РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ЗУБЬЕВ ЭКСКАВАТОРОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСНОСТИ

АННОТАЦИЯ

В статье проведены экспериментальные исследования по термической обработке режущих кромок экскаваторов, широко применяемых в горнодобывающих работах, с целью повышения их ресурса, а также оценки долговечности и износостойкости образцов зубьев в лабораторных условиях. А также, выбор необходимого оборудование, инструментов и материалов для проведения лабораторных исследования по совершенствованию технологии индукционной закалки, твердости и износостойкости существующих и термообработанных образцов зуб ковша экскаваторов, а также представлены результаты экспериментальных исследований.

ABSTRACT

The article experimental research was conducted to thermally treat the cutting edges of excavators widely used in rock excavation works with the aim of enhancing their resources, as well as evaluating the durability and wear resistance of the teeth samples under laboratory conditions. And also, the selection of the necessary equipment, tools and materials for conducting laboratory research to improve the technology of induction hardening, hardness and wear resistance of existing and heat-treated samples of excavator bucket teeth, and the results of experimental studies are presented.

Ключевые слова: термической обработке, трение, износ, ресурс, зубьев ковшей экскаваторов.

Keywords: thermally treat, friction, wear, resource, excavator bucket teeth.

Введение. Учитывая возрастающую потребность в повышении объема и качества работ в таких областях, как дорожное строительство, строительство и горнодобывающая промышленность, проводятся исследования по повышению эксплуатационной эффективности и эффективности используемого оборудования, снижению потребления энергии, материалов и запасных частей, и реализовать полученные положительные результаты на практике. В связи с этим важным представляется создание материалов и методов, повышающих срок службы деталей машин, быстро изнашивающихся при дорожном строительстве, строительных и горнодобывающих работах, а также совершенствование этих методов для практического применения.

Научные исследования по снижению износа и увеличению срока службы рабочих органов дорожно-строительной, строительной и горнодобывающей техники проводятся в научно-исследовательских центрах развитых стран, таких как США, Япония, Германия, Китай, Англия, Россия, в том числе в Таджикистане. Особое внимание уделяется разработке конкурентоспособной техники и технологий в дорожном строительстве, строительстве и горнодобывающей промышленности для повышения эффективности производства. С этой точки зрения повышение срока службы дорожно-строительных и горнодобывающих предприятий, повышение качества используемого оборудования, повышение эффективности его использования являются решающими факторами при определении параметров методов повышения ресурса рабочих органов [1].

При модернизации отрасли машиностроения одним из необходимых условий непрерывного развития в нашей республике считается внедрение новой техники и технологий, основанных на достижениях научно-технического прогресса. В нашей республике принимаются значительные меры по увеличению объемов земляных работ в дорожном, строительном и горнодобывающем строительстве, снижению материальных и энергетических затрат, достижению конкретных результатов за счет эффективного использования широко применяемых технических средств.

В нашей республике большое значение в народном хозяйстве имеет применение дорожно-строительной, строительной и ирригационной техники. Дорожное строительство, строительные, ландшафтные и ирригационные работы считаются трудоемкими задачами, поэтому особое внимание уделяется использованию ресурсосберегающей техники и механизации текущих операций в этих отраслях. Увеличение количества машин расширенных возможностей и применение одноковшовых экскаваторов с объемом ковша 0,5–4,0 м3 играют решающую роль в повышении эффективности дорожно-строительных, строительных и ирригационных работ.

В процессе эксплуатации экскаваторов существенными проблемами являются быстрый износ их рабочих органов из-за постоянного воздействия горных пород и грунта, в частности необходимость повышения ресурса режущих кромок экскаваторов (как показано на рисунке 1).

По этой причине было проведено исследование с целью изучения современного состояния различных типов горных пород и грунтов, а также их механических характеристик, а также современного состояния использования дорожно-строительной и горнодобывающей техники в нашей стране.

Согласно исследованиям, бесперебойность работы экскаваторов зависит от надежности их механических частей и рабочих деталей. Кроме того, 62% экскаваторов перестают работать из-за проблем с механическими деталями, а 37% — из-за износа деталей.

Рисунок 1. Зубья ковша экскаватора

Зубья экскаватора обладают различными характеристиками в зависимости от различных типов горных пород и грунтов, присутствующих в климатических условиях нашей страны. Механический состав и физико-механические свойства грунта существенно влияют на быстрый износ зубьев экскаватора в процессе эксплуатации, что, как следствие, влияет на производительность экскаватора и производительность горнодобывающих работ.

На основании изложенных соображений проведены исследования по повышению ресурса зубьев экскаваторов.

Одним из методов изготовления микрочипов из образцов, извлеченных из зубьев экскаватора, является термическая обработка образцов.

Это предполагает использование стандартных методов подготовки микрочипов для анализа микроструктуры термически обработанных образцов. Разрезав образец металла, при его исследовании можно получить ценную информацию о внутренней структуре металла.

Рисунок 2. Образцы микрошлифов

Быстрота и удобство изготовления микрочипов зависит от размеров образца. Процесс обычно включает в себя последовательность операций, включая резку, шлифовку, полировку, травление и окончательную полировку. После завершения всех операций поверхность микрочипа очищается спиртом с последующей химической обработкой для выявления четкой микроструктуры под микроскопом.

Во время химической обработки металл на поверхности микрочипа вступает в реакцию с химическим реагентом вроде азотной кислоты (HNO3) с 4%-ным спиртовым раствором. Реакция подобрана так, чтобы выявить особенности металла и его структуры. Для достижения точных результатов анализа важно, чтобы вся поверхность микрочипа реагировала равномерно.

