Узлы шагающих экскаваторов

Ведущие предприятия отрасли тяжелого машиностроения: НКМЗ им. Ленина, Донецкий машиностроительный завод им. Ленинского комсомола Украины и ЖЗТМ занимаются производством тяжелых экскаваторов. Головным предприятием по изготовлению мощной землеройной техники является Уралмашзавод. Основными типами экскаваторов-драглайнов, разработанными и освоенными в последние годы, являются ЭШ-15/90А; ЭШ-25/100, ЭШ-40/85 и ЭШ-100/100 (первая цифра обозначает емкость ковша в м3, вторая — длина стрелы в м). Масса машин колеблется в пределах 1600—11 000 т. Базовой моделью этого класса машин является шагающий экскаватор ЭШ-15/90. Основными его узлами являются опорная рама, поворотная платформа, надстройка, стрела, ковш, механизмы передвижения подъема и поворота и др.

Опорная рама представляет собой сварную конструкцию диаметром 14 м и высотой 1,1 м. Масса рамы 154 т. Конструктивно рама разбита на 12 лучевых и одну центральную секцию. При такой конструкции стало возможно применить кондукторы для производства узлов, сократились сроки изготовления и повысилось качество изделия.

Раму изготовляют из стального листа толщиной 10—40 мм марки 10ХСНД и М16С. Масса центральной цапфы 8 т, цапфа выполнена из поковки стали 38ХГН.

Опорная рама экскаватора является ответственной конструкцией. Через роликовый круг и опорные рельсы, установленные на верхнем ее настиле, рама воспринимает и передает на грунт всю массу машины. Элементы рамы изготовляют следующим образом. На сборочный участок поступают из заготовительного цеха детали настила, где их предварительно стыкуют и сваривают в гардины автоматической сваркой. Усиление швов снимается специальным передвижным станком, имеющим фрезерную головку.

Для сборки центральной и лучевых секций служит специальный стенд. В первую очередь в стенд вкладывается нижний лист, который фиксируется по отверстиям оправками и упорами. На нижний лист последовательно устанавливают вертикальные элементы, которые также фиксируются оправками. Затем в стенде свариваются те швы которые после наложения верхнего горизонтального листа будут недоступны. Верхний горизонтальный лист также устанавливается и фиксируется оправками и упорами. Прихватки в потолочном положении накладывают опытные сварщики. Собранную секцию краном вынимают из стенда для сварки на стеллажах.

Все швы секций сваривают в нижнем положении полуавтоматами в углекислом газе. В труднодоступных местах и вертикальном положении применяют ручную электродуговую сварку. В первую очередь сваривают стыковые соединения и вертикальные элементы между собой, после чего приваривают вертикальные элементы к настилам. Сварка центральной секции выполняется одновременно двумя или четырьмя сварщиками швов: 1 и 2 и 2 и т. д. Общее направление сварки — от середины к концам обратно-ступенчатым способом. После сварки швы защищают. В местах установки стыковых накладок и платиков усиление стыковых швов снимается заподлицо к основному металлу.

Перед отправкой заказчику опорная рама проходит контрольную сборку в цехе. При контрольной сборке все 13 секций опорной рамы собирают на мерных тумбах высотой 1500 мм. Тумба под центральную секцию имеет домкраты для выверки ее при установке. Сборку начинают с центральной секции, затем последовательно устанавливают лучевые секции.

В разъемы секций помещают стыковые накладки. На центральной секции по нижнему настилу устанавливают в нормальное положение внутренние и наружные стыковые накладки в одиннадцати стыках. По верхнему настилу наружные и внутренние стыковые накладки устанавливают снизу. На лучевых секциях по нижнему и верхнему настилам стыковые накладки устанавливают только с наружной стороны. На всех вертикальных стыках накладки устанавливают только с одной стороны. В стыковых накладках по отверстиям секций, просверленным заранее, сверлят по два контрольных отверстия, а остальные отверстия в этих накладках сверлят после демонтажа рамы на радиально-сверлильном станке по кондуктору, который фиксируется по ранее просверленным контрольным отверстиям.

