Разработка технологии восстановления коленчатого вала компрессора

     ВВЕДЕНИЕ

     Коленчатый  вал состоит из рамовых и шатунных шеек, щек, соединительных фланцев. Рамовые шейки, щеки и шатунная шейка образуют колено, или кривошип, вала. Коленчатый вал - одна из наиболее ответственных и напряженных деталей. Стоимость коленчатого вала составляет около 15% стоимости двигателя. К коленчатым валам предъявляют требования обеспечения необходимой прочности, жесткости и износоустойчивости.

     Износы  и повреждения коленчатых валов. В результате изнашивания уменьшаются диаметры рамовых и мотылевых шеек коленчатых валов, они приобретают эллиптическую, бочкообразную или конусную форму; на шейках валов образуются наработки. К повреждениям коленчатых ваплов относят царапины, задиры на шейках, изгиб, ослабление посадки шеек в щеках у составных валов, деформацию отверстий во фланцах соединений у валов, состоящих из секций, трещины в щеках и шейках, поломку.

     Поломка коленчатого вала - одна из самых тяжелых аварий двигателя. Причинами усталостных разрушений могут быть: недостаточный запас прочности вала, особенно в местах концентрации напряжений( в районе галтелей, по краям смазочных отверстий); технологические пороки, низкие механические свойства материала, неоднородная структура, микротрещины, образовавшиеся при термической обработке, неметаллические включения; случайные повреждения появившиеся на поверхности вала в процессе его обработки или эксплуатации( всевозможные риски, царапины, борозды и надзоры, являющиеся сильными концентраторами напряжений.

     Усталостные трещины на коленчатом валу зарождаются с его поверхности, поэтому одним из эффективных мероприятий, направленных на уменьшение напряжения и увеличения долговечности коленчатого вала, является наплавка под флюсом, рассмотренная в данном курсовом проекте. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1 ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА 

1. Факторы, влияющие на работу коленчатого вала.

     Вал нагружается силами давления газа и  силами инерции поступательно движущихся и вращающихся масс и подвергаются одновременному действию знакопеременных  изгибающих и крутящих моментов. В результате воздействия этих сил и моментов материал работает на усталость. Усталость металла объясняется возникновением в наиболее слабом месте микроскопической трещины, которая под влиянием знакопеременной нагрузки растет, уменьшая расчетное сечение и вызывая рост напряжений. В итоге напряжения превышают предел прочности материала, вызывая быстрое разрушение детали.

     Износы  и повреждения  коленчатых валов. В результате изнашивания уменьшаются диаметры рамовых и мотылевых шеек коленчатых валов, они приобретают эллиптическую, бочкообразную или конусную форму; на шейках валов образуются наработки. К повреждениям коленчатых ваплов относят царапины, задиры на шейках, изгиб, ослабление посадки шеек в щеках у составных валов, деформацию отверстий во фланцах соединений у валов, состоящих из секций, трещины в щеках и шейках, поломку.

     В поперечном сечении в результате изнашивания шейки приобретают  эллиптическую форму. При этом больший износ наблюдается у  мотылевых шеек вследствие работы их в условиях неравномерной нагрузки. Верхняя часть Мотылевой шейки испытывает большую нагрузку, чем нижняя, поэтому износ верхней части больше, чем нижней.

       Конусная форма может быть  следствием неудовлетворительной  пригонки подшипника, когда контакт его с шейкой происходит не по всей длине. Это вызывает износ шейки в каком-либо одном ее конце. При некачественном изготовлении или ремонте, когда при проточке шейки ввиду ввиду неточности обработки остается конусность, она увеличивается при эксплуатации.

       При перекосе шатунно-поршневой группы по отношению к коленчатому валу и удлиненных подшипниках может возникнуть бочкообразная форма шеек коленчатого вала. В этих случаях больший износ происходит у галтелей в первом случае из-за перекоса, во втором- из-за деформации шейки при работе.

       Корсетная форма шеек может  возникнуть из-за плохой пригонки  подшипников. Однако такой дефект бывает редко. Появление наработков связано с разницей длин шейки и подшипника. Царапины могут возникнуть при попадании на поверхность трения твердых частиц и нарушения режима смазки. Задиры на шейках возможны при проплавлении подшипников.

       Поломка коленчатого вала - одна  из самых тяжелых аварий двигателя.  Причинами усталостных разрушений  могут быть: недостаточный запас  прочности вала, особенно в местах концентрации напряжений( в районе галтелей, по краям смазочных отверстий); технологические пороки, низкие механические свойства материала, неоднородная структура, микротрещины, образовавшиеся при термической обработке, неметаллические включения; случайные повреждения появившиеся на поверхности вала в процессе его обработки или эксплуатации( всевозможные риски, царапины, борозды и надзоры, являющиеся сильными концентраторами напряжений.

     Основные  технические требования к коленчатому  валу компрессора.

