Менеджери з технічного обслуговування гірничодобувного парку визначають деталі GET із загартованими ріжучими кромками для операцій бульдозерного штовхання

Що я дізнався про специфікацію GET для кар'єрних бульдозерів після 10 років поставок зносостійких деталей для гірничої промисловості

Коли я вперше почав постачати інструменти для обробки ґрунту (GET) для кар'єрних гірничих підприємств у 2015 році, найпоширенішою помилкою, яку я бачив у менеджерів з технічного обслуговування кар'єрного парку, було визначення ріжучих кромок GET виключно на основі ціни — купівля найдешевшого варіанту, який би підходив до їхнього обладнання, без урахування абразивності кар'єрного матеріалу, кількості робочих годин на день або загальної вартості споживання GET протягом терміну служби обладнання. Результатом був або передчасний знос (коли низькоякісна сталь використовувалася в умовах високого стирання), або надмірна вартість (коли високоякісні карбід-вольфрамові наконечники використовувалися в умовах низького стирання, де стандартної термічно обробленої сталі було б достатньо).

Протягом останніх 10 років я постачав продукцію GET кар'єрним підприємствам по всій Південно-Східній Азії, Близькому Сході та Центральній Азії, починаючи від невеликих сімейних вапнякових кар'єрів, що виробляють 50 000 тонн на рік, і закінчуючи великомасштабними гранітними кар'єрами, що виробляють 2 мільйони тонн на рік. Я проводив дослідження швидкості зносу, аналізував загальну вартість споживання GET на тонну переміщеного матеріалу та працював з командами технічного обслуговування для оптимізації інтервалів заміни GET та операційних практик. Я дізнався, що специфікація GET – це інженерне рішення, що ґрунтується на даних, а не рішення про покупку, і що правильна специфікація може знизити загальну вартість GET на 30-50% порівняно з посередньою специфікацією, що базується на найнижчій початковій вартості.

Розуміння технології GET: системи з односталевими наконечниками проти зварних

Інструменти для взаємодії з ґрунтом для кар'єрних бульдозерів доступні у двох основних конфігураціях систем: односталевий (де адаптер і ріжуча кромка є єдиним литим або кованим компонентом) та зварний наконечник (де окремо литий наконечник приварюється або механічно фіксується на сталевому адаптері). Вибір між цими системами має значний вплив на експлуатаційні витрати, практику технічного обслуговування та ризики, пов'язані з обладнанням.

Системи GET з однієї сталі

Системи GET з цільної сталі є традиційною конструкцією для ріжучих кромок бульдозерів і залишаються стандартом у багатьох кар'єрних операціях. Весь компонент — від фіксуючого механізму, який зчіплюється з хвостовиком відвалу бульдозера, до ріжучої кромки, яка контактує з кар'єрним матеріалом — виготовлений з цільного шматка термічно обробленої легованої сталі. Коли ріжуча кромка зношується або ламається, весь компонент знімається та замінюється новим.

Перевагами систем з односталевого різця є простота (немає зварних швів, які потрібно обслуговувати, немає обладнання для фіксації наконечника, яке потрібно перевіряти, та немає ризику втрати наконечника під час роботи) та надійність (правильно встановлений односталевий GET не вийде з ладу таким чином, що це призведе до пошкодження леза). Недоліком є ​​вартість: коли ріжуча кромка зношується після 200-600 годин роботи, весь компонент, включаючи адаптерну частину, яка взагалі не зазнала зносу, необхідно замінити. Для кар'єрних матеріалів з високим ступенем стирання, де ріжуча кромка швидко зношується, це означає заміну адаптера, який не зношується на 70-80%, кожні 200-400 годин, що є економічно марнотратним.

