Ką ieškoti kasybos įrangos liejiniuose, skirtuose intensyviam darbui?

Pagrindinės mechaninės savybės, būdingos didelės apkrovos kalimo įrangos liejiniams

Tempiamasis stipris, takumo stipris ir nuovargio atsparumas ciklinės apkrovos sąlygomis

Lietavimai, naudojami kasybos įranguose, patiria žiaurius ciklinius apkrovas, ypač suskaldymo ir šlifavimo operacijų metu. Kai detalės sugenda, tai turi įtakos tiek įrangos veikimo laikui, tiek darbuotojų saugai vietos sąlygomis. Tempiamosios stiprybės reikšmė esminiu būdu nurodo, kiek svorio kažkas gali išlaikyti, kol visiškai nesulūžta. Takumo stiprybė – tai kitas matavimo rodiklis, kuris parodo, kada detalė pradeda nuolatiniu būdu lenktis ar deformuotis, o ne tik laikinai grįžti į pradinę formą. Šios savybės yra itin svarbios smulkintuvų rėmams, nes jie kasdien palaiko tonomis medžiagos. O kas dėl nuovargio atsparumo? Tai nustato, kaip patikimos lieka komponentų charakteristikos po daugkartinių ilgalaikių apkrovų. Dauguma gedimų iš tikrųjų prasideda nuo mikroskopinių defektų, o ne dėl to, kad visas medžiagos tūris vienu metu praranda savo nešamąją galia. Pavyzdžiui, pirminio smulkintuvo dalys per metus paprastai patiria apie pusę milijono apkrovos ciklų. Todėl medžiagos turi būti atsparios nuovargiui virš 400 MPa, kad tinkamai tarnautų. Komponentai, pagaminti su minimaliu ne metalinėmis priemaišomis (mažiau nei 0,5 %) ir vienodais vidiniais struktūriniais bruožais, įtrūkimus vysto daug vėliau savo tarnavimo laikotarpyje, todėl jų eksploatacijos trukmė yra ilgesnė, tuo pat metu išlaikant konstrukcinę vientisumą.

Atsparumas—dėvėjimuisi atsparumo pusiausvyra: kodėl abu šie parametrai yra neatsiejami kalimo įrangos liejiniams

Kasybos veiklai reikia medžiagų, kurios derina tiek smūgiui atsparumą, tiek nusidėvėjimui atsparumą – viena savybė paprastai nepakanka. Smūgiui atsparios medžiagos padeda liejiniams išlaikyti uolų smūgių poveikį, todėl kritiniai komponentai, tokie kaip krautuvo dantys, nesilaužo, kai į juos stipriai paveikia. Nusidėvėjimui atsparumas apsaugo nuo paviršiaus pažeidimų, kuriuos sukelia šiurkščios rūdos. Silicio turtingos medžiagos gali sunaikinti neužtikrintas paviršius maždaug po pusę milimetro per valandą. Per daug kietos medžiagos smūgio metu linkusios įskilti, o per minkštos – greitai nusidėvi. Austenitinė mangano plieno rūšis puikiai išlaiko šį balansą. Šie plienai paprastai pasižymi maždaug 200 džaulių kvadratiniame centimetre smūginio stiprio ir pradžioje turi apytiksliai 350 Brinelo kietumą. Tačiau jų ypatinga savybė yra tai, kad naudojant realiomis kasybos sąlygomis jų paviršius dar labiau sukietėja (virš 500 Brinelo). Šis derinys sumažina detalių keitimą maždaug 40 % srityse, kur įrenginiai labiausiai susidėvi, pvz., malūno apdailos viduje. Pagrindinė išvada? Tai, kaip medžiagos reaguoja į realaus pasaulio apkrovas, yra taip pat svarbu kaip ir tai, ką laboratorijos bandymai rodo apie jų pagrindines savybes.

Medžiagų pasirinkimas reikalaukantiems kalnakasybos įrangos liejiniams

Kovinės sferoidinės šakotosios geležies ir austenitinės mangano plieno palyginimas: našumas smulkintuvų rėmuose ir malūnų korpusuose

