книги / Ремонт шагающих экскаваторов

Поворотная платформа, опорная рама, надстройка, башмаки, ковши изготовлены из низколегированной стали марки 10ХСНД, стрела — из стали марки 14Х2ГМР или 12ГН2МФАЮ. Зубча­ тые передачи, валы, оси, штоки и другие элементы механизмов изготовлены из высокопрочных хромоникелевых сталей. Широ­ ко применена объемная и поверхностная закалка деталей, на­ плавка твердыми сплавами поверхностей износа у ковша. Вы­ бранные материалы обеспечивают надежную работу узлов экскаватора с учетом высокого уровня напряжений, действую­ щих в конструкциях, а также с учетом эксплуатации экскавато­ ра при низких температурах до —50 °С, когда к материалам предъявляют требование обеспечения необходимой ударной вяз­ кости. Массы узлов экскаватора ЭШ 65.100 с разбивкой по ви­ дам заготовок приведены в табл. 1.4.

У н и ф и к а ц и я . Создание новых шагающих экскаваторов ПО «Уралмаш» ведется с применением широкой унификации наиболее прогрессивных конструктивных решений, которые ап­ робированы в условиях длительной эксплуатации и показали положительные результаты. Эти решения направлены на повы­ шение надежности основных узлов и конструкций, их монтажеспособности, снижению эксплуатационных расходов при обслу­ живании и ремонте. Примеры таких конструктивных решений.

Для всего нового ряда мощных драглайнов применены трех­ гранные трубчатые вантовые стрелы с предварительным сжати­ ем верхнего пояса, у которых по сравнению со стрелами из од­ ного центрального трубчатого пояса, количество вантовых эле­ ментов уменьшено в три раза, что повысило надежность стрелы, увеличило долговечность вант, упростило обслуживание.

Надстройка экскаваторов выполняется из трубчатых элемен­ тов с креплением на пальцах вместо применения профильного проката с заклепочными соединениями, что повысило монтажеспособность и надежность конструкции, снижена трудоемкость их ремонта.

Секции опорных рам и поворотных платформ экскаваторов ЭШ 20.90, ЭШ 40.85С переведены на соединение с помощью высокопрочных болтов вместо заклепочных соединений. На бо­ лее мощных экскаваторах ЭШ 65.100, ЭШ 100.100, ЭШ 100.125 эти конструкции выполнены, как уже отмечалось, цельносвар­ ными.

Для серийного экскаватора ЭШ 20.90 с 1986 г. введена 5-сек­ ционная опорная рама вместо 13-секционной, что повысило ее монтажеспособность, надежность, снижена трудоемкость обслу­ живания и ремонта.

Для экскаваторов ЭШ 20.90, ЭШ 40,85С, ЭШ 65.100 унифици­ рованы электрические машины главных приводов и преобразо­ вательные агрегаты. В унифици1рО|Ванные комплекты входят электродвигатели мощностью 1000 кВт, синхронные двигатели

Использование модульного принципа при проектировании главных механизмов позволило выдержать подобие кинемати­ ческих схем и полностью унифицировать узлы, непосредственно связанные с двигателями — тормоза и муфты.

Для всех шагающих экскаваторов ПО «Уралмаш» унифици­ рованы: высоковольтные распределительные устройства; высо­ ковольтный токоприемник; трансформаторы; тиристорные пре­ образователи; аппаратура управления; аппаратура защиты главного и вспомогательного электрооборудования; пульты уп­ равления экскаватором и оборудование кабин; оборудование си­ стем освещения; кабели; дизель-генератор; компрессоры и обо­ рудование пневмосистемы; оборудование системы вентиляции; оборудование системы смазки; часть вспомогательного оборудо­ вания (вспомогательные лебедки, слесарный верстак, сварочный трансформатор, сверлильный и точильный станки, инструмент, часть приспособлений); вантовые канаты.

