Статья 3

ВОССТАНОВЛЕНИЕ КОЛЕЦ ОПОРНО-ПОВОРОТНОГО УСТРОЙСТВА
КРАНА МКТ-250

Совместно с ООО «Центрстальконструкция» и ГП СУ-39 был произведен ремонт уникального крана МКТ-250. Кран МКТ-250 позволяет производить монтаж конструкций весом до 250 тонн на высоте 73 м (рис. 1).  При помощи этого крана производился монтаж различных крупногабаритных металлоконструкций: колонны монумента на площади Независимости в г.Киеве, кровли большой спортивной арены на стадионе «Лужники» в г.Москве, монтаж различных резервуаров большой вместимости и т.д.

 

Рис.1. Монтаж металлоконструкций кровли большой спортивной арены «Лужники» краном МКТ-250

В результате длительной эксплуатации у крана МКТ-250 вышел из строя один из основных базовых узлов - опорно-поворотное устройство (ОПУ). ОПУ по своей сути представляет собой крупногабаритный радиально-упорный роликовый подшипник большой массы (рис. 2). Так, например, масса зубчатого кольца ОПУ достигает 1,5 т, а средний диаметр 3 м. ОПУ – дорогостоящий узел и он, как правило, выходит из строя по причине повышенного износа беговых дорожек зубчатого и соединительного колец (рис. 3, а, б). Срок эксплуатации крана МКТ-250 без замены ОПУ превысил 18 лет. Из-за сверхнормативного и неравномерного износа беговых дорожек ОПУ возникали заклинивания роликов, нарушалась плавность работы крана, возрастали динамические нагрузки на зубчатое зацепление, наблюдалось раскачивание стрелы крана - так называемые «клевки». Все это снижало безопасность строительно-монтажных работ и могло привести к преждевременному выходу из строя уникального механизма.  
 

Рис. 2. Эскиз поперечного сечения  опорно-поворотного устройства в сборе:
 1 – зубчатое кольцо; 2 – ролики вертикальные; 3 – ролики горизонтальные;                      4 – соединительное кольцо.  (Места износа выделены красным цветом).

Внешний осмотр, цветная и ультразвуковая дефектоскопия показали, что для поверхностей катания зубчатого и соединительного колец характерны следующие дефекты: неравномерный механический износ беговых дорожек, усталостный износ, проявляющийся в виде микротрещин и местных отслоений металла вследствие многократного деформирования одних и тех же объемов металла. Как было установлено, усталостные микротрещины не распространяются на глубину более 2 мм, при общей толщине деталей ОПУ, достигающей 70 мм. Было отмечено, что зубчатое кольцо имеет относительно равномерный износ глубиной примерно 1,5…2,0 мм. Соединительное кольцо изношено неравномерно и величина износа колеблется в пределах 1,5…3,0 мм. В некоторых зонах отмечены локальные вырывы металла, связанные с разрушением роликов подшипника и взаимодействием продуктов разрушения с телом колец. 
  

 

                               а                                                         б
Рис.3. Внешний вид изношенных поверхностей катания зубчатого (а) и соединительного (б) кольца ОПУ.

В результате проведенной оценки величины и характера изнашивания поверхностей катания деталей ОПУ в ИЭС им.Е.О.Патона была разработана технология их восстановления с помощью дуговой полуавтоматической наплавки. Было необходимо наплавить три изношенных поверхности: одну на зубчатом кольце и две на соединительном кольце (поз. 1 и 4 на рис. 2). Кольца изготовлены из высокоуглеродистых низколегированных сталей 50Х и 50ХГМ следующего химического состава (табл.).

Таблица

Химический состав сталей, из которых изготовлены кольца опорно-поворотного устройства крана

 Исходя из распределения твердости в различных зонах колец, можно предположить, что более высокие  значения твердости  соответствуют изношенным поверхностям, где произошло упрочнение металла роликами. Более низкую твердость имеют поверхности, которые не подвергались изнашиванию.
Для наплавки изношенных поверхностей обоих колец использовалась самозащитная порошковая проволока ПП-АН202 диаметром 2,0 мм, обеспечивающая получение наплавленного металла типа низкоуглеродистой высоколегированной хромомарганцевоникелевой стали со структурой метастабильного аустенита и минимальным количеством мартенсита. Непосредственно после наплавки металл имеет твердость НRС меньше 40, в результате наклепа его твердость возрастает до НRС 45…50. Проволока ПП-АН202 рекомендуется для наплавки деталей из высокоуглеродистых сталей без или с минимальным подогревом.
Перед наплавкой изношенные поверхности и сами кольца очищались от пыли, грязи и смазки, ржавчины. Все поверхности, подлежащие наплавке были проверены с помощью УЗК и цветной дефектоскопии на наличие трещин и других дефектов. Под наплавку изношенные поверхности обоих колец обрабатывались механически на расточном станке до полного удаления всех дефектов. Толщина удаленного слоя на кольцах не превышала 5 мм. Повторная цветная и ультразвуковая дефектоскопия подтвердила отсутствие дефектов после механической обработки.
Перед наплавкой наплавляемые участки колец были подогреты газовыми горелками до 120-150 0С и эта температура поддерживалась в течение всего процесса наплавки. Восстанавливаемые поверхности наплавлялись секторами с длиной дуги (по наружному диаметру) примерно 200…250 мм (около 50 секторов). Наплавка колец производилась одновременно двумя наплавщиками (рис. 4) на диаметрально противоположных участках. Наплавку внутренней поверхности соединительного кольца производилась одним наплавщиком секторами с длиной дуги 400…500 мм по аналогичной схеме с кантовкой кольца краном.
   

 
         а                                               б
Рис. 3. Процесс наплавки зубчатого кольца одновременно двумя наплавщиками (а) и наплавленный участок зубчатого кольца (б).

Наплавка выполнялась при горизонтальном или близком к нему расположении наплавляемых поверхностей в удобном для наплавки положении. При восстановлении внутренней поверхности соединительного кольца, последнее устанавливается вертикально с последующей кантовкой для обеспечения примерно горизонтального расположения наплавляемого сектора.
Наплавка горизонтальных поверхностей выполнялась в два слоя, а внутренней поверхности соединительного кольца в один слой. Общая толщина наплавленного слоя выбиралась с учетом получения припуска 3-5 мм под окончательную механическую обработку.
Наплавку производили в две смены на протяжении 7 дней. После наплавки обеспечивалось замедленное охлаждение наплавленных колец путем обматывания теплоизоляционными материалами.
Наплавленные кольца ОПУ были механически обработаны, дефектов в наплавленном слое при ультразвуковом и цветном контроле не обнаружено. Результаты оценки качества восстановленных колец позволяют их эксплуатацию в ОПУ крана МКТ-250, что подтверждено соответствующим актом.
Разработанная технология наплавки позволила продлить ресурс работы колец ОПУ крана МКТ-250 без их замены.