Способ предотвращения роста трещин в корпусе тормозной балки шахтной подъемной установки

(51) 23 6/04 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ шахтной подъемной машины, за счет возможности предотвращения роста трещин в корпусе балки и усилении конструкции в целом. Сущность заявленного технического решения заключается в возможности восстановление после ремонта и усиление конструкции тормозной балки шахтной подъемной машины. Дисковые накладки закрепляются непосредственно на месте трещины при помощи сварки, симметрично относительно друг друга, а две накладки в форме сектора ребра закрепляются непосредственно на торце боковых граней при помощи сварки симметрично относительно друг друга. Все это позволит усилить конструкцию и препятствует образованию и росту трещин, которые вызывают ее разрушения. Использую данную методику можно создать новую конструкцию с повышенными механическими свойствами и сниженной металлоемкостью. Положительный результат технического решения является повышение эффективности ремонта,повышение прочности конструкции тормозных балок шахтных подъемных машин и снижение металлоемкости конструкции. Установка дисковых и секторных накладок не имеют никаких технологических трудностей, а так же продлевают безопасный срок эксплуатации шахтной подъемной установки.(72) Мехтиев Али Джаванширович Эйрих Виктор Иванович Югай Вячеслав Викторович Мехтиев Руслан Алиевич Алдошина Оксана Владимировна Ким Юрий Владимирович Нургалимов Мурат Сарсенбаевич Калиаскаров Нурбол Балтабаевич Ахметова Акку Суиндиккызы(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Карагандинский государственный технический университет Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ РОСТА ТРЕЩИН В КОРПУСЕ ТОРМОЗНОЙ БАЛКИ ШАХТНОЙ ПОДЪЕМНОЙ УСТАНОВКИ(57) Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для ремонта трещин и усиления конструкции в шахтной канатной подъемной установки, но также данный метод может быть использован и в любых других металлоконструкциях. Задача изобретения расширение технологических возможностей ремонта,повышение прочности конструкции и снижение расходов по металлоемкости тормозной балки 30777 Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для ремонта трещин в тормозной балке шахтной канатной подъемной установки, является способом ликвидации аварийно-опасных зон усталостного разрушения в конструктивных частях электромеханического оборудования при помощи элементов усиления, а также в любых других металлоемких конструкциях. Известны различные способы предотвращения роста трещин (А.с. СССР 1191247 МКП В 23 Р 6/04 1985), недостатком существующего способа является необходимость выполнения отверстий на концах трещин и дополнительных вокруг трещины. Такая операция сопряжена с определенными технологическими трудностями, так как отверстия приходится выполнять в корпусе тормозной балки имеющей значительную толщину стальной стенки 40 мм и более. Наиболее близким к заявленному решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способы предотвращения роста трещин в деталях (А.с. СССР 1222477 МКП В 23 Р 6/04 1986). Сущность способа заключается в закрепление на деталях накладки прямоугольной формы, которая размещается в непосредственной близости от образовавшейся трещины. Такой способ может быть использован при ремонте трещин расположенных в недоступных местах, накладка расположена рядом с трещинной и воспринимает на себя часть нагрузки. Данный способ не походит для ремонта тормозной балки шахтной подъемной установки по критериям нагрузок и надежности. Задача изобретения расширение технологических возможностей ремонта,повышение прочности конструкции и снижение расходов по металлоемкости тормозной балки шахтной подъемной машины, за счет возможности предотвращения роста трещин в корпусе балки и усилении конструкции в целом. Опираясь на опыты практических работ,выявлены основные дефекты элементов тормозной системы, которыми являются трещины в проушинах тормозных балок и повреждение втулок шарнирных соединений тормозных балок. На основе проведенных исследований разработано техническое решение, позволяющее существенно снизить риски возникновения этих неисправностей. Для ремонта, повышение прочности и снижение расходов по металлоемкости тормозной балки шахтной подъемной машины (и иных конструкций) необходимо выполнить последовательный порядок действий 1) при помощи прибора ИКН диагностируем напряжнно-деформированное состояния (НДС) конструкции определяет аварийно-опасных зоны усталостного разрушения для дальнейшего усиления при помощи элементов усиления Накладка и Ребро 2) снимаем диаграммы НДС и находим наиболее уязвимые участки с концентраторами механических напряжений 2 3) снимаем геометрические размеры конструкции 4) исследуем физика - механические свойства материала конструкции 5) с учетом полученных данных строим в программевиртуальную компьютерную модель 6) проводим исследования НДС виртуальной модели с учетом эксплуатационных нагрузок 7) сравниваем данные компьютерного моделирования и натурных исследований НДС 8) добиваемся адекватности виртуальной компьютерной модели конструкции и предварительно выбираем геометрические параметры элементов усиления 9) проводим эксперименты по усилению и окончательно выбираем геометрические параметры элементов усиления. 10) по данным изготовить и смонтировать элементы усиления в аварийно-опасной зоне усталостного разрушения в конструктивных частях электромеханического оборудования. Сущность заявленного технического решения заключается в возможности восстановление после ремонта и усиление конструкции тормозной балки шахтной подъемной машины. Дисковые накладки закрепляются непосредственно на месте трещины при помощи сварки, симметрично относительно друг друга, а две накладки в форме сектора ребра закрепляются непосредственно на торце боковых граней при помощи сварки симметрично относительно друг друга. Все это позволит усилить конструкцию и препятствует образованию и росту трещин, которые вызывают ее разрушения. Использую данную методику можно создать новую конструкцию с повышенными механическими свойствами и сниженной металлоемкостью. Одним из вариантов усиления конструкции может быть метод основанный на креплении дополнительных конструкций, принимающих часть нагрузки в усталостных частях оборудования. Метод включает в себя крепления двух типов Первый заключается в закреплении двух дисковых накладок непосредственно на месте трещины при помощи сварки, симметрично относительно друг друга, что позволит усилить конструкцию и препятствует образованию и росту трещин, которые вызывают ее разрушения. Второй заключается в том, что две накладки в форме сектора(в дальнейшем ребра) закрепляются непосредственно на торце боковых граней при помощи сварки симметрично относительно друг друга, что позволит усилить конструкцию и препятствует образованию и росту трещин, вызывающих ее разрушение. Тормозная балка шахтной подъемной установки в процессе торможения передает тормозные усилия от тормозных цилиндров через кинематические элементы тормозной системы колодкам, которые взаимодействуют с ободом барабана. При торможении возникают значительные нагрузки на элементы тормозной балки. В процессе эксплуатации подъемных установок возникают 30777 значительные тормозные усилия в элементах тормозного устройства вследствие превышения нагрузки или резких остановок подъемного сосуда в шахтном стволе в аварийных ситуациях. При значительном сроке эксплуатации подъемной установки и перегрузках в отдельных элементах конструкции тормозных устройств возникают повреждения, связанные с временной усталостью металла, что приводит к появлению трещин. В частности, трещины и разрушения появляются в конструкции тормозной балки. Сущность изобретения поясняется чертежом, на фиг.1 изображена образовавшейся трещина 1 в кронштейне крепления углового рычага тормозного устройства тормозной балки. На фиг.2 изображены 1 кронштейн крепления углового рычага тормозного устройства, 2 корпус тормозной балки, 3 накладки из стального диска, 4 - ребра. Форма накладки показана на фиг.3. При выполнение ремонта, предварительно определяют размеры трещины, затем трещины в кронштейне крепления углового рычага тормозного устройства разделывают и заваривают электросваркой (на фото 1 показано практическое использование дисковой накладки при ремонте тормозной балки шахтной подъемной машины НКМЗ 2 Ц-6 х 2,4). Практика показала, что трещины образуются в месте, указанном на фиг.1, с двух сторон кронштейна крепления углового рычага тормозного устройства. На месте с трещинами устанавливают две дисковые накладки. Дисковые накладки закрепляются непосредственно на месте трещин, накладки закрепляют при помощи сварки(фиг.2). Форма дисковой (фиг.3) накладки позволит,при приложение внешних нагрузок изменить распределение напряжений в зоне подверженной образованию трещин и воспримет на себя нагрузку. При этом снизятся напряжения на концах трещин, в результате рост трещины прекращается. Если накладки выполнены из стали с большим содержанием углерода, то их действие усиливается. Сущность технического решения ребра,технологически схожа с накладными дисками, но имеет отличие в том, что накладка выполнена в форме сектора ребра и закрепляется на торце боковой грани. При выполнении ремонта предварительно определяют размеры трещины. Согласно технологии трещины в кронштейне крепления углового рычага тормозного устройства очищаются от загрязнения, концы трещин насверливаются сверлом 57 мм. Затем разделываются и заваривают электросваркой -образным швом ГОСТ 5264-80. Накладка устанавливается непосредственно на зону, где дефектоскопией выявлены усталостные трещины. Предварительная фиксация накладки на боковой грани балки выполняется при помощи струбцин, затем накладывают сварочный шов. Для исключения влияния сварочных остаточных напряжений и возможности образования концентраторов напряжений под накладкой, трещины размерами менее 110-3 м не подлежат разделки и сварки. Сварные соединения дисковой накладки и ребра,выполненные дуговой сваркой. Контроль качества сварного шва выполняют визуально с целью определения непроваров, подрезов и пор. Для дуговой сварки дисковой накладки и ребра выбраны два способа 1) Ручная дуговая сварка 2) Полуавтоматическая дуговая сварки в среде защитного газа С 2. Ручная дуговая сварка является далеко несовершенным,но универсальным технологическим процессом. Этим способом сваривают конструкции во всех пространственных положениях, из разных марок сталей, когда применение полуавтоматических методов не представляется возможным,например при отсутствии требуемого оборудования,недостаточного освоения технологического процесса. Рекомендовано выполнять ручную дуговую сварку при монтаже накладки или ребра с использованием электродов марки Э 42 А ГОСТ 946775 с обязательным удалением шлака. Применение полуавтоматической дуговой сварки в среде защитного газа СО 2 дает лучшие результаты. Этим способом производится укладка швов во всех пространственных положениях, толщиной до нескольких десятков миллиметров из углеродистых,низколегированных и некоторых высоколегированных сталей. Сварные соединения должны быть по возможности равнопрочными с основным металлом элементов конструкций при всех температурах во время эксплуатации, а также при всех видах нагрузок (статических, ударных, вибрационных). Слабыми участками в сварных соединениях могут быть швы, зоны термического влияния и сплавления. Зоной термического влияния называют участок основного металла, прилегающий к швам,который в результате сварки изменяет механические свойства. Последнее обстоятельство особенно часто имеет место при сварке термически обработанных, а также нагартованных сталей и сплавов. Улучшение механических свойств сварных соединений достигается- выбором рациональной конструктивной формы соединения- применением рациональных методов сварки- термической и механической обработкой сварных конструкций после сварки. Конструкции с равнопрочными сварными соединениями отвечают требованиям экономичности. Избыточная прочность сварного соединения по сравнению с целым элементом лишь удорожает конструкцию и не улучшает условий ее эксплуатации. Недостаточная прочность сварного соединения снижает несущую способность всей конструкции и не позволяет полностью использовать рабочие сечения ее элементов. Пример. Способ был опробован при ремонте кронштейне крепления углового рычага тормозного устройства шахтной подъемной машины НКМЗ. Наилучший результат достигается при использование двух накладок диаметром 500 мм и 3 30777 толщиной 20 мм выполненной из стали марки СТ 10. Прочность соединения усиливающей накладки проушины углового рычага тормозной балки при площади трещин т(66)3,542 мм 2,оптимальным вариантом площади сечения накладок в наиболее слабом сечение проушины накл(2020) 1,664 мм 2. При проверки прочности шва на растяжение,получим где-вес грузов тормоза, кг- передаточное число рычажного механизма- коэффициент учитывающий глубину провара ш - катет шва, см ш - суммарная длина шва, см- расчетное сопротивление шва, кгс/см 2 19251275. Условие выполняется. Положительный результат технического решения является повышение эффективности ремонта, повышение прочности конструкции тормозных балок шахтных подъемных машин и снижение металлоемкости конструкции. Установка дисковых и секторных накладок не имеют никаких технологических трудностей, а так же продлевают безопасный срок эксплуатации шахтной подъемной установки. На основе данного способа была разработана Методика определения напряженно деформированного состояния и концентраторов напряжений конструкции тормозной балки шахтной подъемной машины, с целью повышения ее прочности (два акта внедрения). Практическое применение дисковых накладок при ремонте тормозной балки шахтной подъемной машины НКМЗ 2 Ц- 62,4 приведено на фото - 1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ предотвращения роста трещин в корпусе тормозной балки шахтной подъемной установки, отличающийся тем, что дополнительно к корпусу закрепляют накладки в форме диска,непосредственно на месте трещины при помощи сварки, симметрично относительно друг друга, а две накладки в форме сектора ребро закрепляют непосредственно на торце боковых граней при помощи сварки симметрично относительно друг друга. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что накладки и ребра изготовляют из стали с большим содержанием углерода, чем корпус тормозной балки.