Системи GET зі зварними наконечниками

Системи зварних наконечників GET вирішують проблему економічної неефективності систем з однієї сталі, відокремлюючи зношуваний компонент (наконечник) від структурного компонента (адаптера). Коли наконечник зношується, замінюється лише наконечник — адаптер залишається встановленим на відвалі бульдозера, а новий наконечник зварюється або механічно фіксується на місці. Для кар'єрних робіт з великими обсягами робіт це може знизити експлуатаційні витрати GET на 30-40%, оскільки вартість адаптера амортизується протягом кількох замін наконечника.

Однак, системи зварних наконечників створюють ризики, яких немає в системах з односталевих деталей. Зварний шов між наконечником і адаптером є критичним структурним з'єднанням, яке піддається високим циклічним напруженням від перепадів температур та стирання кар'єрного матеріалу. Якщо зварний шов не виконано відповідно до гірничодобувних специфікацій (зазвичай AWS D14.1 або еквівалент), або якщо зварний шов не перевіряється регулярно на наявність тріщин та втоми, руйнування зварного шва наконечника під час експлуатації може призвести до його відлому та перетворення на високошвидкісний снаряд усередині кар'єру, або може спричинити пошкодження бульдозерного відвалу, вартість ремонту якого в 5-10 разів перевищує вартість запчастини GET. З мого досвіду, ризик руйнування зварного шва є основною причиною, чому деякі оператори кар'єрів віддають перевагу системам з односталевих деталей — вони погоджуються на вищу вартість кожної заміни в обмін на усунення ризику руйнування зварного шва.

Третій варіант, який дозволяє уникнути як неефективності витрат, пов'язаних з використанням цільної сталі, так і ризику зварювання зварного наконечника, - це система механічного блокування наконечника, де наконечник утримується в адаптері за допомогою механічної системи утримання (фіксуючий штифт, кільце затискача або клинова система), а не за допомогою зварювання. Наконечники з механічним блокуванням можна замінити за 5-10 хвилин (порівняно з 30-60 хвилинами для зварного наконечника), і вони повністю усувають ризик пошкодження зварного шва, але вимагають регулярної перевірки та обслуговування механізму блокування, щоб переконатися, що наконечники не втрачаються під час роботи. Я все частіше рекомендую системи механічного блокування для кар'єрних операцій, де якість обслуговування є нестабільною, а наслідки втрати наконечника є серйозними.

Вибір марки матеріалу на основі абразивності кар'єрного матеріалу

Абразивність кар'єрного матеріалу є основним фактором у виборі марки матеріалу GET, а відповідність марки матеріалу абразивності є найважливішим рішенням у специфікації GET. Абразивність кар'єрних матеріалів вимірюється стандартизованими лабораторними випробуваннями: випробування на стирання в Лос-Анджелесі (LA75) вимірює втрату маси стандартизованого сталевого зразка після 500 обертів з кар'єрним матеріалом; індекс абразивності Cerchar (CAI) вимірює твердість кар'єрного матеріалу від подряпин на сталевому стилі. Обидва випробування надають корисні дані, і я зазвичай використовую LA75 як основний параметр специфікації, оскільки він краще корелює зі зносостійкістю GET, згідно з моїм польовим досвідом.

Низькоабразивні матеріали (вапняк, мармур, гіпс)

Вапнякові, мармурові та гіпсові кар'єри мають значення LA75 у діапазоні 20-30 (що означає, що матеріал спричиняє втрату маси на 20-30% у випробуванні LA75) та індекси Cerchar 0,5-1,5. Ці матеріали є відносно м'якими та спричиняють помірний абразивний знос ріжучих кромок GET. Для цих застосувань я використовую термічно оброблені ріжучі кромки з низьколегованої сталі з твердістю за Брінеллем 400-500 HB, що забезпечує достатній термін служби (300-600 робочих годин на комплект наконечників для бульдозерів потужністю 320 к.с.) за найнижчою відповідною вартістю. Наконечники з карбіду вольфраму або карбіду хрому, як правило, не є економічно ефективними для матеріалів з низькою абразивністю, оскільки поступове збільшення терміну служби не виправдовує 3-5-кратне збільшення вартості деталі.

