Повышение износостойкости штоков и цилиндров гидростоек механизированных крепей

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 628.285:621.182.56(574.3)

Повышение износостойкости штоков и цилиндров гидростоек механизированных крепей

Г.С. Жетесова, д.т.н., профессор,

О.М. ЖАРКЕВИЧ, к.т.н., доцент,

Е.А. ПЛЕШАКОВА, докторант, ассистент,

Карагандинский государственный технический университет, кафедра ТМ

Механизированная крепь эксплуатируется в специфических условиях, обусловливающих повышенные требования к их надежности, удобству обслуживания в условиях циклических нагрузок и специфической среды, характеризующейся повышенной влажностью и запыленностью воздуха, агрессивностью шахтных вод, неоднородностью и абразивностью пород и угля, стесненного рабочего пространства [1, 2, 3].

На протяжении ряда лет конструкторы и технологи Карагандинского завода РГТО занимаются проблемой ремонта и повышения износостойкости цилиндров и штоков гидростоек механизированных крепей. После многих проб и ошибок технология упрочнения поверхности у цилиндров и штоков, разрешалась по-разному.

Для повышения износостойкости цилиндров завод РГТО производит изготовление цилиндра (рисунок 1) с хромированием внутренней поверхности, что в процессе работы позволяет избежать сильной коррозии.

После выхода из строя гидростойки цилиндры во многих случаях не ремонтируются, т.к. внутренняя поверхность находится в смазке и таких существенных дефектов, как у штока, не возникает. Появляется только налет коррозии на поверхности цилиндров (рисунок 2), который удаляют с помощью полирования поверхности до полного выведения следов коррозии, а при обнаружении трещин на сварных швах их разделывают и заваривают, а цилиндры проверяют гидроиспытанием на герметичность [2].

Рисунок 1 - Цилиндры механизированной крепи 2ОКП70К с хромовым гальванопокрытием

Рисунок 2 - Цилиндры механизированной крепи 2ОКП70К без хромового гальванопокрытия со следами коррозии

Гидростойка в механизированной крепи располагается в вертикально-наклонном положении с выдвинутым наполовину штоком.

Именно та поверхность штока, которая находится снаружи цилиндра подвергается сильным дефектам со стороны действующих факторов: шахтная вода; содержание влаги в воздухе; работа в условиях воздействия газов; высокая запыленность воздуха и др.

Под действием этих факторов происходит интенсивный износ штоков (рисунок 3), который приводит к отклонениям от номинальных параметров, рабочих характеристик и выхода из строя сборочного узла гидростойки.

Рисунок 3 - Износ штоков

Согласно ГОСТ 52152-2003 рабочие трущиеся поверхности штоков, корпусные детали гидрооборудования и детали, имеющие гнезда для присоединения рукавов, ниппелей и другой арматуры, должны иметь износостойкое антикоррозионное покрытие по ГОСТ 9.104.

По результатам осмотра и замеров детали и неразборные узлы по видам дефектов сортируются на три группы:

- группа А - детали, сохранившие свои первоначальные размеры или имеющие износ, величина которого не превышает поле допуска размера;

- группа Б - детали, подлежащие восстановлению;

- группа В - детали, имеющие критические дефекты, т.е. восстановление которых технически невозможно или экономически нецелесообразно.

Шток может иметь следующие виды дефектов:

группа Б:

- забоины на зеркале штока;

- износ резьбы;

- деформация проушины;

- нарушение хромового покрытия;

- изгиб штока:

группа В:

- излом штока;

- изгиб штока [2].

Гидростойки механизированной крепи работают в забое в сложнейших условиях и с большими механическими нагрузками.

Механические нагрузки, возникающие в крепи, определяются характером рабочего процесса, инерцией перемещающихся масс, трением в кинематических парах [4]. Рассмотрим подробнее сложные условия работы гидростоек механизированных крепей.

Шахтная вода в зависимости от пород разрабатываемого месторождения может быть очень агрессивной. Это связано с тем, что в ней находятся кислоты и щелочи, вызывающие интенсивную коррозию металла штока. Агрессивное воздействие шахтных вод усиливается абразивным воздействием частиц породы и полезных ископаемых, находящихся в воде во взвешенном состоянии.

Проникая с шахтной водой между трущимися поверхностями деталей (поршень-цилиндр, шток-втулка), эти частицы вызывают абразивный износ и коррозию (рисунок 4).

