2.2.1. Các dạng h− hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục 2.2.1.1. Các dạng h− hỏng
1. Chữ thập: Vật liệu thép 45 (theo mẫu), th−ờng gặp các dạng h− hỏng sau: - Phần răng trong lỗ chữ thập – là dạng then hoa hình chữ nhật bị mòn - Phần cánh (4 cánh) bị biến dạng trong thớt giữa
2. Thớt giữa: Vật liệu GX15-32 (theo mẫu) th−ờng gặp các dạng h− hỏng sau: - Các cánh phía trong bị vỡ do chữ thập ép, nén
- Các vành bị nứt, vỡ do bị rung động trong quá trình làm việc
3. Mặt bích trong, ngoài: Vật liệu CT3 (theo mẫu) th−ờng gặp các dạng h− hỏng sau: - Biến dạng do chữ thập ép vào, bề mặt bị lõm sâu
- Các lỗ định vị bị nứt, vỡ với đuôi động cơ (bánh đà)
4. Vung giảm chấn: Vật liệu GX15-32 (theo mẫu), th−ờng gặp các dạng h− hỏng sau: - Lỗ lắp vòng bi bị mòn rộng kích th−ớc
- Các lỗ bắt bu lông bị nứt vỡ do rung động trong quá trình làm việc - Bị đất đá bắn lên gây nứt vỡ
5. Trục then hoa
- Cổ trục φ40 và φ65 bị mòn
- Then hoa dạng chữ nhật bị nứt gây vỡ
- Lỗ ren lắp bu lông bị mòn trong quá trình làm việc 6. Vòng bi, bu lông và êcu: th−ờng gặp các dạng h− hỏng sau: - Mòn đ−ờng kính trong và ngoài trong quá trình làm việc
- Kẹt do bụi
- Rơi ra do các lỗ định vị bị nứt vỡ
2.2.1.2. Nguyên nhân và biện pháp khắc phục
1. Nguyên nhân: Qua thời gian làm việc trong môi tr−ờng mỏ khắc nghiệt, các chi tiết của cụm khớp nối giảm chấn bị mòn, nứt, vỡ. Do phải truyền mô mên xoắn từ động cơ đến các bộ phận tiếp theo của hệ thống truyền lực. Chỉ cần một trong các chi tiết bị hỏng, phá vỡ cân bằng động của cụm giảm chấn, dẫn đến mất tính năng và tác dụng của cả cụm chi tiết trên
2. Biện pháp khắc phục: Các chi tiết của cụm khớp nối giảm chấn xe HD do Nhật chế tạo rất chính xác, độ bền cao, lắp ráp cẩn thận. Do hết thời gian bảo hành, đề nghị nhập chi tiết th−ờng chậm không đáp ứng tiến độ sửa chữa và giá thành các chi tiết rất đắt, phải mua bằng ngoại tệ. Khi các Công ty Than Cọc Sau, Hà Tu... đặt vấn đề chế tạo mới trong n−ớc, nhóm đề tài của Viện Cơ khí Năng l−ợng và Mỏ – TKV đã tiến hành:
- Lấy mẫu sản phẩm
- Lựa chọn vật liệu theo h−ớng tăng c−ờng độ bền - Lập quy trình công nghệ chế tạo
- Lắp cụm - Cân bằng động - Thử nghiệm
2.2.2. Kết quả nghiên cứu
2.2.2.1. Lựa chọn vật liệu cho các chi tiết cụm khớp nối giảm chấn
1. Chữ thập:
- Vật liệu chọn thép 40XM cơ tính tốt hơn thép 45 của mẫu chuẩn
- Nhiệt luyện: Tôi cao tần then hoa, làm nguội trong dầu và ram thấp, chi tiết sẽ ổn định kích th−ớc, đảm bảo đạt độ cứng trung bình 55 – 58HRC 2. Mặt bích trong và ngoài:
- Vật liậu: chọn thép 20Γ là vật liệu có cơ tính tốt hơn thép CT3 của mẫu chuẩn. Vật liệu này còn có tính chịu mài mòn, chịu nhiệt độ trong quá trình làm việc.
3. Vung giảm chấn:
- Vật liệu: chọn gang xám GX18-36 có cơ tính cao hơn GX15-32 của mẫu 4. Thớt giữa:
- Vật liệu: chọn thép đúc 45Λ có cơ tính cao hơn thép 40Λ của mẫu - Nhiệt luyện: th−ờng hoá và ram
5. Trục then hoa:
- Vật liệu: chọn thép chế tạo là 20XM có cơ tính tốt hơn so với thép 20X từ mẫu chuẩn vì có thêm thành phần môlípđen, tăng tính chịu nhịêt, bền nóng - Nhiệt luyện: Thấm C có chiều sâu 1,2-1,5mm sau đó tôi cao tần và ram thấp đảm bảo độ cứng trung bình 58 – 60HRC.
