Содержание Введение

В последние годы значительно возросла актуальность проблем, связанных с упрочнением и восстановлением деталей машин и оборудования.

Перспективы машиностроения, в значительной степени, определяются объемом и технологическим уровнем операций упрочнения.

Упрочняющие процессы позволяют активно воздействовать на обрабатываемую деталь и управлять состоянием ее поверхности, что обеспечивает требуемые для конкретных условий эксплуатации оптимальные механические характеристики.

Исследования, проведенные за последние годы, накопленный научный и производственный опыт сделали возможным переход от эмпирических, случайных поисков конкретного технического решения к оптимизации выбора технологических комплексов, включающих в себя процессы упрочнения и восстановления, средства технологического оснащения, оборудования и материалы.

Отличительной особенностью технологии машиностроения на современном этапе является комплексный подход к созданию, совершенствованию и использованию процессов упрочнения и восстановления, обеспечивающих повышение производительности, возможность управления и прогнозирования качества получаемых деталей, энергосбережение и ресурсосбережение, экологическую чистоту производства.

В результате, основные тенденции и перспективы технологий упрочнения и восстановления призваны обеспечить достижение устойчивых темпов наращивания производства, повышение эффективности и конкурентоспособности выпускаемой продукции на внешнем и внутреннем рынках.

Эффективность производства, освоения и внедрения прогрессивных технологических процессов механической обработки, упрочнения и восстановления деталей машин, в значительной степени, зависит от инженерно-технологического персонала предприятий и организаций.

Следовательно, для повышения долговечности машин решающее значение имеет упрочнение трущихся поверхностей деталей в процессе их изготовления и ремонта.

Целью курсовой работы является разработка технологического процесса восстановления колеса мостового крана.

1. Назначение и анализ условий работы детали.

Колесо мостового крана – составляющая часть крановой техники, несущее огромную нагрузку. Они применяются в грузоподъемных кранах и механизмах.

Типы крановых колес (в зависимости от модели и назначения крана):

- двухребордные;

- одноребордные;

- безребордные;

Крановые колеса обычно различают по форме обода колеса и по числу реборд. Форма обода бывает цилиндрической и конической. Если колеса соединены с механизмом крана или тележки, они называются приводными или ведущими (рис. 1), остальные колеса – ведомые. Также колеса отличаются ступицей по – внутреннему диаметру на установку шарикоподшипников или вала с двумя буксами на роликоподшипниках (рис. 2).

Рис. 1 – Приводное колесо мостового крана

Колеса с коническим ободом находят применение на кранах, передвигающихся по криволинейным участкам пути, а также в качестве ведущих колес мостовых кранов с центральным приводом. В этом случае следует применять подкрановые рельсы типа KP и Р, имеющие скругленную головку. При наличии колес с коническим ободом уменьшается сопротивление передвижению мостового крана по рельсовым путям, легче происходит выравнивание возникающих перекосов крана. Уклон конической ходовой поверхности колеса принимается равным 1:20. Ширина поверхности катания двухребордного колеса крана принимается на 30—40 мм более ширины головки рельса, а для колес крановых тележек на 15— 20 мм, чем обеспечивается нормальная проходимость кранов и их тележек при недостаточно точно уложенных рельсах. Диаметры и другие основные размеры крановых колес принимаются по ГОСТ 3569—74*; конструкция колес не стандартизирована.

Рис. 2 – Колесо мостового крана с валом и роликоподшипниками

Крановые колеса устанавливаются на подшипниках качения (шариковых или роликовых) с установкой на неподвижной оси или на валах с размещением последних в буксах, прикрепленных болтами к конструкции опорных узлов крана.При наличии на кране восьми и более колес они могут быть попарно или более собраны в тележку, шарннрно присоединенную к ходовой раме или другой опорной конструкции крана. Шарнирное присоединение ходовой тележки к конструкции крана производится для равномерного распределения нагрузки по всем колесам.

