1. Historia okrągłych łańcuchów ogniwowych dla górnictwa
Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na energię węglową w gospodarce światowej, maszyny górnicze węglowe szybko się rozwijają. Jako główne wyposażenie kompleksowego zmechanizowanego wydobycia węgla w kopalni, szybko rozwinął się również element przekładni na przenośniku zgrzebłowym. W pewnym sensie rozwój przenośników zgrzebłowych zależy od rozwojugórniczy łańcuch o okrągłym ogniwie o wysokiej wytrzymałości. Górniczy łańcuch o okrągłych ogniwach o wysokiej wytrzymałości jest kluczową częścią przenośnika zgrzebłowego w kopalni węgla. Jego jakość i wydajność będąbezpośrednio wpływają na wydajność roboczą sprzętu i wydobycie węgla w kopalni.
Rozwój górniczych łańcuchów o okrągłych ogniwach o wysokiej wytrzymałości obejmuje głównie następujące aspekty: rozwój stali do górniczego łańcucha o okrągłych ogniwach, rozwój technologii obróbki cieplnej łańcuchów, optymalizację rozmiaru i kształtu okrągłego łańcucha o ogniwach stalowych, różne konstrukcje łańcuchów i rozwój technologii wytwarzania łańcuchów. Dzięki tym zmianom właściwości mechaniczne i niezawodnośćwydobycie okrągłego łańcucha ogniwowegozostały znacznie ulepszone. Specyfikacje i właściwości mechaniczne łańcuchów produkowanych przez niektóre zaawansowane przedsiębiorstwa produkujące łańcuchy na świecie znacznie przekraczają szeroko stosowaną na świecie niemiecką normę DIN 22252.
Wczesną stalą niskogatunkową do wydobycia łańcuchów o okrągłych ogniwach za granicą była głównie stal węglowo-manganowa o niskiej zawartości węgla, niskiej zawartości pierwiastków stopowych, niskiej hartowności i średnicy łańcucha < ø 19 mm. W latach 70. XX wieku opracowano wysokogatunkowe stale łańcuchowe manganowo-niklowo-chromowo-molibdenowe. Typowe stale obejmują 23MnNiMoCr52, 23MnNiMoCr64 itp. Stale te mają dobrą hartowność, spawalność oraz wytrzymałość i udarność i nadają się do produkcji łańcuchów klasy C na dużą skalę. Stal 23MnNiMoCr54 została opracowana pod koniec lat 80-tych. W oparciu o stal 23MnNiMoCr64 zmniejszono zawartość krzemu i manganu, a zwiększono zawartość chromu i molibdenu. Jej wytrzymałość była lepsza niż stali 23MnNiMoCr64. W ostatnich latach, w związku z ciągłą poprawą wymagań eksploatacyjnych łańcuchów stalowych z okrągłymi ogniwami i ciągłym wzrostem specyfikacji łańcuchów w związku z zmechanizowanym wydobyciem węgla w kopalniach, niektóre firmy produkujące łańcuchy opracowały nowe specjalne gatunki stali i niektóre ich właściwości nowe gatunki stali są wyższe niż stal 23MnNiMoCr54. Przykładowo stal „HO” opracowana przez niemiecką firmę JDT może zwiększyć wytrzymałość łańcucha o 15% w porównaniu ze stalą 23MnNiMoCr54.
2.Warunki obsługi łańcucha wydobywczego i analiza awarii
2.1 Warunki obsługi łańcucha wydobywczego
Warunki pracy łańcucha o okrągłych ogniwach to: (1) siła naciągu; (2) Zmęczenie spowodowane pulsującym obciążeniem; (3) Tarcie i zużycie występuje pomiędzy ogniwami łańcucha, ogniwami łańcucha i zębatkami łańcucha oraz ogniwami łańcucha a płytkami środkowymi i bokami rowków; (4) Korozja jest spowodowana działaniem pyłu węglowego, mączki skalnej i wilgotnego powietrza.
2.2 Analiza uszkodzeń ogniw łańcucha wydobywczego
Formy zrywania ogniw łańcucha górniczego można z grubsza podzielić na: (1) obciążenie łańcucha przekracza jego statyczne obciążenie niszczące, co powoduje przedwczesne pęknięcie. Pęknięcie to występuje najczęściej w uszkodzonych częściach odsadzeń ogniwa łańcucha lub w prostym obszarze, np. pęknięcie w strefie wpływu ciepła podczas zgrzewania doczołowego oraz pęknięcia materiału poszczególnych prętów; (2) Po pewnym czasie pracy ogniwo łańcucha górniczego nie osiągnęło obciążenia niszczącego, co spowodowało pęknięcie spowodowane zmęczeniem. Złamanie to występuje najczęściej na połączeniu prostego ramienia z koroną ogniwa łańcucha.
Wymagania dotyczące górniczego łańcucha o okrągłych ogniwach: (1) wysoka nośność w ramach tego samego materiału i przekroju; (2) mieć większe obciążenie zrywające i lepsze wydłużenie; (3) mieć niewielkie odkształcenie pod działaniem maksymalnej nośności, aby zapewnić dobre zazębienie; (4) mieć wysoką wytrzymałość zmęczeniową; (5) mieć wysoką odporność na zużycie; (6) mieć wysoką wytrzymałość i lepszą absorpcję obciążenia udarowego; (7) wymiary geometryczne zgodne z rysunkiem.
