Сталь для отвала бульдозера

Обновлено: 18.05.2024

Одна из статей расходов у организаций — владельцев бульдозеров и автогрейдеров — это замена режущих кромок отвалов. Редко кто работает только с мягким грунтом, в котором, впрочем, тоже немало высокоабразивных примесей. Тот же кварцевый песок может сократить срок службы ножей отвала на несколько десятков моточасов. А если наткнуться на грунт с содержанием кремния, то истирание будет ускоренным.

Учитывая резко возросшую стоимость стоимости промышленного производства, а также перебои с логистикой, многие эксплуатирующие организации задаются вопросом оптимизации затрат на поддержание техники в исправном состоянии.

И хотя ножи относят к категории расходных материалов, слишком частая замена бьёт по бюджету куда больнее проведения планового ТО. Конечно же, это применимо не ко всем подрядчикам. Условия индивидуальны.

Средний срок службы ножей может определить эксплуатирующая организация на основе статистики эксплуатации в конкретных грунтовых условиях и видов выполняемых работ, говорит главный конструктор по ДСТ ООО «ЧТЗ-Уралтрак» Леонид Вершинский.

Срок службы режущей кромки очень сильно зависит от целого ряда показателей, уточняет менеджер по продуктовому маркетингу строительной техники John Deere Антон Веремчук. К ним он относит тип грунта, на котором работает техника, и материал самого ножа, и его толщину, и даже навыки оператора.

«Безусловно, первый комплект ножей приходит с машиной стандартного исполнения, но далее мы стараемся помогать эксплуатирующим организациям выбрать наиболее подходящий вариант для их конкретной задачи. Возьмём, например, параметр толщины режущей кромки. Казалось бы, чем толще нож, тем выше срок его службы.
Однако не всё так однозначно. Одной из важных характеристик кромки является параметр проникающей способности, благодаря которому она врезается в грунт, срезает требуемый слой материала, оставляя после себя ровную и гладкую поверхность дорожного полотна.
При увеличении толщины кромки её проникающая способность падает, для эффективного резания требуется прилагать большие усилия, растёт нагрузка на ДВС, трансмиссию, раму машины и отвала, а значит, повышается износ основных систем и увеличивается расход топлива.
Кроме того, негативный эффект от использования кромок с большой толщиной может выражаться и в том, что из-за нестабильного усилия резания после прохода грейдера формируется рифлёная поверхность (так называемая «стиральная доска»), которая оказывает негативное влияние уже на подвеску самосвалов и работу водителей (падает скорость движения, ухудшается восприятие неровностей водителями в кабине, растёт усталость от вождения).
По этой причине, хотя более толстая кромка может служить немного дольше, она может негативно сказываться на стоимости владения как самого грейдера, так и всего подвижного состава, для которого и готовится дорожное полотно», — разъясняет представитель John Deere.

Поизносился наш отвал

В общем, неизбежное произошло. Дальше нужно решать, что делать: покупать новую кромку или попытаться восстановить эту. Для начала проводят визуальный осмотр: надо же понять, есть ли трещины, насколько деформирована сталь. Всё это заносят в дефектную ведомость и определяют, есть ли смысл проводить ремонт.

В ряде случаев можно обойтись сваркой, чтобы устранить трещины. После — не забыть отшлифовать место наплавки, да и учесть специфику сварочных работ со сталями. Особенно с высоколегированными. Только вот не всегда ремонт целесообразен, говорят эксперты.

«В зависимости от типа ножа, а также условий работы сама кромка может служить от 100 часов на высокоабразивных материалах до нескольких тысяч моточасов часов, если рассматривать специальные решения, аналогичные двойным карбидным кромкам Dual Carbide от John Deere.
Но даже самые инновационные кромки подвержены износу, поэтому возникает вопрос, менять или ремонтировать. Хотя вариант ремонта, на первый взгляд, может казаться более простым и менее затратным вариантом, важно учитывать два фактора: 1) простой машины во время ремонта; 2) ходимость того же ножа после его восстановления», — предупреждает Антон Веремчук.

Целесообразность будет зависеть от сравнения стоимости новых ножей и работ по их замене и стоимости работ и материалов по наплавке, рассуждает руководитель сервисной службы по строительному оборудованию CNH Industrial Александр Демянчик.

Он напоминает, что нужно учитывать время на демонтаж пластин, стоимость логистики, наличие свободного персонала для восстановительных работ. Зачастую затраты на работы по восстановлению и транспортировке приведут к нивелированию видимого экономического преимущества перед приобретением нового инструмента, говорит эксперт.

«Никакая наплавка не даёт той твёрдости, что была у ножа изначально, лучше изношенного ножа может быть только новый нож, а если он ещё и имеет заточку с двух сторон и его можно разворачивать по мере износа — вообще здорово», — категоричен главный инженер ООО «Болдер» (Boulder) Алан Авсанов.

С этим согласен и представитель отечественного производителя дорожно-строительной техники.