Pasirenkant medžiagas kalimo įrangos liejiniams nėra svarbu tik pasirinkti pigiausią ar lengviausiai prieinamą medžiagą. Svarbiausia – rasti tinkamiausią atitikmenį tarp medžiagos savybių ir to, ko įranga kasdien reikalauja atlikti. Kietasis lietinis geležis puikiai tinka malūnų korpusams, nes gerai slopina virpesius, lengvai apdirbamas frezuojant ir pakankamai atsparus dilimui bei kitoms eksploatacinėms apkrovoms. Jo ypatinga grafito struktūra suteikia natūralias tepimo savybes ir padeda sugerti smūgius, todėl susilietus su rūdos medžiagomis susidaro mažiau trinties pažeidimų. Kita vertus, daugelis smulkinamosios įrangos detalių labai priklauso nuo austenitinės mangano plieno. Šios detalės turi išlaikyti žiaurius kartotinius smūgius, neišsilydamos ir nesuskaldydamos. Austenitinio mangano plieno (AMP) vertė šioje srityje yra ta, kad jo paviršius smūgio metu užkietėja, pasiekdamas daugiau kaip 550 HB kietumą, tuo pat metu išlaikydamas lankstų vidų, kuris gali lenktis, neįtrūkdamas. Realūs bandymai parodė, kad tokie AMP rėmai veikia apytikriai tris kartus ilgiau nei panašūs kietojo lietinio geležies gamybos rėmai, kol pradeda matytis tikri dilimo požymiai; todėl jie yra būtini visose tų kalimo operacijų vietose, kur ypač svarbūs tiek smūgių sugerties, tiek paviršiaus atsparumo savybės.

Mn13 ir Mn13Cr2 lydinių darbo kietėjimo elgsena įbrėžiamosios diluojamosios apkrovos sąlygomis

Mn13 ir Mn13Cr2 plieno rūšys buvo specialiai sukurtos, kad atlaikytų įbrėžiamąjį dilimą, kuris iš tikrųjų yra pagrindinis šių detalių nusidėvėjimo būdas įranguose, tokiuose kaip kranų kaušai, konvejerų šluostukai ir dideli pirminiai smulkintuvų apdailos elementai. Kai eksploatuojant akmenys sminga į metalines paviršių, su šiais plienais įvyksta įdomus reiškinys: jie patiria taip vadinamą deformacijos sukeltą martensitinę transformaciją, dėl kurios jų paviršiaus kietumas per kelias valandas nuo darbo pradžios išauga nuo maždaug 200 HB iki daugiau nei 500 HB. Chromo modifikuotos versijos (Mn13Cr2) atveju padėtis dar pagerėja, nes mažos chromo karbido dalelės padeda užkirsti kelią mikropjovimo tipo dilimo procesams. Lauko bandymai parodė, kad dirbant su kvarco turtingomis rūdos rūšimis šis plienas pasižymi apie 30 % geresniu atsparumu dilimui lyginant su įprastu Mn13 plienu. Ką tai praktiškai reiškia? Detalės pirminėse smulkinimo operacijose tarnauja žymiai ilgiau – kartais net dvigubai padidėja jų tarnavimo trukmė tarp pakeitimų, o tai taip pat sumažina tuos erzinančius netikėtus gedimus, kurie visiškai sustabdo gamybą.

Realūs eksploatacijos sutrikimų režimai ir jų poveikis liejimo konstrukcijoms

Skilimai, plastinė deformacija ir nuovargio pradžia didelės įtampos veikiamuose išdėstymuose ir žandikaulio plokštėse

Trys pagrindinės problemos, kurias stebime didelės įtampos kasybos įrangos liejimuose, yra įtrūkimai, plastinė deformacija ir nuovargio pradžia. Pagalvokite apie tokias dalis kaip smulkintuvų išklotosios plokštės, žandikaulio plokštės ir milio pakėlimo plokštės, kurios kasdien patiria didžiausią apkrovą. Įtrūkimai dažniausiai susidaro, kai medžiaga staiga suyra veikiant smūgio jėgoms, ypač tose vietose, kur geometrija sukuria įtempimo taškus, pvz., aštriuose kampuose ar staigiuose storio pokyčiuose. Kai detalės deformuojasi plastine forma, tai dažniausiai vyksta dėl vietinių jėgų, viršijančių medžiagos galimybę jas išlaikyti. Tai būdinga vietoms, kur rūda yra prispaudžiama ir suspaudimas pasiekia maksimumą. Nuovargio problemos vystosi lėtai, laikui bėgant, per daugkartines apkrovos ciklus. Jos prasideda mažais įtrūkimais po paviršiumi, kurie kiekvieno sutankinimo veiksmo metu tampa vis didesni. Naujausiuose „Mining Reliability Report“ duomenyse pateikta įspėjamą informacija: daugiau nei 60 procentų ankstyvų detalių keitimų susiję su šiais susijusiais verslo mechanizmais.

