Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Судоремонт. Конспект лекций
.pdf
Структура металла детали значительно влияет на ее износостойкость.
a
R
t
dtf0)(
n
tk,
1,n
ntk
Установлено, что с повышением содержания углерода износостойкость стали
возрастает. Легирование сталей марганцем, хромом, никелем, вольфрамом повышает ее износостойкость. Азотирование повышает износостойкость в 2–4
раза.
Влияние шероховатости
на скорости ε износа показано на рис. 4. Из рисун-
ка видно, что улучшать поверхность необходимо до определенного предела. Слишком большое уменьшение шероховатости приводит к ухудшению условий смазки,
т.к. на очень чистых поверхностях плохо удерживается смазочный слой.
Рис. 4. Влияние шероховатости на скорость износа
Износ деталей происходит неравномерно во времени. На рис. 4а показана
зависимость износа ω от времени работы t, а на рис. 4б – скорость ε от времени.
В общем случае износ определяется по формуле:
.
Рис. 4. кривые износа; а — величины, б — скорости
Период времени t соответствует интенсивному начальному износу. В этот
период происходит приработка деталей механизмов.
Износ и скорость износа в 1-ом периоде
21
;
.
В период времени 2, называемом периодом нормального износа, износ ω
2122
);( kttk
.)(;)(
1
2332333
mm
ttmkttk
.)()(
2331221
mn
ttkttktk
n
tk,
t
cp
пр
t
)(/)()/(
крномпр21прпр усрcpcp
SSSt
пр
S
ср2ср1
,
пр
S
ном
S
прямо пропорционален времени работы
.
В период времени 3 наступает форсированное изнашивание, этот период
называется аварийным.
Износ и скорость износа в 3 периоде:
Скорость износа определяется в микрометрах за 1000 часов работы. Об-
щий износ за межремонтный период:
Учитывая, что начальный износ
то
.
Средняя продолжительность
мал, а износ в 3 периоде недопустим,
срока службы, соединенная из двух дета-
лей, предельного его износа определяется по формуле:
, где:
- предельное изменение зазора между трущимися поверхностями, мм.;
— средние скорости изнашивания первой и второй деталей,
мм/тыс.ч.;
— предельный зазор в соединении, мм.;
— номинальный зазор в соединении, мм.
Предельными называют также износы деталей, когда их дальнейшая эксплуатация без замены или ремонта становится недопустимой. По времени до-
стижения предельных износов детали дизелей делятся на три группы:
- к первой: поршневые кольца, клапаны, форсунки, т.е. быстро изнашива-
ющиеся детали;
- ко второй: цилиндровые втулки, поршни, пальцы, втулки и вкладыши
шатунов, плунжерные пары топливных насосов, т.е. средне изнашивающиеся
детали;
- к третьей: распределительные и коленчатые валы, посадочные бурты под
гильзы в блоке цилиндров, гнезда по подшипники в картерах.
Продолжительность работы дизеля до появления предельных износов у деталей первой группы составляет период между текущими ремонтами. Наработка до появления предельных износов у деталей второй группы определяет меж-
22
ремонтный период между средними ремонтами. Время образования предель-
5
10,2N
5
10,2N
ных износов у третьей группы характеризует период капитального ремонта.
Усталостью металла называется процесс постепенного накопления повреждений (микротрещин) в поверхностном слое под действием повторнопеременных напряжений. Установление этого факта в средине XIX столетия
послужило основой разработки новой науки усталости металлов.
Накопленные к настоящему времени экспериментальные данные дают
возможность показать влияние количества циклов переменной нагрузки на величину предельного напряжения и остаточного удлинения, имеющего после
определенного количества циклов воздействия пульсирующей нагрузки.
Рис. 5. параметры усталости.
На рис. 5. показаны три участка 1, 2, 3. На первом участке разрушение происходит в результате направленного и частичного деформирования до величины предельной деформации. Излом в этом случае не отличается от излома при статиче-
ском разрушении. Такой вид разрушения называется квазистатическим.