«Износ ножей бульдозера происходит по нижней и передней рабочим кромкам. Потеря металла по высоте ножа происходит до 35 мм, или до 30% по массе у средних ножей и до 20% у боковых. Наплавка такого количества металла представляется чрезмерно трудо- и энергоёмкой операцией.
Средний нож отвала бульдозера имеет две режущие кромки и два ряда отверстий и таким образом может устанавливаться в четыре положения в процессе его износа: 1) установка на нижний ряд отверстий; 2) смещение ножа вниз и установка его на верхний ряд отверстий; 3) переворот ножа и работа кромкой, которая ещё не изношена; 4) смещение ножа вниз и установка его на верхний ряд отверстий.
Боковые ножи изготавливают методом литья из высокопрочной в отношении износа стали и подлежат замене», — поясняет Леонид Вершинский.

При этом г-н Веремчук настаивает, что при подборе даже такого простого элемента, как нож, стоит обращаться к профессионалам, которые подскажут оптимальный вариант, например, к дилерам производителя.

«Если брать машины высокопроизводительного класса, рассчитанные на большую нагрузку и наработку, такие как грейдеры или бульдозеры John Deere, то ответ однозначен: замена будет более целесообразна, ведь любая остановка резко снижает ту экономическую выгоду, которую вам приносит машина во время своей работы.
Грейдер или бульдозер John Deere должны работать, чтобы быстрее окупить вложенные финансы и начать генерировать прибыль для собственника. Поэтому попытка экономии на «спичках» в разы снижает данный показатель, приводя к упущенной выгоде», — уверяет эксперт.

Для защиты

И хотя износ, как мы выяснили, неизбежен, отсрочить приговор всё же можно. И нужно. Леонид Вершинский напоминает, что ООО «ЧТЗ-Уралтрак» опционально предлагает бульдозерное оборудование с наваренными на лобовой лист отвала противоизносными пластинами.

По словам главного конструктора, такое оснащение отвала существенно продлевает срок службы бульдозерного оборудования при разработке высокоабразивных пород, например скальных.
Схожие решения есть и у John Deere.

«Ряд из них представляет собой использование футеровки листами износостойкого металла передней поверхности отвала, что актуально для высокоабразивных грунтов или тех применений, где с помощью отвала могут толкать крупные предметы, например скрепер для его лучшего заполнения или застрявший в грязи самосвал.
Другие решения направлены на защиту самой режущей кромки от ударной нагрузки. Они наиболее актуальны при использовании высокопрочных ножей, которые обладают отличными показателями износостойкости, но при этом теряют в ударной вязкости, поэтому могут откалываться при резких ударах», — рассказывает Антон Веремчук.

Пластины для отвалов изнашиваются по-разному, напоминает Алан Авсанов. Это зависит от множества факторов, таких как умение оператора работать отвалом, тип грунта, время года и т. д. Пластины на отвалы тоже бывают разными для разных задач, например для бережной очистки дороги — из армированной резины (тех. пластины), а для грейдерования, планирования или очистки ото льда уже нужны стальные твердосплавные пластины.

А вот Александр Демянчик считает, что такие пластины могут ломаться и требуют регулярной замены. Он говорит, что их эффективность сильно зависит от условий работы; вполне допустимо использовать их для работ по очистке снега.

«Физика работы кромок не очень отличается от физики резания любым режущим инструментом. Правильная эксплуатация машины в соответствии с рекомендациями производителей как грейдера/бульдозера, так и кромок поможет продлить срок службы.
Также следует использовать рекомендованные производителем углы атаки и методы проведения работ для установки кромок повышенной износостойкости», — наставляет руководитель сервисной службы по строительному оборудованию CNH Industrial.

В John Deere же придерживаются мнения, что хотя за счёт того же обучения оператора в некоторых случаях ресурс кромки можно частично скорректировать, но это скорее «побочный эффект», достигаемый помимо оптимизации работы и производительности машины.

«На мой взгляд, все способы продления срока службы ножей скорее лежат в использовании новых нестандартных материалов или технических решений. Например, кромки Dual Carbide от John Deere, которые позволили нашим заказчикам на территории Сибири достичь рекордного ресурса более 5 000 часов.
Вторым таким решением являются кромки Stinger. Они представляют собой набор отдельных конусовидных резцов, закреплённых в держателях с возможностью вращаться.
Помимо увеличенного ресурса, данные кромки обеспечивают отличное врезание в грунт, благодаря чему можно выполнять тот же объём работы за меньшее количество проходов, а также они отлично перемешивают материал, что актуально на щебёночных или грунтовых технологических дорогах», — делится опытом г-н Веремчук.

При выборе футеровки Леонид Вершинский рекомендует обращать внимание на условия эксплуатации бульдозера. При работе на высокоабразивных грунтах: кварцевом песке или скальнике — целесообразно применить футеровку противоизносными листами. При работе с горячими материалами — горячим металлургическим шлаком — целесообразно применить термостойкую футеровку.

А вот резиновая защита кромки отвала на бульдозерах и грейдерах, по словам экспертов, бесполезна.

«Если эксплуатант использует автогрейдер как многофункциональную машину для строительства и ремонтов дорог, для уборки дорог, как лёгкий бульдозер и т. д., то резиновую кромку ставят только при уборке асфальтобетонных дорожных покрытий от пыли, лёгкой грязи и снега. А при строительстве дорог применимы только стальные ножи. В случае обслуживания технологических дорог на карьерах также используют стальную защиту», — говорит Александр Демянчик.