1. Мотылевые и рамовые шейки h 2,5⁺ 0,5 мм, 56…60 HRC кроме галтелей.
2. Нецилиндричность рамовых и мотылевых шеек не более     0,01 мм.
3. Биение рамовых шеек относительно оси вала не более 0,02 мм.
4. Биение конуса по отношению к оси рамовых шеек не более 0,02 мм.
5. Не параллельность мотылевых шеек относительно оси вала не более 0,02 мм. Проверку шеек на параллельность производить в четырех положениях кривошипа при полном его обороте.
6. Смещение осей шатунных шеек по окружности радиуса кривошипа не более ⁺30.
7. Смазочный канал проверить на герметичность пробным гидравлическим давлением P_пр = 0,2 МПа.

     1.2 Химический состав

     В курсовом проекте рассмотрен коленчатый вал компрессора изготовленный из стали 40 ХН ГОСТ 4543-71, химический состав приведен в таблице 1.

     Сталь конструкционная углеродистая качественная.

     Таблица 1 – Химический состав сталь 40ХН 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

          
 
 
 

2  ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

     2.1 Технологический маршрут ремонта компрессора

     Технологический маршрут ремонта компрессора  включает следующие основные операции: демонтаж и разборку, подготовку к дефектации и дефектацию, ремонт деталей и узлов, сборку, монтаж.(рис.1)

       

       

       

 
 
 
 

     Рисунок 1. Схема технологического маршрута ремонта компрессора

     2.2 Демонтаж и разборка компрессора

     2.2.1 Общие требования по разборке

     Перед разборкой необходимо:

     — проинструктировать обслуживающий персонал и оснастить его средствами индивидуальной защиты;

     — оборудовать стационарное и переносное освещение;

     — осушить полости корпуса компрессора от масла;

     —разработать схему размещения крупногабаритных деталей, так чтобы был обеспечен доступ к ремонтируемому объекту;

     —разработать правила техники безопасности.

     До  начало работы компрессор необходимо тщательно очистить от грязи и  отметить следы подтекания масла, а  также проверить состояние корпуса. После этого спустить масло и отсоединить все контрольно-измерительные приборы.

     Разборка  компрессора выполняется стандартными и специальными фирменными инструментами и приспособлениями; работы по разборке, дефектации, ремонта и сборке компрессора проводятся в присутствии механика, в чьем заведовании находится компрессор или лица, ответственные за ремонт.

     2.3 Подготовка к дефектации деталей компрессора

     Очистка и промывка составных частей компрессора  проводится после его разборки. После промывки все детали обдувают чистым сухим сжатым воздухом и направляют на дефектацию.

     2.4 Дефектации деталей компрессора

     Дефектация  – это оценка технического состояния  и выявление различных дефектов с применением методов дефектоскопии.

     Задачи  дефектации, выполняемой при сдаче компрессора на ремонт, следующие:

     —в зависимости от условий работы для основных элементов компрессора установить соответствие фактической величины и характера, износа или разрушения ожидаемой величине, заданной при проектировании;

     — выявить изнашивание, разрушение, могущее привести к внезапным отказам и являющееся результатом нарушений правил эксплуатации, технологии изготовления или ошибок при конструировании;

     — уточнить объем работ, предусмотренных ведомостью ремонтных работ, номенклатуру и количество узлов, сменных деталей и других материалов;

     — установить необходимость выполнения ремонтных работ, при этом определить их срочность (необходимо их выполнять немедленно или можно ожидать очередного ремонта).

     В зависимости от характера возможных дефектов и от конструкции проверяемой детали при ремонте компрессора применяются три основных вида дефектации:

     1) Наружный, или визуальный, осмотр  – при помощи лупы 5÷10-кратного  увеличения, мелокеросиновой или  цветной пробы, дополнительного обстукива-ния; более эффективным методом является люминесцентная дефектоскопия;

     2) Выявление скрытых дефектов –  проверка с использованием методов  дефектоскопии: гидравлической, магнитной,  рентгеновской, звуковой (в том  чис-ле ультразвуковой);

     3) Определение конструктивных дефектов  и отклонений от правильной  геометрической формы - производят  различным контрольно-измерительным  инструментом, приборами и оборудованием.

     В процессе дефектации детали по своему техническому состоянию разделяются на три группы: 1) годные; 2) требующие ремонта; 3) негодные.

     По  результатам дефектации составных  частей и деталей компрессора  составляются ремонтные ведомости, являющиеся в дальнейшем руководящим документом для ремонта деталей компрессора. 

     2.5 Дефектация коленчатого вала компрессора

     2.5.1 Определение износа рамовых и мотылевых шеек коленчатого вала.

     Диаметры  шеек измеряют микрометрической скобой в трех поперечных сечениях по длине  шейки и двух диаметрально противоположных  плоскостях в каждом сечении. Крайние  замеры выполняют в сечениях на расстоянии 15-20 мм от шеек. Наибольший допустимый износ рамовых и мотылевых шеек коленчатого вала, выражается в образовании эллиптической и конусной форм, может быть установлен из выражения: