Пальцы и втулки ковша экскаватора: полное руководство

Износостойкость и структурная целостность пальцы и втулки ковша напрямую определяются их точностью соответствия, выбором материала и технологией обработки. После возникновения ненормального износа его замена не только сложна и дорогостояща, но и может повлиять на стабильность и безопасность всей конструкции машины.

С точки зрения эксплуатации проекта, состояние технического обслуживания пальцы и втулки экскаватора определяет эффективность работы и частоту простоев оборудования, что в свою очередь влияет на стоимость строительства и ход выполнения графика. Многие менеджеры по оборудованию осознают их важность только после того, как произойдет отказ. Заранее изучив типы, структурные различия, принципы выбора и методы обслуживания пальцев и втулок ковша, они могут эффективно снизить риски обслуживания и улучшить общую производительность оборудования.

Компания GFM систематически анализирует типы, процессы обработки материалов, адаптируемость к условиям эксплуатации, методы выбора и технологии обслуживания пальцев и втулок ковша, а также объединяет многолетний практический опыт завода-изготовителя GFM и примеры клиентов, чтобы помочь вам глубже понять этого «небольшого, но важного» механического партнера.

Подробное описание типов пальцев ковша: от стандартных пальцев до пальцев из высокопрочного сплава

Палец ковша является одним из основных компонентов экскаватора, соединяющим стрелу, стержень ковша, шатун и ковш. Он не только должен выдерживать высокоинтенсивные ударные нагрузки, но и сохранять высокую устойчивость и надежность при частом вращении и качании. С диверсификацией рабочих требований структура, конфигурация материала и процесс обработки поверхности пальца ковша постоянно развиваются, чтобы соответствовать требованиям использования в различных рабочих условиях.

Структурная классификация

Прямой штифт: Это самый простой и распространенный тип пальца ковша, широко используемый в малых и средних экскаваторах. Его два конца обычно плоские или оснащены канавками для стопорных колец, закрепленных болтами, штифтами или нажимными пластинами. Преимуществами являются простота обработки и высокая универсальность, но его характеристики сопротивления боковым силам являются средними в условиях высокой нагрузки.

Шаговый штифт: Ступенчатый штифт спроектирован с изменением диаметра на одном конце или в средней части корпуса штифта и часто используется в ситуациях, когда требуется прочное позиционирование одной стороны, например, в соединении между рычагом ковша и шатуном. Ступенчатая конструкция может обеспечить более стабильную точку опоры силы, чтобы избежать осевого смещения или деформации смещения, вызванной длительной работой.

Полый штифт: Этот тип пальца ковша полый внутри и может использоваться для снижения нагрузки всей машины, настройки каналов смазки или для встроенной проводки датчика. Он особенно используется в интеллектуальных экскаваторах и системах направленной смазки, но его точность обработки и требования к долговечности выше, и он обычно встречается в импортном или высококлассном оборудовании.

Анализ материалов

Материалы, используемые для пальцев ковша, должны учитывать прочность, ударную вязкость и износостойкость одновременно. Текущие основные материалы включают:

Сталь 451ТП5Т: распространенный материал из углеродистой конструкционной стали, с низкой стоимостью и хорошими характеристиками обработки, подходит для сцен с небольшими нагрузками и высокой частотой замены. После термообработки может достигать HRC40~45, но износостойкость средняя.

40Кр: широко используется в пальцах ковша среднего и высокого класса, обладает превосходными механическими свойствами после закалки и отпуска, а также значительно улучшенным пределом текучести и сопротивлением изгибу, подходит для высокочастотных и высоконагруженных инженерных операций.

Легированная сталь 20CrMnTi: Это цементуемый тип стали. После цементации его поверхностная твердость может достигать HRC58 или выше, при этом сохраняется хорошая прочность в сердцевине, особенно подходит для пальцев ковшей, которые требуют высокой износостойкости и ударопрочности.

