Научный задел. Проблема изнашивания рабочего инструмента горного оборудования широко встречается на любом предприятии, связанным с добычей, переработкой и транспортировкой полезных ископаемых, поэтому попытки найти решение данной проблемы довольно часто встречаются в научных исследованиях Санкт-Петербургского горного университета.

Текущее состояние. Износ рабочего инструмента карьерных экскаваторо – наиболее часто встречаемая проблема на любом горнодобывающем предприятии, приводящая к простоям оборудования, повышению эксплуатационных затрат. Зубья ковшей являются наиболее часто заменяемыми элементами у экскаваторов, срок службы которых, например, при разработке взрывной крупнокусковатой горной породы (гранит) может не превышать 3-4 дней активной работы. Интенсивному изнашиванию они подвергаются и при работе по мелкодисперсным грунтам.

Решаемая проблема. Исследуются закономерности процесса изнашивания коронок зуба ковша экскаватора, изготовленных из высокоуглеродистых хромомарганцевых сталей, в зависимости от работы по крупнокусковой (гранит после взрывных работ) и мелкодисперсной (карьерный песок) абразивной горной породе с целью установления сторон коронки, требующих повышения износостойкости.

Методы исследования. Объектом исследования являлись три изношенных коронки.

Для оценки степени пластической деформации поверхности коронки использовался ультразвуковой твердомер.

При помощи портативного анализатора проводился рентгено-флуоресцентный анализ состава исследуемых коронок для сопоставления с составом известных марок сталей.

Результаты исследования. Результаты исследования позволяют сделать вывод, что вид изнашивания, преобладающий во время работы зубьев ковша экскаватора в зависимости от разрабатываемой горной породы определяет наиболее изнашиваемую часть зуба: при работе по крупнокусковым скальным горным породам преобладающему изнашиванию подвергается нижняя часть зуба, а в случае мелкодисперсной породы – как нижняя, так и верхняя часть. Это обстоятельство играет важную роль в выборе технологического решения по повышению износостойкости зубьев.

Детали исследования. Согласно полученному в ходе рентгено-флуоресцентного анализа результату и его сравнения с табличными данными, наиболее вероятными материалами всех трех коронок являлись низколегированные хромомарганцевые высокоуглеродистые стали зарубежные аналоги наших сталей ШХ15СГ, ХГС и 18ХГТ, например, Cr9SiMn, 100CrMn6 и 20CrMnTi, упомянутые в каталоге производителей в качестве материалов, использующихся для изготовления коронок.

На основании детально проведенного анализа поверхностей изношенной коронки после работ по граниту – нижняя поверхность подвергается преимущественно абразивному виду изнашивания. В то же время, доминирующим видом изнашивания верхней поверхности является ударно-абразивный.

Несмотря на различие в преобладающих видах изнашивания обе поверхности упрочнились до одинакового уровня твердости (рисунок 2).

В случае верхней поверхности причиной наклепа ее металла является ударное воздействие перекатывающихся кусков гранита, в случае нижней – царапание поверхности острыми гранями кусков при движении по ним коронки, с наклепыванием дна царапин до максимально достижимого для данного материала уровня твердости. Поскольку наклеп замедляет интенсивность ударно-абразивного изнашивания металлов, не оказывая какого-либо заметного влияния на скорость абразивного изнашивания, верхняя поверхность изнашивается с существенно меньшей скоростью, чем нижняя, что приводит к нарушению симметрии зуба.

При контакте с песком – коронка осуществляет контакт с массивом мелких абразивных частиц, неспособных нанести повреждения ударного характера, поэтому на обеих поверхностях преобладает только абразивный вид изнашивания, при котором наличие наклепа поверхности не приводит к снижению скорости процесса. В этих условиях обе стороны коронки изнашиваются с близкой скоростью с сохранением симметричности формы коронки.

Заключение. Стоит отметить, что для более глубокого изучения особенностей изнашивания зубьев ковша экскаватора и математического моделирования процесса изнашивания требуется более детальное рассмотрение параметров движения ковша в процессе внедрения в массив горной породы.

Как пример одного из вариантов повышения износостойкости зубьев – обеспечение эффекта самозатачивания зуба во время работы, в результате которого осуществляется сохранение симметричности геометрического профиля коронки, необходимого для снижения нагрузки на инструмент и, как следствие, на рабочий привод экскаватора во время работы.