с максимальным расцепителем 630А и шкафов с контакторами и токовыми реле) с питанием от трансформатора ТМЭ-400/6(10) с номинальным вторичным током 600 А. Это решение диктуется по условиям допустимых токов короткого замыкания и порога чувствительности устройств контроля изоляции автономной раз­ ветвленной электросети с изолированной нейтралью. Таких оптимальных модулей с достаточно большой единичной мощно­ стью установлено на экскаваторе ЭШ 20.90 — два, ЭШ 40.85 — четыре, ЭШ 65.100 — шесть.

В настоящее время ведутся опытно-конструкторчию работы по созданию и оснащению выпускаемых шагающих экскавато­ ров автоматизированными системами управления, информации показателей работы и диагностики состояния узлов электрообо­ рудования и механизмов, что должно повысить эффективность обслуживания и ремонта экскаваторов.

1.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗНОСОВ, ПОВРЕЖДЕНИИ И ОТКАЗОВ

Главными причинами потери работоспособного состояния драглайнов является процесс разрушения деталей в контакте (при трении), классифицируемый как изнашивание, и повреж­

дения деталей вне контакта.

Под и з н а ш и в а н и е м в соответствии с ГОСТ 27674—88 по­ нимают процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при тре­ нии, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.

И з н о с по определению того же ГОСТа есть результат из­ нашивания, определяемый в установленных единицах. Значение /износа чаще всего выражается в единицах длины.

При трении и изнашивании деталей экскаваторов наблю­ даются также следующие явления и процессы: задцр, царапа­ ние, отслаивание, выкрашивание, трещина, скол, приработка^

ния износа к обусловленному пути, на котором происходило из­ нашивание, или объему выполненной работы.

П од п о в р е ж д е н и е м понимается любое разрушение по­ верхностей деталей вне контакта их между собой. Повреждения

за, в свою очередь, может привести к предельному состоянию

объекта.

О т к а з — это событие, заключающееся в нарушении работо­ способного состояния объекта.

Распределение отказов в целом по шагающим экскаваторам характеризуется следующим, %: рабочее оборудование (стрела,

и сборочные единицы^^г-Л-ЗФ Рассмо2Ш*л*'"<ггЯбльно изни^ы, повреждения и отказы и при-

_хЫи*е*-чгГ'возникновения в механической и электрической частях экскаваторов.

По механической части процессы изнашивания и поврежде­ ния сложны и зависят не только от механических нагрузок (ста­ тических и динамических), но и от воздействия окружающей среды: температуры и влажности воздуха. Так, появление тре­ щин, разрывов элементов несущих металлоконструкций особен­ но зависит от длительности эксплуатации шагающих экскавато­ ров при низких температурах воздуха (ниже — 40 ?С).

Основной вид изнашивания — механический, проявляющийся

вание материала в результате режущего или царапающего дей­ ствия твердых тел или твердых частиц.

У с т а л о с т н о е и з н а ш и в а н и е — механическое изна­ шивание в результате усталостного разрушения при повторном

с односторонним износом. При данном виде изнашивания иска­ жение профиля зуба неравномерное — в большей степени износ проявляется в зоне его головки.

Чаще механическому изнашиванию сопутствуют абразивное и усталостное изнашивание. Однако абразивное изнашивание зубчатых колес и шестерен экскаваторов не является решаю­ щим, так как абразивные частицы в основном мягкие (твер­ дость их не выше 42 HRC3) и концентрация их в смазке невы­ сокая.

В значительной степени абразивному изнашиванию подвер­ жены только открытые зубчатые передачи, а также зубчатый венец и ведущая вал-шестерня поворотного механизма. И даже в этом случае преобладает пластическая деформация рабочей поверхности зуба. Характерные дефекты в процессе заедания зубчатых колес приведены на рис. 1.12, б, г.

Усталостное изнашивание чаще всего наблюдается на коле­ сах и шестернях, где Н В > 290. Износ при этом обычно прояв­ ляется в виде выкрашивания рабочих поверхностей и трещин. Трещины наблюдаются в зоне ножки зуба, чаще всего в торцо­ вых частях. Характерными дефектами зубчатых колес являют­ ся: мелкое осповидное выкрашивание в виде сыпи (рис. 1.12, в) и пятнистости, а также местное выкрашивание (питтинг) и по­ лосчатость.