Нержавеющая сталь (например, 304/316): Хотя он используется редко, он все же имеет преимущества при использовании на небольшом землеройном оборудовании во влажных, высококоррозионных или пищевых и химических средах.

Процесс обработки поверхности

Обработка поверхности является важным процессом для повышения долговечности пальцев ковша. Различные методы обработки могут справиться с различными экологическими проблемами:

Высокочастотная закалка: Используйте индукционный ток для нагрева поверхности до температуры свыше 1000°C и быстро закалите ее, чтобы сформировать мартенситную структуру, значительно повысив твердость поверхности. Обычно используется для ковшовых штифтов 40Cr с глубиной обработки 1~3 мм.

Хромирование: На поверхности вала штифта электрохимическим способом формируется слой твердого хрома для снижения трения и повышения коррозионной стойкости. Подходит для тяжелых условий работы, таких как пыль и высокая температура.

Азотирование: Процесс низкотемпературного азотирования с температурой обработки ниже температуры закалки может эффективно повысить усталостную прочность и твердость поверхности, а также сохранить прочность сердцевины.

Электрофоретическое покрытие и напыление: В основном используется для красоты внешнего вида и предотвращения ржавчины. Хотя он не улучшает износостойкость, он может эффективно блокировать процесс окисления и продлевать цикл хранения.

Рекомендации по выбору пальцев ковша для экскаваторов различной грузоподъемности

Размер пальца ковша обычно тесно связан с уровнем тоннажа экскаватора. Ниже приведены некоторые рекомендуемые конфигурации:

Специальный штифт ковша

В определенных условиях эксплуатации палец ковша должен иметь более высокую ударопрочность и специальную конструкцию:

Штифт ковша для скального ковша: подходит для тяжелых скальных ковшей, должен обладать чрезвычайно высокой ударопрочностью, обычно изготавливаться из материалов 40CrNiMo или 42CrMo, а также иметь глубокую закалку и антикоррозионное покрытие.

Штифт ковша молота: Основной компонент, соединяющий гидромолот и механический рычаг, имеет больший диаметр и большую длину и рассчитан на устойчивость к высокочастотной вибрации и усталости при кручении.

Типы втулок и варианты применения

Втулка в основном выполняет роль «подшипника + защиты» в конструкции экскаватора. Она вставляется в отверстие соединительной части, чтобы обеспечить поддержку и направление для пальца ковша или вала, одновременно предотвращая износ или повреждение отверстия. Высококачественные втулки могут не только значительно продлить срок службы пальца ковша, но и эффективно снизить последующие расходы на техническое обслуживание и риск простоя оборудования.

Распространенные структурные типы

Цельная втулка: Изготовленный из цельного металла методом ковки или литья, он обладает высокой структурной прочностью и подходит для больших нагрузок и условий сильного удара. Его поверхность часто закаливается, хромируется или азотируется для повышения износостойкости.

Разрезная втулка: Также известная как разъемная втулка, она состоит из двух половин, которые легко заменяются и быстро устанавливаются. Она часто используется в деталях с высокой частотой обслуживания, таких как отверстия вала ковша.

Самосмазывающаяся втулка: Заполнен графитом, ПТФЭ, медным порошком или имеет конструкцию со смазочной канавкой, что позволяет снизить частоту смазки или полностью отказаться от нее, особенно подходит для суровых условий с высоким содержанием пыли и сложным поддержанием уровня смазки.

Вставная втулка: Для повышения износостойкости и стойкости к высоким температурам используйте карбидные листы или высокотвердую керамику, встроенную в поверхность трения втулки. Это обычно используется в деталях ковшей, эксплуатируемых в тяжелых условиях, в шахтах и туннелестроении.

Различия в материалах и производительности

Эксплуатационные характеристики различных материалов втулок следующие:

Сопоставление местоположения и производительности приложений

В различных конструктивных узлах экскаватора размер, толщина и обработка поверхности втулки будут проектироваться по-разному в зависимости от расположения и требований к нагрузке. Например:

• Место соединения стрелы и штока ковша → Зона высокой ударной нагрузки, рекомендуется использовать встроенную втулку из легированной стали + высокочастотную закалку.
• Отверстие для вала соединения ковша → Учитывая удобство разборки и сборки, предпочтительнее использовать разъемную самосмазывающуюся медную втулку.
• Соединение штока ковша и цилиндра → Требуются точные допуски соответствия и хорошая смазочная способность, поэтому в основном используются биметаллические втулки из медного сплава.

Характеристики износа втулки и метод оценки

Хотя втулка не несет непосредственной работы, она очень легко изнашивается из-за постоянного трения, и ее срок службы тесно связан с зазором соответствия пальца ковша. К распространенным формам износа относятся:

• Осевая деформация: проявляется как осевая ослабленность, приводящая к подпрыгиванию пальца ковша;
• Эллиптический износ: деформация соответствующего отверстия вызывает эксцентричное движение, влияющее на точность гидравлического действия;
• Отслоение металла: частицы металла отслаиваются от поверхности, что часто вызвано недостаточной смазкой или попаданием примесей.

Метод оценки:

• Используйте штангенциркуль для измерения зазора между пальцем ковша и втулкой. Обычно зазор нового узла составляет 0,1~0,3 мм. Если он превышает 0,5 мм, рекомендуется заменить его.
• Метод опыта на месте: используйте железный стержень, чтобы поддеть конец штифта ковша. Если амплитуда тряски превышает 5 мм, это обычно указывает на то, что втулка сильно изношена.

Предложения по выбору и советы по обслуживанию

• При каждой замене пальца ковша необходимо одновременно проверять и заменять втулку, чтобы обеспечить соосность и плотность посадки;
• Используйте высококачественную смазку, особенно в пыльных или влажных условиях, регулярно очищайте маслозаливное отверстие и добавляйте смазку;
• В высокочастотном рабочем оборудовании могут использоваться самосмазывающиеся медные втулки для снижения частоты технического обслуживания;

Соответствие соответствий и стандарты выбора между пальцами и втулками ковша

Соответствие пальцев и втулок ковша не только связано с гибкостью и устойчивостью подвижных частей, но также определяет эффективность работы и срок службы всей машины. Если соответствие слишком слабое, легко вызвать удар, шум и эксцентриковый износ. Если слишком плотное, это может привести к заклиниванию, нагреву или даже повреждению.

Важность соответствия разрешению

Так называемый «зазор» относится к зазору между пальцем ковша и втулкой. В идеале этот зазор должен быть достаточно большим, чтобы вместить смазочную масляную пленку для образования трения скольжения, но не настолько большим, чтобы вызывать явную тряску.

Рекомендуемый начальный зазор при установке:

• Малый экскаватор: 0,1 мм~0,2 мм
• Средний экскаватор: 0,15 мм~0,25 мм
• Большой экскаватор: 0,2 мм~0,35 мм

Зазор должен быть точно настроен в соответствии с диаметром пальца ковша, коэффициентом теплового расширения материала и сценарием использования. Например, в условиях высокой температуры и постоянной высокой нагрузки рекомендуется немного больший зазор, чтобы зарезервировать место для теплового расширения.

Влияние теплового расширения материала и согласования

Пальцы и втулки ковша из разных материалов имеют разные коэффициенты теплового расширения. Например, когда стальной палец ковша сочетается с медной втулкой, коэффициент теплового расширения меди выше, что может привести к расширению втулки и заклиниванию пальца ковша во время работы при высоких температурах. Поэтому сочетание материалов должно быть полностью рассмотрено в начале проектирования, зазор должен быть отрегулирован, а также должен быть выбран соответствующий метод смазки.

Пример: Последствия неправильного сопоставления

Клиент заменил партию пальцев ковша во время использования. Хотя размер был таким же, сильно изношенная втулка не была заменена одновременно, в результате чего новые пальцы ковша быстро показали неравномерный износ и царапины. После измерения было обнаружено, что зазор соответствия превышал 0,7 мм, и смазочная масляная пленка не могла быть сформирована, что привело к ускоренному износу из-за сухого трения. В конце концов, все втулки пальцев пришлось заменить одновременно, и машину пришлось остановить для технического обслуживания, что привело к потере более 30 000 юаней.

Краткое изложение опыта: Использование пальцев и втулок ковша — это «парная логика», и ни один из них не является обязательным. Особенно при больших нагрузках, частых перемещениях или в условиях высокой температуры и влажности, совместимость материалов и соответствие соответствующих зазоров должны быть приоритетными.

Навыки проведения инспекций и сборки на месте

Используйте внутренний и внешний микрометры для измерения отверстия втулки и диаметра пальца ковша соответственно, чтобы избежать ошибок визуальной оценки;

Перед установкой палец ковша можно заморозить (например, при температуре ниже -20 ℃), а затем быстро установить в терморасширенную втулку для повышения точности посадки с натягом;

Нанесите тонкий слой высокотемпературной смазки, чтобы облегчить первоначальную приработку и уменьшить ранний износ;

После установки вращение должно быть плавным и беспрепятственным, а при испытании на вибрацию не должно быть люфта.

Руководство по выбору пальцев и втулок ковша для различных условий эксплуатации

Строительная среда, с которой сталкиваются экскаваторы по всему миру, чрезвычайно сложна: от замерзшей почвы со льдом и снегом на севере до высокой температуры и влажности на юге, от твердой породы в шахтах до строительства городских дренажных систем, каждое рабочее условие предъявляет различные технические требования к пальцам и втулкам ковша. Если выбор неправильный, это напрямую повлияет на эффективность работы оборудования, срок службы компонентов и расходы на техническое обслуживание. Поэтому особенно важно классифицировать и рекомендовать подходящие конфигурации пальцев и втулок ковша в сочетании с типичными рабочими условиями.

Тяжелые горнодобывающие и скальные работы

Функции: высокая ударная вязкость, высокая запыленность в рабочих условиях, длительная эксплуатация оборудования при высоких нагрузках.

Рекомендуемая конфигурация:

• Материал пальца ковша — 42CrMo или 20CrNiMo, обладающий высоким пределом текучести и хорошей прочностью;
• Поверхностная обработка включает глубокую цементацию + хромирование или азотирование для повышения ударопрочности и коррозионной стойкости;
• В качестве втулки рекомендуется использовать цельную втулку из высокоуглеродистой легированной стали + встроенную графитовую смазочную канавку для повышения износостойкости;
• Система смазки оснащена централизованной системой подачи масла, а смазка добавляется один раз в 4 часа для предотвращения сухого трения металла.

Городское коммунальное и строительное строительство

Функции: частая эксплуатация оборудования, высокая гибкость и высокая частота вращения.

Рекомендуемая конфигурация:

• Палец ковша изготовлен из закаленного материала 40Cr с учетом как стоимости, так и производительности;
• Поверхность закалена высокочастотной закалкой для повышения локальной твердости;
• Втулка изготовлена из разъемной бронзовой втулки + конструкция с двойной масляной канавкой, что способствует равномерному распределению смазки;
• Особое внимание уделено простоте обслуживания конструкции, что обеспечивает быструю замену втулки и сокращает время простоя.

Водно-болотные угодья, болота и водоохранные зоны

Функции: влажная среда, попадание грязи и высокий риск коррозии.

Рекомендуемая конфигурация:

• Палец ковша выполнен из композитного материала из нержавеющей стали или имеет двухслойное антикоррозионное покрытие на поверхности;
• Втулка изготовлена из полиоксиметилена (POM)-нейлона или бронзы + внешний защитный слой из полиуретана для предотвращения проникновения воды;
• Уделите особое внимание усилению уплотнительной конструкции, например, добавлению пылезащитного кольца + водонепроницаемого масляного уплотнения для замедления скорости коррозионной эрозии;
• После ежедневной сборки детали необходимо промыть струей воды под высоким давлением и повторно смазать.

Холодные климатические условия (например, Северо-Восточный Китай, Россия и Канада)

Функции: Металлические материалы склонны к охрупчиванию в условиях низких температур, а текучесть смазки ухудшается.

Рекомендуемая конфигурация:

• Палец ковша изготовлен из армированной легированной стали с низкой вязкостью и подвергнут низкотемпературной закалке, что предотвращает его хрупкое растрескивание при температуре ниже -40 °C;
• Втулку рекомендуется использовать из самосмазывающегося сплава + высокотемпературную смазку на литиевой основе;
• Специально разработанная для условий низких температур двухслойная система герметизации позволяет избежать внутреннего замерзания;
• Рекомендуется предварительно прогревать и запускать оборудование в течение 2–5 минут за смену, чтобы снизить стресс при холодном пуске.

Условия работы в пустыне, при высоких температурах и засушливых условиях (например, на Ближнем Востоке и в Африке)

Функции: Высокая температура окружающей среды, сильный ветер и песок, а также быстрое высыхание жира.

Рекомендуемая конфигурация:

• Палец ковша изготовлен из легированной никель-хромовой стали + поверхностная азотированная обработка, что обеспечивает термостойкость и износостойкость;
• Втулка изготовлена из самосмазывающегося медного сплава + уплотнительное кольцо с противопесочной конструкцией;
• Смазку необходимо добавлять два раза в день, при этом рекомендуется использовать синтетическую смазку, устойчивую к высоким температурам;
• Добавьте противопесочный тканевый чехол или многослойную пылезащитную конструкцию, чтобы предотвратить попадание песка.

Специальные индивидуальные сценарии (отбойный молоток, высокочастотный вибрационный молоток)

Функции: Условия работы: высокочастотная вибрация, огромная ударная нагрузка.

Рекомендуемая конфигурация:

• Для пальцев ковшей используется сверхпрочная закаленная и отпущенная сталь (например, 35CrMo) + глубокая индукционная закалка;
• Втулка имеет твердосплавную вставную конструкцию с чрезвычайно низким коэффициентом поверхностного трения;
• Для продления срока службы используйте виброгасящие шайбы или высокоэластичные уплотнительные элементы.

Хотя пальцы и втулки ковша являются «мелкими деталями» в экскаваторах, они несут большую ответственность. От выбора материала и конструкции, процесса согласования до адаптации к различным условиям работы, каждое звено должно быть научно оценено в сочетании с окружающей средой на месте и характеристиками нагрузки оборудования. С помощью этого руководства мы можем увидеть:

• Различные типы пальцев и втулок ковшей не являются взаимозаменяемыми, но должны быть точно подобраны в соответствии с назначением;
• Зазоры и точность сборки напрямую влияют на срок службы и устойчивость всей машины;
• Выбор профессиональных материалов, методов герметизации и смазочных решений для различных условий эксплуатации является основой продления срока службы;
• Регулярный осмотр, замена по требованию и надежная смазка являются важными гарантиями предотвращения преждевременного выхода из строя и снижения затрат на техническое обслуживание.

Как опытный производитель деталей для экскаваторовGFM всегда придерживается высокого уровня мастерства, строгого отбора материалов и практичного структурного проектирования как своих основных преимуществ, чтобы предоставлять клиентам индивидуальные решения для пальцев и втулок ковшей. Независимо от того, осуществляете ли вы горнодобывающие проекты, муниципальные проекты или специальные операции в окружающей среде, если вы выбираете правильную модель и выполняете стандартизированное обслуживание, пальцы и втулки ковшей всегда могут обеспечить стабильную и надежную поддержку для вашего оборудования. Стабильная, безопасная и долговечная поддержка.

Выбор профессионализма означает выбор эффективности и долгосрочной ценности.