^8 мм).
Установка накладок на продольные лонжероны рам в районе топливного бака и П-образной стойки (рис. 5) ведется в следующей последовательности:
1. Разделывают и заваривают трещины.
2. Изготавливают пластину усиления (все поверхности накладок не должны иметь острых кромок, царапин, рытвин и других дефектов).
3. Устанавливают накладку на место и плотно прижимают с помощью струбцин к боковому листу лонжерона.
4. Подогревают место сварки до 150 оС.
5. Приваривают накладку по контуру.
Опыт показывает, что накладки не решают вопросов надежности работы металлоконструкций и конструктивные недоработки желательно устранять во время крупных ремонтов сокращением количество технологических окон и отверстий, изменением толщины или заменой марки металла, подбором более подходящих сварочных материалов.
Удаление части листа с дефектом (трещиной) и замена ее на новую (рис. 6) рекомендуется в случае, когда неоднократная сварка
301
трещины не дает результата или имеется дефект рамы в виде разрыва.
Рис. 6. Удаление части листа с дефектом (трещиной) и замена ее на новую
Эта операция производится в следующей последовательности:
1. Подогревают ремонтируемый участок до 100 оС.
2. Вырезают дефектный участок рамы.
3. По шаблону изготавливают пластину.
302
4. Подготавливают кромки пластины и листа на раме под сварку.
5. Делают роспуски на боковом листе.
6. Зачищают место сварки до металлического блеска.
7. Устанавливают пластину на место с одинаковым зазором по контуру, прихватывают и приваривают.
8. Подогревают место сварки до 150 оС.
9. Приваривают пластину.
10. После окончания сварки нагревают весь ремонти-руемый участок до 150 оС, укрывают его и дают медленно остыть.
11. Швы на листе зачищают заподлицо.
Опыт ремонта металлоконструкций в Автобазе технологического автотранспорта ОАО ХК «Якутуголь» показал, что использование при производстве сварочных работ нагревателей и совершенствование технологии сварки позволяют значительно сократить продолжительность ремонтных работ, повысить их качество и на 10-12 % уменьшить количество аварийных послеремонтных отказов большегрузных карьерных автосамосвалов, гттш
— Коротко об авторах —
Квагинидзе В.С. - д.т.н., проф., МГГУ, Корецкий В.Б. - к.т.н., НТИ(ф) ЯГУ. Чупейкина Н.Н. - к.т.н. НТИ(ф) ЯГУ.
303
