Зносостійкий елемент, що взаємодіє з абразивним середовищем

Реферат: Винахід належить до машинобудування. Зносостійкий елемент, що взаємодіє з абразивним середовищем, включає корпус, пов'язаний зі зносостійким монолітним тілом, причому згаданий зносостійкий елемент містить зносостійке монолітне тіло, яке виконано із суміші кременистого або марганцевистого флюсу з порошком карбіду бору або карбіду вольфраму, або карбіду титану, підданої термічному впливу, та згадане тіло розташоване всередині корпусу - у порожнині металевої трубчатої оболонки, порожнина якого має круглий або прямокутний, або трикутний, або еліптичний переріз, при цьому згаданий зносостійкий елемент має зону дифузії, одержану за рахунок високотемпературного впливу і розташовану між згаданим тілом і оболонкою, причому ширина згаданої зони становить від 10 до 30 % товщини металевої трубчатої оболонки, а на зовнішньої стороні металевої трубчатої оболонки виконана опорна поверхня, яка забезпечує можливість приєднання зносостійкого елемента за допомогою газового або електричного зварювання до металевої поверхні робочого органа. Технічний UA 112634 C2 (12) UA 112634 C2 результат: підвищення міцності та тривалості динамічної взаємодії зносостійкого елемента з абразивним середовищем. UA 112634 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до машинобудування в різних областях промисловості, зокрема може бути використаний для виготовлення робочих органів машин різного призначення, що взаємодіють з абразивним середовищем. Винахід являє собою конструктивний елемент, що виготовляється і установлюється на устаткуванні, що призначене для тривалої взаємодії з абразивними сумішами. Пристрій призначений для підвищення зносостійкості робочих органів, а також тих їхніх частин, які піддаються максимальному динамічному і статичному впливу абразивного середовища. Зокрема, винахід призначено для робочих органів різних сепараторів, агрегатів, що перекачують, елеваторів, навантажувальних машин і транспортерів. Застосування пристрою підвищує зносостійкість робочих органів і забезпечує збільшення їхнього експлуатаційного ресурсу, а також зниження собівартості експлуатації устаткування. Винахід належить до зносостійких елементів, яким може бути надана будь-яка просторова конфігурація залежно від конфігурації робочого органа машини. Відома конструкція зносостійкого елемента просторової конфігурації, яка виконана у вигляді монолітного тіла з полімерних матеріалів (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0 %9A%D0 %BE%D0 %BC%D0 %BF%D0 %B E%D0 %B7 %D0 %B8 %D1 %86 %D0 %B8 %D0 %BE%D0 %BD%D0 %BD%D1 %8B% D0 %B9_%D0 %BC%D0 %B0 %Dl%82 %D0 %B5 %Dl%80 %D0 %B8 %D0 %B0 %D0 % BB). Недоліком відомої конструкції є те, зносостійкий елемент, що являє собою робоче тіло, виконують з полімерного матеріалу і укріплюють армуючими елементами у вигляді фібри з металу або інших високоміцних елементів. Застосування полімерних зносостійких елементів підвищує собівартість експлуатації устаткування через високу вартість, обумовлену складністю і тривалістю виготовлення. Крім того, такого типу зносостійкі елементи мають значно меншу міцність у порівнянні з металевими елементами і, відповідно, менший експлуатаційний ресурс. Важливим недоліком відомих зносостійких елементів є те, що вони вимагають спеціальних кріплень на поверхні робочого органа. Ці кріплення повинні надійно фіксувати елемент на поверхні робочого органа. Крім того, така конструкція ускладнює конструкцію агрегату і вимагає додаткових трудових і матеріальних витрат на профілактику фіксації зносостійкого елемента. Найбільш близьким аналогом запропонованого винаходу є зносостійкий елемент, взаємодіючий з абразивним середовищем, що включає корпус, пов'язаний зі зносостійким монолітним тілом, що містить карбіди металів (RU 2376442 С2, МПК B22F7/00, 20.12.2009). Недоліком відомого технічного рішення є те, що з'єднання зносостійкого монолітного тіла з корпусом не має високої міцності, тому що не передбачається регламентована дифузійна взаємодія між зазначеними монолітним тілом і корпусом. Це істотно обмежує область застосування пристрою і воно не може бути застосоване в пристроях, що взаємодіють з абразивним середовищем при значних динамічних навантаженнях. Задачею винаходу є вдосконалення конструкції зносостійкого елемента, що взаємодіє з абразивним середовищем, за рахунок того, що: зносостійкий елемент містить зносостійке