Ресурсосберегающая технология изготовления зубчато-реечных движителей очистных комбайнов

УДК 622.232

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗУБЧАТО-РЕЕЧНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ

Л.В. Лукиенко, А.М. Козлов, В.В. Исаев

Проведён анализ технологических особенностей производства зубчатореечных движителей очистных комбайнов и представлены рекомендации по совершенствованию их изготовления.

Ключевые слова: очистной комбайн, зубчатое колесо, реечный тяговый орган, технология изготовления.

При проектировании реечных тяговых органов для перемещения очистных комбайнов [1] конструкторам приходится решать сложную многофакторную задачу, при решении которой вопрос технологичности изготовления зачастую уходит на второй план. Между тем, именно этот вопрос играет первостепенную роль при организации производства разработанной конструкции.

Как известно, показатели качества, характеризующие точность машины, обеспечиваются соответствующими показателями точности отдельных деталей, входящих в сборочные единицы. Все точностные и прочностные показатели качества продукции обеспечиваются соответствующей технологией.

Главными источниками погрешностей при изготовлении зубчатого колеса и рейки являются следующие: неодинаковые линейные размеры и объемы различных частей деталей, что особенно важно при использовании тепловых технологических процессов; недостаточная надёжность колеса и рейки, приводящая к прогибам под действием внешних сил и термической обработки; фазовые превращения структуры при термическом воздействии - изменение удельного объёма сердечнике детали; изменение удельного объёма поверхностного слоя при образовании закалочных структур; погрешности размеров и формы деталей после механической обработки; напряжённое состояние материала детали: глубина и степень механического наклёпа; полная или частичная релаксация остаточных напряжений, возникающих в ходе заготовительных операций (прокатка, ковка, штамповка).

Поэтому, целью данной работы было на основе проведения качественной оценки нескольких конструктивных вариантов зубчато-реечных движителей очистных комбайнов с точки зрения технологичности их изготовления разработать рекомендации по применению наиболее технологичного способа их изготовления.

Анализу были подвергнуты движители конструкции ОАО «Объединённые машиностроительные технологии» и Подмосковного НИУИ -всего три конструкторских варианта.

27

Рейка комбайнового движителя РКД (шаг зацепления 138 мм, угол зацепления 80) (рис. 1) представляет собой полосу проката толщиной 60 мм из стали 35ХГСА, из которой плазменной резкой сформирована секция зубчатой рейки длиной 1100.. .1900 мм, оснащённая по краям крепёжными отверстиями. Из секций рейки монтируют реечный став посредством последовательного соединения с помощью П-образных проушин, закреплённых на навесном оборудовании скребкового конвейера.

Рис. 1. Рейка комбайнового движителя РКД

Фиксация звеньев реечного става от осевого смещения в ходе эксплуатации осуществлена посредством пальцевых фиксаторов, снабженными шплинтами. Таким образом, затраты на механическую обработку зубчатого модуля звена рейки комбайнового движителя РКД минимальны.

Конструкция предполагает использование для изготовления реечного звена улучшенной среднелегированной стали 35ХГСА ГОСТ 4543-88; либо возможности замены на сталь 45 ГОСТ 1050-88 или 30Г ГОСТ4543-88. В качестве исходной заготовки предложим листовой материал, толщиной 60 мм, полученный в виде горячекатанного проката обычной точности в нормализованном состоянии с твёрдостью 280-321 НВ.

Сталь 35ХГСА обладает достаточно высокой прокаливаемостью и поэтому после изготовления рейки необходимо провести улучшение для получения структуры зернистого сорбита с твёрдостью порядка 280-321 НВ, что нельзя гарантировать, применяя в качестве заменителя конструкционные стали 45 и 30Г.

Следует отметить, что особенностью стали 35ХГСА, которая достаточно хорошо обрабатывается резанием, является зависимость предела выносливости от предела прочности, причём, с повышением предела прочности уменьшается предел выносливости высокопрочных сталей. Изготовление реечного звена осуществляется методом плазменной резки из полосы соответствующего размера, позволяющей получить одновременным раскроем за один ход плазмотрона несколько заготовок звеньев, при незначительных потерях отходов в основном в виде расплавленного металла.

Применение плазменной резки при высокой плотности и мощности излучения позволяет обеспечить высокопроизводительную интенсивную

технологию резки путём нагрева металла до точки плавления и его выдувания из зоны резания, что позволяет получать высокое качество поверхности реза. Причем ширина реза составляет порядка 2 мм, практически не зависит от рода металла и уменьшается с увеличением скорости резки. Параметр шероховатости поверхности реза Я2< 40 мм., причем при резке толстолистовых сталей величина верхней кромки почти не зависит от толщины металла, тогда как у нижней кромки величина доходит до 80 мм. Поэтому для получения высококачественных резов с отсутствием грата приходится заранее отрабатывать технологическую настройку инструмента, доводя параметры резания до оптимальных значений для выбранного материала и его толщины. Этот факт не снижает достоинств процесса изготовления звеньев рейки в условиях мелкосерийного производства, позволяя значительно экономить расход конструкционного материала. После вырезки заготовка подвергается улучшению когда структура состоит из продуктов распада мартенсита, что дает эффект сочетания высших прочностных и пластичных свойств металла рейки, а, следовательно, её высокие эксплуатационные показатели.

