Является разработка технологического процесса восстановления зуба экскаватора ЭО-4125

Введение

 

Для поддержания землеройных  машин в работоспособном состоянии  необходимо регулярно заменять или  ремонтировать пришедшие в негодность детали. 
           Как показывает опыт при эксплуатации машин количество расходуемых материалов и запасных частей пропорционально массе машин и составляет 120 % массы машин, из них на запасные части приходится 60-65 %. 
Анализ работ ряда ремонтных предприятий показал, что при дефектовании 0,77 % деталей выбраковывается вследствие поломок, а 99, 23 % по причине изнашивания [1]. 
На землеройных машинах основным видом изнашивания является абразивный.

Целью курсовой работы является разработка технологического процесса восстановления зуба экскаватора ЭО-4125.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Конструктивное исполнение зубьев ковшей современных экскаваторов

За последние 30 лет  ковш существенно конструктивно  не изменился. Значительную эволюцию претерпели конструкции зубьев ковша и способы  их крепления. Раньше в основном использовали вставные зубья. Их крепили в гнезда режущей кромки, чаще всего выполненные как единая литая деталь, что существенно удорожало и утяжеляло ковш. Сегодня наибольшее распространение получили вильчатые зубья с болтовым креплением к режущей кромке для ковшей вместимостью до 0,3 куб.м и для экскаваторов второй размерной группы   (рисунок 1), а также коронки, надеваемые на адаптер, приваренный к ковшу, и фиксирующиеся специальным штифтом (рисунок 2) Такая конструкция позволяет снизить металлоемкость, а значит, и стоимость зубьев – основного расходного элемента ковша.

Рисунок 1 - Вильчатый зуб ковша экскаватора-погрузчика JCB 3CX

Рисунок 2 - Коронка ковша  экскаватора Komatsu

 

Рассмотрим конструктивные особенности зубьев ковшей и способов их крепления на технике от ведущих  мировых производителей.

Более сорока лет компания «ESCO» является лидером рынка по производству зубьев.  На рисунке 3 приведены конструкции зубьев и адаптеров к ним.

Рисунок 3 – Конструкции зубьев компании «ESCO»

 

2 Анализ условий работы и дефектов зубьев ковша экскаватора

 

Узлы и детали рабочих органов землеройных машин, взаимодействующие с внешней средой отличаются низкой долговечностью по износу. Это приводит к увеличению на содержание и эксплуатацию, а также вызывает перерасход топлива до 30 % [1]. В свою очередь износ зубьев ковшей экскаваторов приводит к повышению энергоемкости разработки на 60-100 % и к снижению производительности на 10…40 % [1]. Таким образом, повышение долговечности и эффективности функционирования режущих органов землеройных машин, является актуальной задачей.

Средний ресурс зубьев, в зависимости от крепости забоя, составляет от 60-200 часов. После изнашивания режущей части (предельный износ установлен в пределах 170-180 мм) зубья снимаются с ковша и отправляются на восстановление. Причиной окончательной выбраковки зубьев является поломка или значительный износ их хвостовых частей.

Проведенные обследования условий  работы зубьев позволяет охарактеризовать их как весьма тяжелые. Интенсивное  изнашивание рабочих поверхностей зубьев обусловлено высокой абразивностью  породы и большими удельными нагрузками, возникающими в процессе внедрения зубьев в разрабатываемый массив.

С наибольшей интенсивностью изнашивается режущая часть зуба, с наименьшей его хвостовая часть.

Проведенные наблюдения позволили  установить следующий характер изнашивания зубьев. Через небольшой промежуток времени от начала эксплуатации на режущей части зуба образуется площадка износа, угловое положение которой относительно продольной оси зуба остается постоянным. По мере укорочения режущей части длина площадки износа увеличивается, достигая максимального значения при предельно допустимом износе острия зуба.

Одновременно с укорочением  режущей части изнашивается и  передняя поверхность зуба, но с  гораздо меньшей скоростью. Задняя поверхность зуба при этом незначительно изнашивается.

Выполненные измерения  партии изношенных зубьев, не подвергшихся восстановлению, показали, что при  максимальном линейном износе режущей  части  пр = 170-180 мм, длина площадки износа  = 160-180 мм, угол  между касательной к площадке износа и продольной осью зуба составляет 30-350. Максимальный износ передней поверхности в хвостовой части зуба bmaх =25-30 мм. Изнашивание боковых поверхностей в заметной степени происходит только у режущей части зуба. Несколько иной характер изнашивания наблюдается у зубьев, периодически переустанавливаемых в процессе эксплуатации. При переустановке производится поворот зубьев на 180 относительно их продольной оси, благодаря чему равномерно изнашивается обе рабочие поверхности зуба. В результате многократной перестановки изношенные зубья приобретают обтекаемую форму со слабо выраженной площадкой износа. Ресурс зубьев, работающих в этом режиме несколько увеличивается, однако необходимость дополнительных трудовых затрат делает этот путь малоэффективным. 
С целью более глубокого изучения характера износа в лабораторных условиях было исследовано: химический состав материала образца, его микроструктура, твердость металла на поверхности площадки износа и наличие на ней наклепа.