Для проверки собираемости секций опорной рамы на стыковые наладки во всех стыках устанавливают от общего числа отверстий 20% пробок (оправок) диаметром 26 мм и 30% технологических болтов М24. Выверка секций в горизонтальной плоскости производится нивелиром. Затем по контуру опорной рамы устанавливают и приваривают опоры механизма захвата (бандаж толщиной 80 мм). Выверка бандажа осуществляется с помощью приспособления «флажка», устанавливаемого на центральной цапфе опорной рамы, вокруг которой он вращается. В выверенном бандаже сверлят отверстия для совмещения вертикальных элементов секций и стыковых накладок. После этого все секции и стыковые накладки маркируют по монтажно-маркировочной схеме. Разметка под обработку резанием платиков для установки зубчатого венца и рельсового круга выполняется также «флажком».

Контрольную сборку опорной рамы выполняют с применением специальных металлических подмостьев, которые устанавливают вокруг рамы. В процессе сборки и сварки элементов опорной рамы и ее контрольной сборки проводится пооперационный технический контроль, в который входит проверка геометрических размеров и допусков на размеры по техническим условиям чертежей. Проверяют наличие припусков под обработку резанием, зачистку под сварку и режимы сварки. Сварные швы проверяют тщательным внешним осмотром и засверловкой в местах по усмотрению работников технического контроля.

Демонтаж опорной рамы проводят в последовательности, обратной контрольной сборке. Готовые элементы поворотной рамы передают для последующей окраски и отправки заказчику.

Поворотная платформа шагающего экскаватора является основанием поворотной части машины. Через этот узел передается нагрузка на опорную раму во время работы или на опоры механизма шагания при перемещении экскаватора. Габаритные размеры платформы 25 500 X 11 600 X 1500 мм, масса 216 т. На верхней плоскости платформы монтируют рабочие механизмы экскаватора, а во внутренней полости — маслопровод и электрокоммуникации. Платформа представляет собой жесткую металлическую раму, разделенную монтажными стыками, она состоит из 1019 наименований деталей с общим числом >2400. Передняя часть поворотной платформы состоит из трех секций — центральной и двух крайних.

Детали преимущественно изготовляют из листового проката такой же толщины и таких же марок стали, что и в опорной раме.

Четыре гильзы редукторов поворота и центральную ступицу отливают из стали 25Л. Гильзы отливают из двух частей, а затем сваривают электрошлаковым способом и подвергают предварительной обработке резанием перед установкой их в центральную секцию. Окончательная обработка гильз производится после приварки их в центральную секцию и контрольной сборки платформы.

Центральную секцию платформы массой 50 т и размерами 12 830x4180x1500 мм собирают из отдельных листов, которые поступают из заготовительного цеха. Листы сваривают в гардины автоматической сваркой на портальной сварочной установке под слоем флюса. Усиление швов снимают передвижной фрезерной головкой (трактором). Гардины после сварки правят на правильных вальцах, отверстия сверлят по кондукторам на радиально- сверлильных станках.

Секцию собирают в специальном стапеле. Сборку начинают с установки листов нижнего настила, которые фиксируют оправками по просверленным отверстиям и поджимают к стапелю. Одновременно подваривают все стыковые швы и размечают настил под установку вертикальных элементов, не фиксируемых стапелем. Затем устанавливают и фиксируют литые ступицу и четыре гильзы редукторов поворота экскаватора, а также все вертикальные листовые детали.

В процессе сборки сваривают все швы, которые будут недоступны для сварки после установки листов верхнего настила. После выполнения этой операции на вертикальные элементы устанавливают листы верхнего настила, платики под редукторы поворота и все остальные элементы с учетом припуска под обработку резанием. После сборки секция освобождается из стапеля и передается на сварку.

Основной объем сварки выполняют полуавтоматами в углекислом газе в нижнем положении. При сварке внутри секций устанавливают вытяжную вентиляцию: в отсеках, где сваривают в углекислом газе, вытяжка осуществляется снизу, а там, где ручная электродуговая сварка, — сверху.

В первую очередь сваривают стыки листов верхнего и нижнего настилов. Общее направление сварки от середины к концам. Сварка ведется обратно-ступенчатым способом. Для сварки вертикальных элементов секцию кантуют на бок и сваривают элементы между собой, а затем их приваривают к настилам. Для уменьшения коробления элементов при кантовках и сварке в изделии устанавливают технологические распорки через каждые 800—1000 м. Кольцевые соединения разбивают на четыре участка и заваривают каждый из них в направлении, противоположном направлению сварки предыдущего участка.

После сварки технологические распорки срезают, места их приварки тщательно зачищают. В местах установки стыковых накладок и платиков усиление стыковых швов снимают заподлицо к основному металлу. На всех стыковых швах (по концам стыка) кратеры выводятся на технологические планки или на основной металл; концы стыков после сварки тщательно зачищают наждаком.

Две крайние секции совместно с центральной секцией образуют переднюю часть поворотной платформы. Каждая крайняя секция имеет массу ~ 30 т и размеры 4685x3696x1500 мм. Крайние секции изготовляют аналогично центральной секции в специальных стапелях.

Контрольную сборку передней части поворотной платформы выполняют на тумбах высотой 1500 мм, которые устанавливают на сборочной площадке по четыре тумбы под каждую секцию.

На центральную секцию по нижнему настилу устанавливают нижние стыковые накладки, отверстия в них совмещают штифтами (10% общего числа отверстий). Накладки подтягивают к настилу болтами. На крайние секции в каждом вертикальном стыке закрепляют по одной стыковой накладке. Затем эти секции (центральную и две крайние) последовательно устанавливают на тумбы и собирают между собой на стыковые накладки, зазор в стыке выдерживают в пределах 20 мм.

Поверхность верхнего настила в плоскости выверяется нивелиром с точностью 2 мм, при необходимости между нижним настилом и тумбами устанавливают регулировочные прокладки.

По верхнему настилу располагают все верхние стыковые накладки, отверстия которых совмещают пробками с отверстиями листов центральной секции. По отверстиям стыковых накладок переносным радиально-сверлильным станком сверлят отверстия в листах крайних секций. Отверстия совмещают штифтами и устанавливают технологические болты.

В вертикальных стыках и стыках нижнего настила секций по отверстиям секций сверлят по четыре приемных отверстия диаметром 26 мм в каждой стыковой накладке. Через просверленные отверстия накладки закрепляют болтами. На верхнем настиле платформы размечают продольную и поперечные оси экскаватора, оси главных и вспомогательных цилиндров. Собранные технологические узлы из стоек главных и вспомогательных цилиндров с Г-образной и передней балками устанавливают закрепляют и на поворотной платформе.

После выполнения всех сборочных, работ размечают под обработку резанием центральную ступицу, гильзы, платики редукторов поворота, стойки главных и вспомогательных цилиндров. Все узлы и детали маркируют согласно монтажно-маркировочной схеме и платформу демонтируют. Отверстия в накладках сверлят после демонтажа платформы на радиально-сверлильном станке по кондукторам, которые фиксируют на контрольные отверстия. Демонтаж платформы выполняют в обратной последовательности. Затем все узлы отправляют на покраску.

С учетом опыта изготовления сложных сварных конструкций шагающих экскаваторов ЭШ-15/90, ЭШ-25/100 Уралмашзавод разработал конструкцию и технологию изготовления экскаватора ЭШ-100/100 с ковшом емкостью 100 м3 и стрелой длиной 100 м. Размеры поворотной платформы экскаватора: длина 43 м, ширина 36 м, высота 2,7 м, масса 1700 т. Опорная рама экскаватора имеет диаметр 27 м и массу 1100 т. Все сварные узлы проходили на заводе контрольную сборку. Ниже описана технология изготовления опорной рамы.

