Разработка технологии восстановления коленчатого вала компрессора

     δ = 0,00078d + K,

     где d – диаметр шейки вала, мм;

            K=0,03 мм для рамовых и 0,05 для мотылевых шеек.

     Существуют  специальные скобы, приспособления и способы определения износа рамовых шеек без подъема вала с подшипников.

1. Измерение микрометрической скобой малого сечения, позволяющего ввести ее в пространство между шейкой и гнездом после выкатывания вкладыша рамового подшипника. После измерения данной рамовой шейки вкладыш заводят на место и приступают к измерению следующей шейки.
2. Измерение с помощью специального приспособления, состоящего из двух ножек, жестко соединенных двумя валиками с правой и левой резьбой. При вращении гайки ножки смещаются по размеру шейки вала. Стержень по которому ножки перемещаются, предназначены для придания устойчивости приспособлению. В валиках имеются призматические шпонки, предотвращающие проворачивание на валике державки.

     Для измерения рамовых шеек из гнезд  выкатывают вкладыш и, установив  ножки по диаметру рамовой шейки, определяют ее размер по расстоянию между ножками. Установив стрелку индикатора закрепленного на ножке, на ноль, проверяют размеры остальных шеек вала.

     Существует  несколько способов проверки:

1. На поверхности картера с внутренней стороны на расстоянии 200-400 мм от окружности, описываемой осью мотылевой шейки, переносной машинкой с наждачным диском обрабатывают две площадки, расстояние между которыми соответствует длине мотылевой шейки. Установив призму на мотылевую шейку, чертилкой на обработанных площадках наносят параллельно оси вала риски. Шариковым кернером на этих рисках выбивают две лунки, расстояние между которыми несколько меньше длины мотылевой шейки. После этого измеряют микроштихмасом расстояние  от лунок до поверхности Мотылевой шейки при двух положениях мотыля. Непараллельность оси мотылевой шейки по отношению к оси вала определяют по формуле:

     m₀ = 500[(a1+b2)-(a2+b1)]/l

     где l – расстояние между лунками, мм;

            a1,b1,a2,b2- расстояния измеренные от лунок до поверхности мотылевых шеек при двух положениях мотыля.

2. При нахождении коленчатого вала в цехе взаимное положение осей мотылевых и рамовых шеек можно определить уровнями.

     Таблица 2 – Классификация повреждений  коленчатого вала и методы их восстановления

     

• 2.6 Технология восстановления коленчатого вала компрессора

     2.6.1 Восстановление коленчатого вала

     Характерными  дефектами коленчатых валов двигателей являются деформации, дефекты рабочих шеек (износ, задиры, риски), трещины и поломки. Трещины и поломки валов возникают как в шейках, так и в щеках. Причиной трещин и поломок являются усталостные напряжения.

     Деформации  коленчатых валов устраняют правкой (механической, термической или термомеханической), дефекты рабочих шеек (эллиптичность, конусообразность, бочкообразность, задиры и др.) – механической обработкой (проточкой с последующим шлифованием). В некоторых случаях (при текущих ремонтах) для удаления небольших по размерам дефектов применяют ручную опиловку, калибровку и шлифование шеек. Все операции, связанные с ликвидацией трещин, согласовывают с Регистром.

     Коленчатые  валы в цеховых условиях обрабатывают, как правило, на токарно-винторезных станках. Используют также специализированные круглошлифовальные станки. Существует два способа протачивания рамовых шеек на токарно-винторезных станках: при выпрямленной оси коленчатого вала и при свободно упруго изогнутой оси под действием собственной массы вала. Наиболее распространен первый способ, хотя он и более трудоемок из-за работ по регулированию и поддерживанию в прямолинейном положении вала на станке. Второй способ может быть применен без ущерба для точности обработки рамовых шеек только в том случае, если коленчатый вал обладает достаточной жесткостью. Причем понятие «достаточная жесткость» здесь является весьма условным, устанавливаемым экспериментально. Только получив, допустим, положительные результаты на одном из коленчатых валов серийных двигателей, можно распространить этот способ на остальные валы. Это и ограничивает возможность применения второго способа обработки.