«При выборе футеровки отвала важно помнить о балансе толщины и износостойкости. Здесь, опять же, лучше не экономить, а выбирать материал по его параметрам. Ведь лишний вес и толщина на самом отвале снижают эффективность машины, могут препятствовать врезанию отвала в грунт, ухудшать скольжение материала по поверхности отвала и его перемешивание при работе.
Поэтому мы рекомендуем обращаться к специалистам, которые всегда помогут подобрать правильное оснащение, в том числе к нашим дилерам, у которых есть не только знания, но и значительный практический опыт по внедрению подобных решений», — резюмирует представитель John Deere.

Подготовил Артём Щетников
Фото: Евгений Ошкин

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Ножи, щетки, техпластины

Представляем Вашему вниманию современные и зарекомендовавшие себя модели ножей отвалов грейдеров и тракторов производства завода "УфаДорМаш".

Подходят для всех типов российской и зарубежной техники, а именно:

автогрейдеры ДЗ-98, ДЗ-122, ДЗ-143, ДЗ-180, А-120;
тракторы Т-170, Б-10;
погрузчики ТО-18, ТО-28.

Ножи отвалов автогрейдеров, ножи отвалов бульдозеров и ножи отвалов КДМ обеспечивают высокую эффективность дорожных служб и оптимизацию расходов предприятий на профильные проекты. Отгрузка производится оперативно со складов в городах: Москва, Уфа, Ростов-на-Дону, Хабаровск, Иркутск, Астана.

Ножи отвала грейдера как важнейший элемент спецтехники

Они позволяют работать с различными видами грунтов и могут использоваться для создания выемок либо насыпей независимо от их формы, размеров и прочих особенностей. Такие работы часто требуются при создании спортивных комплексов, автомобильных дорог, траншей коммуникационных систем, плотин и пр.
Учитывая огромную популярность вышеописанной спецтехники, нож грейдерный также относится к востребованным запчастям. Ножи, как и весь отвал, испытывают большие механические нагрузки, поэтому даже самые высококачественные детали выходят из строя. В целом ножи грейдерные можно назвать расходным материалом, которые периодически требует замены.
Однако это не является большой проблемой для владельцев спецтехники, поскольку ножи отвала выпускают многие предприятия. Кроме того, существует широкий модельный ряд изделий, позволяющий выбрать наиболее подходящий вариант под любой отвал независимо от его размера, конструкции, назначения (нож отвала бульдозера, нож отвала грейдерный и пр.).
Ножи грейдера изготавливаются из особой износостойкой стали, что определяет высокие технические показатели, которыми обладает отвал. Под хорошими эксплуатационными характеристиками понимается равномерный износ, простота установки (замены), ремонтопригодность, отсутствие дефектов и продолжительный эксплуатационный срок.

Ножи отвала грейдерные: применение и виды

Нож отвала осуществляет срезание одного (нескольких) слоя грунта для планирования поверхности. Он устанавливается внизу отвала посредством специальных болтов.
Грамотный подбор модели дает возможность многим дорожным организациям выходить на высокий уровень обслуживания автодорог, имея самую обычную спецтехнику, включая модели отечественного производства.
Нож отвала бывает двух видов: средний и боковой. Средний имеет двухстороннюю наплавку, т.е. он является двусторонним и при износе одной стороны его можно развернуть и использовать дальше. Средний нож отвала выполняет основную функцию срезу грунта. Боковой нож грейдерный устанавливается на отвал также при помощи спецболтов и располагается по бокам конструкции. Они также имеют форму пластины со скошенными краями, что позволяет снизить налипание материала.
Если говорить о разновидностях данных конструкций, то на первый план выходит материал, используемый в изготовлении детали.

Марки стали для изготовления грейдерных ножей отвала

Постоянно повышающиеся требования относительно износостойкости и долговечности способствуют появлению новых, более усовершенствованных сплавов с повышенными техническими свойствами. К таким относятся стали 65Г, 09Г2С, 35, которые на сегодня чаще всего используются для изготовления ножей отвала.

Нож отвала из стали 65Г
Сталь 65Г - популярный вид пружинно-рессорной стали, используемый в производстве пружин, гроверов, рессор и прочих деталей, работающих в сложных эксплуатационных условиях. Нож отвала грейдерный из стали 65Г отличается высочайшей износостойкостью и, соответственно, долговечностью. Это преимущество обусловлено тем, что главным легирующим компонентом в данном случае является марганец. Последний обеспечивает устранение оксидов железа, повышает сопротивление разрыву, предел упругости, твердость изделия. Кстати, такого рода сталь используется при изготовлении мечей, что говорит само за себя. Немаловажная роль здесь отводится и хрому, который не дает расти металлическому зерну и увеличивает полезные свойства, в частности улучшает прокаливаемость, сопротивление механическим нагрузкам и износостойкость.
Нож отвала из стали 09Г2С
Этот вариант стали нашел широкое применение в строительных металлоконструкциях. Его наиболее важными преимуществами считаются прекрасная свариваемость и высокий уровень механической прочности. Кроме того, сплав не снижает технических показателей даже в работе при низких температурах, что очень важно для изделий, используемых на зимних улицах, к которым относится нож отвала грейдерный. Сварка такого ножа может осуществляться без подогрева, что гарантирует постоянство технических характеристик материала и повышает ремонтопригодность изделий, которые при установке привариваются к отвалу.
Нож отвала из стали 35
Из-за своей невысокой прочности и доступности сталь 35 используется совместно с упрочняющими и увеличивающими долговечность изделия дополнениями, такими как: наплавки электродами «Сормайт», вставки твердосплавных пластин из стали ВК-8, бронирование износостойкой сталью «Hardox», а также твердосплавных пластин совместно с броней из стали «Hardox».