Одноребордные колеса разрешается применять в следующих случаях: а) если ширина колеи пути наземных кранов не превышает 4 м и обе нитки пути лежат на одном уровне (портальные и железнодорожные краны). Колеса башенных кранов должны быть двухребордными независимо от ширины колеи; б) если наземные краны передвигаются каждой стороной по двум рельсам при соблюдении условия, что расположение реборд колес на одном рельсе противоположно расположению реборд колес на другом рельсе. Сдвоенные рельсы могут применяться для путей мостовых перегружателей и других кранов с целью уменьшения нагрузки на рельс; в) у опорных и подвесных грузовых тележек кранов мостового типа; г) у подвесных тележек, передвигающихся по однорельсовому пути.

Ходовые колеса бракуются при наличии лысок на ходовой поверхности, трещин или отколов на ребордах, трещин в диске или отогнутых реборд. Колеса должны быть также заменены при износе реборд, достигшем 50—60% первоначальной их толщины, или при износе поверхности катания более 15—20% первоначальной толщины обода.

Содержание рельсового кранового пути в пределах допусков на его укладку и эксплуатацию предупреждает преждевременный износ ходовых колес кранов. Для уменьшения износа реборд колес вследствие перекосов крана, а также предотвращения проскальзывания разница в диаметрах колес должна быть минимальной.

Изношенные колеса подвергаются 3—5-кратному восстановлению. Укладка под подошвы рельсов прорезиненной транспортерной ленты обеспечивает плавное перемещение крана по рельсам и местам их стыковки я уменьшает износ ходовых колес от динамических нагрузок. Для смазки реборд ходовых колес кранов применяют твердую смазку — дисульфитмолибден, что позволяет увеличить сроки их службы. Ускоренный износ ходовых колес мостовых кранов с раздельным проводом вызывает неправильная регулировка тормозов механизмов передвижения, что приводит к перекосам его во время пуска и торможения крана и нарушению размеров в устройстве подкрановых путей. 

Дефекты крановых колес

В процессе движения крана реборды крановых колес подвергаются значительному износу. Скорость износа реборд крановых колес зависит от величины сил трения, возникающих в месте контакта реборды кранового колеса с головкой рельса. Колесо из-за знакопеременных кратковременных нагрузок подвергается быстрому усталостному износу.

Рис. 3 – Дефекты колеса мостового крана

По данным Справочника по кранам срок службы реборд крановых колес может составлять от нескольких лет до нескольких месяцев. На долговечность реборд колес влияют твердость поверхности, точность установки. Высокая твердость реборд повышает срок службы колеса до его ремонта и или замены, однако приводит к интенсивному износу головки кранового рельса. Среди факторов, определяющих износ, основная роль при­надлежит химическому составу, упрочняющей (в первую оче­редь, термической) обработке и формируемым ими структуре и физико-механическим свойствам поверхностных слоев металлов и сплавов.

К числу свойств материалов, оказывающих значительное влияние на износостойкость, в первую очередь относятся сопро­тивление сжатию, изгибу, сдвигу, силы молекулярного сцепле­ния, твердость, вязкость, устойчивость механических свойств про­тив воздействия высоких температур и давлений.

Механические свойства ма­териалов определяют фактическую площадь касания и через нее влияют на интенсивность износа. При соприкосновении двух поверхностей их контакт происходит главным образом по вер­шинам неровностей, причем фактическая площадь контакта очень мала. Поэтому даже при небольшой нагрузке местные дав­ления на площадках фактического контакта достигают высоких значений и вызывают пластическое течение металла. Пластиче­ская деформация продолжается до тех пор, пока площадь кон­такта не окажется достаточной для данной нагрузки. Таким образом, в процессе износа может наблюдаться увеличение фактической площади контакта и повышение микро­твердости поверхностных слоев металла.

Предсказать износостойкость металлов только на основании исследования их механических свойств удается далеко не во всех случаях.

Кроме того, следует иметь в виду, что установить предел прочности, предел текучести, а также пластические и динамиче­ские свойства поверхностных слоев весьма сложно, поэтому в большинстве случаев исследовалась только зависимость изно­состойкости металла от твердости.

