Абразивний знос зубців
В результаті взаємодії з ґрунтом зубці зношуються, зменшуючись у розмірах та змінюючись формою. Найбільше зношування спостерігається по задній грані зуба і в меншій мірі - по передній грані і в бічних його частинах. Придатність зуба для подальшої роботи визначається його ступенем зношування по задній грані, в результаті якого зменшується його довжина I, а отже, і виліт 1. Зуб вибраковують, якщо його виліт стає менше подачі на зуб (довжини переміщення ЕТР за час, протягом якого роторне колесо повернеться на кут, що відповідає дузі між двома суміжними зубами, розташованими в одному ряду). Недотримання цієї умови експлуатації ЕТР призводить до швидкого зносу ковшів внаслідок взаємодії їх передніх крайок з грунтом. Одночасно погіршуються енергетичні показники процесу розробки ґрунту, оскільки кромки ковшів виконують дуже невигідну з погляду енергоємності роботу з відокремлення ґрунту від масиву лобовим руйнуванням.
Ще вищі вимоги щодо зносу пред'являються до бічних зубів. Характер їх зносу визначається різко вираженою асиметрією силової взаємодії зубів із ґрунтом. Граничним станом зносу бічних зубів вважають таке, при якому зуби перестають захищати зубчасті вінці роторного колеса від безпосереднього контакту з бічними стінками траншеї. Подальша робота з такими зубами призводить до зносу зубчастих вінців по торцях зубів і великих витрат енергії на подолання сил тертя вінців об бічні стінки. У щільних і мерзлих ґрунтах може наступити такий стан, коли вся енергія двигуна ЕТР витрачатиметься лише на подолання цих сил.
Під зносом прийнято розуміти поступове поверхневе руйнування матеріалувзаємодіючих тіл, що супроводжується відокремленням від них частинок. Якщо на поверхні, що труться, потрапляють дрібні частинки високої твердості або одне з сполучених тіл складається з таких частинок, то одержуваний в результаті взаємодії цих тіл знос називається абразивним. І тут знос відбувається дуже інтенсивно. Його фізична сутність полягає в тому, що твердий абразив у процесі взаємодії з тілами, що труться, залишає на їх поверхні подряпини, відокремлюючи таким чином частинки від цих тіл.
Грунти мають різний ступінь абразивності. Це залежить головним чином від твердості та крупності ґрунтових частинок. У найбільш часто зустрічаються піщаних і супіщаних ґрунтах високу твердість мають карбіди кремнію (800-1100 кгс/мм2 за шкалою Віккерса). Твердість сталей, з яких виготовляють екскаваторні зубці, становить 38-42 HRC\so, що відповідає 360-420 кгс/мм2 за шкалою Віккерса.
Чим більша різниця по твердості ґрунтових частинок та матеріалу зуба, тим інтенсивніше відбувається знос останнього.
В результаті зношування передня частина зуба отримує округлу форму в поздовжньому перерізі та в плані. Форма зносу залежить від фізико-механічних властивостей грунту і твердих частинок, що містяться в ньому, від матеріалу зуба та його орієнтації щодо забою, а також від співвідношення швидкостей різання і поздовжнього переміщення (подачі) ЕТР.
Взаємодія зношеного зуба з ґрунтом відбувається таким чином, що більша частина ґрунту відокремлюється від масиву і переміщається далі по передній грані в ківш, а в нижній частині ґрунт ущільнюється задньою гранню в масив. У тому й іншому випадку відбувається переміщення ґрунтових частинок щодо зуба. Інша картина спостерігається у проміжній зоні між передньою та задньою гранню. Частини, що примикають до цієї зониґрунти ущільнюються і утворюють ядро (2.10), яке переміщається в ґрунті разом із зубом, ніби доповнюючи його [4]. Для просування зубів із ущільненим ядром у ґрунті витрачається більше енергії, ніж для просування гострих зубів за інших рівних умов. Це головним чином виникненням значних за величиною сил тертя зовнішніх поверхнях ядра.
Як відзначалося, на форму зносу впливає співвідношення швидкостей подачі і різання. Таке співвідношення пропорційно куту б, який вимірюється від нульового до максимального значення на рівні осі роторного колеса і вище. Цей кут зменшує кут різання. При цьому безперервно змінюються зони найбільш інтенсивного зношування поверхні зуба. схема зносу задньої грані зуба припущення, що траєкторія руху ріжучої кромки розгорнута на площину.
З розглянутого випливає, що знос зубів надає шкідливий вплив на роботу ЕТР, який проявляється у двох формах: підвищеній витраті зубів, а у разі недотримання термінів їх заміни – у підвищеній витраті кишень та ковшів з відповідними витратами праці на їх заміну та у зниженні продуктивності ЕТР внаслідок інтенсивного зростання питомої енергоємності процесу копання.
Швидкість зношування зубів можна уповільнити, якщо застосувати для їх виготовлення матеріали високої твердості. Однак для застосовуваних в даний час у машинобудуванні металів і сплавів на їх основі з підвищенням твердості знижуються властивості, що характеризують їх стійкість до крихкого руйнування. Такі матеріали в чистому вигляді не придатні для виготовлення екскаваторних зубів, що працюють переважно у важких ґрунтових умовах при ударних навантаженнях. Щоб зменшити ймовірність тендітного руйнування зуба, його виготовляють із сталей 60С2 або 40Х, а передню граньармують твердим сплавом. Таке конструктивне виконання, однак, не позбавляє зуб місцевих вифарбувань, особливо в зоні ріжучої кромки.
