1 Технология восстановления узлов и деталей при ремонте электровозов переменного тока
1.1 Назначение редуктора компрессора КТ-6Эл
Полумуфта - составляющая часть редуктора воздушного компрессора КТ6Эл электровоза ВЛ80, ВЛ85 и служит для монтажа зубчатой передачи редуктора.
Электровоз ВЛ85 (рисунок 1.1) предназначен для эксплуатации на железных дорогах страны, электрифицированных на однофазном переменном токе промышленной частоты (50 Гц) с номинальным напряжением 25 кВ.
|
Рисунок 1.1 – Общий вид электровоза ВЛ85
|
Электровоз рассчитан на работу при напряжении в контактной сети от 19 до 29 кВ, температуре окружающей среды от -50 до +40 °С (предельное рабочее значение) и высоте над уровнем моря до 1 400 м. Электрооборудование, устанавливаемое в кузове электровоза, рассчитано на работу при температуре окружающей среды от -50 до +60 °С.
Блок мотор-компрессора электровоза ВЛ85, изображенный на рисунке 1.2, состоит из компрессора 1 типа КТ6-Эл, редуктора 3 и электродвигателя 7 типа АНЭ225L4УХЛ2, смонтированных на общем каркасе 9.
Передачу крутящего момента от электродвигателя к компрессору осуществляют через редуктор посредством втулочно-пальцевых муфт 4, 12, полумуфты которых соединены между собой с помощью резиновых втулок 5 и пальцев 10.
За счет деформации резиновых втулок 5 муфты допускают относительное смещение валов (поперечное, угловое) и обеспечивают смягчение толчков при передаче вращения. Они имеют защитные ограждения 2, 6.
Каркас 9 представляет собой сварную раму из швеллера № 16 с фрезерованными установочными плоскостями под опорные поверхности электродвигателя, редуктора и компрессора. Для фиксации указанного оборудования применяют штифты 8, 11, 13.
Блок мотор-компрессора крепят болтами 15 к скобам 14. После установки блока скобы 14 приваривают к полу кузова. Для транспортировки блока предназначены два отверстия в каркасе и рым-болт компрессора.
|
Рисунок 1.2 – Блок-мотор компрессор
Компрессор - предназначен для обеспечения сжатым воздухом тормозов, аппаратов вспомогательных цепей и пескоподачи электровоза.Компрессор КТ 6 двухступенчатый, трехцилиндровый с W – образным расположением цилиндров и воздушным охлаждением оборудован устройством для перехода на холостую работу при вращающемся коленчатом вале.
Рисунок 1.3 - Компрессор КТ- 6
На рисунке 1,3 приведена схема компрессора КТ6. Он имеет три цилиндра: два цилиндра первой ступени сжатия 1 и один цилиндр второй ступени сжатия 2. Атмосферный воздух всасывается в цилиндры первой ступени сжатия через фильтры 3 и после сжатия выталкивается в промежуточный охладитель через патрубки. Из полостей 2 горячий воздух по трубкам 3 опускается в нижние коллекторы 4. Затем по трубкам 5 поднимается в полость 6 и через патрубок 7 всасывается в цилиндр второй ступени. Предохранительный клапан 8 отрегулирован на давление открытия 0,45 МПа (4,5 кгс/см2). Воздухоохладитель и цилиндры компрессора обдуваются вентилятором 5 , имеющим клиноременный привод от вала компрессора. В клапанных коробках 6 (крышках цилиндров) каждого цилиндра установлен один всасывающий и один нагнетательный клапаны кольцевой конструкции.
Для передачи энергии от электродвигателя к компрессору КТ6-Эл используется редуктор (рисунок 1.4) со следующими техническими данными:
Число зубьев: |
|
зубчатого колеса |
|
шестерни |
|
Передаточное отношение |
|
Натяг посадки зубчатого колеса и шестерни на валы полумуфт, мм |
|
Осевой разбег конических подшипников, мм |
|
Межцентровое расстояние зубчатой пары редуктора, мм |
|
|
|
Корпус редуктора состоит из двух разъемных половин — верхней и нижней. Нижняя половина служит масляной ванной для смазки зубчатых колес. Герметичность между обеими половинами корпуса обеспечивается специальной прокладкой из плоского резинового шнура и маслостойкой замазкой марки ТГ-18 ТУ 38-10555—70. Тонкий слой замазки наносят на поверхность стыка и кольцевой канавки с таким расчетом, чтобы при его затяжке болтами излишек замазки равномерно выступил по всему периметру. На боковых поверхностях корпуса редуктора имеются отверстия, служащие гнездами для подшипниковых узлов.
Рисунок 1.4 - Редуктор
Межцентровое расстояние между гнездами (и одновременно для зубчатой пары) составляет 264,6 мм. Толщина зубьев колеса и шестерни 8,32мм, замеряемая на высоте 4,485 мм от окружности выступов, выбрана с таким расчетом, чтобы при вышеуказанном межцентровом расстоянии боковой зазор в зацеплении был бы в пределах от 0,1 до 0,3 мм. Уход за редуктором в процессе эксплуатации заключается в периодическом контроле за наличием и состоянием смазки в нижней половине корпуса. Уровень смазки (летом — масло трансмиссионное автотракторное Л, зимой — масло осевое 3 ГОСТ 610—72) контролируют по рискам на масломере, размещенном на нижней половине корпуса. При уровне ее выше нормы избыток масла выбрасывается через сапунную трубку на верхней половине корпуса. В подшипники и их крышки закладывают смазку ЖРО ТУ32ЦТ-520—73. При установке нового или отремонтированного редуктора на каркас блока мотор-компрессора необходимо следить за правильностью совпадения осей редуктора, компрессора и двигателя. Допускаемое отклонение от соосности не более 0,5 мм. Замер соосности производят по наружным диаметрам полумуфт. Перекос валов контролируют по изменению размера зазора между торцами полумуфт, равного 2—6 мм при повороте муфт на 90, 180 и 270°. Правильно собранный и установленный редуктор обеспечивает вполне нормальную работу блок-мотор компрессора.
1.2 Анализ исходных данных. Обоснование необходимости восстановления
Техническое перевооружение требует значительного обновления парка машин и увеличения поставок запасных частей к ним. Однако в условиях ограничения финансовых и материальных ресурсов предприятий эта проблема может быть решена не только за счет поступления новой техники, но и ее модернизации, ремонта и восстановления изношенных деталей. На запасные части к локомотивам расходуется свыше 40 %металла, идущего на изготовление этих машин.
Исследованиями установлено, что 85 % деталей машин становятся не работоспособными при износах поверхностей не более 0,2...0,3 мм, а себестоимость восстановления составляет 50...60 % от стоимости новой детали. К тому же в последние годы разработаны и применяются технологии, которые позволяют получить ресурс восстановленной детали на уровне серийной и даже выше. Поэтому восстановление многих деталей является целесообразным и экономически выгодным. Об этом свидетельствует опыт восстановления деталей в различных отраслях экономики как в Российской Федерации, так и за рубежом.
1.3 Анализ износа деталей редуктора
Для выбора рационального способа восстановления деталей редуктора необходимо знать причины и характер износа всех наиболее интенсивно изнашиваемых в процессе работы поверхностей.
Износ посадочных поверхностей вала в местах посадки подшипников, колес, втулок, как и любых сопрягаемых поверхностей, является следствием работы сил трения при эксплуатации. При этом значительные износы могут возникать вследствие неудовлетворительной и термической обработок, неточности сборки соединения, грубого нарушения режима работы или плохой герметизации узла.
В процессе эксплуатации машин при передаче крутящего момента на валы действуют значительные нагрузки. При этом шлицевые и шпоночные соединения испытывают действия изгибающих и контактных нагрузок циклического характера. Вследствие этих нагрузок определяются основные виды износов муфты редуктора:
а) износ по наружному диаметру;
б) поломка по галтели перехода с диаметра ф90 до диаметра ф200;
в) заедание.
виды износов зубьев шестерён редуктора:
а) износ зубьев по ширине;
б) износ зубьев по наружному диаметру;
в) износ зубьев по диаметру впадин;
г) поломка зубьев;
д) заедание.
виды износов шпоночных соединений валов редуктора:
а) износ шпонки и паза по ширине и высоте;
б) поломка;
в) заедание.
Возникновение того или иного повреждения обусловлено рядом факторов (условия смазки, наличие абразивной среды, режим и характер выполнения работы, природно-климатические условия и т.д.) в зависимости от их наличия в каждом случае, одно из вышеуказанных повреждений может быть преобладающим. Из всех видов повреждений основной причиной выхода из строя считается износ контактирующих поверхностей (система соединения с натягом, зазором и переходная посадка). Уменьшить скорость изнашивания контактирующих поверхностей, за срок службы деталей, стремятся путем применения технологических, конструктивных и организационных мероприятий (выбор материала детали и режимов термообработки, размеров и количества шлицев, фильтрации масла, улучшения качества технического обслуживания и т.д.). Поэтому наличие указанных повреждений у деталей этих соединений носят вероятностный характер.
1.4 Существующие способов восстановления
1.4.1 Вибродуговая наплавка
Сущность вибродуговой наплавки состоит в том, что электрод в процессе наплавки вибрирует с частотой 35—100 кол/с и амплитудой 1,5—2 мм, что достигается с помощью вибратора, осуществляется под слоем флюса или без него, иногда с охлаждающей жидкостью. При вибродуговой наплавке детали меньше нагреваются и, следовательно, меньше деформируются, чем при электродуговой и газокислородной наплавках. Перед наплавкой поверхность детали очищают от грязи, масла и ржавчины, и деталь закрепляют в центрах токарного станка, приспособленного для этих целей. Отрицательный зажим генератора постоянного тока соединяют с ремонтируемой деталью, положительный — с электродом (обратная полярность). Во время наплавки деталь вращается с заданной скоростью, а электродная проволока по мере расплавления непрерывно подается к восстанавливаемой поверхности. Вибродуговой наплавкой восстанавливают наружные поверхности шеек валов, втулок, шпоночных и шлицевых соединений. Шаг наплавки выбирают в зависимости от диаметра электродной проволоки. Обычно шаг наплавки равен (1,6—2,2)d3.Одним из эффективных процессов автоматической дуговой наплавки является вибродуговой способ. Этот способ отличается простотой и поэтому нашел широкое применение на ряде предприятий. Вибродуговая наплавка представляет собой разновидность автоматической электрической дуговой наплавки металлическим электродом. Деталь при этом вращается в центрах токарного станка, а проволока используемая для наплавки, подается специальной автоматической головкой. Подача проволоки происходит при ее непрерывной вибрации. В результате этого процесс наплавки сопровождается чередующимися моментами горения дуги и короткого замыкания. Благодаря вибрации электрода наплавляемый металл переносится на деталь мелкими порциями. Это облегчает формирование тонких наплавленных слоев. Для уменьшения зоны термического влияния и коробления наплавляемых деталей, а также для увеличения твердости наплавляемого слоя, в зону дуги подается охлаждающая жидкость (3—4-процентный водный раствор кальцинированной соды). Эта жидкость одновременно способствует защите расплавленного металла от окисления и азотирования. Для осуществления этого способа необходимо сравнительно несложное оборудование. Установка для вибродуговой наплавки состоит из автоматической головки с пультом управления, токарного станка и сварочного преобразователя. Основной частью установки является автоматическая головка. На автозаводе используются две конструкции этих головок. Достоинством этой конструкции является ее портативность и малый вес. Проволока подается подающим механизмом ПМ, включающим в себя двигатель и редуктор. Скорость подачи проволоки здесь плавно регулируется путем изменения напряжения автотрансформатором ЛАТР-1. Вибрация проволоки осуществляется специальным электромагнитом. Головка устанавливается на место снятых салазок резцедержателя любого токарного станка, имеющего продольную и поперечную подачи. Основание головки изолировано от корпуса станка текстолитовой прокладкой, толщиной в 10 мм. Токарный станок должен обеспечивать вращение детали со скоростью от 0,5 до 30 об/мин, и иметь продольную подачу суппорта до 3,5 мм на один оборот. Так как большинство токарных станков имеет минимальное число оборотов шпинделя, равное 10—15 об/мин, то для получения нужных по технологическому процессу оборотов устанавливается редуктор, изменяющий число оборотов, с передаточным отношением 1:20 или 1:30. При этом можно наплавлять детали диаметром от 10 до 400 мм. Питание автоматических головок можно осуществлять от сварочных преобразователей типа СУГ-26, СУГ-2р, ПС-300, ПС-500 и т. п. Для повышения устойчивости процесса, особенно при работе на короткой дуге, необходимо включать параллельно дуге нагрузочное сопротивление (шунт сопротивлением в 0,3—0,6 ома). Метод вибродуговой наплавки на заводе применяется для восстановления изношенных марок сталей: 40, 45, 40Х, 45Х, 20, 20Х и др. Имеются сведения, что этим способом можно восстанавливать чугунные детали и детали из некоторых марок цветных металлов (в основном бронзы). На заводе восстанавливаются только наружные поверхности тел вращения. При использовании автоматических головок соответствующей конструкции можно наплавлять плоскости и внутренние поверхности тел вращения.Для наплавки обычно используют проволоку марки П-1 или 65Г диаметром в 1,5—2 мм. При этом наплавленный слой получается закаленным до твердости HRc 39—45. Обрабатывать такую наплавку следует абразивами.Для получения мягкой наплавки в качестве электродов используется проволока марки СВ08, СВ10 или СВ10ГС. Эти поверхности хорошо обрабатываются резцами и фрезами. Перед наплавкой деталь должна быть выправлена, а в случае эксцентрического износа обработана так, чтобы биение не превышало 0,3—0,5 мм. Поверхность детали необходимо очищать от загрязнений. Наплавку следует вести послойно. После наплавки каждого слоя следует очищать поверхность детали до металлического блеска щеткой или обрабатывать шлифованием. Рекомендуется применять режимы наплавки в следующих пределах: сила тока120—250а;напряжение18—22В; скорость подачи электродной проволоки 14—22мм/сек; диаметр электродной проволоки 1,5—2мм.При соблюдении рациональных технологических режимов наплавленный слой хорошо соединяется с основным металлом. Структура и твердость металла в значительной степени зависят от марки проволоки, количества наплавляемых слоев и интенсивности охлаждения. Величина зоны термического влияния обычно колеблется при незакаленных деталях от 0,6 до 1 мм и при закаленных — от 1,5 до 3 мм. Наличие остаточных напряжений растяжения в зоне наплавки в сочетании с пониженными пластическими свойствами наплавленного металла, способствует образованию радиальных микротрещин. Эти трещины длиной до 1,5 мм наблюдаются в наплавленном слое и в зоне термического влияния. Они более характерны при наплавке высокоуглеродистой проволокой. Опыт ряда заводов подтверждает, что наличие этих трещин не влияет на срок службы и качество работы наплавленной детали. Однако этот вопрос еще нельзя считать достаточно изученным и процесс вибродуговой наплавки не следует применять для тех деталей, среди которых наблюдаются разрушения вследствие усталостных трещин. Опыт завода подтверждает, что экономический эффект от применения вибродугового способа наплавки весьма значителен. Основная экономия получается в результате снижения трудоемкости и за счет экономии металла.