     В случае протачивания рамовых шеек при  выпрямленной оси (первый способ) вал  устанавливают на станке в таком  положении, при котором его ось совмещается с осью станка (линией, проходящей через передний и задний центры станка). Для этого одним концом вал  устанавливают в патрон станка, другим – на люнет у задней бабки . Под средние шейки подводят один-два промежуточных люнета  (у шестиколенчатого вала подводят, как правило, два люнета). С помощью кулачков патрона и люнета у задней бабки совмещают оси крайних рамовых шеек с осью станка. Перемещением промежуточных люнетов добиваются совмещения осей средних рамовых шеек с осью станка путем регулирования упругих раскепов.

     Величины  упругих раскепов на щеках кривошипов косвенно отражают положение средних  шеек и зависит от положения средних  люнетов (в данном случае упругие раскепы должны быть не более 0,02…0,03 мм). У жестких валов вместо упругих раскепов контролируют расстояния осей средних рамовых шеек до станины станка, снимая замеры по индикатору на стойке. Стойку 5 с индикатором при замерах устанавливают на станину станка в районе проверяемой шейки и при поперечном перемещении ее снимают замер от верхней образующей шейки.

     При втором способе протачивания рамовых  шеек (по методу инж.  
Н. Ф. Рукавишникова) положение средних шеек фиксируют так же, как и в предыдущем случае, промежуточными люнетами, но их подводят до соприкосновения с шейками при определенном упруго изогнутом положении вала, например, при положении, когда после закрепления в патроне и центровки на крайнем люнете вал устанавливают первым кривошипом от патрона в ВМТ.

     После установки вала на станок сначала  протачивают на средних шейках базовые пояски под люнеты, поочередно перенося промежуточные люнеты на соседние шейки. Затем окончательно устанавливают промежуточные люнеты (в первом случае с регулировкой раскепов в пределах 0,02…0,03 мм) и последовательно протачивают рамовые шейки, начиная обычно с шейки у патрона станка. После протачивания проверяют биение шеек и, если оно не превышает 0,03…0,05 мм, в той же последовательности их шлифуют. Для шлифования часто применяют шлифовальные машинки, которые закрепляют на суппорте токарно-винторезного станка.

     Мотылевые (шатунные) шейки протачивают с  помощью центросместителей или специальных резцовых головок. С центросместителями протачивают шатунные шейки небольших коленчатых валов. Концы вала в этом случае вставляют в специальные оправки – центросместители, которые позволяют совместить осевую линию соответствующей шатунной шейки с осью токарно-винторезного станка. После этого валу сообщают вращение относительно оси обрабатываемой шейки и ее протачивают и шлифуют. При протачивании шатунных шеек средних и крупных коленчатых валов используют резцовые головки. Устанавливают резцовую головку на направляющие каретки суппорта (после проточки рамовых шеек) и центруют ее по соответствующей шатунной шейке. Сообщая резцедержателю головки вращения и продольную подачу всей головке, протачивают шейку, а затем шлифуют, заменяя резцедержатель на шлифовальную головку.

     Шатунные  шейки коленчатого вала подвержены более интенсивному изнашиванию, чем рамовые. Поэтому иногда у коленчатого вала главного двигателя шатунные шейки достигают предельного износа, а рамовые находятся в хорошем состоянии. В этом случае прибегают к ручной калибровке шатунных шеек. Часто эту операцию выполняют в судовых условиях, не поднимая коленчатый вал с подшипников, если габарит картера двигателя позволяет производить работы.

     Шатунные  шейки калибруют следующим образом. Опиливают шейку личными напильниками до выведения эллиптичности, конусообразности и бочкообразности с контролем по микрометрической скобе. При этом проверяют (а при необходимости и устраняют) непараллельность и перекос осей шатунной шейки и коленчатого вала. По размеру опиленной шейки растачивают подготовленный калибр, который представляет собой разъемную втулку, равную по длине шатунной шейке. Калибр отливают обычно из легкого алюминиевого сплава и собирают на болтах. В разъем перед расточкой устанавливают набор прокладок толщиной 0,5…1 мм, так как в процессе калибровки приходится уменьшать диаметр калибра. Дальнейшую калибровку шейки ведут с проверкой по микрометрической скобе и по калибру на краску.

     2.6.2 Выбор метода восстановления коленчатого вала компрессора

     Наиболее  часто встречающимся дефектом является износ шатунных и 

коренных  шеек, царапины, задиры, деформацию отверстий во фланцах соединений у валов.

     Исходя  из величины износа, геометрической формы  дефектных поверхностей, их физико-механических свойств рассмотрим следующие возможные способы устранения данных дефектов: перешлифовка в ремонтный размер; железнение; хромирование; наплавка в среде углекислого газа; вибродуговая наплавка, наплавка под слоем флюса с последующей механической обработкой, вибродуговая наплавка в водокислородной среде, наплавка под легирующим флюсом по оболочке 
 
 
 


     Таблица 3 - Выбор рациональных способов устранения дефектов.

Наименование дефекта Наименование конкурентных способов устранения дефектов Износ коренных и шатунных шеек Перешлифовка в ремонтный размер*     Железнение*     Хромирование   Наплавка под легирующим флюсом по оболочке *   Вибродуговая наплавка

     1. Шлифовка под ремонтные размеры

     Один  из часто применяемых способов восстановления работоспособности коленчатых валов. Преимущества этого способа в  его технологической простоте. Из оборудования требуется наличие кругло-шлифовального станка и типовой оснастки к нему. Но у этого способа имеется и ряд недостатков. Потеря взаимозаменяемости деталей, потребность в деталях (вкладыши) с ремонтными размерами, наличие складских площадей под них.

     2. Вибродуговая наплавка в жидкости

     При этом способе качество наплавленного  металла зависит от многих факторов и резко ухудшается при изменении режимов наплавки и химического состава электродной проволоки. Поэтому даже при хорошо отлаженном процессе восстановления на шейках чугунных коленчатых валов часто встречаются поры и трещины. Количество пор увеличивается по глубине слоя, поэтому восстановленные коленчатые валы шлифуют лишь до третьего ремонтного размера, а затем выбраковывают. Усталостная прочность коленчатых валов, восстановленных вибродуговой наплавкой в жидкости, снижается на 35–40%. Однако благодаря двукратному запасу прочности в эксплуатации наблюдается незначительное количество их поломок. Но применение этого способа наплавки для восстановления коленчатых валов из-за значительного снижения усталостной прочности становиться не приемлемым.

     3. Вибродуговая наплавка в водокислородной среде

     При этом способе восстановления наплавленный металл имеет структуру троостита, переходящую в сорбитообразный  перлит с твердостью слоя 42–48 HRC. Сведений об усталостной прочности чугунных коленчатых валов, восстановленных наплавкой в водокислородной среде, не имеется. В целом эксплуатационные свойства таких валов изучены не достаточно, но из-за низкой в сравнении с высокопрочным чугуном износостойкости наплавленного металла этот способ наплавки не может быть рекомендован к повсеместному использованию.

     4. Однослойная наплавка под флюсом

     Наиболее  распространенным способом наплавки деталей  судового оборудования является наплавка электродной проволокой под флюсом, обеспечивающая высокое и стабильное качество наплавленного металла, которое достигается за счет надежной защиты сварочной ванны от воздействия кислорода и азота воздуха, однородности наплавляемого металла по химическому составу и сохранения постоянства геометрических параметров наплавляемого валика; наплавленный металл получается без трещин и пор с гладкой поверхностью и плавным переходом от валика к валику. При данном способе наплавки отпадает необходимость в защите глаз и лица сварщика и несколько уменьшается количество выделяемых в процессе наплавки вредных газов, что улучшает условия труда. Процесс наплавки легко контролировать и регулировать.

     Для наплавки применяли проволоку разных марок, в том числе пружинную 2 класса ГОСТ 1071–81, ОВС, НП-30ХГСА, Св-08, Св-10Х13, Св-12ГС ГОСТ 792–67 и другие. Наплавку производили под флюсами АН-348-А, ОСЦ-45, АН-15, АН-20 ГОСТ 9087–81 без примешивания и с примешиванием к флюсу графита, феррохрома, ферромарганца, ферромолибдена, алюминиевого порошка и других компонентов для получения наплавленного металла мартенситной структуры с твердостью 56–62 HRC без пор и трещин. Наплавку производили при разном шаге, прямой и обратной полярности, разных напряжений дуги и индуктивности сварочной цепи, скорости подачи электродной проволоки и вращения детали.

     5. Наплавка в среде углекислого газа

     Шейки коленчатых валов наплавляются проволокой разных марок, в том числе Нп-2Х13, ОВС, Св-12ГС, Нп-30ХГСА, Св-08 и другими. Во всех случаях структура наплавленного металла была неудовлетворительной, в слое имелись поры и трещины. Наименьшее количество дефектов на поверхности шеек получается при наплавке проволокой Нп-2Х13, наплавленный металл при этом имеет структуру аустенита с карбидной сеткой и неравномерную по длине твердость, колеблющуюся от 51–60 HRC. Износ шеек коленчатых валов, наплавленных в углекислом газе проволокой Нп-2Х13, был больше не наплавленных шеек. Усталостная прочность при этом способе снижается на 45–50%. Из-за указанных недостатков такую наплавку применять нецелесообразно.

     6. Плазменная металлизация

     Среди новых технологических процессов большой интерес для процесса восстановления деталей представляет способы нанесения металлопокрытий с использованием плазменной струи в качестве источника тепловой энергии. Наиболее перспективным способом восстановления деталей нанесением износостойких металлопокрытий является плазменное напыление с последующим оплавлением покрытия. При этом в металле оплавленного покрытия доля основного металла минимальна. Покрытие обладает высокой износостойкостью, без пор и трещин. Процесс является высокопроизводительным. Недостатком этого способа является высокие начальные капиталовложения в оборудование. В нынешних условиях при отсутствии оборотных средств у предприятий этот недостаток не позволяет рекомендовать способ к повсеместному использованию.

     7. Наплавка под легирующим флюсом по оболочке

     Сущность  способа заключается в следующем. Деталь обертывают металлической оболочкой из листовой стали, плотно прижимают оболочку к поверхности детали с помощью специального приспособления и сваркой в среде углекислого газа прихватывают ее в стыке. После удаления приспособления производят автоматическую наплавку детали под флюсом по металлической оболочке непосредственно.

     Вывод: вследствие перечисленных причин наиболее рациональным способом является восстановление наплавкой под флюсом с последующей слесарно-механической обработкой. Так как этот способ обеспечивает высокое и стабильное качество наплавленного металла, которое достигается за счет надежной защиты сварочной ванны от воздействия кислорода и азота воздуха, однородности наплавляемого металла по химическому составу и сохранения постоянства геометрических параметров наплавляемого валика; наплавленный металл получается без трещин и пор с гладкой поверхностью и плавным переходом от валика к валику. При данном способе наплавки отпадает необходимость в защите глаз и лица сварщика и несколько уменьшается количество выделяемых в процессе наплавки вредных газов, что улучшает условия труда. Процесс наплавки легко контролировать и регулировать.

     2.6.3 Технологический процесс восстановления коленчатого вала   компрессора наплавкой под слоем флюса

     1 Подготовить вал:

      1.1 Промыть коленчатый вал в растворе температуре 80-90°С.

      1.2 Коленчатый вал обезжирить раствором Na+калинированная сода+ тринитрийфосфат+стекло натриевое, жидкое.

     1.3 Коленчатый вал высушить сжатым воздухом в специальной камере с вентиляцией.

     2 Произвести магнитную дефектоскопию для определения дефектов вала и их расположение.

     2.1 Определить трещины магнитным дефектоскопом МД-50П [14].

     Режимы: ток намагничивания 1500 А, метод намагничивания – циркулярный, характер тока – мгновенный.

     3 Шлифовать (черновое шлифование) шейки под наплавку.

     Оборудование: станок круглошлифовальный 3В423.

     Приспособление: круг шлифовальный – ПП 900х50х305

     Режим шлифования

     Окружная скорость:

     Шлифовального круга, м/с____________________25–35

     Шлифуемой поверхности, м/мин_____________18–25 (рамовые шейки)

     18–25 (шатунные шейки)

     Поперечная  подача круга, мм/м:

     Черновое  шлифование__________________________0,02–0,03

     Чистое  шлифование_____________________________0,003–0,06

     Продольная  подача, мм/об______________________7–11

     4 Осуществить предварительный нагрегрев вала до температуры 250⁰ С.

     5 Произвести наплавку коленчатого вала под слоем флюса.

     Исходные  данные для наплавки:

     Наплавку  будем производить проволокой Нп – 30ХГСА под слоем вы-сококремнистого марганцевого флюса марки АН-348-А.

     Таблица 4 – Химический состав наплавочной проволоки.

Элемент	С ,%	Si,%	Mn,%	Cr,%	Ni,%	P,%	S,%
					Не  более
Содержание	0,27-0,35	0,9-0,12	0,8- 1,1	0,8- 1,1	0,4	0,03	0,03

     Таблица 5 – Режим автоматической наплавки под слоем флюса.

Параметр	Значение
Температура нагрева, 0С	150 – 200
Диаметр электрода, мм	1,6
Сила  тока, А	150-180
Напряжение, В	26-29
Скорость  наплавки, м/ч	16-20
Шаг наплавки, мм	3 – 3,5

     6 Произвести высокий отпуск при температуре 500-550°С в течении 1-2 часов.

     7 Шлифовать (черновое шлифование) шейки вала после наплавки.

     Оборудование: станок круглошлифовальный 3В423.

     Приспособление: круг шлифовальный – ПП 900х50х305

      Режим шлифования

     Окружная  скорость:

     Шлифовального круга, м/с____________________25–35

     Шлифуемой поверхности, м/мин_____________18–25 (рамовые шейки)

     18-25 (шатунные шейки)

     Поперечная  подача круга, мм/м:

     Черновое  шлифование__________________________0,02–0,03

     Чистое  шлифование_____________________________0,003–0,06

     Продольная  подача, мм/об______________________7–11 


      8 Произвести магнитную дефектоскопию.

      Проверить качество наплавленного слоя; поры, раковины, трещины и шлаковые включения  не допускаются; на бракованных шейках отшлифовать металл и наплавить новый.

     9 Шлифовать (чистовое шлифование) шейки вала.

     Оборудование: станок круглошлифовальный 3В423.

     Приспособление: круг шлифовальный – ПП 500 ´ 40 ´ 203 ГОСТ 2424-67

     10 Упрочнить шейки ультразвуковым инструментом.

     Оборудование: станок токарно-винторезный 1К62 модернизированный, т.е. с приспособлением для УЗУ.

     Режим работы:

     число оборотов……………………..123

     скорость  вращения детали V=0,33…0,99 об/мин,

     подача, мм/об. Sпр=0,12…0,15 мм/об.

     То=3.4 мин.

     11 Провести контроль согласно техническим требованиям на выдачу коленчатого вала из восстановления. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


     2.7 Сборка компрессора

     Сборку  следует точно выполнять по рекомендациям  и указаниям заводских инструкций. Сборка должна производиться с помощью специального инструмента и приспособлений в последовательности, приведенной в инструкции по эксплуатаций и уходу за компрессором. Сборка ТК допускается после устранения всех дефектов на деталях и составных частях, выявленных во время дефектации, приведения в норму всех зазоров, выполнения всех требований Регистра, подготовки всех деталей и составных частей к сборке.

     Сборке  ТК должна предшествовать очистка всех посадочных мест на корпусе, продувка всех составных частей (кроме подшипниковых узлов и масляных насосов) сухим сжатым воздухом. Особое внимание должно быть обращено на чистоту каналов подвода воздуха к щелевым уплотнениям.

     Масляные  полости корпуса должны быть тщательно  очищены от смолистых отложений, продуктов окисления и других видов загрязнения при помощи керосина (ГОСТ 18499-73) и протерты чистыми салфетками с подрубленными концами. Сборку надо вести доброкачественными (бездефектными) деталями. 

       Порядок сборки зависит от  конструкции компрессора, однако  имеются и общие приемы, характерные  для всех или для отдельных групп компрессора. Сначала обычно собирают отдельные узлы и проверяют сопряжение деталей.

     Шатунно-поршневая  группа в сборе с коленчатым валом  проверяется на перпендикулярность образующей поршня к оси вала. Для  этого имеется приспособление в виде угольника. Перекос определяется просветом между одной из сторон угольника и поршнем. Толщина прокладок и затяжка шатунных болтов должны обеспечить необходимый линейный мертвый зазор. Шатун должен легко проворачиваться на шейке вала от руки, но не от собственного веса. При повторной сборке шатунные болты необходимо зашплинтовать новыми шплинтами.

       Правильность сборки компрессора  проверяется во время его обкатки.

     2.8 Требования безовасности

     2.8.1. Производственное оборудование должно соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003-74 и иметь сигнально-предупредительную окраску и знаки безопасности в соответствии с ГОСТ 12.4.026—76.

     2.8.2.Качество оборудования, оснастки и приспособлений должно соответствовать эргономическим показателям ГОСТ 16035—70 и ГОСТ 16045-70.

     2.8.3. К выполнению работ, допускаются рабочие, прошедшие обучение по соответствующему профилю, медицинское освидетельствование и инструктаж по технике безопасности.

     2.8.4. Грузоподъемные операции должны выполняться в соответствии с требованиями «Правил устройств и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов», утвержденных Госгортехнадзором РФ.

     2.8.5. В рабочей технологической документации на наплавку валов должны быть указаны конкретные основные и вспомогательные приспособления и инструмент, защитные и транспортные устройства и способы, обеспечивающие безопасное ведение работ.

         2.8.6. Требования безопасности разработаны в соответствии с ГОСТ 1.26—77. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Заключение

     На  основании выполненной курсовой работы можно сделать вывод: что  при восстановлении коленчатого  вала компрессора наиболее целесообразно  использовать способ рациональным является восстановление наплавкой под флюсом по с последующей слесарно-механической обработкой, так как он обладает значительными преимуществами перед другими способами в отношении простоты процесса, универсальности, производительности, надежности, возможности наблюдения за формированием наплавляемого слоя, дешевизны и недефицитности защитной среды, меньшим тепловложением в наплавляемую деталь. Термическая обработка коленчатых валов позволяет достигнуть твердости шеек 48-52 HRC.

     Цель  работы достигнута, разработан технологический  процесс восстановления коленчатого вала компрессора с обеспечением его надежности в процессе эксплуатации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


     Список  используемой литературы

1. Арон А. В. «Справочное пособие по проектированию машин» 
   Владивосток: Дальрубтуз-1999г. - 200 с.
2. Балякин О.К., Седых В.И., Тарасов В.В. «Технология судоремонта»- М: Транспорт 1992г. 254с.
3. Д.Д. Беньковский, В.П. Сторожев «Технология судоремонта»: Учебник, - Москва 1986г.
4. Блинов И. С. «Справочник технолога механосборочного цеха 
   судоремонтного завода» - М. Транспорт 1979 г. 704 с.
5. И.В Возницкий, Е.Г. Михеев «Судовые двигатели внутреннего сгорания (конструкция, теория и эксплуатация)»: Учебник,- Москва 1979г.
6. Хмелевская В. Б., Леонтьев Л. Б. «Повышение надежности судового оборудования технологическими методами». В 3т. Т3. Восстановление и упрочнение деталей. – Владивосток: МГУ; Дальнаука, 2005. 356с.