Содержание влаги в воздухе свыше 70% вызывает атмосферную коррозию металла, а образование пленок окислов интенсифицирует процесс механического изнашивания (возникает коррозионно-механическое изнашивание) [5]. Попадание влаги в невлагостойкие консистентные смазки образует с ними эмульсии, что снижает смазывающие свойства. К этому же приводит и попадание влаги в жидкие масла. Некоторые гидростойки механизированных крепей работают в условиях воздействия газов, выделяющихся при самовозгорании углей. Газы ускоряют процесс коррозионного изнашивания. Высокая запыленность воздуха возникает при разработке и перевалке сыпучих и мягких пород в условиях сухого воздуха, действия ветра. Пыль, проникая в смазочные системы гидростойки, загрязняет смазку. Ее твердые частицы, попадая вместе со смазкой на трущиеся поверхности гидростойки (поршень-цилиндр, шток-втулка), царапают их, вызывая механическое (абразивное) изнашивание [6].

К вредным процессам относятся молекулярные взаимодействия трущихся деталей, приводящие к схватыванию сопрягаемых поверхностей, задирам и вызывающие их изнашивание в процессе последующей приработки (рисунок 5).

Рисунок 4 - Абразивный износ и коррозия штоков механизированных крепей

Рисунок 5 - Задир на штоке

шток крепь механизированный коррозия

При работе гидростойки механизированной крепи помимо разрушений происходит постепенное изменение геометрических размеров и свойств рабочих поверхностей деталей, вследствие чего увеличиваются зазоры подвижных и уменьшаются натяги в неподвижных соединениях, нарушается взаимное положение деталей, ухудшается работа штока в гидростойке механизированной крепи.

Как отмечалось ранее, для повышения износостойкости и защиты штоков и цилиндров гидростоек механизированных крепей используют хромирование. Однако хромирование имеет ряд недостатков: высокая пористость покрытия, наличие в осаждающемся слое напряжений растяжения, возможность восстанавливать детали с относительно небольшим износом, снижение на 30-40% усталостной прочности сталей [7]. В ходе эксплуатации это приводит к отслаиванию, шелушению покрытия поверхности, задирам, царапинам, коррозии. Для устранения этих недостатков предлагается использовать ионно-плазменное напыление покрытий на поверхностный слой штоков и цилиндров гидростоек механизированных крепей, которое повышает износостойкость и продлевает срок службы [8].

Нанесение покрытия осуществлялось на установке Булат-3. В качестве наносимого покрытия были использованы TiN, TiCN, TiAlN. На основе корреляционного анализа были подобраны оптимальные параметры ионно-плазменного нанесения покрытия (таблица 1).

Параметром, определяющим износостойкость покрытия, является интенсивность изнашивания. В результате ионно-плазменного нанесения было установлено, что наименьшей интенсивностью изнашивания обладает TiAlN - покрытие (рисунок 6).

Рисунок 6 - Интенсивность изнашивания ионно-плазменных покрытий

Также помимо интенсивности изнашивания были определены другие физико-механические параметры покрытия (таблица 2).

В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что при указанных выше параметрах ионно-плазменного напыления наиболее износостойким и прочным является TiAlN-покрытие. Однако поскольку штоки и цилиндры гидростоек не испытывают повышенных температур, можно применять и TiN-покрытие, которое значительно дешевле и которое будет обладать необходимой износостойкостью в течение всего срока эксплуатации гидростоек механизированных крепей.

Таблица 1 - Оптимальные параметры ионно-плазменного нанесения покрытия

Таблица 2 - Параметры ионно-плазменного покрытия

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Техническое обслуживание и ремонт горного оборудования: Учебник для нач. проф. образования / Ю.Д. Глухарев, В.Ф. Замышляев, В.В. Кармазин и др.; Под ред. В.Ф. Замышляева. М.: Издательский центр «Академия», 2003. 400 с.

2. Боярских Г.А. Надежность и ремонт горных машин. Екатеринбург: УГГУ, 2003. 340 с.

3. Руководство по капитальному ремонту гидроцилиндров. РКГ.00.000 РК. Караганда, 2000. 20 с.

4. Чичинадзе А.В. Основы трибологии (трение, износ, смазка). М.: Машиностроение, 2001. 276 с.

5. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. 2004. 457 с.

6. Клорикьян С.Х., Старичнев В.В., Сребный М.А., Лебедеа А.Д., Солопий И.С., Маршак С.А. Машины и оборудование для шахт и рудников (Справочник). М.: Машиностроение, 2000. 245 с.

7. Михайлов А.А. Обработка деталей с гальваническими покрытиями. М.: Машиностроение, 2000. 240 с.

8. Соснин Н.А., Ермаков С.А., Тополянский П.А. Плазменные технологии. Сварка, нанесение покрытий, упрочнение. М.: Машиностроение, 2008. 356 с.

Размещено на Allbest.ru