Рейка 3БСП (рис. 2) (шаг зацепления 100 мм, диаметр цевок 50 мм) [2], разработки Подмосковного НИУИ, нашла достаточно широкое распространение на шахтах России и стран СНГ для перемещения лёгких очистных комбайнов.

2 1

Рис. 2. Рейка 3БСП (1 - борта рейки, 2 - цевки,

3 - соединительные отверстия)

Она состоит из двухполозной направляющей угловой конструкции специального профиля, которая при работе воспринимает силу тяжести перемещаемого комбайна. В вертикальных бортах этих направляющих выполнен ряд чередующихся отверстий с шагом 100 мм, в которых закрепляются сваркой полуавтоматической в среде углекислого газа цилиндрические цевки рейки. Нижний пояс, рассматриваемой угловой конструкции усилен полосой металла по всей длине рейки для восприятия усилия подачи очистного комбайна закреплённой на корпусе сваркой. Кроме того, короткая полка угловой направляющей подвергается с рабочей стороны плазменной закалке на глубину 1-2 мм до ИЯС 30...40 при Я2 320. Цилин-

29

дрические отверстия, выполненные по краям направляющей угловой конструкции, предназначены для соединения секций между собой при сборе реечного става.

Общая длина реечного става, сформированного из цевочных реек 2УКПК (шаг зацепления 100 мм, диаметр цевок 50 мм, материал цевок -сталь 40Х), предназначенных для перемещения тяжёлых очистных комбайнов, формируется из отдельных звеньев, скреплённых между собой замком специальной конструкции, который закреплён на навесном оборудовании скребкового конвейера. Звено рейки 2УКПК изготовлено из двух полос, соединённых между собой в две параллельные направляющие, расстояние и параллельность между которыми обеспечивается мерными по длине и короткими по ширине пластинами, а жесткость направляющей, расположенной по завальной стороне конвейера - продольной пластиной приваренной перпендикулярно по нижнему поясу и снабженной ребрами жесткости в виде треугольных косынок. Противоположная (забойная) направляющая усилена гнутым профилем в виде тупого уголка, одной стороной приваренного непосредственно к направляющей. Пальцы рейки установлены в гнёзда направляющих и зафиксированы сваркой.

Для соединения звеньев в общую рейку сконструирован замок («рычаг»), снабженный двумя пальцами закрепленными в направляющих и двумя отверстиями, для связи со стыкуемыми звеньями. Внутренняя часть замка имеет пластину жесткости, снабженную четырьмя ребрами с отверстиями для центровки с отклонением от соосности не более 0.5 мм. Противоположная, наружная полка замка снабжена полосой жесткости в два раза больше толщины и имеющей сложную фигуру контура, к которой с внешней стороны приварена одна центрирующая втулка, также достаточно сложной формы и закрепляемая сваркой в строго определённом положении относительно базовой детали. Пальцы замка представляют собой ступенчатый валик с буртами для фиксации направляющих и связанных с ними сваркой.

Для реек 3БСП и 2УКПК, где используется электродуговая сварка в защитных газах и ручная электродуговая покрытым электродом, имеет место наличие достаточно широкой зоны термического влияния сварного шва. Это способствует появлению сварочных деформаций и напряжений во время процесса производства самих работ, и, что особенно существенно, после полного остывания соединения. Кроме того, температурные поля оказывают непосредственное влияние на металлургические процессы при сварке, что сказывается на прочности. Поэтому сварку высокопрочных сталей следует сопровождать предварительным, сопутствующим и последующим подогревом свариваемых деталей для получения более надёжного соединения столь ответственной конструкции рейки.

Говоря об изготовлении каркасной сварной металлоконструкции не следует забывать о том, что при её сборке необходимо обеспечивать сим-

метрию и взаимные перпендикулярность и параллельность полок и стенок, прижатие деталей друг к другу и последующие закрепление прихватами, а затем контрольную операцию и только потом окончательную сварку всей конструкции. Для фиксации заготовок при сборке сварных коробчатых конструкций приходится использовать сборочные кондукторы специального назначения.

При производстве реек 3БСП и 2УКПК требуется изготовление нескольких специальных конструкций кондукторов и стапелей, что существенным образом удорожает стоимость конечного продукта и снижает его технологичность.

Звено зубчатой рейки 8БСП (рис. 3) , изготовлено из стали 25 ГСРД методом пластического деформирования. Причём направляющие и зубья выполнены как единое целое. Перегородки между зубьями, в виде технологического напуска приходится выфрезеровывать для придания заготовке рабочей формы.

Рис. 3. Рейка 8БСП

Проведённый конструктивный анализ позволяет сделать вывод о том, что наиболее технологичной является последняя рассмотренная конструкция. К её основным достоинствам можно отнести: рейка формируется методом проката с соблюдением требуемой параллельности направляющих формой самого инструмента. Зубья являются единым целым с направляющими и благодаря особенностям деформационной структуры самого металла в местах соединения зуба с направляющей, обеспечивается эксплуатационная надёжность крепления. Легированная сталь 25ГСРД относится к хорошо деформируемым в горячем состоянии и хорошо сваривающимся материалам. Сама гребёнка после пластического деформирования требует минимум механической обработки со снятием стружки. Да и необходимость в удалении перегородок фрезерованием может быть заменена вырубкой на ковочном молоте.

Таким образом, конструкция рейки 8БСП имеет ряд преимуществ с технологической точки зрения перед рейками РКД, 3БСП и 2УКПК, обладает гораздо меньшей себестоимостью, а процесс её изготовления может

быть максимально механизирован, что позволит обеспечить наибольшую производительность труда.

Характеристики реечных ставов

Наименование показателя Тип тягового органа

3БСП 2УКПК ркд 8БСП

Шаг зацепления, мм 100 100 138 100

Масса звена, кг 170 6 7 6 5 35..77 46

Погонная масса, кг/м 90,4 61,5...58 69,8..73,4 36

Длина сварных швов, мм 2512..5966 3768..7536 - без учета крепления 1200

Момент сопротивления сечения, мм3 12270 12270 80000 17740

Ориентировочный ресурс, тыс.т. 800 800 3000 1200

Коэффициент использования металла 0,83 0,85 0,88 0,97

Материал цевки/зуба 40Х 40Х 30ХГСА 25ГСРД

Наибольшая точность размеров приводного колеса соответствует девятому квалитету. Наличие шлицевого внутреннего контура ступицы и эвольвентного зуба венца несколько снижает технологичность конструкций, так как изготовление этих поверхностей требует применение малопроизводительных долбёжных операций. Коэффициент использования материала составляет порядка 68-70%, что можно считать приемлемым для условий мелкосерийного производства.

Изготовление зубчатого колеса осуществляется из цементуемой стали 20Х2Н4А ГОСТ 4543-88 . Причем заготовкой является диск, полученный горячей объёмной штамповкой. Несколько снижает технологичность изготовления приводного колеса необходимость проведения цементации всей детали и последующей её термической обработки для получения твердости поверхности зуба и шлицев порядка ИЯС 57-63. Указанный вид термической обработки несущественно влияет на изменение шероховатости исполнительных поверхностей детали и не требует последующей отделочной механической обработки.

Таким образом, сравнивая технологию изготовления реечного звена и приводного колеса с изготовлением аналогичных деталей [3] можно отметить явные преимущества описанной нами технологии.

Список литературы

1. Стационарные и тормозные режимы работы бесцепных систем

перемещения очистных комбайнов / В.А. Бреннер, К.А. Головин, Т.В. Ковалёва, Л.В. Лукиенко, А.Е. Пушкарёв. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. 220с.

2. Геллер Б.М., Лукиенко В.Г., Семёнов Ю.Н. Бесцепные системы подачи очистных комбайнов - М.: Недра, 1988. - 152 с.

3. Мирошниченко О.А. Технологическое обеспечение элементов колёсно-реечных движителей: дис. ... ДонНТУ, Донецк, 2010.

Лукиенко Леонид Викторович, д-р. техн. наук, доц., зав. кафедрой «Техническая механика», Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева,

Козлов Александр Михайлович, канд. техн. наук, доц., akozlovadialog.nirhtu.ru, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева

Исаев Владимир Владимирович, аспирант, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева

RESOURCE-SA VING MANUFACTURING TECHNOLOGY CHAINLESS HA ULAGE SUSTEMS OF SHEARER LOADERS

L.VLukienko., A.M. Kozlov, V.V. Isaev

In work the analysis of technological features ofproduction of rack and pinion systems for shearer loaders is carried out and recommendations about improvement of their production are submitted.

Key words: shearer loader, pinion, rack, manufacturing technology.

Lukienko Leonid Viktorovich - dr.techn.sc., associate professor, the chief of the chear “Technical mechanics ”, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,

Kozlov Aleksandr Mihailovich - kand. techn.sc., associate professor, the docent, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,

Isaev Vladimir Vladimirovich - post graduate student, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University