Звено гусеничной ленты с увеличенным ресурсом для гусеничной системы
Владельцы патента RU 2667996:
ОЛСЕН Алма (US)
ТОЛБОТ Клод (CA)
АРСЕЛОРМИТТАЛЬ ИНВЕСТИГАСЬОН И ДЕСАРРОЛЛО СЛ (ES)
Изобретение относится к звену гусеничной ленты. Звено гусеничной ленты для гусеничной системы содержит основание, к которому прикреплены один или несколько гребней и износостойкая пластина. Основание звена и гребни выполнены из предварительно упрочненной конструкционной стали, такой как MECASTEEL 145. Износостойкая пластина выполнена из MECASTEEL 145 или из высококачественной износостойкой стали, такой как Creusabro 8000. Гребни прикреплены к основанию звена с возможностью их замены, предпочтительно посредством сварки. Износостойкая пластина может быть прикреплена к основанию звена с возможностью ее замены, предпочтительно посредством крепежных средств, таких как болты. Достигается увеличение ресурса звена гусеничной ленты. 17 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.
Область техники
Изобретение относится к звену гусеничной ленты, в частности, для электрического карьерного экскаватора, хотя оно и не ограничено конкретной областью применения.
Уровень техники
Некоторые типы крупных горных машин, таких как экскаваторы и ковшовые погрузчики, снабжены гусеницами их для перемещения. В транспортных средствах, приводимых в движение посредством бесконечной гусеничной ленты, таких как карьерные экскаваторы, бульдозеры и танки, гусеничная лента включает в себя ряд звеньев, которые соединены между собой посредством пальцев, образуя бесконечную шарнирную гусеничную ленту. Эта лента установлена на опорных катках, с каждой стороны которых расположены ведущие колеса. Подобные гусеничные ленты позволяют машине перемещаться по поверхности земли.
Отдельные звенья гусеничной ленты называются «траками». Звенья гусеничной ленты подвергаются высоким нагрузкам и должны выдерживать большой вес. Кроме того, гусеничные ленты часто используются в суровых условиях, например, на каменистой или скалистой поверхности и при низких температурах.
В настоящее время звенья гусеничной ленты для тяжелой техники, такой как карьерный экскаватор Bucyrus 495, изготавливают из литой стали, которая при необходимости может подвергаться индукционной закалке. Производители оригинального оборудования устанавливают расчетный ресурс подобных звеньев гусеничных лент примерно в 28000 эксплуатационных часов. Однако было установлено, что в среднем фактический срок службы составляет всего лишь 10000 эксплуатационных часов. Также было обнаружено, что поломки подобных деталей в большей степени вызваны не износом, а конструктивными особенностями. Каждое звено гусеничной ленты, ширина которого составляет 79 дюймов, а вес - 3400 фунтов, стоит приблизительно $20000. У карьерного экскаватора Bucyrus 495 каждая гусеничная лента состоит из 47 подобных звеньев, а общее количество звеньев составляет 94. Таким образом, общая стоимость звеньев гусеничной ленты для каждой машины составляет $1,88 миллиона. Стоимость замены звеньев гусеничных лент на 5 экскаваторах, используемых на руднике Маунт-Райт, составляет примерно $5 миллионов в год или примерно $200 за час работы экскаватора.
Задачей изобретения является увеличение ресурса звена гусеничной ленты.
Раскрытие изобретения
Указанная задача изобретения решается путем создания звена гусеничной ленты для системы гусеничного хода, содержащего основание с прикрепленными к нему одним или несколькими гребнями и износостойкой пластиной. При этом основание и гребни выполнены из предварительно упрочненной конструкционной стали, например, MECASTEEL 145. Гребни прикреплены к основанию звена с возможностью их замены, предпочтительно посредством сварки. Износостойкая пластина прикреплена к основанию с возможностью ее замены, предпочтительно посредством крепежных элементов, таких как болты. Износостойкая пластина изготовлена, например, из стали MECASTEEL 145 или из высококачественной износостойкой стали, такой как Creusabro 8000.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показано горное оборудование, в котором может быть использовано изобретение, в частности электрический канатный экскаватор;
на фиг. 2 показана часть гусеничной системы, содержащей бесконечную гусеничную ленту;
на фиг. 3 - звено гусеничной ленты в соответствии с изобретением;
на фиг. 4 - гребень, используемый в звене гусеничной ленты в соответствии с изобретением;
на фиг. 5 - износостойкая пластина, используемая в звене гусеничной ленты в соответствии с изобретением.
Вариант осуществления изобретения
На фиг. 1 показан электрический канатный экскаватор 1, который приводится в движение гусеничной системой, содержащей бесконечные гусеничные ленты 3.
На фиг. 2 показана часть гусеничной системы, содержащей бесконечную гусеничную ленту 3. Бесконечная гусеничная лента 3 включает в себя множество звеньев 4, шарнирно соединенных между собой посредством пальцев 5. На фиг. 3 показано звено 4 гусеничной ленты в соответствии с изобретением. Это звено содержит несколько элементов: основание 6, один или несколько гребней 7 и износостойкую пластину 8. Основание 6 звена и износостойкая пластина 8 могут быть выполнены в виде единой детали. Все звено 4 гусеничной ленты может быть выполнено в виде единой детали.
На основании звена гусеничной ленты имеется несколько фланцев 5'', в которых выполнены отверстия 5' под шарнирные пальцы. Основания звеньев гусеничной ленты последовательно соединены между собой, образуя замкнутую бесконечную ленту. Фланцы 5'' одного звена совместимы с ответными фланцами 5'' последующего звена, так что вставленный в отверстие 5' палец 5 образует шарнирное соединение звеньев.
Гребни 7 выполнены с возможностью последовательного сцепления с ведущими шестернями гусеничной системы 2, обеспечивая перемещение транспортного средства. Гребни 7 могут быть выполнены отдельно от основания 6 и прикреплены к нему. Это позволяет заменять гребни 7 при сильном износе независимо от основания 6 звена, т.е. основание звена можно использовать повторно, что обеспечивает значительную экономию по сравнению с монолитной деталью. Предпочтительно гребни 7 привариваются, однако можно использовать другие способы крепления, например, такие как болты или другие аналогичные средства крепления. На фиг. 4 показан стандартный гребень 7. В качестве альтернативы, гребни 7 и основание 6 звена могут быть выполнены в виде единой детали.
Звено гусеничной ленты содержит износостойкую пластину 8, прикрепленную к основанию 6. Износостойкая пластина 8 может крепиться к поверхности основания 6, противоположной той, к которой крепятся гребни 7. Так же, как и гребни 7, износостойкая пластина 8 может быть выполнена в виде отдельного элемента и прикреплена к основанию 6. Это позволяет заменять износостойкую пластину при сильном износе, используя основание повторно. Износостойкая пластина 8 может быть прикреплена к основанию 6 звена посредством любых способов крепления, однако предпочтительно использовать болты или другие аналогичные средства крепления, позволяющие легко снимать и заменять износостойкую пластину 8. Можно также использовать сварку, однако в этом случае замена будет затруднена, а обширная область сварки может изменить физические свойства как самой износостойкой пластины 8, так и основания 6 звена. Износостойкая пластина 8 отдельно показана на фиг. 5. В частности, видны отверстия 8', через которые устанавливаются болты или другие подобные изделия для крепления износостойкой пластины 8 к основанию 6 звена.
Основание 6 и гребни 7 предпочтительно изготовлены из предварительно упрочненной конструкционной стали, например, из MECASTEEL 145 (торговая марка фирмы Industeel USA LLC). MECASTEEL 145 - это марка стали, поставляемой после предварительного упрочнения. Ее можно заменить стандартными марками стали, например, AISI 4330, используемой для изготовления массивных стальных компонентов (машин, гидравлических систем, насосов для гидроразрыва и т.п.). Уникальный химический состав и термообработка данной стали обеспечивают исключительно стабильные механические свойства даже крупных заготовок большой толщины, поэтому эта сталь не требует дополнительного упрочнения даже после механической обработки, что обеспечивает существенную экономию.
MECASTEEL 145 поставляется после предварительного упрочнения, нормализации, закалки и двойного отпуска. В Таблице 1 приведен химический состав стали в весовых %/
Сталь обладает следующими механическими свойствами (на момент поставки):
1) Твердость: 350-390 НВ;
2) Предел текучести: ≥1103 МПа;
3) Предел прочности на разрыв: ≥1103 МПа;
4) Относительное удлинение: ≥15%;
5) Относительное уменьшение площади: ≥35%.
В соответствии с изобретением стальную заготовку из MECASTEEL 145 подвергают механической обработке для получения основания 6 звена и отдельных гребней 7. Сталь предварительно упрочнена и ее свойства после механической обработки существенно не изменились. Последующий процесс упрочнения не требуется, и звено готово к использованию сразу после его изготовления. В качестве альтернативы, из одной заготовки MECASTEEL 145 можно выполнить два или три компонента звена (основание 6, гребень 7 и износостойкую пластину 8).
Износостойкая пластина может быть изготовлена из стали MECASTEEL 145 или Creusabro® 8000 (зарегистрированная торговая марка фирмы Industeel USA LLC). Creusabro® 8000 - это высококачественная износостойкая сталь для экстремальных условий с улучшенным соотношением между износостойкостью и жесткостью (трещиностойкостью). Сталь имеет увеличенный на 50%» срок службы до полного износа по сравнению со стандартными марками стали твердостью 500 НВ, закаленными в воде. Creusabro® 8000 имеет уникальный химический состав, который дополнен специальной термообработкой, выполненной посредством закалки в масле.
Creusabro® 8000 успешно используется при изготовлении износостойких деталей в различных отраслях промышленности. Сталь имеет поверхностное упрочнение, которое дополняется деформационным упрочнением в ходе эксплуатации. Деформационное упрочнение обеспечивается металлургическим явлением, называемым Пластичность, Наведенная Превращением (ПНП-сталь или ТРИП-сталь). У ТРИП-стали исходная микроструктура не является полностью мартенситной. Исходная микроструктура материала Creusabro® 8000 на момент поставки является сбалансированной смесью из мартенсита, бейнита и остаточного аустенита (в диапазоне от 8% до 10%). Это позволяет стали Creusabro® 8000 приобретать деформационное упрочнение под действием локальной пластичной деформации в ходе эксплуатации. Пластичная деформация вызывает поверхностное упрочнение за счет преобразования остаточного аустенита в новый и очень твердый мартенсит, пока материал снизу остается вязким. Это делает сталь более устойчивой как к абразивному воздействию, так и к сильным ударным нагрузкам при эксплуатации.
Сталь также имеет очень мелкую и гомогенизированную дисперсию из твердых частиц (преимущественно хрома, молибдена и микрокарбидов титана), придающую материалу исключительную износостойкость. Мелкая микроструктура Creusabro® 8000 создается за счет ее особого химического состава в сочетании с регулируемой скоростью охлаждения при закалке в масле. Подобная микроструктура отличается от грубой игольчатой ламинарной структуры, характерной для полностью мартенситных сталей (стандартных сталей с твердостью 500 НВ, закаляемых в воде). Кроме этого, мелкая и гомогенизированная дисперсия из микрокарбидов в значительной мере способствует повышению прочности матриц за счет снижения износа при трении скольжения в ходе эксплуатации.
Помимо высокой износостойкости, Creusabro® 8000 поддается обработке (формованию, механической обработке и т.п.) намного лучше, чем существующие прочные стали твердостью 500 НВ. Химический анализ Creusabro® 8000 приведен в Таблице 2.
Звено 4 гусеничной ленты в соответствии с изобретением содержащее, основание 6 и гребни 7 из MECASTEEL 145 и износостойкую пластину 8 из MECASTEEL 145 или Creusabro® 8000, имеет расчетный ресурс примерно в 25000 часов. Это снижает расходы на замену звеньев гусеничных лент у пяти экскаваторов, работающих на руднике Маунт-Райт, на $2,5 миллиона в год.
Несмотря на то, что был рассмотрен один из вариантов осуществления изобретения, специалистам в данной отрасли техники будут очевидны изменения, модификации, преобразования и т.п., которые соответствуют сущности изобретения, поэтому считается, что они входят в объем изобретения, определяемый его формулой.
1. Звено гусеничной ленты для гусеничной системы, содержащее основание, к которому прикреплены по меньшей мере один гребень и износостойкая пластина, при этом основание выполнено из предварительно закаленной конструкционной стали, имеющей следующий состав, вес. %: 0,25≤C≤0,30; S≤0,010; P≤0,010; Si≤0,25; Mn≤0,5; 1,0≤Cr≤1,5; 3,0≤Ni≤3,5; 0,6≤Mo≤0,9; 0,08≤V≤0,012, остальное – по существу железо.
2. Звено по п. 1, в котором по меньшей мере один гребень выполнен из предварительно закаленной конструкционной стали.
3. Звено по п. 1, в котором предварительно закаленная конструкционная сталь содержит бор.
4. Звено по п. 1, в котором предварительно закаленная конструкционная сталь имеет твердость 350 – 390 HB; предел прочности на разрыв ≥ 1103 MПa; относительное удлинение ≥ 15% и относительное уменьшение площади ≥ 35%.
5. Звено по п. 4, в котором в предварительно закаленная конструкционная сталь имеет предел текучести ≥ 1000 MПa.
6. Звено по п. 4, в котором основание и по меньшей мере один гребень выполнены посредством механической обработки одной или нескольких заготовок из предварительно закаленной конструкционной стали.
7. Звено по п. 1, в котором по меньшей мере один гребень прикреплен к основанию с возможностью замены.
8. Звено по п. 1, в котором по меньшей мере один гребень приварен к основанию.
9. Звено по п. 1, в котором износостойкая пластина прикреплена к основанию с возможностью ее замены.
10. Звено по п. 1, в котором износостойкая пластина прикреплена к основанию посредством болтов с возможностью ее замены.
11. Звено по п. 1, в котором износостойкая пластина выполнена из высококачественной износостойкой стали с твердостью от 430 до 500 HB.
12. Звено по п. 11, в котором в качестве высококачественной износостойкой стали используется ТРИП-сталь с микроструктурой, состоящей из смеси мартенсита, бейнита и остаточного аустенита, причем доля остаточного аустенита составляет от 8 до 10%.
13. Звено по п. 12, в котором высококачественная износостойкая сталь также содержит очень мелкую и гомогенизированную дисперсию из твердых частиц, придающую материалу исключительно износостойкость и преимущественно состоящую из хрома, молибдена и микрокарбидов титана.
14. Звено по п. 11, в котором высококачественная износостойкая сталь имеет следующий состав, вес. %: C≤ 0,28; Mn≤ 1,6; Ni=0,4; Cr≤ 1,6; Mo≥ 0,2; S≤ 0,002; остальное – по существу железо.
15. Звено по п. 11, в котором в качестве высококачественной износостойкой стали использована сталь, имеющая следующий состав, в весовых %: C≤ 0,28; Mn≤ 1,6; Ni≤ 1,0; Cr≤ 1,6; S≤ 0,005; P≤0,018; Mo≤0,4.
16. Звено по п. 1, в котором износостойкая пластина изготовлена из предварительно закаленной конструкционной стали.
17. Звено по п. 16, в котором основание и износостойкая пластина выполнены в виде одной детали из предварительно закаленной конструкционной стали.
18. Звено по п. 1, в котором основание, по меньшей мере один гребень и износостойкая пластина выполнены в виде одной детали из предварительно закаленной конструкционной стали.