Опорная рама представляет собой сварную конструкцию, состоящую из отдельных транспортабельных секций, соединенных горизонтальными и вертикальными вставками. Отдельные узлы рамы в отличие от экскаватора ЭШ-15/90 соединяют на монтаже не клепкой, а сваркой. Вставки сваривают на монтаже машины в полевых условиях.

Заводскую сборку рамы выполняют на специальной монтажной площадке цеха размером 30x30 м с выверенными стеллажами. В центре площадки устанавливают приспособление для разметки схемы выкладки нижнего настила. Согласно разметки, начиная с центральной секции, выкладывают нижний настил рамы. Допускается ступенчатость кромок и зазоры в стыках <2 мм. Коробление настила проверяют нивелиром, при этом допускается коробление < 3 мм.

В центре опорной рамы устанавливают центральную цапфу, а затем, начиная от центра, вертикальные элементы. Для выверки вертикальных кольцевых стенок на центральную цапфу устанавливают специальное приспособление «флажок». Все вертикальные элементы прихватывают электросваркой между собой и к нижнему настилу. «Флажком» проверяют и высоту вертикальных элементов. Некоторые части элементов рамы собирают и сваривают между собой предварительно и устанавливают в раму в готовом виде. Особое внимание уделяется установке монтажных вставок, так как зазор между ними и вертикальными элементами секций рамы не должен превышать 2—2,5 мм. Вставки закрепляют с помощью технологических планок или угольников. После окончательной выверки всех вертикальных элементов их приваривают к нижнему настилу полуавтоматами в углекислом газе. Общее направление сварки рамы — от центральной секции к краям рамы. Направление сварки в каждой секции — от середины к концам ее. В процессе сварки проводится контроль коробления ее нивелиром.

После окончания сварки решетки с помощью «флажка» проверяют плоскость верхних кромок вертикальных элементов секций и вставок. В случае необходимости делают подрезку их с последующей зачисткой.

Согласно схеме устанавливают верхний настил опорной рамы и прихватывают его к вертикальной решетке. Горизонтальные вставки верхнего настила не прихватывают. Прихватку в потолочном положении выполняют квалифицированные сварщики. С помощью «флажка» проверяют коробление верхнего настила и припуск под обработку резанием платиков на отдельных секциях. Прежде чем приступить к демонтажу, рамы для окончательной сварки секций и вставки маркируют по специально разработанной технологами ОГС маркировочной схеме. После демонтажа рамы все секции рамы сваривают в нижнем положении.

По окончании сварки секции отправляют на термическую обработку, а затем подвергают тщательному осмотру все швы. Контролируют также все геометрические размеры элементов секции и припуск на обработку резанием. После зачистки и приемки секций проводится контрольная сборка опорной рамы.

В центре монтажной площадки цеха устанавливают центральную секцию с запрессованной на ее цапфе втулкой. На центральной секции устанавливают «флажок», а затем согласно маркировочной схеме — секции и вставки.

Плоскость верхнего настила выверяют «флажком», при этом проверяют припуск под обработку резанием. После окончательной сборки обмеряют всю опорную раму, и особенно зазоры и плоскость всех вставок. Проверяют соответствие маркировки маркировочной схеме. После демонтажа рамы отдельные узлы и элементы, участвующие в монтаже, отправляют на очистку, грунтовку и окончательную покраску перед отгрузкой заказчику.

Для сварки всей секций между собой при монтаже машины Уралмашзаводом совместно с ИЭС им. Е. О. Патона разработана специальная технология.

Для изготовления крупногабаритных узлов шагающих экскаваторов и других уникальных машин на Уралмашзаводе создан специальный участок шириной в пролете 36 м. Пролет оборудован кранами грузоподъемностью 150 т. Это позволяет изготовлять практически любые крупногабаритные сварные узлы.