Относительную износостойкость обычно рассматривают как характеристику прочности материала, приведенного в состояние наклепа. Этот параметр характеризует механические свойства поверхностного слоя изделия и служит для оценки износостойкости при абразивном износе. Если твердость абразивных зерен значительно выше, чем твердость изнашиваемой стали, то износ зависит от разницы твердостей абра­зива и стали. Если твер­дость стали ниже твердости абразивных зерен, но при­ближается к ней, то при уменьшении этой разницы наблюдается уменьшение износа. Наконец, если твер­дость абразивных зерен ниже твердости стали, то износ зависит от разности в твердости и быстро уменьшается с увеличением этой разницы. Как известно, твердость характеризует сопротивление ме­талла вдавливанию индентора, однако при испытании на твер­дость не выявляются микротрещины, концентраторы напряжений и другие потенциальные источники разрушения. Кроме того, не­одинаков характер силового воздействия на металл при вдавли­вании индентора и при абразивном изнашивании. Так, при абразивном износе наблюдаются две стадии разрушения металла – внедрение абразивной частицы в трущуюся поверхность и срезание стружки или пластическое деформирование. Испытание на твердость в какой-то степени характеризует способность металла сопротивляться внедрению абразивных частиц, однако сопротивление снятию микростружки при этом не выявляется. Сопротивление метал­ла на второй стадии абразивно­го износа, по-видимому, опреде­ляется сопротивлением движению дислокаций (сопротивлением пластическому деформированию под действием тангенциальных сил) и зависит от напря­жений, необходимых для пре­одоления дислокациями барье­ров в виде чужеродных атомов, частиц другой фазы и др.

Таким образом, сопротивление металла на второй стадии износа опре­деляется в основном не его твердостью, а структурой.

Нормативный срок службы колеса крана определяется ТКП 45-1.03-103-2009 (02250). На основании этого документа составляется акт осмотра крановых колес с бальной характеристикой каждого из дефектов. В табл. 1 приведены наиболее распространенные и нормируемые дефекты.

Таблица 1 - Основные характерные дефекты и повреждения крановых колес.

Контролируемый узел (элемент)	Показатель дефекта, при котором дальнейшая эксплуатация не допускается	Вид контроля, применяемые средства
1. Ходовые тележки
а) колеса	- трещины любых размеров;	осмотр;
	- износ поверхности катания 4% по диаметру;	осмотр, шаблон
	- износ реборды до толщины 15 мм в средней части по высоте;	осмотр, шаблон

После дефектовки всего крана составляется перечень документов:

1. Ведомость дефектов (передается владельцу крана и в СКТБ краностроения).

2. Справка о характере работ, выполняемых краном.

3. Выписка из паспорта об основных параметрах крана.

4. Копия приказа владельца крана о проведении обследования.

5. Акт о проведении статических и динамических испытаний.

6. Результаты проверки химического состава и механических свойств металла несущих элементов металлоконструкций (если проводились).

7. Заключение по результатам неразрушающего контроля (если проводился) с указанием вида контроля и мест, где это выполнялось.

6. Заключение о состоянии кранового пути.

После этого колесо направляется на ремонтный участок (РММ), где по карте контроля еще раз проводится более детальное обследование колеса и при возможности ремонта колесо восстанавливается в основном автоматической дуговой наплавкой под слоем флюса.

В нашем случае колесо поступило со следующими дефектами:

1. Износ беговой дорожки и реборд;

2. Износ поверхности отверстия;

3. Износ шпоночного паза по ширине.

Колесо изготовлено из стали марки Сталь 65Г ГОСТ 14959-79.

Предельные нормы выбраковки крановых колес приведены в табл.2

Таблица 2 – Предельные нормы выбраковки крановых колес.

Элементы	Дефекты, при наличии которых элемент выбраковывается
Ходовые колеса кранов и тележек	1. Трещины любых размеров
	2. Выработка поверхности реборды до 50% от первоначальной толщины
	3. Выработка поверхности катания, уменьшающая первоначальный диаметр колеса на 2%
	4. Разность диаметров колес, связанных между собой кинематически, более 0,5%*

* Для механизмов с центральным приводом.

Колесо с указанием мест дефектов приведено на рис. 4.

Рис. 4 – Места дефектов кранового колеса