На участках 2 и 3 разрушение происходит вследствие возникновения и
развития усталостной трещины, в изломе можно четко различить две части, отличающимися по внешнему виду. Одна из них имеет волокнистое строение и
представляет область развития усталостной трещины, которая начинается с
внешней стороны, другая, внутренняя, имеет более крупнозернистый вид, мало
отличающиеся от поверхности хрупкого излома, и представляет область окон-
чательного разрушения.
Отличие участков 2 и 3 состоит в том, что на участке 2 разрушение проис-
ходит после сравнительно небольшого количества циклов нагрузки (
)
со значительными пластическими деформациями, которые приводят к заметно-
му изменению формы и размеров деталей, а на участке 3 разрушение имеет ме-
сто после большого количества циклов (
) нагрузок без большой вели-
чины явно видимых следов остаточной деформации. С учетом указанного уча-
сток 2 называют участком малоцикловой усталости, а участок 3 — многоцикловой усталости.
23
Примером малоцикловой усталости являются трещины в корпусе судна в
3
10N
Т
CN
m
а
2
minmax
a
1
7
10
8
10
палубах, бортах и днище, сопровождаемые явной деформацией корпуса, а примером многоцикловой усталости являются трещины в валовых линиях, коленчатых и распределительных валах, трещины в которых образуются без види-
мых деформаций
Для деталей, имеющих малое число циклов нагружения
(см. рис. 5.б), [3.5].
, допускае-
мые напряжения принимаются равными или меньшими напряжений текучести
.
Для второго участка кривой (см. рис. 5а) допускаемые напряжения выби-
раются из формулы
,
.
Где С и m — постоянные, зависящие от свойств материала.
Для третьего участка кривой допускаемые напряжения выбираются равными или менее предела выносливости
ном нагружении долговечность
циклов для стали и
, что обеспечивает при симметрич-
циклов для алюми-
ниевых сплавов.
Для деталей судовых двигателей характерна термическая усталость – раз-
рушение материала в результате часто повторяющихся температурных градиентов и затрудненности температурного расширения деталей. Примером таких
деталей являются поршни, цилиндровые крышки. Кинетика появления трещи-
ны показана на рис. 6.
Рис. 6. Кинетика усталости
По оси абсцисс откладывается количество циклов нагружения, а по оси
ординат длина трещины. Период 0 называется инкубационным периодом за-
рождения трещины. Период 1 — момент появления трещины, этот момент
называется хрупким разрушением. Время действия периода 1 мало.
Период 2 – период стабильного роста трещины, так как доля хрупкого разрушения уменьшается и растет доля усталостного и вязкостного разрушений.
24
Период 3 – период интенсивного роста доли хрупкого разрушения. Этот
50
z
R
ном
max
1,1
max
T
ос
аК
а
период является аварийным.
Фактором, поясняющим усталость, является концентрация напряжений,
предложенная С. Инглисом в 1913 г., как мера повышения напряжения в дета-
лях по сравнению с расчетной.
Например, образцы, обработанные на токарных станках с шероховатостью
, имеют коэффициент концентрации напряжений
,
(см.
рис. 4.7а.)
Рис. 7. Напряжение в образце; а — под нагрузкой, превышающей предел текучести,
б — остаточные.
В случае превышения небольших напряжений
предела текучести
то после разгрузки образец не восстанавливает свою прежнюю длину, так как в
нем остаются остаточные напряжения
(см. рис. 7б). При циклических
нагрузках остаточные напряжения накапливаются приблизительно до 80 МПа,
,
после чего при совместном действии остаточных и действующих напряжений
появляются микротрещины.
При деформировании металла циклическими нагрузками процесс контролируется нормальными и касательными напряжениями, не превышающими до-
пускаемых, а после появления трещин — коэффициентом интенсивности
напряжений К, равным:
, где
— половина длины трещины.