Купить ножи отвала на заводе "УфаДорМаш" выгодно!

Помимо выбора типоразмера, очень важно правильно подобрать компанию, которая ножи отвала изготовит. Мы советуем обратиться к менеджерам нашего предприятия. Вы гарантированно получите профессиональные рекомендации по подбору ножей отвала, сможете оперативно оформить заявку и в короткие сроки получить свой товар.

Перечень основных достоинств ножей отвала выглядит следующим образом:

Основные и специальные типы отвалов для бульдозера

Немного истории: в 1886 слово бульдозер означало револьвер большого калибра. В конце 1800-х термин бульдозер стал означать любую серьезную силу, способную что-либо протолкнуть. И только в 1929 году бульдозером стали называть специально оборудованное транспортное средство на основе трактора

Из истории отечественного тракторостроения

Изначально бульдозеры изготавливались путем переоснастки сельскохозяйственных тракторов. Чтобы рыть каналы, создавать дамбы, а также выполнять другие землеройные работы, сельскохозяйственные тракторы оборудовались большой толстой металлической пластиной впереди. Эту толстую металлическую пластину (кривую форму она получила позже) называют "отвалом".

Отвал бульдозера - часть тяжелой металлической пластины, установленной на фронте трактора, с целью подталкивания чего-либо (как правило - песка, грязи, развалин, строительного мусора и пр.).

Отвал на фронте трактора обычно имеет 3 варианта:

Прямой отвал бульдозера ("S-отвал") - является коротким и не имеет никакой боковой кривой.
Универсальный отвал бульдозера ("U-отвал") - является высоким и очень кривым.
Отвал бульдозера комбинации ("S-U"-отвал) - среднего размера и искривления.

Бульдозеры - большие и мощные транспортные средства. Благодаря оснастки гусеницами, у бульдозеров есть возможность передвигаться как по бездорожью, так и через очень грубый ландшафт. Широкая площадь гусениц равномерно распределяет вес бульдозера, препятствуя его увязанию в песчаном или жидком составе грунта.

Бульдозеры могут использовать свой собственный вес, чтобы используя отвал, передвигать какие-либо тяжелые предметы. Именно из-за этих характеристик, бульдозеры используются, чтобы очистить территорию от не нужных объектов: кустарника, остатков строительного мусора и пр. Все это делает бульдозеры незаменимыми при ведении крупномасштабных строительных работ.

Варианты отвалов фирмы "Liebherr"

Виды и конструкции специальных отвалов

Кроме перечисленных основных отвалов, используются отвалы специального назначения, некоторые из которых изготавливаются специализированными нетракторостроительными фирмами типа "Balderson", "Rimco", "Rome" и пр.

Саtеrрillаr, Fiat-Kobelco, Komatsu и др. дополняют основную номенклатуру отвалов следующими спецотвалами: буферным, рекультивационным, кусторезным, укороченными по ширине отвалами SU и S, увеличенным по высоте отвалом SU и пр.

Буферные отвалы

Буферный отвал используется в основном для работ, связанных с толканием скреперов при их зарезании в грунт. По форме это короткий прямой отвал без механизмов перекоса с приваренной посередине отвала стальной пластиной. Резиновые амортизаторы подвески отвала поглощают удары при соприкосновении пластины отвала с буфером скрепера. В промежутках между толканиями такой отвал может быть использован на бульдозерных работах общего назначения. Их выпускают компании "Саtеrрillаr" и "Komatsu".

Рекультивационные отвалы

Рекультивационный отвал применяется для снятия верхнего плодородного слоя почвы и перемещения ее в складируемые бурты. По форме это отвалы и увеличенной ширины и имеющие радиус кривизны лобового листа переменного значения. Это позволяет создать лучшие условия перемещения материала по поверхности отвала и формирования призмы волочения. Такие отвалы изготавливают Саtеrрillаr и Balderson.

Угольные отвалы и отвалы для щепы

Угольные отвалы и отвалы для щепы используют для перемещения угля и щепы на карьерах, складах рудных дворов и лесоперерабатывающих предприятий. По форме это сферические отвалы увеличенной ширины и с гидроперекосом. Их выпускают компании "Саtеrрillаr", "Dressta", "Liebherr" и "ЧТЗ-Уралтрак".

Торфяные отвалы

Торфяные отвалы используются для перемещения торфа на мелиоративных полях. Это прямые удлиненные отвалы малой высоты с гидроперекосом, монтируемые на тракторах Liеbhеrr болотоходных модификаций. На бульдозерах со специализированными отвалами для перемещения угля, щепы и торфа сзади трактора подвешивается балластный груз, выполняющий роль противовеса. Для работы в экстремальных ситуациях при расчистке завалов в системе МЧС используются бульдозеры Komatsu с отвалами 8 и 81) уменьшенной ширины, которые вписываются в железнодорожный габарит. Это позволяет иметь высокую степень готовности к работе, так как бульдозеры с прикрепленным отвалом стоят на открытой платформе в ожидании распоряжения на отправку.

Гидроуправляемые уширители

На бульдозерах среднего класса тяги фирма "Liеbhеrr" использует гидроуправляемые уширители, которые из кабины могут устанавливаться под любым углом к отвалу. При транспортировке бульдозеров на трайлере уширители поворачиваются назад, и отвал вписывается в габарит. Аналогичные отвалы применяет фирма "Fiat-Kobelco".

Отвалы для уборки мусора

Отвалы для уборки мусора предназначены для перемещения отходов на мусорных полигонах. По форме это прямые отвалы, имеющие увеличенную ширину и кривизну поверхности лобового листа, а также высоту козырька, примерно равную высоте отвала. При использовании таких отвалов агрегаты трактора подлежат дополнительному переоборудованию для защиты их от острых предметов и абразивных материалов, сзади трактора подвешивается балластный груз. Такие отвалы предлагают фирмы "Саtеrрillаr", "Dressta" и "Liebherr".

Источник фото: exkavator.ru Отвалы для уборки мусора предлагают компании "Саtеrрillаr", "Dressta" и "Liebherr".

Кусторезные отвалы

Кусторезный отвал (V-образной формы), изготовляемый Саtеrрillаr и Komatsu, предназначен для расчистки заросших кустарником и мелколесьем площадей под застройку. Опущенный в рабочее положение отвал в виде остроугольного резака, образованного двумя режущими лезвиями, скользит по поверхности земли, срезает кустарники и мелкие деревья и сваливает их в стороны, образуя за собой проход, равный ширине захвата отвала.

Защитное ограждение в виде стального каркаса предохраняет трактор от повреждений при падении срезаемых деревьев. Кусторезные отвалы изготавливаются фирмами "Rimco" и "Rome".

Отвалы-корчеватели

Отвалы-корчеватели - это либо отвалы решетчатого вида с зубьями, либо зубья, прикрепленные к лобовому листу прямого отвала. Они предназначены для извлечения из грунта крупных камней и пней и транспортирования их на близкие расстояния. Трактор оснащается сверху дополнительным защитным ограждением. Такие отвалы выпускают фирмы "Саtеrрillаr", "Komatsu", "Liebherr", "Rimco" и "Rome".

Источник фото: exkavator.ru Отвалы-корчеватели выпускают такие фирмы, как "Саtеrрillаr", "Komatsu", "Liebherr", "Rimco" и "Rome"

Выбор бульдозера и отвала

Правильный выбор потребителем отвала бульдозера является главным условием достижения максимально возможной производительности. Прежде всего, следует оценить возможности копания грунта отвалом, тягово-сцепные и скоростные характеристики бульдозера. Возможности копания грунта определяются соотношением величины максимального тягового усилия бульдозера к длине ножа отвала. Чем больше это значение, тем более прочные грунты может разрабатывать бульдозер.

Тягово-сцепные свойства бульдозера оцениваются его эксплуатационной массой, конструкцией гусеничной ходовой части и трансмиссией. Скоростные характеристики определяют время цикла бульдозера. Чем меньше его значение, тем выше должны быть скорости рабочего и транспортного перемещений и, значит, выше производительность бульдозера.

Мощность двигателя, приходящаяся на 1 м 3 рыхлого грунта в призме волочения, на практике используется для оценки выбора отвала по возможности перемещения материала с большой рабочей скоростью. Транспортные скорости, особенно заднего хода, определяют время возврата бульдозера в исходную позицию.

Износ инструмента при землеройных работах

Как известно, на долю отказов, вызванных износом деталей, приходится около 80% от общего числа поломок спецтехники. Особенно интенсивно абразивному изнашиванию подвергаются рабочие органы землеройных машин – наконечники рыхлителей, зубья ковшей экскаваторов и погрузчиков, резцы дорожных фрез и ножи грейдеров и бульдозеров. Защита от изнашивания и поиск новых материалов для рабочих органов с каждым годом приобретают всё большую актуальность.

Природа износа инструмента землеройных машин

Рабочие органы землеройных машин служат для отделения грунта от массива, смещения его к месту отвала или к месту погрузки в транспортное средство. Все работы, которые выполняют рабочие органы землеройных машин, можно разделить на 3 вида: подготовительные, основные, отделочные.

Подготовительные работы включают снятие поверхностного слоя грунта с помощью отвалов или инструментов ковшового типа. Основные работы заключаются в разработке карьеров, выемок, котлованов, траншей. Такие работы выполняются одно- и многоковшовыми экскаваторами и инструментами землеройно-транспортных машин, таких как бульдозеры, скреперы, грейдеры-элеваторы и т. д. К отделочным работам относят разного рода планировки насыпей, каналов, нарезку кюветов. Все планировочные операции выполняются рабочими органами автогрейдеров, одно- и многоковшовых планировщиков.

Промышленность выпускает достаточно много видов отвалов, ковшей и других рабочих органов дорожных машин, поскольку материалы и конструкции инструментов подбираются при эксплуатации в соответствии с физико-механическими свойствами пород и грунтов, с которыми приходится работать.

Основными минералами, определяющими свойства грунта, являются полевой шпат, слюда, кварц и другие. Кварц (SiO2), главный минерал в составе песков и суглинков, имеет твёрдость по Бринеллю 800-1200 кг/мм2, в то время как твёрдость металла, из которого изготовлены землеройные органы, во многих случаях не превышает 350-400 кг/мм2.

Естественно, учитывая такую разницу в твёрдости, зубья, передние стенки ковшей, ножи бульдозеров и автогрейдеров и другие детали рабочих органов подвергаются интенсивному изнашиванию. Скорость износа оценивается примерно в 5-400 мкм/ч. Для более наглядного представления скорости изнашивания заметим только, что толщина человеческого волоса, в среднем, составляет 40 мкм.

Основная масса землеройных машин использует при работе принцип резания грунта. Главная нагрузка на рабочие органы и машину в целом возникает в результате действия сил комплексного сопротивления копанию, причём основную часть силы копания составляет сила резания. Например, при работе бульдозера 60-85% силы копания приходится на силу резания, работающий экскаватор расходует вообще 74% от затраченных сил копания на силы резания.

Если рассмотреть процесс резания несколько подробнее, то он выглядит следующим образом: в первую очередь, возникает контакт и вдавливание клина рабочего инструмента в грунт. После внедрения твёрдосплавного клина в месте контакта образуется слой, называемый «ядро уплотнения». По мере нарастания усилия резания происходит скол крупного куска грунта. В этот момент ранее тяжело нагруженный клин резко освобождается от нагрузки, но тут же ударяется о следующий массив грунта. В результате, такой процесс можно охарактеризовать как чередование пиков ударной нагрузки с периодами статического нагружения. В процессе резания имеют место и удары инструмента с проскальзыванием, хотя этот процесс больше характерен при разработках кусковых пород.

Об износе ножей

Основным элементом бульдозерного оборудования является отвал. Самые востребованные – универсальные отвалы, в которых предусмотрено изменение поперечных и продольных углов установки, крепятся они шарнирно к П-образной толкающей раме. На втором месте по распространённости – скальные отвалы, они меньшей ширины и ёмкости, т. к. скальный грунт имеет большой удельный вес, однако эти отвалы отличаются усиленной конструкцией. Перед тем, как выбрать отвал, необходимо оценить прочность грунта в месте работ, тягово-сцепные и скоростные характеристики бульдозера. Чем более высокое значение отношения тягового усилия к длине ножа, тем более прочные грунты такому бульдозеру «по плечу».

В нижней части лобового листа отвала закреплён, как правило, съёмный составной нож толщиной 10 мм и более. Он состоит из средней части, разделённой на 2, или 3-х средних ножей, имеется также 2 коротких боковых ножа, расположенных по бокам от среднего ножа. Такая конструкция увеличивает ремонтопригодность и облегчает монтаж. Средние ножи – 2-сторонние. При износе острой кромки одной стороны для дальнейшей эксплуатации нож разворачивают на 180о. Боковые ножи односторонние, но для повышения износостойкости имеют большую толщину, чем средние.

Ножи землеройных машин всегда до определённой степени затуплены. Их форма и линейные размеры подвергаются абразивному воздействию грунтов и в процессе эксплуатации меняются, т. е. изнашиваются. Бульдозерные ножи изнашиваются по своей режущей кромке. Основными признаками износа являются глубокие царапины и вырывы различной глубины и расположения. Для бульдозеров характерна продолжительность использования комплекта ножей при разработке грунта 240-720 часов.

Ножи автогрейдеров, так же как и ножи бульдозеров, изнашиваются по всей режущей кромке, работая до окончательного износа, т. е. с двух сторон 80-400 часов. По толщине нож обычно изнашивается незначительно, поэтому изменение этого параметра практически не учитывается.

Такая широкая «вилка» в ресурсе ножей связана с абразивностью разрабатываемых грунтов. Долговечность работы ножей определяется по износу ширины. Изначально ширина ножа составляет около 45-55 мм, при угле резания 35о. «Площадка износа» такого ножа – около 17 мм, но, в связи с тем, что с увеличением площадки износа происходит резкий рост нагрузки, предельной величиной износа для ножей автогрейдеров принято считать 10-12 мм.

Относительно короткий период использования рабочего органа напрямую связан с огромным увеличением силы резания при работе изношенными ножами. При продвижении в грунте, кроме сопротивления от движения своей передней части, изношенный нож преодолевает сопротивление площадки износа, имеющей небольшой отрицательный угол относительно основной траектории резания.

Ещё одним видом износа ножа режущего инструмента является затупление, также существенно повышающее сопротивление грунта. Профиль затупления ножа выглядит в плане как кривая, сопрягающаяся с контуром граней. Чётко выраженного перехода между режущей поверхностью и гранями ножа нет.