2.2.2.2. Lựa chọn kết cấu, nguyên lý đối với sản phẩm chế tạo mới
1. Chữ thập
Chọn dạng then hoa thân khai có m = 2,5; góc ăn khớp α = 300; dạng răng thẳng; số l−ợng răng không đổi; độ đồng tâm cho phép ≤ 0,03 – 0,05; cấp
chính xác 7. Dùng trục then hoa lắp ghép và kiểm tra chữ thập sau khi gia công cơ khí
2. Trục then hoa
Chọn then hoa thân khai giống nh− then hoa của chữ thập. 3. Thớt giữa
Sau khi đúc chi tiết đ−ợc th−ờng hoá và ram, sau đó gia công theo mẫu, đảm bảo độ đồng tâm δ≤ 0,05 và các lỗ định vị trên chi tiết, làm cùn cạnh sắc.
4. Vung giảm chấn
Sau khi đúc đ−ợc ủ và gia công theo mẫu đảm bảo độ đồng tâm δ≤ 0,05 và các lỗ định vị trên chi tiết. Đặc biệt khi gia công lỗ φ120 để lắp vòng bi 6213. Trên vung cần để l−ợng d− gia công, đánh bóng tr−ớc khi lắp vòng bi trên.
5. Mặt bích trong và ngoài
Gia công theo mẫu, đảm bảo độ đồng tâm và các lỗ định vị trên chi tiết 6. Giải quyết cân bằng động giữa chi tiết và cụm chi tiết
- Trục then hoa và chữ thập
- Cả cụm chi tiết: Chữ thập, trục then hoa, thớt giữa, và mặt bích trong ngoài có đặt các miếng cao su ở trong
+ Tốc độ vận hành: 50 – 3500 vòng/phút
+ Thiết bị kiểm tra cân bằng động: VIBRO BALANCER41-VB41 kiểm tra độ rung của gối trục.
2.2.2.3. Tính toán kiểm tra mối ghép then hoa thân khai
Khi lựa chọn mối ghép then hoa thân khai của trục then hoa và chữ thập có thể bị hỏng do dập bề mặt làm việc. Ngoài ra do biến dạng và khe hở gây nên những dịch chuyển t−ơng đối giữa các bề mặt làm việc, mối ghép này có thể bị hỏng do mòn.
Tính toán quy −ớc theo điều kiện trung bình σd (ứng suất dập) trên bề mặt then hoa không v−ợt quá trị số cho phép.
[ ]( ) . . . . 2 MPa Z h l d T d m d σ ψ σ = ≤ Trong đó:
l – Chiều dài mối ghép
dm - Đ−ờng kính trung bình của then hoa Z – Số răng then hoa
ψ - Hệ số xét đến sự phân bố không đều trên các răng, th−ờng là: ψ = 0,7 ữ 0,8
{σd} – ứng suất dập cho phép (Mpa)
h – Chiều cao bề mặt tiếp xúc của răng, đối với răng thân khai h = 0,8m (m: mô đun răng)
Thay các số liệu của các chi tiết cụm khớp nối giảm chấn vào công thức trên để xác định ứng suất dập trên bề mặt then hoa.
T = 140.000N.mm l = 68mm Z = 24 răng m = 2,5mm dm = Z.m = 24x2,5 = 60mm ψ = 0,8 H = 0,8 x m = 0,8 x 2,5 = 2 Ta đ−ơc: 1,79( ) 8 , 0 24 2 68 60 140000 2 MPa x x x x x d = ≈ σ
σd = 1,79Mpa ≤ {σd} = 3 ữ 10MPa (Xem bảng 2 – 2)
Nh− vậy qua tính toán ta thấy mối ghép then hoa thân khai đã đảm bảo yêu cầu kỹ thuật trong quá trình làm việc.
Bảng 2 – 2: Trị số ứng suất dập cho phép của mối ghép then hoa Kiểu ghép Điều kiện sử dụng ứng suất cho phép, MPa
Bề mặt then
Không nhiệt luyện Có nhiệt luyện Ghép cố định Nặng (có va đập) Trung bình Nhẹ 35 – 50 60 – 100 80 – 120 40 – 70 100 – 140 120 – 200 Ghép di động Nặng (có va đập) 3 – 10
Trung bình Nhẹ
5 – 15 10 – 20