Коррозией металла называется самопроизвольное его разрушение вслед-
ствии физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Различают
химическую и электрохимическую коррозию. Химическая коррозия проходит в
среде, не проводящей электрический ток.
Например, в паровых котлах происходит химическая коррозия металлических поверхностей при взаимодействии с перегретым паром. Электрохимическая коррозия возникает в электролитической токопроводящей среде при взаи-
модействии ионов и катионов, скорость реакции окисления зависит от толщи-
25
ны слоя ржавчины, которая имеет полярность к чистому металлу, поэтому чем
толще слой ржавчины, тем выше скорость коррозии. Например, корпус судна
подвержен электрохимической коррозии, особенно в районе ватерлинии, а также на палубе. Коррозия начинается под слоем краски. Поэтому рекомендуется
счищать старую краску и красить вновь.
Эрозией называется процесс разрушения металла под воздействием вихрей, образующихся в потоке жидкости. В центре вихря происходит падение
давления или кавитация (от лат. cavitas – пустота). Наиболее подвержены эро-
зии обшивка корпуса судна в кормовой части, гребные винты, насадки, а так же
некоторые участки трубопроводов и блоки цилиндров ДВС.
8.2. Капиллярные методы дефектоскопии
Для выявления поверхностных дефектов (трещин) как в корпусе судна по
сварным швам, так и в деталях механизмов (шатуны, истоки, валы, крышки цилиндров, и т.д.) используют капиллярные методы дефектоскопии, основанные
на молекулярных свойствах жидкости. В судостроении наиболее широкое рас-
пространение получили керосино-меловой, цветной и люминесцентный методы
дефектоскопии.
При керосино-меловом методе на испытываемую деталь керосин наносят
кистью, сушат струей сжатого воздуха или обтирают ветошью. После сушки на
проверяемую поверхность тонким слоем накладывают меловой водный раствор. Через несколько минут после высыхания на поверхности, имеющей тре-
щину начинает выступать рисунок трещины желтого цвета. Керосино-меловой
метод применяют для определения качества сварных швов.
Сварные швы корпусов судов методом меловой пробы выполняют в следующей последовательности. Снаружи стороны швов покрывают водным ме-
ловым раствором, а изнутри – керосином. Время выдержки керосина на поверхности составляет 0,5 – 2 часа в зависимости от толщины листа и положения
шва. При наличии дефектов в швах (непроваров или трещин) керосин выделя-
ется на прокрашенной мелом стороне в виде желтых пятен.
Недостатком метода керосино-меловой пробы является то, что проверяются трещины раскрытием более 0,1 мм.
Сущность цветного метода заключается в следующем, деталь тщательно
очищают и на её поверхность кистью наносят смесь следующего состава, %:
керосина – 65, трансформаторного масла — 30, скипидара — 5, красителя судан – 5г на литр смеси. После выдержки в течении 5–10 минут поверхность
омывают струей воды, покрывают слоем каолина разведенного в воде и сушат
струей теплого воздуха. Трещины выявляются виде красных полос на белом
фоне коалинового покрытия.
26
Цветным методом обнаруживаются трещины раскрытием более 0,007 мм.
Люминесцентный метод выполняется следующим образом, на обезжиренную поверхность наносят люминесцентный состав, %: трансформаторное мас-
ло — 25, керосин — 50, бензин — 25, дефектоль зелено-золотистый — 0,25 г/л.
Затем его удаляют, а деталь обмывают, сушат, покрывают адсорбирующим веществом (селикагелем) и подвергают ультрафиолетовому облучению. При этом
оставшийся в трещинах состав начинает светиться зеленоватым светом, обозначая трещину. Люминесцентным методом обнаруживаются трещины раскры-
тием более 0,005 мм.
Капиллярные методы контроля трещин можно применять как к стальным
деталям, так и к цветным.
8.3. Магнитная дефектоскопия
Магнитная дефектоскопия используется для выявления поверхностных и
подповерхностных дефектов (трещин) на глубине до 2–3 мм в стальных дета-
лях: коленчатых валах, шатунах, цилиндровых гильзах, гребных валах, балле-
рах рулей и т.д.
Различают два вида дефектоскопии: магнитно-порошковую и магнитноиндукционную.
Наиболее распространен магнитно-порошковый метод, основанный на свой-
ствах магнитных силовых линий намагниченной детали огибать среду, т.е. дефекты
в виде раковин и шлаковых включений. В местах трещин образуется емкостная
нагрузка и происходит излом магнитных силовых линий. Если на деталь нанести
магнитный порошок, то в месте расположения поверхностного включения образуется явно видимая концентрация магнитного порошка по форме дефекта. Магнитные порошки используют во взвешенном состоянии в виде суспензий или смесей с
керосином и маслом. Магнитные порошки изготовляют из окислов железа, которые
подвергают восстановительному обжигу без доступа воздуха при температуре 800–
900º С в присутствии восстановителей.
Для намагничивания деталей применяют постоянный пульсирующий ток.
После проверки деталь размагничивают током.
Магнитно-индукционный способ основан на возникновении индукционно-
го тока в катушке дефектоскопа при локализованном пропускании переменного
тока через отдельные участки контролируемой детали. Участок дефекта детали
дает изменение индукционного тока, что фиксируется приборами.
8.4. Ультразвуковая дефектоскопия
Ультразвуковая (УЗ) дефектоскопия основана на способности УЗ колеба-
ний распространяться в твердых веществах на большую глубину до 10 м без
27
заметного ослабления и отражаться от границы раздела веществ. Скорость
/Е
/f
распространения УЗ колебаний
зависит от свойств материала и равна
, где Е — модуль упругости среды, — плотность среды.
Частота УЗ колебаний f равна
, где
— длина волны.
Для целей неразрушающего контроля используют УЗ колебания с частотой
от 0,5 до 10 мГц.
Применяется три способа обнаружения дефектов: теневой, отражения и ре-
зонансный.
При теневом УЗ методе в детали 2 (рис. 8,а) дефекты обнаруживаются ультразвуком, который посылается излучателем 1 и улавливается приемником
3.Если на пути УЗ волн находится дефект в виде раковины или трещины, то УЗ
энергия, улавливаемая приемником, уменьшится или исчезнет. На рис. 8.б показан принцип обнаружения дефектов отражением УЗ: приемник 6, располо-
женный на одной поверхности с излучателем 5, улавливает отражение звуковой
волны от дефекта 7.
Рис. 8. Обнаружение дефектов ультразвуком.
Резонансный метод обнаружения дефектов основан на изменении частоты
пьезоизлучателя до момента возникновения резонанса. Обычно подстройка
прибора УЗ контроля выполняется на эталоне равной длины с контролируемой
деталью. Для этого на блоке индикации отмечаются два базовых импульса:
вход УЗ колебаний и отражение. Любой импульс, появившийся на блоке инди-
кации между боковыми импульсами, является указанием на наличие дефекта.
Преимущество резонансного метода заключается в том, что контроль дета-
лей выполняется только одной головкой – излучателем. Примером такого прибора ДУК-66, который может быть использован как для стальных, так и цветных металлов и пластмасс.
28
8.5. Рентгено- и гамма-графическая дефектоскопия.
Со
60
Ir
192
Cs
137
Рентгено и гамма (
) — лучи представляют собой коротко волновые элек-
тромагнитные колебания, способные проникать через твердые непрозрачные
тела. Это позволяет их использовать в судоремонте для обнаружения внутренних дефектов деталей при изготовлении и ремонте и выявлении дефектов свар-
ных швов. Рентгеновские лучи генерируются рентгеновскими трубками, а
-
лучи возникают при распаде нестабильных радиоактивных элементов, например кобальта
, иридия
или цезия
.
Если в проверяемой детали имеются дефекты в виде раковины, трещины,
шлаковых включений, то лучи, проходящие через дефектные места сохраняют
большую активность из-за лучшей проницаемости пороков и меньшей их плот-
ности. Поэтому на фотопленке или экране, помещаемом на облучаемую деталь,
дефектные места изображаются в виде темных пятен. С помощью рентгенов-
ских и гамма- лучей можно выявить в металлических деталях дефекты, залегающие на глубине до 500 мм.
8.6. Безразборные методы технического диагностирования
Внедрение безразборных методов технического диагностирования позволяет не только повысить надежность СЭУ, но и перейти от регламентной системы ремонта к ремонту по состоянию, что увеличивает эксплуатационный
период работы флота. Безразборное техническое диагностирование с методиче-
ской точки зрения можно разбить на несколько групп: общую и локальную.
У ДВС к общей группе относятся параметры, связанные с протеканием рабочего цикла и регулировок. Наиболее полная информация получается в результате обработки индикаторами диаграмм, цикловой подачи топлива и дополнительной после измерения эффективной мощности и расхода топлива. На
основании параметров этой группы намечают мероприятия по устранению не-
исправностей, а также по регулированию без большей разборки двигателя.
В локальную группу выделяют параметры, связанные с состоянием зазоров и
износом сопряжений подшипниковых узлов поршневой группы. Для определения
этих параметров применяют виброакустические методы, которые позволяют по из-
менению вибрации судить о степени изношенности проверяемых узлов.
В ДВС вибрация возникает в кривошипно-шатунном механизме, топливовпрыскивающей системе, клапанно-распределительном механизме, а также в наве-
шанных механизмах и приводах. Наиболее важным с точки зрения виброакустической диагностики являются упругие колебания от ударов сопряженных деталей.
Переменные нагрузки при наличии в сопряжениях зазоров приводят к ударам деталей друг о друга, что вызывает вибрацию. Энергия вибрации примерно равна кине-
29
тической энергии в момент удара. Если двигатель имеет увеличенные зазоры, то
при его работе возрастает интенсивность ударов и соответственно энергия вибрации. Выделяется спектр колебаний соответствующей детали исследуемого узла и
замеряя энергию вибрации, по её значению можно – определить зазор, например,
между поршнем и втулкой цилиндра, в подшипниках шатуна и коленчатого вала,
сопряжениях газораспределительного механизма.
Для замера виброакустических параметров используется специальная вибро-
акустическая аппаратура, принципиальная блок-схема которой показана на рис. 9.
Пьезоэлектрический датчик 1 преобразует энергию вибрации блока двигателя в электрический сигнал, который усиливается с помощью усилительных
каскадов 2 и 3 и поступает на блок фильтров 4, 5, 6. Фильтр 4 служит для диагностики шатунных подшипников с полосой пропускания колебаний 400–500
Гц, фильтр 5 — для сопряжения поршень-гильза цилиндра с полосой колебаний
2000 — 3800 Гц, фильтр 6 — для диагностики газораспределительного механизма с полосой колебаний 10000 – 16000 Гц.
В соответствии с проверяемым сопряжением включается один из трех
фильтров и выделяется активная полоса частот, несущая информацию, которая
усиливается вторичным каскадом усиления 7, и поступает на вход интегриру-
ющего устройства 8, которое усредняет процесс за время Т.
По шкале индикатора 9, градуированной в милливаттах определяется
мощность сигнала, характеризующая энергию вибрации в районах установки
датчика. Имея переходную таблицу или тарировочный график, можно по пока-
заниям шкалы индикатора определить зазор в проверяемом сопряжении.
Датчик 1 устанавливается, как правило, на боковой поверхности блока ци-
линдра на небольшом расстоянии от цилиндровой крышки.
Задача системы диагностики состоит не только в правильной оценке пара-
метра, но и в прогнозировании проведения ТО и ремонта.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]