Определяющими факторами распределения частоты видов •изнашивания зубчатых колес и шестерен является их материал и твердость рабочей поверхности-зубьев (см. разд. 4.3).

Необходошо^воетояЯноразличать конструктивные особенности__раашяХ^моделей экскаваторов при оценке вида изнашивазйяГНапример, у вал-шестерни (m = 36, z=13), как у наиболее слабого элемента в механизме поворота экскаватора ЭШ 10.70А, износ наблюдается как результат абразивного изнашивания (попадание различных твердых частиц), в то же время по внеш­ нему его виду и роду работы механизма износ можно было бы считать результатом усталостного изнашивания. По достижении значительного износа зубчатого венца с т = 36, z=192 (после 5—7 лет работы) практикуется вместо указанной вал-шестерни устанавливать более долговечные с меньшим числом зубьев (w=36, z=12), поставляемых ПО «НКМЗ» по чертежу 1—497859.

Предельные состояния зубчатых колес определяют по заост­ рению вершин зубьев, контактной прочности, изгибной прочно­ сти и боковому зазору. При работе тяжелонагруженных зуб­ чатых передач со средними и малыми частотами вращения из­ нос примерно равномерен по профилю зуба. В связи с этим, интенсивность изнашивания зубьев зависит от объема выпол­ ненных работ драглайном (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Зависимости интенсивности изнашивания (/) зубчатых колес от их твердости (HRC) в механизмах:

Типичными видами изнашивания корпусных деталей и втул­ ки (подшипников скольжения) является пластическая деформа­ ция посадочных отверстий и задиры.

Все процессы разрушения элементов экокаваторов протека­ ют во времени, являются необратимыми и зависят от типа де­ талей. У шагающих экскаваторов можно выделить пять классов деталей: валы; оси; зубчатые колеса; барабаны; корпуса; метал­ локонструкции [16]. В каждом классе выделены группы и под­ группы. Для каждой подгруппы даны места и виды изнашива­ ний и повреждений, основные конструктивные параметры дета­ лей и их материалы. Классификация охватывает детали экска­ ваторов с ковшами вместимостью 10—20 м3 и позволяет типи­ зировать технологические процессы восстановления и обработки

Внаиболее тяжелом режиме работает поворотный механизм,

вкотором трижды за время рабочего цикла происходит выбор зазора в зубчатых передачах редукторов, сопровождающихся ударными нагрузками. Детали поворотного механизма более 40% времени работают с перегрузкой. За 10-летний срок служ­ бы экскаватора эти детали ориентировочно проходят 5—7 млн. циклов ударных нагрузок. Наиболее тяжелым режимом рабо­

ты поворотного механизма считают торможение с груженым ковшом. Как правило, при этом возникают динамические на­ грузки, превышающие стопорные моменты в 1,6—1,8 раза.

По мере эксплуатации экскаваторов динамические нагрузки в механизмах поворота возрастают из-за ослабления болтовых и заклепочных соединений поворотных платформ, секторов зуб­ чатых венцов и опорных рам.

На рис. 1.14 показан излом зуба поворотного венца с места­ ми зародившихся ранее трещин после 10-лет.ней эксплуатации экскаватора ЭШ 100.100. При осмотре были также выявлены усталостные трещины длиной от 150 до 340 мм на восьми зубь­ ях (длина зуба 550 мм) в пяти секторах из 24. В сечении изло­ ма зуба не было включений и раковин, поверхность металла имела мелкозернистый характер. Время на замену сектора с учетом изъятия обломленного зуба и технической подготовки составило 3 сут.

Установлено, что основными причинами отказов являются конструктивно-технологические (37,5—55,7%) и эксплуатацион­ ные (35,7—54,4%).

Конструктивные дефекты являются 'следствием низкого ка­ чества проектирования, недостаточно точного анализа сложного напряженного состояния конструкции, нехваткой сведений о прочности и пластичности материала в условиях сложного на­ пряженного состояния.

Технологические дефекты возникают вследствие нарушения принятой технологии изготовления. Эту группу дефектов часто называют производсхвеннвши. Сюда относят неточности монта­ жа (н§соблнодёние зазоров, несоосности, перекосы), дефекты -материала (волосовины, закаты, шлаковые включения), нару­ шение условий взаимозаменяемости и другие дефекты, связан­ ные с нарушением технических условий на изготовление.

Примером конструктивно-технологической причины явилось падение стрелы на экскаваторе ЭШ 40.85С № 3. Установлено, что причиной аварии послужило разрушение правого подкоса подвески стрелы в районе сварного шва нижнего коуша (рис. 1.15). Подкос стрелы был выполнен с отклонением от тре­ бований чертежа в части приварки верхнего и нижнего коушей. В месте начала разрушения 30% всей площади приходилось на сварочный шов и 70% — на основной металл. При изучении из­ лома (при 24-кратном увеличении) установлено, что поверх­ ность трещины носит усталостный характер.

Причиной зарождения усталостных трещин на внутренней поверхности по всему периметру шва явилось наличие большого количества дефектов шва в виде горячих трещин по линии сплавления, а также подрезов и «есплавлений кромок шва. Дальнейшее развитие сквозных и несквозных усталостных тре­

Рис. 1.14. Схема излома зуба венца экс­ каватора ЭШ 100.100 (т= 60 мм, z= =312):

1 — свежий излом; 2 — области ранее образо­ вавшихся трещин

Рис. 1.15. Узел подвески стрелы экска­ ватора ЭШ 40.85:

1 —•вант; 2 — проушины вантов; 3 — нижний коуш; 4 — переходной конус; 5 — разрушенный сварочный шов; 6 — труба подкоса

щия от внутренней поверхности шва происходило под действием рабочих напряжений.

Для предотвращения подобных аварий завод-изготовитель усилил подвеску стрелы, использовав четыре подстраховочные ванта подкосов. Одновременное натяжение ванта в каждом под­ косе — через коллектор до усилия 500 кН.

Из причин эксплуатационного характера следует отметить нарушение режима смазки (применение смазочных материалов, непредусмотренных картой смазки, несвоевременная замена зимней смазки на летнюю), несоблюдение сроков остановки экскаваторов на ремонт и неправильность или несвоевремен­ ность наладки параметров электрических машин, особенно при­ водов поворота, что вызывает поломки валов, зубчатых колес поворотного механизма, возникновение трещин и преждевремен­ ное ослабление заклепочных соединений в поворотных платфор­ мах и др.

Низкая квалификация машиниста нередко приводит к тому, что в процессе экскавации происходит зашкивление канатов, удары ковша о стрелу и его «растяжка», которая может послу­ жить причиной падения последней.

Конструктивные особенности рабочего оборудования, меха­ низма хода и металлоконструкций шагающих экскаваторов тре­ буют качественной подготовки горной массы и трассы для ша­ гания. Несоблюдение этих условий также вызывает отказы.

Возникновение отказов зачастую происходит в периоды низ­ ких температур. При этом не всегда правильно организуется эксплуатация экскаваторов. Границы надежной работы шагаю­ щих экскаваторов .находятся в пределах от +20 до —40 °С. В эимняЯ^вер^олГ частота отказов экскаваторов возрастает по лсравяёнию с летним в 1,4—1,6 раза. При резко выраженной от­ рицательной температуре (ниже —45 °С) порог хладноломкости тех марок стали, которые в настоящее время используют в экскаваторостроении, снижается. Изготовление ряда деталей и узлов мощных экскаваторов из хладостойких марок стали, обес­ печение экскаваторов специальными смазочными материалами и рабочими жидкостями для гидросистем значительно снизило число отказов в зимнее время.

Таким образом, причины отказов механической части экска­ ваторов имеют различный характер, проявляются неодинаково и для разработки мероприятий по их предотвращению необхо­ дим детальный анализ каждой из них.

В электрической части экскаваторов возникают два вида от­ казов — постепенные (изнашивание) и внезапные.

Знание закономерностей распределения отказов в системе экскаваторного электрооборудования позволяет предвидеть часть отказов из-за изнашивания и своевременно принимать ме­ ры по их предупреждению.