Имеющиеся данные визуального  осмотра изношенных зубьев и лабораторных исследований позволяют сделать следующие выводы: 
1. Ведущим видом в данном случае является абразивный износ, сопровождающийся пластическим оттеснением металла. 
2. Причина изменения первоначальной формы зуба - микрорезание металла абразивными частицами. 
3. Действующие в процессе работы зуба нагрузки не вызывают глубокого наклепа аустенита, а образующийся тонкий слой не может противостоять разрушающему действию абразивных частиц.

На рисунке 4 приведен зуб с указанием мест дефектов.

Рисунок 4 – Зуб ковша экскаватора ЭО-4125

Зуб изготовлен из стали  марки 110Г13Л ГОСТ 2176-77.

 

 

3 Анализ патентной и технической литературы по восстановлению зубьев ковша экскаватора

 

Способ наплавки плоских поверхностей лежачим пластинчатым электродом. 

Целью способа наплавки плоских поверхностей лежачим пластинчатым электродом с легирующим покрытием является повышение качества наплавленного слоя за счет программирования (упорядочения) перемещения сварочной дуги. Это достигается тем, что в данном способе наплавки токоподвод присоединяют к одной из кромок электрода, находящейся на расстоянии от изделия, не превышающем длину дугового промежутка, а сам пластинчатый электрод устанавливают под углом к наплавляемой поверхности, равным 2 - 12 угол наклона электрода 2 к изделию 1.

 

Рисунок 5 - Схема наплавки пластинчатым лежачим электродом:

1 - изделие, 2 - пластинчатый  электрод, 3 - легирующее покрытие, 4 – токоподвод.

 

Наплавка предлагаемым способом производится следующим образом.

На изделие 1 насыпают слой флюса необходимой толщины и устанавливают пластинчатый электрод 2 под углом к наплавляемой поверхности. На верхнюю поверхность электрода наносится легирующее покрытие 3, представляющее собой порошковую смесь ферросплавов, тугоплавких соединений и др. компонентов. Изделие и электрод засыпается флюсом, электрод закорачивается на изделие, подключается источник питания сварочного тока и начинается процесс наплавки.

В процессе наплавки сварочная дуга перемещается по кромке электрода, противоположной относительно месту подключения токоподвода, равномерно расправляя ее и легирующее покрытие. Сварочная дуга не может переместиться в сторону токоподвода до тех пор, пока не  оплавится вся кромка, так как зазор в сторону токоподвода постепенно увеличивается и необходимы большие знергозатраты для возбуждения и поддерживания сварочной дуги, чем при ее перемещении вдоль кромки, имеющей одинаковый задор с изделием.

Предлагаемый способ наплавки пластинчатым электродом испытан в лабораторных условиях.

Наплавка производится при режимах:

Ток сварочный, А                  1500-1600

Напряжение дуги, В              40-45

Сечение электрода, мм        100х6

Скорость наплавки, м/ч         2-2,5

При наплавке зазор между электродом и наплавляемой поверхностью изделия равен 8 мм.

При наплавке зазор между  кромкой электрода со стороны  токоподвода устанавливается равным 8 мм и угол наклона электрода к наплавляемой поверхности изделия составлял 2 , 6 , 12 соответственно.

Определялись равномерность  распределения твердости по поверхности  наплавленного слоя, равномерность  формирования боковой поверхности  наплавленного слоя, оцениваемые коэффициентом вариации, и относительная износостойкость.

Результаты опытных  наплавок средние приведены в  таблице 1.

Таблица 1 – Эффективность  наплавки.

Коэффициент вариации по ширине слоя, %	Коэффициент вариации по твердости, %	Коэффициент износостойкости относительно стали 45 закаленной
10,8	9,4	1,47

 

При наплавке предлагаемым способом наплавленный металл имеет гладкую поверхность, легирование более равномерное по сравнение с наплавкой другими способами.

Определение значений величин  угла наклона электрода и зазора между кромкой электрода со стороны  токоподвода и изделием производилось экспериментальным путем.

Наплавка  в среде защитных газов (рисунок 6). В качестве защитных газов при ремонте деталей сваркой используются преимущественно углекислый газ и аргон. Наплавка в среде СО2 постепенно вытесняет вибродуговую наплавку и частично наплавку под слоем флюса. Производительность такого процесса на 25...30 % выше, чем производительность наплавки под слоем флюса. Отпадает необходимость удаления шлака. При уменьшении зоны термического влияния можно восстанавливать детали малого диаметра (практически начиная с 10 мм).

