книги / Ремонт подъемных кранов

ния поверхности трения должны быть разделены слоем смаз­ ки, т.е. должно быть обеспечено жидкостное трение. Следо­ вательно, предельный зазор для этого узла определяется ус­ ловиями сохранения жидкостного трения. В процессе вра­ щения вала 1 (рис. 1.8) в подшипнике 2 смазочная жидкость вступает в сцепление с поверхностью цапфы и вал увлекает за собой жидкость в клиновидный зазор а. По мере возрас­ тания частоты вращения под действием смазочной жидко­ сти вал приподнимается, одновременно смещаясь в направ­ лении вращения.

На основании гидродинамической теории трения Н.П. Пет­ ровым предложена следующая формула для определения тол­ щины слоя в наиболее узком месте масляного клина:

масла, Па •с; п — частота вращения вала, об/с; С — коэффи­ циент длины подшипника С = l/(d + I), где I — длина подшип­ ника, м; d — его диаметр, м; S — зазор (разность диаметров подшипника и вала: 2гп - 2гв на рисунке 1.5), м; р — удельная нагрузка на вал, Па.

Согласно исследованиям В.И. Казарцева, оптимальный за­ зор Sgnmдля сопряжения вал-подшипник должен быть в четы­ ре раза больше минимальной толщины масляного слоя, т.е.

Используя эту зависимость, можно записать следующее равенство:

Зопт _ md2C

4 18,36Sp *

откуда

Максимальный зазор определяется через оптимальный зазор по формуле

где 8 — величина, зависящая от шероховатостей поверхнос­ тей вала и подшипника и размера абразивных частиц, нахо­ дящихся между трущимися поверхностями.

Для сопряжений типа вал-подшипник скольжения макси­ мальный зазор определяется из соотношения

S = ( 2 , 5 - 5 ) 5 . (1.10) Искажение в процессе эксплуатации геометрической фор­ мы неподвижной детали в сопряжении вал-подшипник при­ водит к нарушению условий жидкостного трения; Установ­ лено также, что некруглость неподвижной детали в новом сопряжении должна быть не более 0,2 начального зазора, иначе в сопряжении с самого начала работы будет нарушено жидкостное трение и, как следствие, наступит форсирован­

ное изнашивание.

1.4 Методы оценки износа деталей машин

Методы оценки износа деталей разделяют на производствен­ ные и лабораторные. К производственным относятся метод микрометрирования детали и метод косвенной оценки по изменению эксплуатационных характеристик сопряжения, к лабораторным (исследовательским) методам — взвешива­ ние деталей, определение количества железа в масле карте­ ра, применение радиоактивных изотопов, метод искусствен­ ных баз, профилографирование.

Метод микрометрирования основан на измерении линей­ ных размеров деталей, бывших в эксплуатации, с использо­ ванием универсальных измерительных средств (микромет­ ров, штангенциркулей, индикаторных приборов и др.).

Оценка износа по изменению эксплуатационных харак­ теристик сопряжения или узла широко используется в про­ изводстве. Например, износ деталей масляного насоса кос­

повреждения, электроэрозионное разрушение, изменение с течением времени свойств материала деталей, механические повреждения.

Усталостное разрушение. Усталостью металла называет­ ся процесс постепенного накопления повреждений в матери­ але под действием повторно-переменных напряжений, при­ водящий к уменьшению долговечности, образованию трещин и разрушению.

Механизм образования усталостного разрушения принято делить на три стадии: 1) в начальной стадии действия цик­ лических напряжений в металле происходит накопление упругих искажений кристаллической решётки; 2) после оп­ ределённого цикла нагружений появляются субмикроско­ пические трещины, так как упругие напряжения кристал­ лической решётки достигают критических значений; 3) суб­ микроскопические трещины развиваются до размеров мак­ ротрещин и происходит окончательное разрушение дета­ ли. На рисунке 1.9 показана обобщённая диаграмма уста­ лости, где АВС — кривая выносливости (кривая Велера);

траторов напряжений: грубых следов диаграмма усталости от режущего инструмента, царапин,

выточек, пазов, неоднородности металла в виде неметал­ лических включений, пустот и др. Видимые трещины на поверхности детали появляются незадолго до усталостного разрушения.

Усталостному разрушению подвержены коленчатые валы, валы реверса лебёдок, вертикальные валы механизма пово­ рота экскаватора, зубчатые колеса и другие детали, воспри­ нимающие значительную знакопеременную нагрузку.

Установлено, что при упрочнении поверхностного слоя деталей дробеструйной обработкой или обкаткой поверхнос­ ти усталостные трещины возникают под упрочнённым сло­ ем. Поэтому при выполнении операций упрочняющей техно­ логии следует строго соблюдать режим обработки.

В деталях, подвергаемых при ремонте восстановлению металлопокрытиями, снижение усталостной прочности вы­ зывается рядом причин:

1)наличием на изношенной поверхности рисок, задиров, ускоряющих образование трещин усталости;

2)появлением внутренних напряжений в результате нане­ сения покрытия либо в результате снятия неравномер­ ного припуска при механической обработке наплавлен­ ного слоя;

3)несоблюдением требований к шероховатости поверхнос­ ти после металлопокрытия, так как наплавочные и элек­ тролитические покрытия воспринимают внешние нагруз­

ки заодно с основным металлом.

Химико-тепловые повреждения. К этой группе поврежде­ ний относятся коррозия, образование накипи, нагара, осад­ ков, коробление.

Коррозия. Коррозией называется разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодей­ ствия их с коррозионной средой. Коррозии особенно подвер­ жены детали Дййгателей внутреннего сгорания (дНища пбр^ шней, верхняя чаЬть гильз Цилиндров* головки цилйндрой* выпускные клапаны* глуШиФели).

Химическая коррозия возникает под воздействием на Ме­ талл внешней среды. Окисление происходит в резулв+йт1® Нроникновения атомов кислорода в кристаллическую решётку металла с образованием оксидов железа FeO, a - Fe203, у - Fe203, Fe30 4. С ростом температуры окружающей среды интенсив­

ность химической коррозии возрастает. Например, выпуск­ ные клапаны и сёдла клапанов двигателей находятся под воз­ действием газов при температуре 650—800 °С. Для повыше­ ния коррозионной стойкости выпускные клапаны изготовля­ ют из жаропрочных сталей и наплавляют сплавами на хромо­ никелевой основе ВХН-1. Сёдла клапанов и вставки для верх­ ней части цилиндров изготовляют из высокопрочного легиро­ ванного чугуна, глушители двигателей — из коррозионностой­ кой стали (0Х13Ю или 0Х13Т).

Электрохимическая коррозия металлов происходит под воздействием электролита в виде тонких слоев атмосферной влаги с растворёнными в ней газами либо в виде водных ра­ створов щёлочей, кислот и солей, находящихся в загрязне­ ниях на поверхности металла. Эти электролиты обладают иными потенциалами, чем металл детали, вследствие чего возникают микрогальванические элементы (пары), вызыва­ ющие коррозию. Наиболее распространена атмосферная кор­ розия таких узлов, как кузова и рамы.

При сопряжении двух деталей, имеющих различные по­ тенциалы, и при наличии электролита возникает контакт­ ная коррозия.

Процессы коррозии в ряде случаев комбинируются с про­ цессом абразивного истирания, с кавитационным разрушени­ ем материала (коррозионная кавитация). При одновременном действии коррозии и длительных знакопеременных нагрузок возникает коррозионно-усталостное разрушение детали. Для защиты деталей и узлов машин от действия коррозии приме­ няют различного рода покрытия, описанные ниже (глава 2).

Образование накипи. В системе охлаждения двигателей, а также в ёмкостях для подогрева воды образуется накипь в результате осаждения из воды солей кальция и магния (СаС03, CaS04, MgC03, MgS04 и т.п.), а также механических приме­ сей, содержащихся в воде. Образование накипи ухудшает условия охлаждения двигателя, что приводит к его перегре­ ву и ухудшению условий смазки и, как следствие, к повы­ шенному износу деталей.

Нагар — твёрдые углеродистые вещества, откладывающи­ еся на рабочих поверхностях деталей двигателей (клапаны, свечи зажигания, сопла форсунок, поршни, головки цилинд­ ров) при сгорании паров топлива и масла. В результате обра­ зования нагара ухудшаются условия теплопередачи, падает мощность двигателя, повышается склонность двигателя к детонации и перегреву.

Осадки в виде мазеобразной массы образуются на стенках картеров двигателей и на деталях, расположенных в карте­ рах, а также в масляных фильтрах и в маслопроводах. Ком­ понентами этих осадков являются масло, топливо, продукты окисления масла и топлива, продукты изнашивания дета­ лей, пыль и др. Осадки ухудшают работу масляных фильт­ ров, засоряют каналы для подачи смазки в зоны трения, зат­ рудняют работу масляных насосов, загрязняют свежее мас­ ло, заливаемое в картер двигателя.

Коробление деталей происходит в результате действия высоких температур, приводящих к появлению в деталях больших внутренних напряжений. Такие повреждения ха­ рактерны, например, для головок блока цилиндров двигате­ лей внутреннего сгорания. Коробление деталей чаще всего встречается при нарушении правил эксплуатации машин.

Электроэрозионное разрушение — процесс разрушения металла в результате воздействия на него искрового разряда. Электроэрозии подвержены контакты прерывателей, элект­ роды свечей зажигания, коллекторы генераторов и старте­ ров, контакты реле-регуляторов.

Изменение свойств материала деталей. С течением вре­ мени резинотехнические изделия, а также лакокрасочные покрытия теряют свои первоначальные свойства; якоря ге­ нераторов переменного тока и роторы магнето под действи­ ем магнитных потоков, ударов, нагрева и других факторов теряют магнитные свойства и становятся неработоспособ­ ными и т.д.

Деформация деталей. Под воздействием нагрузок в ма­ териале детали могут возникнуть напряжения, превосхо­

дящие предел его упругости. В результате этого возникает пластическое деформирование материала, приводящее к из­ менению формы и размеров детали, называемое остаточ­ ной деформацией. Остаточная деформация проявляется в виде изгибов, скручивания, смятия поверхностей, измене­ ния положения посадочных поверхностей в корпусной де­ тали и др.

Изгибу подвержены валы силовых передач, рамы машин, детали, изготовляемые из листового материала.

Скручивание деталей (валов, полуосей и др.) возникает от действия крутящего момента, превосходящего расчетный в результате временной перегрузки узла.

Смятие рабочих поверхностей деталей происходит в ре­ зультате пластического деформирования и течения металла. Смятию подвержены детали резьбовых, шпоночных и шли­ цевых соединений, опорные поверхности двигателей и рам экскаваторов, бульдозеров и др.

Разрушение детали возникает при напряжениях, превос­ ходящих предел прочности или предела выносливости ма­ териала детали при длительной работе с переменными на­ грузками. Оно проявляется либо в виде полного разруше­ ния детали, называемого изломом, либо в виде трещин и выкрашиваний.

Изломы могут быть вызваны статическим или динамичес­ ким нагружением деталей, либо появиться в результате ус­ талости металла (усталостные изломы).

Трещины. Появление в деталях трещин может проис­ ходить в результате различных вредных процессов. Все эти процессы могут быть разделены на три групйьь К пер­ вой группе относятся воздействия внезапных значитель­ ных местных перенапряжений и ударов, например появ­ ление трещин в наиболее нагруженных участках рам, в корпусных деталях и в деталях, изготовленных из листо­ вого материала; появление трещин в стенках блока ци­ линдров двигателей и в радиаторах при замерзании ох­ лаждающей жидкости и т.д. К второй группе относятся

усталостные трещины, возникающие в результате воздей­ ствия длительных переменных нагрузок, и к третьей груп­ пе — трещины теплового происхождения (например, по­ явление трещин в перемычках гнёзд клапанов головок цилиндров).

Выкрашивание обычно происходит в результате возник­ новения усталости металла, например выкрашивание на ра­ бочих поверхностях подшипников качения, на вкладышах подшипников скольжения и др. Выкрашивание может быть вызвано также действием значительной ударной нагрузки, например выкрашивание зубьев шестерён коробки передач в результате неправильного переключения.

1.6Методы восстановления посадок

всопряжениях

Изнашивание деталей в процессе эксплуатации машин приводит к нарушению посадок в сопряжениях, т.е. к увели­ чению зазоров в подвижных соединениях и к ослаблению натягов в неподвижных соединениях.

Посадки в сопряжениях восстанавливают следующими тремя методами: без замены сопрягаемых деталей; измене­ нием начальных размеров деталей; восстановлением изношен­ ных деталей до размеров новых.

Восстановление посадки без замены сопрягаемых дета­ лей осуществляют двумя способами: регулировкой зазора и перестановкой деталей в дополнительную рабочую позицию. Зазоры в сопряжениях регулируют перемещением одной или нескольких деталей относительно сопрягаемых. Этим спосо­ бом регулируют зазоры путём подтяжки подшипников каче­ ния с помощью резьбовых компенсаторов, применения экс­ центриковых механизмов, например при регулировке коло­ док в тормозных устройствах, применения клиновидных эле­ ментов регулировки и др.

Примером перестановки детали в другую рабочую пози­ цию является поворот зубчатого колеса и превращение тем

самым противоположных поверхностей зубьев в рабочие вза­ мен изношенных.

Регулировка зазоров и перестановка деталей в дополни­ тельную рабочую позицию не восстанавливают полностью работоспособность соединения, так как сохраняется искаже­ ние геометрической формы деталей, в результате чего соеди­ нение имеет пониженную долговечность.

Восстановление посадки изменением начальных разме­ ров деталей выполняют путём применения ремонтных раз­ меров. При этом на одной из деталей сопряжении, например на коленчатом валу, шлифуют шейки под меньшие, так на­ зываемые ремонтные размеры, восстанавливая тем самым правильную геометрическую форму поверхностей, а другую сопрягаемую деталь, например, вкладыши подшипников, заменяют заранее изготовленными, имеющими соответству­ ющий (меньший) ремонтный размер. Применение ремонтных размеров обеспечивает восстановление начального зазора и правильной геометрической формы деталей.

Восстановление изношенных деталей до размеров новых достигают наращиванием изношенной поверхности наплав­ кой, гальваническими покрытиями, металлизацией, напы­ лением и т.д., пластической деформацией деталей (раздача, обжатие и др.) или заменой изношенного участка дополни­ тельной ремонтной деталью. Например, при износе отвер­ стия в корпусной детали его растачивают и запрессовывают в него втулку с внутренним диаметром, соответствующим нормальному. Данная втулка будет дополнительной ремонт­ ной деталью.

Дополнительные ремонтные детали можно устанавливать не только при восстановлении изношенных деталей до раз­ меров новых, но и при восстановлении посадок способом ре­ монтных размеров. В этом случае дополнительные детали будут иметь ремонтные размеры.

Выбор способа восстановления посадки определяется кон­ структивными особенностями данного сопряжения и техни­ ко-экономической целесообразностью.