ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗУБЬЕВ КОВШЕЙ ЭКСКАВАТОРОВ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены теоретические исследования по основным направлениям повышения износостойкости деталей, подверженных воздействию камне-грунтовых пород, для определения показателей износа деталей машин, в зависимости от давления и скорости трения, основные этапы определения ресурса трения, представлены результаты теоретических исследований по определению ресурса изнашиваемых зубьев ковшей экскаваторов.

ABSTRACT

The article presents theoretical studies on the main directions of increasing the wear resistance of parts exposed to rocks and soil rocks, to determine the wear indicators of machine parts, depending on the pressure and friction speed, the main stages of determining the friction resource, and presents the results of theoretical studies to determine the resource of wearable bucket teeth excavators.

Ключевые слова: наплавка, трение, износ, ресурс, зубьев ковшей экскаваторов.

Keywords: surfacing, friction, wear, resource, excavator bucket teeth.

В мире решающее воздействие на уровень развития производительных сил общества оказывает промышленность, главной отраслью промышленности, на него приходится около 35% стоимости мировой промышленной продукции является машиностроение. «Поэтому в целях повышения качества труда и производительности труда в машиностроении особое внимание уделяется использованию^[1] энерго- и ресурсосберегающего оборудования». Если учесть растущий мировой спрос на объем и качество работ в дорожном строительстве, строительстве и добыче полезных ископаемых, возникает необходимость проведения исследования по повышению эффективности и экономичности эксплуатации используемых технических средств, снижению энергозатрат, материалов и запасных частей, а также широкой реализации положительных результатов на практике. В связи с этим большое значение имеет разработка новых материалов и совершенствование способов, позволяющих повышения ресурса быстро изнашиваемых частей дорожно-строительных, строительных и горно-добывающых машин и широкое внедрение их в производство.

В мире, в частности в научно-исследовательских центрах ведутся работы по снижению износа и повышению ресурса рабочих органов дорожно-строительной, строительной, горнодобывающей техники. Исследования в этой области, включая дорожное строительство, строительство, производство рабочих органов горной техники и создание новых материалов и технологий, позволяющих увеличить их ресурс, являются приоритетными. В связи с этим одним из наиболее актуальных вопросов является увеличение ресурса зубьев ковшей экскаваторов за счет наплавки к рабочей поверхности износостойких материалов.

Результаты и обсуждение

Изучение и анализ рабочего процесса дорожно-строительных машин показали, что наиболее эффективным способом повышения износостойкости рабочих органов из сталей 110Г13Л и 35ГЛ является наплавка их рабочих поверхностей твердосплавными композиционными материалами, содержащими карбид вольфрама. Исходя из этого, были определены и обоснованы цели и задачи исследования.

При определении ресурса деталей машин, работающих в условиях абразивного трения при разработке камне-грунтовых пород, обычно используют закон изменения величины износа во времени.

Если принять во внимание тот факт, что в период использования деталей до предельного износа, из-за невозможности постоянно контролировать их износ через определенные ровные промежутки времени, то следует, что износ имеет линейную зависимость от времени. Поэтому величину износа определяют следующим образом.

,                                                                       (1)

Если заменим в этой выражении (1) количество износа, с допустимым износом, и определим время износа, то он представляет собой ресурс детали, т.е.:

                                                                            (2)

Анализ многих исследований проведенных в условиях трения различных материалов без граничного износа и смазки показали, что скорость изнашивания в общем виде может быть выражена следующим образом:

                                                                     (3)

где k – коэффициент, учитывающий материал детали трения и условия изнашивания; m = 0,5-3,0 и для многих трущихся частей n = 1;

На величину коэффициента износа k влияют тип, твердость и условия на поверхности материала, используемого в деталях, трущихся соединения.

Известно, что зубья ковшей экскаваторов изготавливаются из высокомарганцовистой стали 110Г13Л (Гадфильд). Зубья ковшов, изготовленные из этого материала, из-за быстрого изнашивания в абразивных средах на камне-грунтовых породах, выходят из строя. Для повышения износостойкости на рабочие поверхности этих деталей наплавляют материалами, образующие карбиды и бориды. Этим увеличивают твердость трущихся поверхностей о камне-грунтовым породам. В результате такой наплаки износостойкость зубьев ковша в определенной степени повышается. Для определения ресурса зубьев ковша экскаватора определяется сила давления, действующую на ковш экскаватора и зубья ковша. При определении силы давления учитываются основные размеры ковша и зубьев ковша.