По результатам экспериментальных исследований, проведенных по повышению ресурса за счет термической обработки, выявлены данные по твердости образцов. Существуют различные методы измерения твердости, и в настоящее время широко используется метод Роквеля из-за его универсальности при испытании как мягких, так и твердых материалов [2; 11-16-с.].

В ходе исследований проводились испытания на твердость по международному стандарту «ГОСТ 9013-59 Метод измерения твердости по Роквеллу» в лаборатории Андижанского машиностроительного института. Значения твердости, полученные в результате испытаний, были зафиксированы и представлены в таблице 1 по шкале HRC. Каждый образец был протестирован пять раз, чтобы гарантировать надежность результатов, а их средние значения были рассчитаны для подтверждения точности исследования.

Таблица 1.

Средняя твердость образцов

Представляется, что основной причиной износа рабочих органов является абразивность, возникающая в результате взаимодействия кварца с частицами песка в почве, приводящая к абразивному износу поверхности. При борьбе с абразивным износом деталей машин обращают внимание на достижение поверхностной твердости рабочей поверхности, соответствующей коэффициенту абразивной твердости 0,6 и выше. Поэтому для повышения стойкости металлов к истиранию необходимо, чтобы твердость поверхности рабочих частей не опускалась ниже 45 HRC. Данные, представленные в таблице 1, позволяют предположить, что при термической обработке можно достичь необходимого уровня твердости деталей. Однако при термической обработке и индукционной закалке время термической обработки короче, а твердость выше.

Результаты лабораторных испытаний на истирание:

В программе испытаний образцов в основном учитывались такие факторы, как воздействующее давление, продолжительность испытаний, скорость износа и расход абразивного материала, влияющие на абразивный износ. Величину износа образцов определяли по разнице массы и размеров образцов до и после испытания.

Лабораторные испытания образцов на стойкость к истиранию проводились на машине для испытаний на истирание в лаборатории кафедры «Технологические машины и оборудование» Андижанского машиностроительного института.

Испытание образцов на стойкость к истиранию в абразивной среде проводили в соответствии с ГОСТ 23.208-79.

До и после экспериментов каждый образец закреплялся с помощью глины МН-696 с точностью до 0,01 грамма. Скорость износа за единицу времени рассчитывали по следующей формуле:

                                                   (1)

В этом    – начальная масса образца,

 – конечная масса образца,

 – продолжительность эксперимента.

Ввиду сложности точного определения износа в массах для различных материалов его удобно выражать относительно плотности материала, то есть в единице объема.

 ,                                          (2)

В этом      – величина износа в единице объема;

ρ – плотность материала в кг/м³ (например, плотность железа равна 7800 кг/м³).

В нашей республике для испытаний на износостойкость были взяты образцы зубьев экскаваторов, используемых в дорожном строительстве, строительстве, сельском хозяйстве, ирригационных работах. Их разделили на четвертинки, склеили твердыми связующими материалами, упомянутыми выше, и подвергли испытанию на абразивный износ. Результаты этих испытаний представлены ниже.

Каждый образец подвергался испытанию на абразивный износ при абразивной нагрузке 35Н, 105Н и 175Н в течение 2 часов с использованием песка, способствующего абразивному износу в абразивной среде. Для обеспечения надежности экспериментов для всех образцов применялись одинаковые условия. Кварцевый песок, действующий как дозатор абразивных частиц, использовался дважды для каждого образца.

Результаты лабораторных исследований исследуемых образцов представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты испытаний на коррозионную стойкость в лабораторных условиях

Из результатов испытаний видно, что относительная износостойкость образцов после термической обработки существенно выше по сравнению с образцом из стали марки 35ГЛ со значением до 1,81 раза и даже выше в 1,92 раза для образца из стали марки 110Г13Л.

Выводы:

1. На основании проведенных лабораторных испытаний установлено, что износостойкость зубьев экскаватора после прохождения термообработки с применением индукционной закалки существенно выше по сравнению с другими, демонстрируя улучшение в 1,81 раза для образца стали 35ГЛ и в 1,92 раза для образца стали 110Г13Л.
2. Таким образом, результаты показывают, что метод повышения ресурса посредством термической обработки с индукционной закалкой зубьев экскаватора привел к значительному улучшению износостойкости. По результатам лабораторных экспериментов рекомендуется использовать этот метод для увеличения долговечности и долговечности зубьев экскаватора..

Список литературы:

1. Юлдашев Ш.Х. «Совершенствование метода восстановления зубьев ковша экскаваторов» Диссертация. к.т.н. Андижан, 2022. – Б.5.
2. Метод измерения твердости по Роквеллу ГОСТ 9013-59. Издательство  стандартов, 1960
3. Мишустин Н.М. Износостойкие боридные покрытия, полученные на конструкционных и легированных сталях с использованием ТВЧ-нагрева. Автореф. дисс. к.т.н. Барнаул, 2012. -18 с.
4. Йулдашев Ш.Х. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЗУБЬЕВ КОВШЕЙ ЭКСКАВАТОРОВ // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2023. 11(116). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/16230 (дата обращения: 06.12.2023).
5. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. – М.: Наука, 1970. – 252 с.
6. Ф.Р. Норхуджаев. Теория и технология термической и химико-термической обработки. (Учебник). - Т.: «Наука и технологии», 2016, 192 с.