Dabar dizaino sprendimai yra proaktyvūs, o ne reaktyvūs:

• Šiurkščių perėjimų pašalinimas siekiant sumažinti įtempimo koncentracijas
• Darbo kietėjimo lydinių, tokių kaip Mn13Cr2, nurodymas smūgiams linkusioms zonoms
• Suspaudimo liktinių įtempių įvedimas kontroliuojamu šautinio šlifuojimo būdu
• Skerspjūvių storio patvirtinimas įtempimo pagrindu atliekant baigtinių elementų analizę (FEA)

Šis nuo gedimų grindžiamas požiūris keičia liejimo gaminių projektavimą – nuo matmeninio atitikimo pereinant prie funkcionalios atsparumo; tai padidina komponentų tarnavimo trukmę pirminiuose smulkinimo įrenginiuose 30–50 %.

Našumo patvirtinimas ir taikomųjų sprendimų optimizavimas

Atvejo tyrimas: žandikaulio plokštės tarnavimo trukmės pratęsimas pirminiuose smulkinimo įrenginiuose naudojant Mn13Cr2 kalnakasybos įrangos liejinius

Geležies rūdos kasybos įmonė pakeitė įprastas Mn13 žandikaulio plokštes specialiai sukurtomis Mn13Cr2 liejamosiomis detalėmis pagrindiniuose giratoriškuose smulkintuvuose, kad geriau atlaikytų tiek smūgio pažeidimus, tiek abrazyvų dilimą. Šių naujų liejamųjų detalių veiksmingumą lemia jų gebėjimas greitai užkietėti, kai nuolat veikiami rūdos smūgių, dėl ko susidaro stipresnis išorinis sluoksnis, atsparus tiek lenkimo jėgoms, tiek mažų akmenų pjovimo veiksmams. Kai šis sprendimas derinamas su patobulintais formos elementais – storesnėmis skruostų plokštėmis ir į vidų pasvirusiais įkandimo profiliais – įtemptis išsklaidoma nuo vietų, kur dažniausiai prasideda įtrūkimai. Lauko bandymai parodė, kad įtrūkimų problema sumažėjo beveik 60 % pakartotinės apkrovos ciklų metu. Techninės priežiūros komandoms dabar reikia rečiau aptarnauti įrangą – aptarnavimo intervalai padidėjo apie 2,3 karto, todėl sumažėja netikėtų sustabdymų skaičius ir mažėja rezervinių dalių sandėliavimo sąnaudos. Analizuojant gautus rezultatus, aišku, kad teisingai parinkta metalų lydinio sudėtis konkrečioms taikymo sritims kartu su protingais, remiamais realiais mechaniniais procesais liejamosiomis detalėmis iš tikrųjų duoda naudos. Vietoje nedidelių, atskirų pagerinimų įmonės gauna reikšmingą ilgaamžiškumo padidėjimą, grindžiamą tvirtomis medžiagų mokslo ir inžinerijos principais.

DUK

Kokios yra pagrindinės mechaninės savybės, reikalingos kalimo įrangos liejiniams?

Būtinos mechaninės savybės apima tempimo stiprumą, takumo stiprumą ir nuovargio atsparumą. Kalimo įranga patiria ciklinius apkrovas, o šios savybės nulemia įrangos patikimumą ir ilgaamžiškumą tokiomis sąlygomis.

Kodėl svarbu pasiekti tinkamą kietumo ir dilimo atsparumo pusiausvyrą kalimo įrangoje?

Kietumas padeda įrangai išlaikyti smūgius nuo akmenų, tuo tarpu dilimo atsparumas apsaugo ją nuo paviršiaus pažeidimų, kurie kyla dėl grubaus medžiagų poveikio. Tinkama pusiausvyra užtikrina, kad įranga galėtų ištverti abi šias sąlygas be dažnų keitimų.

Kaip Mn13Cr2 plieno lydinys pagerina kalimo įrangos našumą?

Mn13Cr2 plieno lydinys pasižymi puikiu darbinio kietėjimo elgesiu ir atsparumu įbrėžiamajam dilimui. Lydinyje esantys chromo karbidai neleidžia mikropjovimo tipo dilimui, žymiai padidindami komponentų tarnavimo trukmę.

Kokios strategijos taikomos įprastų leidimo liejinių gedimų prevencijai kasyklose?

Sprendimai apima aštrius perėjimus pašalinant, kad būtų sumažinti įtempimų koncentratoriai, naudojant darbo kietėjimo lydinius, įvedant suspaudžiamąsias likutines įtempių būsenas ir patvirtinant pjūvio storį įtempimų pagrindu atliekant baigtinio elementų analizę.