Вместимость ковша экскаватора определяется следующим образом:

                                                                  (4)

где  B_ch- средняя ширина ковша; F_ch – площадь осевого сечения ковша;

Рисунок 1. Схема определения толщины срезаемого грунта

Исходя из изложенного, объем почвы -V_поч, срезаемой ковшом, должен быть равен вместимости ковша - q (рис. 1).

Обычно количество зубьев ковша принимают N = 4 или 5 штук. Ширину зубьев принимают в зависимости от условий прочности b_tish = 60-120 мм, оптимальное расстояние между зубьями принимают a_tish = 2,5-3,0 раза больше, чем ширина зубьев (рис.2). Обычно количество зубьев определяют по следующему выражению:

                                                         (5)

По этой формуле можно рассчитать b_tish и a_tish

                                                                     (6)

                                                          (7)

Рабочая длина зуба-l_tish определяется по следующему условию, что режущие кромки ковша не участвуют в процессе резания почвы.

                                                      (8)

где a_k–угол резания; γ_q - угол наклона бокового сечения грунта; γ_q = 30-45°.

Рисунок 2. Схема установки зубьев в ковше

В результате износа зубьев ковша экскаваторов изменение исходной формы приводит к резкому увеличению сопротивления землеройных работ, что в свою очередь снижает производительность экскаватора. Например, в результате износа зубьев ковша экскаватора до предельного значения сопротивление землеройным работам увеличивается на 230 %. При этом угол резания зуба увеличивается в 2...2,5 раза достигая до 65-70^о, длина рабочей части зуба уменьшается в 2...3 раза. Для ориентировочных расчетов величину допустимого износа по длине зуба ковша можно принимать равным половине общей длины рабочей части зуба.

                                                           (9)

Рисунок 3. График изменения величины износа в зависимости от твердости наплавленного слоя (1), давления, действующего на наплавленный слой (2), количеству твердого сплава (3) и скорости трения (4)

Как видно из рисунка 3, износ зубьев ковша экскаватора увеличивается с увеличением приложенного к нему силы давления и скорости трения, уменщается с увеличением твердости поверхности и количество твердых сплавов в материале поверхности.

Следовательно, в зависимости от уровня увеличения твердости материала зуба ковша, уменьщается скорость его изнашивания. При этом поверхность зуба также долго сохраняет свои размеры, что увеличивает его ресурс.

На основании вышеприведенных выражений -2, 3 и 9- определяем ресурс зубьев ковша экскаватора.

                                           (10)

где  T_tish -ресурс зуба ковша экскаватора;

 - допустимая величина износа зубьев, (гр),

 скорость изнашивания зуба, (м/с);

k - коэффициент, зависящий от свойств материала зуба (например, твердости и количеству твердого сплава);

p – давление, действующее на поверхность трения зуба, (кг/см²);

v - скорость трения (износа) зуба.

Если определить экспериментальные зависимоти, подобные приведенным на рис. 3, то используя выражению 10, можно будеть получать необходимые данные и определить ресурс зубьев ковша экскаваторов для конкретного типа камне-грунтовых пород.

Выводы

1. При исследовании работ по изучению процесса работы, причин износа и по увеличению ресурса зубьев ковша экскаваторов выявлено, что у них  недостаточное внимания уделены на обновления этих зубьев современными материалами, на увеличения ресурса наплавкой изнашиваемых и изношенных их рабочих поверхностей, а также на влияние состава, структуры, твердости наплавленного слоя материала зубьев на их физико-механические свойства.
2. Определено аналитическое выражение теоретического расчета ресурса зубьев ковша экскаваторов. Для этого былы исследованы теоретические взаимосвязи закономерностей изменения ресурса наплавленных зубьев в зависимости от твердости материала наплавленного слоя, силы давления и скорость трения, действующие на рабочие поверхности зубьев.

Список литературы:

1. Qosimov, K., & Sh, Y. (2019). Erosion of the working surface of the metal to weld sheeting with the metal powder and surpassing solid for metals’ erosion. International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology, 6(10), 11147-11152.
2. Yuldashev, S., & Masharipov, M. N. (2020). RECOVERY OF WORN PARTS BY ELECTRODES. Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers, 16(3), 149-153..
3. Masharipov, M. N. (2020). INCREASING THE STRENGTH OF WORN PARTS WITHCOMPOSITE MATERIALS. Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers, 16(2), 168-172..