Характер зношування армованого зуба відрізняється від зношування, розглянутого раніше. На межі з'єднання з твердим сплавом основний матеріал зуба зношується повільніше, ніж на інших ділянках поверхні. У цій зоні твердий метал захищає основний матеріал від зносу. При великій різниці твердостей складових елементів зуба після початкового приробітку форма його поздовжнього профілю стабілізується: задня грань у зоні основного матеріалу з точністю до кута б збігається з поверхнею її сліду в вибої, а затуплення зуба цілком визначається формою армуючого шару. У процесі взаємодії з ґрунтом зуб коротшає, але форма його зносу залишається незмінною. Таке явище називають ефектом самозагострення. З енергетичної точки зору це означає, що питома потужність розробки ґрунту залишається постійною протягом всього часу роботи ЕТР до повного зношування зубів.
Використання ефекту самозаточування стало предметом багаторічних досліджень багатьох науково-дослідних та конструкторських організацій. Працівниками ВНІІСТ було запропоновано кілька складів твердих сплавів для армування зубів шляхом наплавлення, з яких найбільше застосування мав сплав ВСН-6. До 1965 р. ці наплавлення були єдиним видом зміцнення зубів. Однак з розширенням області використання ЕТР (з переходом до цілорічного будівництва трубопроводів та перенесенням центру тяжкості будівництва на північ країни та в райони Західного Сибіру, де основний обсяг будівельних робіт виконується взимку) виникла проблема масової розробки мерзлих ґрунтів. Наплавлення ВСН-6 не забезпечували високої довговічності зубів. У цих складнихгеографічних умовах будівництва доставка вантажів та техніки дуже утруднена. Усе це зумовило подальші напрями розвитку науково-дослідних робіт зі створення надійних та довговічних зубів ЕТР. Були розпочаті роботи одночасно у двох напрямках: подальше вдосконалення твердосплавних наплавних матеріалів (ВНІІСТ) та розробка зубів, армованих металокерамічними твердосплавними пластинами (ВКВ «Газбудмашина» та ВНДІ твердих сплавів). Кардинальне вирішення проблеми слід шукати у створенні таких матеріалів, твердість яких дорівнювала або вище твердості абразивних частинок ґрунту — карбідів кремнію. Результатом першого напряму була комбінована наплавка ВСН-8 f51] з твердістю не менше 55HRC, а результатом другого - зубці, армовані пластинами з твердого сплаву ВК-15 [3, 6]. Твердість цього сплаву становила 1110 кгс/мм2 (за шкалою Віккерса), що дещо вище за твердість кварцових пісків (800—1100 кгс/мм2). Випробування зубів, армованих металокерамічними твердосплавними пластинами ВК-15, та подальша експлуатація підтвердили їхню високу зносостійкість. Швидкість зносу цих зубів у десятки разів менша за швидкість зносу зубів, наплавлених електродами ВСН-6.
Зуб, армований твердосплавною пластиною, складається з основного тіла, що називається державкою, та металокерамічної пластини, припаяної до державки.
При виготовленні зуба особливу увагу приділяють режиму його охолодження після напаювання, що забезпечує мінімальну залишкову напругу. Згідно з дослідженнями, проведеними в ВКВ «Газбудмашина» [6, 26], найкращі результати дає застосування припою JT62 з охолодженням після напаювання в індустріальній олії С-45 при температурі 20 ° С. Якщо цей режим буде порушено, то в з'єднаних пайкою елементах виникнутьзалишкові напруги, які, складаючись з робочими напругами в процесі розробки ґрунту, призводять до руйнування твердосплавної пластини.
В експлуатації ці зубці вимагають дбайливого ставлення до них. Так, не допускається завдавати ударів по пластині (наприклад, при установці зубів у кишені ковшів), щоб уникнути появи у пластині мікротріщин, які наблизять час її руйнування.
В даний час серійно виготовляють зуби трьох видів: для екскаваторів малої та середньої потужності ЕТР161, ЕР7АМ, ЕР7П, ЕР7Е, ЕТР204, ЕТР223 та ЕТР224 першого виду з наплавкою по передній грані електродами ВСН-6 або ВСН-8 (2.13, а виду з пластиною з металокерамічного твердого сплаву ВК-15 (2.13,6), для екскаваторів великої потужності ЕТР231, ЕТР253 - зубці третього виду, армовані металокерамнської твердосплавної пластиною ВК-15 (2.13, в). Товщина наплавленого шару становить не менше 6,5 мм, а довжина - 55 мм, що відповідає граничному лінійному зносу зуба. Пластина має в плані передньої частини закруглену форму. Товщина її поперечного перерізу зменшується у напрямку до хвостовика зуба.
. міцністьзуб'їв, а також назносдоцільно застосовувати як матеріали сталі руйнування кілець і тіл кочення; їхабразивнийзнос; освіта.
Для зменшення інтенсивногозносуабразивнихкіл необхідно застосовувати Особливо ефективні при прорізаннізуб'ївфрез, що відновлюються,абразивні.
Уабразивно-відрізній головці [51] використовують механізм компенсаціїзносукіл (105).Зубцідискових відрізних фрез діаметром 100-300 мм при товщині до 3 мм с.