3.Proces produkcji łańcucha wydobywczego
Proces produkcyjny łańcucha wydobywczego: cięcie prętów → gięcie i dzianie → połączenie → spawanie → pierwotna próba sprawdzająca → obróbka cieplna → wtórna próba sprawdzająca → kontrola. Spawanie i obróbka cieplna to kluczowe procesy w produkcji łańcuchów o okrągłych ogniwach górniczych, które bezpośrednio wpływają na jakość produktu. Naukowe parametry spawania mogą poprawić wydajność i obniżyć koszty produkcji; odpowiedni proces obróbki cieplnej może w pełni wykorzystać właściwości materiału i poprawić jakość produktu.
Aby zapewnić jakość spawania łańcucha wydobywczego, wyeliminowano ręczne spawanie łukowe i zgrzewanie doczołowe oporowe. Zgrzewanie doczołowe błyskawiczne jest szeroko stosowane ze względu na jego wyjątkowe zalety, takie jak wysoki stopień automatyzacji, niska pracochłonność i stabilna jakość produktu.
Obecnie w obróbce cieplnej górniczego łańcucha o okrągłych ogniwach na ogół stosuje się nagrzewanie indukcyjne średniej częstotliwości, ciągłe hartowanie i odpuszczanie. Istotą nagrzewania indukcyjnego średniej częstotliwości jest to, że struktura molekularna obiektu jest mieszana pod polem elektromagnetycznym, cząsteczki uzyskują energię i zderzają się, wytwarzając ciepło. Podczas obróbki cieplnej indukcyjnej średniej częstotliwości cewka jest połączona ze prądem przemiennym średniej częstotliwości o określonej częstotliwości, a ogniwa łańcucha poruszają się w cewce z jednakową prędkością. W ten sposób w ogniwach łańcucha wygenerowany zostanie prąd indukowany o tej samej częstotliwości i kierunku przeciwnym do induktora, dzięki czemu energia elektryczna będzie mogła zostać zamieniona na energię cieplną, a ogniwa łańcucha będą mogły zostać podgrzane do temperatury wymaganej do hartowania i odpuszczanie w krótkim czasie.
Nagrzewanie indukcyjne średniej częstotliwości charakteryzuje się dużą szybkością i mniejszym utlenianiem. Po hartowaniu można uzyskać bardzo drobną strukturę hartowania i wielkość ziaren austenitu, co poprawia wytrzymałość i udarność ogniwa łańcucha. Jednocześnie ma zalety czystości, warunków sanitarnych, łatwej regulacji i wysokiej wydajności produkcji. Na etapie odpuszczania strefa zgrzewania ogniw łańcucha przechodzi przez wyższą temperaturę odpuszczania i w krótkim czasie eliminuje dużą ilość naprężeń wewnętrznych hartowniczych, co ma bardzo istotny wpływ na poprawę plastyczności i wytrzymałości strefy zgrzewania oraz opóźnienie inicjacji i rozwój pęknięć. Temperatura odpuszczania w górnej części kołnierza ogniwa jest niska, a po odpuszczeniu ma wyższą twardość, co sprzyja zużyciu ogniwa w procesie pracy, tj. zużyciu pomiędzy ogniwami łańcucha i zazębieniem pomiędzy łańcuchami ogniwa i zębatka łańcucha.
4. Wniosek
(1) Stal do górniczego łańcucha o okrągłych ogniwach o wysokiej wytrzymałości rozwija się w kierunku wyższej wytrzymałości, wyższej hartowności, wyższej wytrzymałości plastycznej i odporności na korozję niż powszechnie stosowana na świecie stal 23MnNiMoCr54. Obecnie stosowane są nowe, opatentowane gatunki stali.
(2) Poprawa właściwości mechanicznych okrągłego łańcucha ogniwowego o wysokiej wytrzymałości górniczej sprzyja ciągłemu doskonaleniu i doskonaleniu metody obróbki cieplnej. Rozsądne zastosowanie i dokładna kontrola technologii obróbki cieplnej jest kluczem do poprawy właściwości mechanicznych łańcucha. Technologia obróbki cieplnej łańcuchów górniczych stała się podstawową technologią producentów łańcuchów.
(3) Rozmiar, kształt i struktura łańcucha o wysokiej wytrzymałości w górnictwie zostały ulepszone i zoptymalizowane. Te ulepszenia i optymalizacje dokonywane są na podstawie wyników analizy naprężeń łańcucha i pod warunkiem konieczności zwiększenia mocy urządzeń wydobywczych i ograniczenia powierzchni podziemnej kopalni.
(4) Zwiększenie specyfikacji górniczych łańcuchów o okrągłych ogniwach o wysokiej wytrzymałości, zmiana formy strukturalnej i poprawa właściwości mechanicznych sprzyjają odpowiednio szybkiemu rozwojowi sprzętu i technologii do wytwarzania okrągłych łańcuchów stalowych.
Czas publikacji: 22 grudnia 2021 r