С наступлением холодов объем земельных работ хоть и снижается, но, тем не менее, остается достаточно значительным. При этом, учитывая климатические условия, существует необходимость производить разработку мерзлого грунта. Мерзлый грунт по своим физико-механическим свойствам соответствует массиву скальных пород. Он имеет относительно высокую механическую прочностью и абразивность за счет присутствия минеральных частиц.
Среди различных способов разработки мерзлых грунтов рассмотрим статическое воздействие с помощью такого вида многофункциональной (уже) техники, как экскаватор с установленным клыком-рыхлителем. В этом способе в принципе нет ничего нового, но со временем конструкция и экскаватора, и клыка-рыхлителя претерпевала изменения, а эффективность оборудования повышалась. В начале клык-рыхлитель имел относительно простое исполнение — центральное ребро (как правило, литое) на кронштейне, нередко весь рыхлитель представлял цельнолитую деталь.
Цельнолитой рыхлитель для ЭО-3323А
Радиус рыхления был заметно меньше радиуса ковша — примерно в два раза. Связано это было в первую очередь с возможностями самого экскаватора — с усилием, которое он мог развивать. Относительно небольшой радиус не позволял за один проход снять слой промерзшего грунта. С развитием самих экскаваторов и технологий менялся и конструктив рыхлителей. С повышением производительности экскаваторов стало возможным применять рыхлители большего радиуса — как следствие, повысилась и производительность.
Но оставалась другая проблема — высокая абразивность мерзлого грунта в условиях отрицательных температур окружающей среды приводила к быстрому износу рыхлителя. Износ сопровождался не только тем, что радиус рыхления становился меньше, но и тем, что рабочая передняя часть — «носик» — теряла заостренную форму. Это приводило к снижению усилия резания грунта, так как площадь контакта рыхлителя с грунтом возрастала. Помимо падения производительности, вследствие повышения сопротивления грунта повышалась нагрузка на рабочее оборудование, гидросистему экскаватора. Для преодоления сопротивления приходилось увеличивать производительность гидросистемы, повышая обороты двигателя, что вело в свою очередь к увеличению расхода горюче-смазочных материалов. Для восстановления рабочих характеристик требовался ремонт клыка-рыхлителя, в ходе которого восстанавливалась его первоначальная форма.
В дальнейшем решение было найдено. Рыхлители, как и ковши, стали комплектоваться сменными коронками. Количество простоев, связанных с ремонтом рыхлителя, сократилось.
Рыхлитель со сменной коронкой и протектором
Следующими этапами развития рыхлителей стали: более детальная проработка формы для повышения проникающей способности во время полного рабочего цикла, а также применение новых износостойких материалов. На замену литым рыхлителям, которые имели относительно высокий вес, пришли конструкции, произведенные из листовой стали. Применение современных методов раскроя на станках газоплазменной резки позволяет реализовать любую заданную форму при меньших затратах, тогда как производство отливок требует наличия энергоемкого оборудования, что менее эффективно с экономической точки зрения.
Также стоит отметить, что в качестве материала литых стоек применялась сталь 110Г13Л — распространенное решение для элементов конструкций, на которые в процессе эксплуатации происходит воздействие ударно-абразивного износа. Переход от литых стоек к стойкам из листовой стали также произошел благодаря появлению марок сталей с хорошими износостойкими свойствами, при этом обладающими хорошей свариваемостью, что важно для высоконагруженных конструкций, работающих в условиях знакопеременных нагрузок. Из отечественных марок это 09Г2С и 10ХСНД — конструкционные низколегированные марки сталей, которые по сей день широко применяются в навесном оборудовании, в том числе в ковшах экскаваторов, погрузчиков и других видов землеройной техники.
К тому же, клыки-рыхлители из листовой стали в целом имеют меньший весь, за счет более рациональной формы, что привело к снижению нагрузок на сам экскаватор. Однако литые элементы в конструкции самой стойки рыхлителя также продолжают применятся, но только в качестве приварных адаптеров, на которые устанавливается сменная коронка. Дальнейшим развитием рыхлителей стало появление листовых марок сталей со значительно более высокими износостойкими свойствами. Среди них стоит выделить сталь Hardox, которая сочетает в себе высокую твердость и ударную вязкость. Она может применяться в качестве дополнительных элементов защиты или иметь практически повсеместное использование, если условия эксплуатации характеризуются экстремальной степенью износа.
Из заметных последующих изменений стоит отметить применение дополнительных футерующих элементов и внедрение литой защиты стойки в виде сменного литого протектора, при этом протектор может иметь заостренную форму, что улучшает проникновение рыхлителя в мерзлый грунт. На фото ниже показан рыхлитель в современном исполнении — клык-рыхлитель сварной конструкции с литыми сменными расходниками.
Рыхлитель с новой коронкой Технопарка «Импульс»
В принципе, на этом можно было бы и закончить, однако стоит обратить внимание на ближайшую перспективу развития, а именно на рабочую часть рыхлителя. Хотя проблема с износом рабочей части решена благодаря применению сменной коронки, снижение проникающей способности в процессе может значительно снизиться через некоторое время.
И тут возникает следующая дилемма — либо, не дожидаясь полного износа, чаще производить замену коронки, поддерживая проникающую способность рыхлителя на заданном уровне, либо менять коронку только после ее полного износа. В первом случае проникающая способность сохраняется на заданном уровне, но при этом возрастают затраты из-за относительно частых замен коронок. Во втором случае замена коронки будет производиться реже, но и эффективность рыхления будет постоянно снижаться до следующей замены коронки.
Технопарк «Импульс» запатентовал новую систему режущих элементов. Особенностью новой сиcтемы является то, что сама коронка имеет модульную конструкцию в виде основы и наконечника. Основа выполнена из высоколегированной специальной стали, которая в процессе производства была подвергнута термообработке для повышения износостойкости. Конический заостренный наконечник изготовлен из твердого сплава, в состав которого входят вольфрам и кобальт. Его твердость за счет присутствия тугоплавких карбидов достигает 90 ед. по шкале Роквелла. Для сравнения — это практически в два раза выше, чем у стали Hardox 450. Такие коронки имеют остроконечную форму во время всего срока службы оборудования, тем самым сохраняя максимальную проникающую способность и производительность рыхлителя.
Новая система модульной коронки рассчитана для применения не только в обычных клыках-рыхлителях, где в основном действуют силы трения, но и в виброрипперах, где действуют интенсивные циклические ударные нагрузки.
Зуб-рыхлитель Impulse, оснащенный новой системой режущих элементов, является оптимальным инструментом для вскрыши мерзлого грунта, слежавшегося мусора, извлекания корней и других строительных задач. Благодаря проработанной кинематике и геометрии клык обеспечивает наилучшее проникновение в грунт и экономию топлива. Таким образом, высокопроизводительное и надежное оборудование, созданное специалистами Технопарка «Импульс», позволяет выполнять рабочие задачи оперативно и с максимальной прибылью.