Процесс резания затупленным инструментом характерен образованием на тупой поверхности грунтового нароста, который увеличивает тело ножа и, так же как и основной нож, участвует в резании грунта. Естественно, такое утолщение значительно повышает силу резания.

Надо отметить, что износ ножей не равномерен. Вблизи режущей кромки нож контактирует своей поверхностью с частицами грунта, которые ещё являются частью грунтового массива. Они действуют на нож как резцы, интенсивно изнашивая его кромку. По мере удаления от режущей кромки увеличиваются деформации и напряжения в грунте, частицы грунта становятся подвижными, теряя структурные связи между собой. Их перемещение по поверхности резца можно определить как перекатывание, что, конечно, уменьшает абразивное воздействие на плоскость резца, однако давление на грунт возрастает.

На интенсивность износа рабочих органов дорожно-строительных машин, безусловно, огромное влияние оказывают физико-механические свойства разрабатываемого грунта. Имеют значение и его сцепление, внутреннее и внешнее трение, различным видам грунтов соответствует различный показатель удельного сопротивления резанью.

Ремонт наплавкой

Наиболее распространённый и эффективный метод ремонта рабочих органов – это наплавка изношенных мест износостойкими сплавами.

Бульдозерные ножи при техническом обслуживании осматривают, отмечают краской все дефекты, которые необходимо устранить, при необходимости демонтируют и рихтуют под прессом, т. к. при средней длине ножа 2,5-3,5 м допускается не плоскостность не выше 3 мм на 1 м длины ножа, а погнутости и вмятины не допускаются. Ножи наплавляют ручной сваркой в местах наибольшего износа. Новые ножи также наплавляют в профилактических целях.

Для того чтобы не происходило коробления, нож закрепляется в спецприспособлении и наплавляется участками, переворачивая, поочерёдно с одной и другой стороны. Толщина наплавочного слоя – 3-5 мм, а ширина полосы – 60 мм.

Перед наплавкой деталь очищают от грязи, масла, ржавчины и т. д., затем зачищают до чистого металла шлифмашинкой, либо же вручную, стальной щёткой. Если обнаруживаются трещины и изломы, деталь бракуется окончательно.

При ремонте зубьев экскаваторов их могут наплавить прямо на ковше либо, демонтировав ковш, в условиях стационарного наплавочного участка. В последнем случае ковш помещают на специальный стенд, а зубья, как восстанавливаемые, так и новые, устанавливаемые взамен выбракованных, – в специальные кондукторы, которые обеспечивают горизонтальное положение наплавляемых плоскостей.

Перед наплавкой ремонтируемую деталь очищают от грязи, масла, ржавчины и т. д., затем зачищают до чистого металла шлифмашинкой, либо же вручную, стальной щёткой. Если обнаруживаются трещины и изломы – деталь бракуется окончательно.

На основании анализа нагрузок, вызывающих повышенный износ зубьев, определяют форму наплавки зубьев. При незначительных динамических нагрузках наплавляют только верхнюю грань зуба. Если же ожидается, что зубья будут работать в условиях высокой динамической нагрузки, то осуществляют т. н. корончатую наплавку.

Сами ковши также наплавляют, как и зубья, либо непосредственно на машине, либо на наплавочном участке. С помощью наплавки укрепляют межзубьевые участки и боковые закругления передней стенки. В случае необходимости наплавляют и иные участки. Причем, если изнашивание наблюдается сильное, то ковш наплавляют сплошным швом, а если незначительное – применяют т. н. сетчатую наплавку, при которой наплавка происходит участками, а расстояние между участками наплавки равно 1-2 ширинам наплавленного участка. Форма наплавки в этом случае – корончатая. Толщина наплавленного слоя составляет 4-5 мм, а ширина полоски в малых ковшах с объёмом менее 0,35 м3 – примерно 40 мм, а в ковшах с объёмом свыше 0,65 м3 – до 160 мм.

Полукруглые режущие кромки экскаваторных ковшей упрочняют с профилактической целью продольными полосками наплавки с двух сторон. Наплавка может наноситься на всю ширину кромки, толщиной 2-2,5 мм (однослойная наплавка), либо толщиной 4-5 мм (двухслойная) на среднюю часть нескошенной поверхности зубьев.

Материал режущих элементов – действительность и перспективы

В качестве основного материала для ножей используются «марганцевые» инструментальные стали. Их свойства наилучшим образом удовлетворяют требованиям, которые ставятся производителями ножей. Они имеют высокую износоустойчивость, упругость.

На отечественном рынке для производства ножей в основном используется сталь 65Г, 3ХГТ, Ст. 35 и специальная ножевая полоса Ст36Г2СР/СФ. По ГОСТ допускается использование для производства ножей также стали Ст5пс(сп), но от её использования производители практически отказались. Были попытки использовать ножи из этой стали с наплавленной рабочей поверхностью, но распространения этот опыт не получил.

Рабочая поверхность, т. е. износостойкий слой ножа, подвергается наплавке порошком специального состава из сложных (комплексных) карбидов железа – марганца. Твёрдость слоя наплавки в 1,5-2 раза выше твёрдости кварца, и составляет 1200-1600 кг/мм2. Такие параметры твёрдости оптимальны для данных материалов, т. к. более высокая твёрдость увеличивает хрупкость материала, способствует появлению микротрещин и сколов. Наплавка поверхностного слоя сегодня является необходимостью там, где техника работает в особо тяжёлых условиях, но при менее интенсивных нагрузках производятся и используются ножи и без наплавленного слоя.

Если говорить об отечественной спецтехнике, то челябинские машины первоначально идут с «родными» ножами и по мере износа комплектуются как ножами ЧТЗ, так и других производителей. Менять их приходится, при использовании на дорожно-строительных работах, в среднем один раз в год. Чебоксарские бульдозеры комплектуются ножами от завода-изготовителя, их ресурс примерно такой же, как и у ножей других отечественных производителей.

Надо отметить, что отечественные стали не стабильны в своём качестве. Кроме того, сами свойства наиболее распространённой стали для ножей, 65Г, существенно меняются при температурах 0-20 оС, делая её хрупкой. Российские производители ножей не всегда используют имеющиеся сегодня новейшие технологические подходы, современное оборудование. Всё это отражается на низком эксплуатационном ресурсе наших ножей.

Для российских дорожных машин наиболее удачным выбором являются ножи ОАО «Чебоксарский агрегатный завод». Выпускаемая номенклатура ножей устанавливается не только на технику ОАО «Промтрактор», но и на машины ЧТЗ. Благодаря контракту с компанией British Steel, поставляющей на ЧAЗ сталь, продукция этого предприятия считается наиболее качественной в России. Достаточно отметить, что их ресурс, реально подтверждаемый эксплуатационными данными, в 3 раза превосходит ресурс ножей других отечественных производителей, выпускающих ножи из российских сталей.

Для импортной техники ножи на все типы отвалов производит хорошо известная в России итальянская компания Bercо. Её продукция отличается высоким качеством и вполне конкурентной ценой.

Лидеры в производстве спецтехники, компании Komatsu, Liebherr, Caterpillar и другие, используют ножи из легированных сталей. Вводя в состав сталей такие элементы, как никель или бор, производители добиваются того, что ножи приобретают ударную устойчивость, высокую износостойкость.

Высокопрочную износостойкую сталь Hardox, использующуюся в т. ч. и для производства ножей, выпускает шведская компания SSAB Oxelosund, входящая в группу SSAB. Она является мировым лидером в области производства закалённых и отпущенных сталей. На мировой рынок компанией поставляются такие известные марки листовой стали, как Hardox и Weldox.

Hardox – это серия сверхтвёрдых сталей. В настоящее время выпускаются марки Hardox 400, 450, 500 и 600. Цифры в марке соответствуют твёрдости данной стали по Бринеллю. Использование при производстве стали Hardox чистых исходных материалов и незначительное количество примесей, попадающих в сталь при получении готового проката, определяют высокую твёрдость стали с высокой ударной вязкостью, в т. ч. при низких температурах.

Особенно ценно то, что листы стали Hardox отличаются узкими допусками по толщине и одинаковыми механическими свойствами по всей плоскости листа, в частности одинаково тверды как на поверхности, так и в любой точке листа. Это обеспечивается закалкой в воде, при которой листы за несколько секунд охлаждаются с температуры 900С до комнатной температуры. Принятая технология позволяет достичь высокой твёрдости при минимуме содержания легирующих элементов в стали. Это позволяет листы из Hardox легко подвергать мехобработке, изгибать, варить.

При изготовлении ковша из сталей Hardox 400 и Hardox 500 срок службы ковша увеличивается в 3 раза по сравнению с ковшом, изготовленным из обычной стали с твёрдостью 160 НВ. В настоящее время некоторые производители используют для изготовления корпуса ковша сталь Weldox1100, а для изготовления передних и боковых кромок – сталь Hardox 600, что ещё больше увеличивает срок службы. Использование ножей из стали Hardox показывает, что их срок использования примерно в 5 раз выше, по сравнению с ножами из обычной высокопрочной стали.

Фирма Sandvik Hard Materials разработала революционный износостойкий материал – Sancic, армированный твёрдым сплавом чугун. Материал сочетает в себе износостойкость твёрдого сплава, ударную прочность, вязкость и технологичность высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Sancic используется сегодня для изготовления различных ответственных деталей, работающих при ударных нагрузках, в условиях абразивного или эрозионного износа, и превосходит по стойкости износостойкие стали или наплавку.

Качество инструмента прямым образом отражается на производительности. Пренебрежение к поддержанию режущей части машин в оптимальном состоянии, которое в нашей практике встречается часто, является следствием недооценки влияния изнашивания на сопротивление грунтов и слабое знание факторов, действующих при его износе. Например, на практике, восстановление зубьев экскаваторных ковшей производится большей частью лишь после их поломки, потери или когда они изнашиваются настолько, что становится невозможной работа экскаватора. С другой стороны, снижение энергоёмкости резания за счёт совершенствования рабочих органов – задача вполне реальная, и наша научная база вполне позволяет решать проблему «своими силами».

Читайте также: