Эффективность методов повышения работоспособности несущих узлов горнотранспортной техники в условиях низких температур
Эффективность методов повышения работоспособности несущих узлов горнотранспортной техники в условиях низких температурВ.Е. Михайлов, О.И. Слепцов
Институт физико-технических проблем Севера СО РАН, г. Якутск
Анализ статистики отказов экскаваторов и самосвалов, работающих на Нерюнгринском угольном разрезе ОАО ХК «Якутуголь» позволил выявить наиболее характерные разрушения. Статистика отказов показывает, что разрушения несущих сварных узлов техники в первоначальное время происходили из-за конструктивных недостатков. Затем по мере их ремонта возникли проблемы с технологией ремонтной сварки и конструктивной доработки. В настоящее время основной причиной отказов сварных конструкций, работающих в условиях динамического нагружения, является усталость при низких климатических условиях. Исходя из этого, решено рассмотреть эффективность некоторых дополнительных видов обработки сварных соединений с целью повышения их ресурса в условиях динамического нагружения.
Основываясь на изучении причин отказов, предложена комплексная технология ремонта сваркой несущих узлов с проверкой качества выполненных работ при помощи неразрушающих методов контроля. Данная комплексная технология ремонта включает в себя различные технологические способы повышения механических свойств сварных соединений и их усталостной прочности в условиях гармонического и повторного ударного нагружения при низких температурах. Наиболее часто образуются трещины в боковых швах в корпусе передней стенки, на основании передней стенки, в местах приварки проушин, на швах по коробчатым поясам ковша экскаватора ЭКГ-20. Трещины также появляются на стенках, полках балок рукояти и поперечины в местах швов, где наблюдается переход жесткости, а также сколы зубьев рейки. На раме автосамосвала БелАЗ-75306 часто наблюдается образование трещины в шве кронштейна крепления передней подвески, на нижней полке лонжерона в области U-образной балки, на стенке лонжерона в шве накладки нижней распорной трубы, на полке и стенке лонжерона в области крепления насосов, на месте крепления проушины к распорной трубе и др.
При конструктивной доработке узлов необходимо выбирать рациональные решения, обеспечивающие минимальную концентрацию напряжений:
обеспечивать плавное изменение сечения элементов и избегать входящих углов и надрезов;
избегать резкого изменения поперечного сечения или жесткости элементов конструкции;
по возможности применять стыковые соединения вместо соединений внахлестку с угловыми швами;
избегать применения прерывистых швов;
обеспечивать плавный переход от поверхности углового шва к поверхности основного металла; соотношение размеров катетов угловых швов следует принимать; для фланговых швов 1:1, для лобовых 1:1,5; при этом больший катет необходимо направлять вдоль усилия, воспринимаемого лобовым швом;
высота угловых швов должна быть не менее 4 мм и не более 1,2 h, где h - наименьшая толщина, соединяемых элементов;
расстояние между сварными швами не делать менее 10 h;
количество стыков в растянутых элементах необходимо по возможности ограничивать и размешать их в зонах, где переменные напряжения имеют минимальное значение.
Отремонтированные узлы рамы, подверженные высоким рабочим напряжениям, могут быть усилены постановкой накладок или косынок.
Термоциклирование (ТЦО). Целенаправленное изменение структуры и уровня остаточных напряжений в металле в результате многократных циклов фазового перехода при нагреве и охлаждении позволяет улучшать механические свойства, повышать ударную вязкость около- шовной зоны сварных соединений из низколегированных сталей. Для совершенствования структуры и свойств сварных соединений из низколегированных сталей необходимо, чтобы верхняя температура цикла ТЦО находилась как минимум в межкритическом интервале температур Ас1 - Ас3 , а нижняя температура лежала несколько ниже АГ1. Рекомендуемый режим ТЦО для низколегированных сталей и их сварных соединений является нагрев на 50-70° выше Ас1 с последующим охлаждением на воздухе до температуры на 30-50° ниже Аг1. Число термоциклов определяют экспериментально по измельчанию крупнозернистой структуры околошовной зоны и снижению степени структурной неоднородности сварного соединения.
Была проведена термоциклическая обработка сварных соединений из низколегированных сталей 10ХСНД, 14Х2ГМР и 20НгМф в межкритическом интервале температур Ас1 - Аг1 с вариантами количества циклов один, три и пять. Удельная энергия работы разрушения (МПа) низколегированных сталей 10ХСНД, 14Х2ГМР, 20НГМФ, их сварных соединений, а также после их термоциклирования приведена на таблице 1.
Таблица 1. Удельная энергия работы разрушения
| Исходное состояние | Низколегированные стали | ||
| 20НГМФ | 14Х2ГМР | 10ХСНД | |
| основной материал | 111,53 | 174,06 | 129 |
| сварное соединение | 72,53 | 97,24 | 94,06 |
| 1 цикл | 101,19 | 112,5 | 96,84 |
| 3 цикла | 110,45 | ||