монолітне тіло виконане із суміші кременистого або марганцевистого флюсу з порошком карбіду бору або карбіду вольфраму, або карбіду титану, підданих термічному впливу; монолітне тіло розташоване усередині корпуса - у порожнині металевої трубчастої оболонки; порожнина трубчастої оболонки має круглий або прямокутний, або трикутний, або еліптичний переріз; зносостійкий елемент має зону дифузії, отриману за рахунок високотемпературного впливу і розташовану між монолітним тілом і оболонкою; ширина зони дифузії становить від 10 до 30 % товщини металевої трубчастої оболонки; на зовнішній стороні металевої трубчастої оболонки виконана опорна поверхня для приєднання зносостійкого елемента до металевої поверхні робочого органа. Технічний результат від використання винаходу полягає в тому, що фізико-механічні властивості пристрою забезпечують високу міцність і можливість тривалої динамічної взаємодії з абразивним середовищем. Виконання зносостійкого елемента дозволяє забезпечити високий ступінь кріплення до робочого органа, запобігаючи ймовірним втратам дорогого високоміцного металу. Застосування зовнішньої металевої оболонки дозволяє виконувати її з металу, фізикомеханічні властивості якого аналогічні фізико-механічним властивостям металу, з якого виготовлений робочий орган агрегату. 1 UA 112634 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Універсальність виробу полягає в широкому діапазоні засобів, де він може бути використаний. Пристрій передбачає можливість надання йому різної просторової форми залежно від застосовуваного устаткування. Конструкція пристрою передбачає можливість мінімізації втрат коштовного високоміцного металу за рахунок кріплення металевої оболонки за допомогою зварювання до робочого органа агрегату. З'єднання монолітного тіла до оболонки відбувається за рахунок дифузії відповідної форми і геометричних параметрів, яка відбувається при високотемпературній обробці виробу. Це забезпечує можливість надання будь-якої необхідної форми зносостійкому елементу. Виготовлення пристрою має низьку собівартість і можливість реалізації високого рівня механізації технологічного процесу. Пристрій забезпечує високу якість кріплення і можливість експлуатації зносостійкого елемента протягом тривалого строку до повного зношування. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що зносостійкий елемент, який взаємодіє з абразивним середовищем, включає корпус, пов'язаний зі зносостійким монолітним тілом, що містить карбіди металів. Відповідно до винаходу, згаданий зносостійкий елемент містить зносостійке монолітне тіло, що виконано із суміші кременистого або марганцевистого флюсу з порошком карбіду бору або карбіду вольфраму або карбіду титану, підданих термічному впливу. Монолітне тіло розташоване всередині корпуса - у порожнині металевої трубчастої оболонки, порожнина якого має круглий або прямокутний, або трикутний, або еліптичний переріз. Зносостійкий елемент має зону дифузії, отриману за рахунок високотемпературного впливу і розташовану між згаданими тілом і оболонкою. Ширина згаданої зони дифузії становить від 10 до 30 % товщини металевої трубчастої оболонки. На зовнішній стороні металевої трубчастої оболонки виконана опорна поверхня, яка забезпечує можливість приєднання зносостійкого елемента за допомогою газового або електричного зварювання до металевої поверхні робочого органа. Винахід ілюструється схемами, де на фіг. 1 показана поздовжня вертикальна проекція прямолінійного зносостійкого елемента; на фіг. 2 - переріз зносостійкого елемента; на фіг. 3 зносостійкий елемент у робочому положенні. Зносостійкий елемент включає тіло 1 з карбіду бору або карбіду вольфраму, або карбіду титану в суміші із флюсом, підданому термічному впливу до стану монолітного тіла. Монолітне тіло зносостійкого елемента 1 розташовано усередині порожнини металевої трубчастої оболонки 2, порожнина якого має переріз круглої або прямокутної, або трикутної, або еліптичної форми. За рахунок високотемпературної взаємодії між зовнішньою поверхнею монолітного тіла 1 і внутрішньою поверхнею металевої трубчастої оболонки 2 розташована контактна зона дифузії матеріалів 3, ширина якої становить від 10 до 30 % товщини трубчастої оболонки. Із зовнішньої сторони трубчастої оболонки 3 розташована опорна поверхня 4, яка виконана з можливістю взаємодії за допомогою газового або електричного зварювання з металевою поверхнею робочого органа 5. Металева трубчаста оболонка 2 за зоною опорної поверхні виконана з можливістю видалення її з поверхні зносостійкого елемента під впливом абразивного середовища. Пристрій призначений як армуючий елемент для робочих органів агрегатів, що взаємодіють з абразивними середовищами. Як абразивне середовище може бути пульпа, що складається з рідкої і твердої фаз, при різних співвідношеннях складових компонентів. Як тверда фаза, як правило, використається здрібнена мінеральна маса - здрібнена руда, що застосовується на збагачувальних фабриках для одержання концентрату з підвищеним вмістом корисного компонента для металургійної промисловості. Крім того, абразивним середовищем може бути сипуча маса, яка взаємодіє з виконавчими механізмами агрегатів, що переміщають сипучу гірську масу різного гранулометричного складу і фізико-механічних властивостей. Стосовно до будь-якого виконавчого органа, конфігурація зносостійкого елемента може бути різною. Необхідні геометричні параметри зносостійкого елемента забезпечуються при виготовленні металевої порожньої оболонки, фізико-механічні властивості якої дозволяють змінювати його форму до формування монолітного тіла високої міцності. Особливістю пристрою, що заявляється, є те, що безпосередньо на стадії виготовлення представляється можливим надавати виробу готову форму без застосування складної механічної і тим більше термічної обробки. Зносостійкий елемент реалізується в такий спосіб. 2 UA 112634 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Стосовно до заданого типу устаткування, виготовляється трубчаста металева оболонка 2. Трубчастій оболонці 2 може надаватися різна просторова форма залежно від типу застосовуваного устаткування, на якому встановлюється зносостійкий елемент. Як заготівка використовується металева трубчаста оболонка необхідного діаметра. Можуть застосовуватися труби різного діаметра, які виготовляються серійно. Вимоги до оболонки 2 обумовлені тим, що їхнє кріплення до робочого органа 5 машини здійснюється в основному за допомогою газового або електродугового зварювання 4. Міцність кріплення елемента залежить від фізико-механічних властивостей металу 1 металевої оболонки 2, тому що місце зварювання 4 піддається максимальному статичному і динамічному впливу при роботі встаткування. Залежно від призначення робочого органа 5 устаткування, металева оболонка 2 може бути вибрана різного перерізу, наприклад прямокутного, еліптичного, круглого або трикутного. Це обумовлено способом кріплення оболонки 2, геометричними параметрами і просторовою конфігурацією поверхні, до якої кріпиться металева оболонка 2. При виборі оболонки 2 враховується можливість не тільки її кріплення до поверхні робочого органа 5, але і можливість надання їй необхідної форми. Після вибору металевої оболонки 2 із заданими геометричними параметрами і фізикомеханічними властивостями, здійснюють вибір матеріалу, застосовуваного як зносостійкий елемент. Найпоширенішими для цих видів зносостійких елементів є карбіди бору, титану або вольфраму. Можуть застосовуватися і інші відомі високоміцні склади, які стійкі до впливу абразивного середовища. Металовмісний порошок високоміцного матеріалу 1 змішують із флюсом. Флюс забезпечує формування однорідного металевого тіла при наступному термічному впливі. Може застосовуватися кременистий або марганцевистий флюси. Основною вимогою до флюсу є утворення з його допомогою монолітного високоміцного тіла 1 зносостійкого елемента при термічній обробці без втрати його міцнісних характеристик. Після змішування до рівномірного стану, порошок з карбідом металу засипають у трубчасту оболонку 2, рівномірно його розподіляють і ущільнюють. Для цієї мети можуть використовуватися вібраційні столи або вібратори. Після повного засипання порошку з карбідом металу в порожнину металевої оболонки 2, їх піддають термічному впливу. Термічна обробка може здійснюватися в інфрачервоних або індукційних печах, температурний режим термічного впливу яких вибирають, виходячи з розрахунку взаємодії порошку з карбідом металу із флюсом і перетворення металовмісного порошку в монолітне тіло 1. Особливе значення при формуванні монолітного тіла 1 зносостійкого елемента приділяється формуванню зони дифузії 3 між бічною поверхнею монолітного тіла 1 і внутрішньою бічною поверхнею трубчастої металевої оболонки 2. Це необхідно тому, що від сили зчеплення між тілом зносостійкого