Шатун для горного дела является ключевым приводным элементом горного оборудования, главным образом используется для преобразования возвратно-поступательного движения в вращательное, приводя в движение ключевые устройства, такие как насосы для шлама, буровые установки, компрессоры, дробильное оборудование и др. Шатун для горного дела должен стабильно работать в условиях высокой температуры, сильной запыленности, высокой вибрации, тяжелых нагрузок и суровых условий эксплуатации. Его конструкция должна обеспечивать высокую прочность, ударную вязкость, износостойкость и длительный срок службы, что является ключевым элементом для обеспечения непрерывности и эффективности горного производства.

Классификация шатунов для горного дела

1. По конструкции:

- Цельный шатун: подходит для средних и малых горных установок, цельнокованный или литой, простая конструкция, удобен в обслуживании.

- Сборный шатун: состоит из нескольких участков шейки вала и кривошипа, соединенных болтами, сваркой или термоусадкой, подходит для крупногабаритного оборудования, облегчает производство и транспортировку.

2. По материалу и технологии:

- Кованный стальной шатун: изготовлен из высокопрочной легированной стали (например, 42CrMo, 35CrMo), обладает отличной усталостной прочностью, подходит для условий высоких ударных нагрузок.

- Шатун из шаровидного чугуна (например, QT700-2): более низкая стоимость, подходит для оборудования с низкими и средними нагрузками или средними оборотами.

3. По области применения:

- Специальный шатун для насосов шлама: например, шатун для старой модели насоса Hengyang BW320, должен выдерживать удары высокого давления и больших объемов шлама.

- Шатун для буровых установок: подходит для геологоразведочных буровых установок, должен адаптироваться к частым пускам и остановкам и сложным нагрузкам пород.

Технические характеристики

1. Диапазон размеров:

- Длина: от нескольких сотен миллиметров до нескольких метров, в зависимости от масштаба оборудования.

- Диаметр: диаметр шейки вала обычно от φ80 мм до φ300 мм, диаметр шатуна подбирается под нагрузку на шатунный палец.

- Вес: от нескольких десятков килограммов до нескольких тонн (для крупных буровых шатун может превышать 10 тонн).

2. Свойства материала:

- Предел текучести кованой стали ≥800 МПа, твердость поверхности HRC 50-60; прочность на разрыв шаровидного чугуна ≥700 МПа.

- Шероховатость поверхности: ключевые шейки Ra ≤1.6 мкм, для снижения трения и износа.

Параметры проектирования

1. Выбор материала:

- Шаровидный чугун: например, QT700-3, QT800-2, QT900-2 и др., обладает высокой прочностью на разрыв и износостойкостью, подходит для высокопрочных условий работы горных шатунов.

2. Размерные параметры:

- Диаметр шатуна (d1): обычно от 64 до 82 мм, влияет на несущую способность и прочность шатуна.

- Диаметр шейки вала (d2): обычно от 73 до 82 мм, соответствует диаметру шатуна, обеспечивает баланс и стабильность шатуна.

- Радиус кривошипа (R): обычно в диапазоне 59-62,5 мм, определяет ход движения и мощность шатуна.

- Толщина шатуна (h): около 23-25 мм, влияет на жесткость и сопротивление кручению шатуна.

3. Требования к прочности и жесткости:

- Прочность на разрыв: должна достигать 700-900 Н/мм², обеспечивая надежность шатуна при высоких нагрузках.

- Относительное удлинение: не менее 2%-4%, гарантирует вязкость материала и ударную прочность.

- Ударная вязкость: более 14,7 Дж/см², повышает усталостную прочность шатуна.

Область применения

1. Оборудование для горных работ:

- Насосы для шлама: например, насос BW320, используется для транспортировки шлама при геологоразведке и обработке фундаментов.

- Буровые установки: геологические керновые буровые, гусеничные буровые и др., приводят в движение вращение и продвижение бурового инструмента.

2. Оборудование для дробления и просеивания: вибрационные сита, дробилки и их силовые передачи.

3. Другое горное оборудование: компрессоры, насосы, угледобывающие машины и другое тяжелое оборудование.

Важные характеристики

1. Высокая надежность и ударная прочность:

- Использование высокопрочных материалов и композитных технологий усиления, сопротивление экстремальным нагрузкам и вибрациям в горных условиях.

2. Износостойкость и коррозионная стойкость:

- Поверхностное закаливание, нитрирование или покрытие, адаптация к средам с высокой запыленностью и коррозионными веществами.

3. Длительный период обслуживания:

- Расчетный срок службы ≥10 000 часов, снижение затрат на простой и обслуживание горного оборудования.

4. Адаптация к тяжелым нагрузкам:

- Оптимизированная конструкция кривошипа, повышение жесткости на изгиб и кручение, предотвращение деформаций и поломок.

5. Оптимизация смазки и охлаждения:

- Встроенные масляные каналы и система принудительной смазки, снижение накопления тепла от трения при высоких температурах.

Описание технологии

1. Технология ковки/литья:

- Кованный стальной шатун: горячая штамповка + полное управление волокнами, обеспечивает однородность материала.

- Шаровой чугун: формовка с воздушным потоком + электрошлаковое переплавление, уменьшение дефектов литья.

2. Термическая обработка:

- Среднечастотное индукционное закаливание: глубина упрочнённого слоя на поверхности шейки вала 2-3 мм, повышает износостойкость.

- Термообработка: оптимизация баланса прочности и вязкости основы.

3. Точная обработка:

- ЧПУ токарная обработка + шлифовка с отслеживанием: обеспечение точности круглости и соосности шейки вала.

- Глубокое сверление: точность обработки масляных каналов ±0,1 мм, обеспечивает бесперебойную смазку.

4. Упрочнение поверхности:

- Радиусное прокатывание: повышение усталостной прочности более чем на 120%, устранение концентрации напряжений.

- Азотирование/покрытие: формирование износостойкого защитного слоя, продление срока службы.

5. Технологии контроля:

- Ультразвуковая дефектоскопия: выявление внутренних трещин и пористости.

- Испытание на динамический баланс: моделирование реальных условий эксплуатации, настройка на оптимальное состояние баланса.

Выдающиеся преимущества

1. Адаптация к экстремальным условиям:

- Специально разработано для горных условий с высоким пылеобразованием, высокой температурой и тяжелыми нагрузками, значительно снижает уровень отказов.

2. Экономичность обслуживания:

- Долговечный дизайн уменьшает частоту замен, снижая общие затраты на жизненный цикл горного оборудования.

3. Техническая продвинутость:

- Использование композитных упрочняющих технологий и точных производственных методов, превосходящих традиционные горные коленчатые валы по характеристикам.

4. Возможность кастомизации:

- Возможность настройки углов кривошипа и системы смазки в зависимости от типа руды и модели оборудования, повышая адаптивность.

5. Прорыв в локализации производства:

- В стране освоены технологии ковки и упрочнения крупных горных коленчатых валов, замена импорта, обеспечение безопасности цепочки поставок.