 

Рисунок 6 – Схема наплавки зуба в среде защитных газов:

 1-ИП; 2-баллон; 3-подогреватель; 4-глушитель; 5-редуктор; 6-ротаметр; 7-газовый клапан; 8-сварочная проволока; 9-ролики; 10-наконечник горелки; 11-горелка; 12-зуб.

 

В случае сварки в защитном газе с плавящимся электродом при  помощи роликов электродная проволока подается к детали. Через наконечник горелки ток подводится к сварочной проволоке. Через сопло горелки в дуговое пространство поступает защитный газ, который окружает электрическую дугу и предохраняет сварной шов от воздействия воздуха. Сварку и наплавку плавящимся электродом производят постоянным током обратной полярности. Сварка неплавящимся электродом может быть выполнена как постоянным, так и переменным токами.

Аппараты для сварки и  наплавки в защитных газах обеспечивают выполнение следующих операции; зажигание дуги в начале или наплавки, подачу плавящегося электрода в дуговое по мере его расходования, регулирование заданных параметров дуги, передвижение электрической дуги по поверхности детали по мере плавления присадочного материала, прекращение процесса сварки или наплавки.

Среди большого количества различных способов, используемых для  восстановления и упрочнения рабочих  органов ковшей экскаваторов видное место занимает электрошлаковая наплавка (ЭШН). Это объясняется рядом особенностей ЭШН, а именно: высокой производительностью и качеством наплавленного металла, возможностью наплавки за один проход слоя практически любой толщины, сравнительной простотой получения биметаллического слоя или слоя переменного химического состава. Особенно ощутимы эти преимущества ЭШН перед другими способами, которые проявляются при наплавке крупных зубьев экскаваторов. Благодаря эффективности применения методов электрошлаковой наплавки объемного упрочнения зубьев, была произведена опытная наплавка изношенных зубьев.

Схема процесса показана на рисунке 7.

 

Рисунок 7 – Схема электрошлаковой наплавки

 

В пространстве, образованном наплавляемой поверхностью и зубом 1, создается ванна расплавленного флюса-шлака 5, в которую непрерывно подается металлический электрод 2. Ток, проходя между электродом и наплавляемым изделием, нагревает расплавленный шлак и поддерживает высокую температуру и электропроводность. Шлак расплавляет электрод и оплавляет поверхность изделия. Ниже шлаковой ванны образуется металлическая ванна, которая, затвердевая, дает слой 5, прочно сплавленный с металлом изделия. В сварочную ванну также добавляются легируемые добавки из дозатора 4. Процесс наплавки производят на графитовых, медных или стальных подкладках.

При электрошлаковой  наплавке в качестве электродов используют проволоку, литые стержни и пластины, трубы, в качестве шлака - флюс АН-25. Благодаря применению больших токов (несколько тысяч ампер) достигают очень высокой производительности - до 150 кг наплавленного металла в час. ЭШН плоских поверхностей может производиться при вертикальном, нижнем и наклонном положениях наплавляемой поверхности.

 Дуговой наплавкой под слоем флюса восстанавливают и упрочняют детали с достаточно большими износами (до 3...5 мм). При восстановлении изношенных деталей задача заключается в получении широкого слоя за один проход, выполняя наращивание "гребенкой" – нанесением параллельно расположенного наплавленного металла.

 Наплавочная  головка состоит из механизма подачи проволоки, изменяющего ступенчато или плавно скорости подачи электрода, мундштука для подвода проволоки к детали, флюсоапарата, представляющего собой бункер с задвижкой для регулирования количества подаваемого флюса (рисунок 8).

 

 

Рисунок 8 – Схема дуговой наплавки ножа под слоем флюса:

1 - нож; 2 – головка; 3 – электрод; 4 – флюс; 5 – наплавленный  слой.

 

 

Наибольшее  распространение получила наплавка на постоянном токе, так как она способствует получению более высокой стабильности и качества процесса. Источниками постоянного тока служат сварочные преобразователи и выпрямители с пологопадающими или жесткой характеристиками, рассчитанные на номинальный ток до 500 А.

При наплавке обычно применяют обратную полярность, т.е. на деталь подается отрицательный потенциал, а на электрод – положительный, что уменьшает ее нагрев и позволяет более рационально использовать теплоту.

При наплавке деталей  из низкоуглеродистых сталей применяют  марганцовистые высококремнистые флюсы (АН-348А, ОСЦ-45 и др.), обеспечивающие качественное раскисление металла шва. При наплавке легированных сталей для снижения угара легирующих элементов применяют флюсы с малым содержанием кремния (АН-20).