Матеріали середньої абразивності (пісковик, гравій, залізна руда)

Пісковик, деякі гравійні формації та родовища залізної руди нижчого сорту мають значення LA75 у діапазоні 40-60 та індекси Cerchar 2,0-3,5. Ці матеріали спричиняють значний абразивний знос, який швидко руйнує стандартну термооброблену сталь. Для цих застосувань я використовую термооброблену середньолеговану сталь з додаванням хрому (зазвичай 2-4% хрому) для підвищення твердості та зносостійкості, з твердістю за Брінеллем 500-600 HB. Додавання хрому збільшує вартість приблизно на 15-25% порівняно зі стандартною термообробленою сталлю, але подовжує термін служби на 50-100%, що робить її економічно ефективною для застосувань із середньою абразивністю. Як альтернатива, я використовую наплавлену пластину з карбіду хрому на ріжучій кромці для найбільш економічно ефективного рішення для матеріалів середньої абразивності — наплавлення забезпечує твердість поверхні 600-700 HB, тоді як основа залишається міцною легованою сталлю.

Високоабразивні матеріали (граніт, базальт, кварцит)

Граніт, базальт, кварцит та деякі тверді залізні руди мають значення LA75 у діапазоні 70-100 та індекси Cerchar 4,0-6,0. Ці матеріали є одними з найбільш абразивних природних матеріалів, що зустрічаються в кар'єрах, і стандартна термооброблена сталь GET може зношуватися всього за 50-100 робочих годин у цих умовах. Для застосувань з високою абразивністю я вказую на композитні наконечники з карбіду вольфраму (з об'ємною твердістю 1500-1800 HB) або запатентовані пластини зі стираноміцного сплаву з надвисокою твердістю (поверхня 650-700 HB). Вартість цих високоякісних матеріалів у 3-10 разів перевищує вартість стандартної термообробленої сталі, але тривалий термін служби (1000-4000 робочих годин залежно від конкретного сорту матеріалу та абразивності кар'єрного матеріалу) робить їх найбільш економічно ефективним варіантом, якщо врахувати повну вартість простою, робочої сили та втрати продуктивності.

Реальна вартість зносу GET у кар'єрних операціях

Вартість зносу газорозподільної системи (GET) у кар'єрах набагато вища, ніж усвідомлює більшість керівників кар'єрів, оскільки пряма вартість деталей становить лише частину від загальної вартості. З мого досвіду аналізу даних про вартість GET у кар'єрах у кількох країнах, загальна вартість зносу GET розподіляється приблизно так: 20-30% – це пряма вартість деталей GET (наконечники, адаптери, ріжучі кромки); 30-40% – це вартість простоїв для заміни GET та обслуговування відвалу; та 40-50% – це вартість втрати продуктивності плюс вторинне пошкодження конструкції відвалу бульдозера, спричинене зношенням GET після закінчення рекомендованого терміну заміни.

Вплив зношених GET на продуктивність

Коли ріжучі кромки газотурбінної кувалди зношуються вище рекомендованої точки заміни, ефективність штовхання бульдозера значно знижується. Бульдозер з належним чином обслуговуваною газотурбінною кувалдою може переміщувати на 15-25% більше матеріалу на годину, ніж така сама машина зі зношеною газотурбінною кувалдою, що працює в тих самих умовах. Ця втрата продуктивності не завжди очевидна, оскільки вона накопичується поступово в міру зношування газотурбінної кувалди, але протягом повного виробничого дня різниця між належним чином обслуговуваною та зношеною газотурбінною кувалдою може являти собою скорочення щоденного переміщення матеріалу на 10-20%, що за ціною на вході кар'єру 10-30 доларів США за тонну становить 1000-5000 доларів США втраченого доходу на день для кар'єрного підприємства середнього розміру.

Вторинні пошкодження, спричинені зношеною газорозподільною машиною (GET), є, мабуть, найбільш недооціненою складовою витрат. Коли ріжуча кромка зношується до точки, коли вона більше не забезпечує гострої поверхні різання, відвал бульдозера починає наїжджати на матеріал, а не різати його чисто. Це призводить до того, що відвал торкається поверхні землі, а крила труться об незрізаний матеріал, що прискорює знос нижніх пластин відвалу, крила й з'єднань штовхача. Я бачив випадки ремонту конструкції відвалу бульдозера, який коштував 8000-25 000 доларів США — у п'ять-десять разів більше річної вартості GET — і був спричинений експлуатацією зі зношеною GET після рекомендованого терміну заміни.

Планування інтервалів змін для роботи кар'єрного парку

Інтервал заміни рідини для розпилювача рідини (GET) для кар'єрних бульдозерів повинен базуватися на виміряному зносі, а не за фіксованим графіком, оскільки абразивність кар'єрного матеріалу варіюється між кар'єрними ділянками, між уступами та між сезонами. Однак більшість кар'єрних операцій потребують відправної точки для планування технічного обслуговування, і я надаю наступні рекомендації залежно від типу кар'єрного матеріалу та класу розміру бульдозера, з рекомендацією операторам коригувати інтервали на основі фактичних польових вимірювань.

Протокол перевірки

Я рекомендую проводити візуальний огляд GET під час кожної зміни зміни — зазвичай кожні 8 або 12 робочих годин — що займає у навченого оператора або техніка з технічного обслуговування приблизно 5 хвилин. Під час перевірки слід перевірити: знос кінчика наконечника (виміряйте залишкову довжину кінчика від кінчика наконечника до плеча адаптера — замініть, якщо вона знаходиться в межах 10 мм від плеча адаптера); видимі тріщини (шукайте тріщини, що йдуть від кінчика наконечника до з'єднання адаптера — будь-яка тріщина довжиною понад 5 мм вимагає негайної заміни наконечника); утримання наконечника (для систем з механічним блокуванням та зварними наконечниками переконайтеся, що наконечники надійно закріплені, а механізм утримання цілий); та стан адаптера (перевірте наявність зігнутих або зношених фіксуючих поверхонь адаптера, які можуть перешкоджати належному розміщенню наконечника).

Заплановані інтервали змін

Для початкового планування технічного обслуговування я рекомендую такі інтервали заміни GET як відправні точки, скориговані на основі фактичних даних огляду: для бульдозерів класу 320 к.с. (типові для вапнякових кар'єрів середнього масштабу) у вапняку (LA75 20-30): замінювати наконечники через 300-500 годин роботи; у пісковику (LA75 40-60): замінювати наконечники через 200-400 годин роботи; у граніті/базальті (LA75 70-100): замінювати наконечники через 100-200 годин роботи на наконечники з карбіду вольфраму. Для бульдозерів класу 520 к.с. (типові для великих кар'єрів): масштабуйте вищевказані інтервали приблизно в 0,8 раза, оскільки більше обладнання має вищу вартість GET за годину роботи через більші розміри наконечників.

Щодо стандартів на зношувані деталі гірничодобувного обладнання, зверніться доISO 10414стандарти обладнання для буріння гірських порід таSAE InternationalКерівні принципи щодо специфікацій зношуваних деталей для землерийної техніки.

Часті запитання

Яка різниця між системами GET з одним сталевим наконечником та звареними наконечниками для кар'єрних бульдозерів?

Системи GET з цільної сталі використовують цілісні литі або ковані компоненти, де адаптер і ріжуча кромка є єдиним цілим — коли ріжуча кромка зношується, весь компонент замінюється, включаючи незношений адаптер. Системи зі зварним наконечником використовують окремо литий наконечник, який приварюється або механічно фіксується на сталевому адаптері — коли він зношується, замінюється лише зношений наконечник, що знижує експлуатаційні витрати на 30-40%. Цільностальеві системи пропонують простоту та нульовий ризик втрати наконечника; зварний наконечник знижує вартість, але створює ризик руйнування зварного шва. Системи з механічним фіксуванням наконечника пропонують третій варіант — заміну наконечника без зварювання та без ризику руйнування зварного шва.

Як марка матеріалу впливає на зносостійкість ріжучих кромок GET у кар'єрах?

Марка матеріалу є основним фактором, що визначає термін служби ріжучої кромки GET. Стандартна вуглецева сталь (300-400 HB) зношується за 100-200 годин в абразивному кар'єрному вапняку. Термооброблена низьколегована сталь (450-550 HB) подовжує термін служби до 300-500 годин. Наплавлення з карбіду хрому (600-700 HB) подовжує термін служби до 600-1000 годин. Композитні наконечники з карбіду вольфраму (1500-1800 HB) можуть подовжити термін служби до 2000-4000 годин у важких абразивних умовах. Правильна марка повинна відповідати індексу абразивності кар'єрного матеріалу LA75 або Cerchar — використання високоякісного матеріалу в матеріалі з низьким ступенем стирання призводить до марнування коштів, тоді як використання стандартної сталі в матеріалі з високим ступенем стирання призводить до надмірного зносу та вторинних пошкоджень.

Яка реальна вартість зносу GET у кар'єрних гірничих роботах?

Загальна вартість зносу GET включає: (1) Пряму вартість деталей GET — 20-30% від загальної суми; (2) Вартість робочої сили на заміну — 30-40% від загальної суми (2-4 години простою на кожну заміну); (3) Втрату продуктивності через зношену GET, що знижує ефективність штовхання на 15-25% — 20-30% від загальної суми; (4) Вторинне пошкодження пластин крил відвалу, штовхальних важелів та нижніх зношуваних пластин — 20-30% від загальної суми. Загальна вартість може сягати 3-8 доларів США за робочу годину у важких кар'єрних умовах. Вартість ремонту конструкції відвалу, спричиненого роботою зі зношеною GET після рекомендованої точки заміни, може сягати 8000-25000 доларів США за одну заміну — у 5-10 разів перевищує річну вартість GET.

Як абразивність поширених кар'єрних матеріалів впливає на вибір GET?

Абразивність кар'єрних матеріалів дуже різна: для м'якого вапняку (LA75 20-30, Cerchar 0.5-1.0) використовується термічно оброблена сталь 450-500 HB з терміном служби 300-600 годин. Для пісковика та гравію середньої абразивності (LA75 40-60, Cerchar 2.0-3.0) потрібне хромокарбідне покриття 550-650 HB з терміном служби 300-500 годин. Для граніту та базальту високої абразивності (LA75 70-100, Cerchar 4.0-6.0) потрібні наконечники з карбіду вольфраму або надвисокотверді сплави (650-700 HB) з терміном служби 400-2000 годин залежно від марки. Завжди перевіряйте або отримуйте дані LA75/Cerchar для вашого конкретного кар'єрного матеріалу, перш ніж визначати марку матеріалу GET.

Який інтервал зміни GET повинні використовувати керівники парку кар'єрів для бульдозерів?

Інтервали заміни встановлюйте на основі виміряного зносу, а не календарного часу. Для бульдозерів класу 320 к.с. у вапняку: 300-500 робочих годин на комплект наконечників. У пісковику: 200-400 робочих годин. У граніті/базальті: 100-200 робочих годин з наконечниками з карбіду вольфраму. Для бульдозерів класу 520 к.с. інтервали слід скоротити приблизно на 20%. Перевіряйте під час кожної зміни зміни (кожні 8-12 годин) та замінюйте, коли кінчик наконечника зношений до межі 10 мм від плеча адаптера, будь-яка видима тріщина від кінчика до адаптера перевищує 5 мм, або втрата ваги перевищує 15% від початкової. Експлуатація понад ці порогові значення значно збільшує ризик вторинних пошкоджень.