елемента 1 і внутрішньою поверхнею трубчастої оболонки 2 залежить ступінь фіксації зносостійкого елемента на робочому органі 5 застосовуваного устаткування. Проведені дослідження показали, що ширина зони дифузії 3 повинна бути регламентованою і становити від 10 до 30 % товщини трубчастої оболонки. При товщині зони дифузії 3 менше 10 % не забезпечується необхідна сила зчепленняміж зносостійким елементом і внутрішньою частиною оболонки. При збільшенні зони дифузії 3 понад 30 % не забезпечується приріст сили зчеплення. Крім того, це приводить до збільшення собівартості виготовлення зносостійких елементів. В результаті виконаних робіт утворюється зносостійкий елемент, що включає монолітне тіло 1 заданої просторової конфігурації і геометричних параметрів. Отримане тіло зносостійкого елемента складається із суміші карбіду високоміцного металу: бору або вольфраму, або карбіду титану в суміші із флюсом, які піддають термічному впливу до утворення монолітного тіла. Монолітне тіло 1 розташоване всередині порожнини металевої трубчастої оболонки 2, порожнина якого має переріз круглої або прямокутної, або трикутної або еліптичної форми. За рахунок високотемпературного впливу, між зовнішньою поверхнею монолітного зносостійкого тіла і внутрішньою поверхнею металевої оболонки розташована контактна зона дифузії. Ширина зони дифузії становить від 10 до 30 % товщини оболонки металевого трубчастого елемента. Із зовнішньої сторони трубчастої оболонки розташована опорна поверхня 4, що виконана з можливістю взаємодії за допомогою газового або електричного зварювання з металевою поверхнею робочого органа 5. 3 UA 112634 C2 5 10 15 20 Металева трубчаста оболонка 2 за зоною опорної поверхні 4 виконана з можливістю видалення її з поверхні зносостійкого елемента під впливом абразивного середовища. Після виготовлення зносостійкого елемента заданої форми його закріплюють на поверхні робочого органа 5 за допомогою газового або електродугового зварювання 4. При виконанні зварювальних робіт плавленням металу оболонки утворюють опорну поверхню 4 у вигляді зони дифузії між поверхнею робочого органа 5 і зовнішньою частиною металевої оболонки 2. Ця зона визначає ступінь зв'язку зносостійкого елемента з робочим органом 5. Закріплений до робочого органа 5 зносостійкий елемент у процесі роботи устаткування входить у взаємодію з абразивним середовищем. У процесі взаємодії відбувається інтенсивне видалення маломіцної металевої оболонки 2 за зоною, утвореною опорною поверхнею 4. Опорна поверхня 4 забезпечує фіксацію зносостійкого елемента до його повного стирання в процесі експлуатації. Проведені дослідження і дослідно-промислові випробування показали, що конструкція зносостійкого елемента, що застосовується для технологічного встаткування різного призначення, має високу рентабельність при виготовленні. Зносостійкий елемент має високі експлуатаційні властивості і забезпечує можливість роботи устаткування протягом тривалого періоду часу без витрат часу на ремонт або відновлення. Перевагою конструкції пристрою зносостійкого елемента є те, що при його виготовленні можуть бути використані композиції будь-яких металовмісних порошків для одержання необхідних фізико-механічних властивостей готового виробу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 Зносостійкий елемент, що взаємодіє з абразивним середовищем, який включає корпус, пов'язаний зі зносостійким монолітним тілом, що містить карбіди металів, який відрізняється тим, що згаданий зносостійкий елемент містить зносостійке монолітне тіло, яке виконано із суміші кременистого або марганцевистого флюсу з порошком карбіду бору або карбіду вольфраму, або карбіду титану, підданої термічному впливу, та згадане тіло розташоване всередині корпусу - у порожнині металевої трубчатої оболонки, порожнина якого має круглий або прямокутний, або трикутний, або еліптичний переріз, при цьому згаданий зносостійкий елемент має зону дифузії, одержану за рахунок високотемпературного впливу і розташовану між згаданим тілом і оболонкою, причому ширина згаданої зони становить від 10 до 30 % товщини металевої трубчатої оболонки, а на зовнішньої стороні металевої трубчатої оболонки виконана опорна поверхня, яка забезпечує можливість приєднання зносостійкого елемента за допомогою газового або електричного зварювання до металевої поверхні робочого органа. 4 UA 112634 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5