Проверка горизонтальности вала

Данная проверка осуществляется с помощью скобы и отвеса или с помощью уровня.

Проверка горизонтальности вала может осуществляться специальными приборами с помощью инфракрасных лучей.

Укладка вала на подшипники скольжения

Вначале добиваются горизонтального положения вала. Затем осуществляют покраску шеек вала (ультрамарином) и помещают в подшипники скольжения на вкладыши. По пятнам краски на вкладышах производят шлифовку вкладышей (шабрение). Шабрение часто проводят по блеску втулок в том или ином месте контакта с валом. При очень точной сборке в дополнение к шабрению делают притирку по "ложному" валу с такими же размерами, как и рабочий.

ВОПРОС

Сборку контролируют по отношению к валу и корпусу. Подшипники качения пригонке не поддаются, поэтому сборку производят методом взаимозаменяемости и регулировки.

Главной задачей является уменьшение радиального биения. Дело усугубляется наличием собственного биения подшипника.

Вначале следует измерить радиальное биение всех посадочных мест вала с помощью индикаторной головки.

Затем измеряют радиальное биение внутреннего кольца подшипника. Для этого применяют втулку-образец.

Радиальное биение вала и подшипника можно компенсировать, расположив эксцентриситеты вала и подшипника диаметрально противоположно.

Если радиальное биение вала в опорах устранить полностью не удается, то нужно стремиться расположить его по одну сторону от оси вращения вала в каждой опоре. При этом желательно, чтобы биение вала в первой опоре было меньше, чем в задней. Это уменьшит радиальное биение конца вала. Наоборот, если требуется уменьшить радиальное биение середины вала, то радиальное биение вала в опорах необходимо направить в противоположные стороны от оси вращения.

При сборке валов на подшипниках качения нужно контролировать радиальное биение вала относительно корпуса. Основные причины таких отклонений следующие:

– отклонения отверстий от параллельности под опоры вала в корпусной детали;

– эксцентричность поверхностей наружных колец подшипника.

Чтобы совместить ось вращения с требуемым положением А₁ при смещении отверстия А₂ в корпусе, равном е_max, нужно осуществить следующее:

– измерить в корпусе е_max;

– подобрать подшипник так, чтобы его наружное кольцо имело эксцентриситет е₃, равный е₃ = е_max;

– пометить краской радиальную плоскость, в которой е_max располагается у корпусной детали, со стороны, противоположной наибольшему смещению оси отверстия;

– найти у наружного кольца радиальную плоскость, в которой располагается наибольший эксцентриситет е₃ и пометить его краской со стороны тонкой стенки;

– смонтировать подшипник так, чтобы погрешность эксцентриситета е₃ была направлена в сторону, противоположную е_max, т.е. чтобы совпали отметки на корпусе и наружном кольце подшипника.

В процессе сборки вала следует тщательно контролировать конусность и овальность отверстий в корпусе. Указанные отклонения деформируют кольца подшипника и беговые дорожки.

ВОПРОС

Балансировка – это устранение неуравновешивающих друг друга сил инерции в деталях машин и узлах.

Методы балансировки: статическая балансировка и динамическая балансировка.

Основными причинами, вызывающими неуравновешенность вращающихся деталей являются:

1. Неточность изготовления деталей;

2. Неравномерность распределения материала детали относительно оси вращения;

3. Образование различных структур в детали при термообработке;

4. Неравномерное изнашивание детали в процессе эксплуатации;

5. Пластическая деформация детали;

6. Неточная сборка узла, в результате которой образуется неравномерное распределение массы деталей;

7. Смещение детали в сборочном узле при эксплуатации;

8. Неравномерная нагрузка, приводящая к изгибу детали.

Различают следующие виды неуравновешенности деталей и узлов:

– статическая неуравновешенность;

– динамическая неуравновешенность;

– общая неуравновешенность.

Статическая неуравновешенность образуется в том случае, когда неуравновешенные массы тела приводятся к одной массе и одной центробежной силе, вызываемой этой массой при вращении тела. Статическая неуравновешенность наблюдается в деталях большого диаметра и малой длины (шкивы, маховики и др.). Ее можно обнаружить взвешиванием на специальных весах либо на призмах, не приводя деталь во вращение.

Если в детали образуются две равные и прямо противоположные центробежные силы, лежащие в одной плоскости, то получается динамическая неуравновешенность. Динамическая неуравновешенность встречается в деталях большой длины: коленчатых валах, роторах электрических машин, центробежных насосах, в валах редукторов.

Если во вращающейся детали появляются две взаимно противоположные и равные центробежные силы и приведенные центробежные силы, то возникает общая неуравновешенность.

Неуравновешенность повышает нагрузку на подшипники и, следовательно, их износ, изгибает валы, вызывает колебания и вибрацию машины. При балансировке важно определить величину сил, создающих неуравновешенность и их направление.

ВОПРОС

Сущность статической балансировки заключается в определении без вращения наиболее легкой и тяжелой частей детали. Делая легкой тяжелую часть или тяжелой легкую добиваются балансировки детали. Статическую балансировку выполняют либо на призмах, либо на роликах, либо на весах.

Балансировка на призмах проводится явно выраженной неуравновешенности, когда неуравновешенная масса создает неуравновешенную силу, преодолевающую трение качения, и скрытой неуравновешенности, когда неуравновешенная сила недостаточна для преодоления трения качения.

Деталь с явно выраженной неуравновешенностью помещают на призмы таким образом, чтобы неуравновешенная масса G находилась в горизонтальной плоскости, проходящей через ось диска. Диаметрально противоположно G помещают такой груз Q, при котором наступает равновесие. Проверку равновесия производят обычно в 4 положениях детали (А, В, С, D). Уравновешивающий груз взвешивают и добавляют на диск либо убирают с противоположной стороны (если это возможно) сверлением, точением, анодно-механической обработкой.

При скрытой неуравновешенности окружность диска разбивают на 8–12 частей и помечают цифрами. Каждую точку деления помещают в плоскость А–А поочередно, прикрепляя груз G такой массы, чтобы диск поворачивался на один и тот же градус (обычно 10). Грузы взвешивают. Точка, где оказался груз наименьшей массы, указывает на место неуравновешенной массы. Эту точку переводят в плоскость А–А и уравновешивают противоположную сторону грузом.

Для балансировки применяют магнитные либо пружинные грузы разной массы. Точность балансировки на призмах бывает тем выше, чем качественнее их поверхность. Недостатком балансировки на призмах является невозможность выверки тел с нецилиндрическими образующими либо с многоступенчатым профилем. В этом случае балансировку проводят на роликах, в центрах либо на весах.

Балансировочные весы для дисков малого диаметра применяют вертикального типа, для большого диаметра – горизонтального типа.

Контроль качества статической балансировки осуществляют следующим образом. Практически допустимым считают дисбаланс Q, который при нормальной скорости вращения диска дает неуравновешенную центробежную силу, не превышающую 4–5% веса G диска, т.е.:

ΔG_и ≤ 0,045 · G_д; (42)

m_н · ω² · ρ ≤ 0,045 · G_д; (43)

m_н ≤ . (44)

ВОПРОС

Динамическая балансировка осуществляется несколькими основными способами: способом максимальных отметок; способом обхода пробным грузом; с помощью балансировочных станков.

Рассмотрим способ максимальных отметок. Каждую сторону детали балансируют отдельно. Одну сторону (например, конец вала) делают подвижной, а противоположную закрепляют.

Балансировку осуществляют следующим образом:

1. Определяют на валу окружность расположения уравновешивающего груза. Вращают вал с резонансной частотой вращения, когда частота вращения вала совпадает с частотой свободных колебаний системы: вал – подшипник – опора. При резонансной частоте вращения амплитуда колебаний свободного конца вала будет максимальной.

2. Измеряют максимальную амплитуду колебаний свободного конца вала с помощью измерителя.

3. Наносят отметки на участок цилиндрической поверхности вала с помощью отметчика. Для этого участок около подвижной шейки вала забеливают мелом, растворенным в бензине, или устанавливают измерительный экран. Первую отметку наносят отметчиком при вращении вала на резонансных оборотах.

4. Определяют максимальную точку колебаний окружности вращения вала а на отмеченной дуге.

5. Останавливают вал, соединяющий точку а с центром вращения вала. Точку а переносят на окружность расположения уравновешивающего груза а '.

6. В противоположную сторону относительно вращения на окружности наносят радиус Ob под углом 90º к Oa. В точку b помещают пробный груз q.

7. Вращают вал и на резонансных оборотах делают вторую отметку c. Измеряют амплитуду вибрации опоры. Сносят точку с на окружность, получают точку с '.

8. На бумаге в произвольном масштабе проводят окружность и переносят на нее точки a ', b ', c '. Затем на радиусах Oa ' и Oc ' откладывают в определенном масштабе вектор ОА – амплитуду вибрации подшипника без груза q и вектор ОС – при вращении с пробным грузом q. Тогда вектор АС будет являться амплитудой вибраций опоры под действием силы, вызываемой только грузом q.

9. Треугольник ОАС можно рассматривать как треугольник сил, вызывающих вибрацию подшипника с определенными амплитудами.

10. Значение необходимого уравновешивающего груза Q₁ находят из выражения:

Q₁/q = OA/AC, (45)

откуда

Q₁ = (q · OA)/AC. (46)

11. Для определения места расположения уравновешивающего груза Q₁ из центра оси вращения вала О проводят радиус OD, параллельный вектору АС. Точка D будет являться точкой наибольшего отклонения вала под действием центробежной силы пробного уравновешивающего груза q, а угол φ определяет запаздывание наибольшего размаха отклонения от направления центробежной силы вследствие влияния инерции движущейся системы.

12. Угол φ зависит в основном от частоты вращения вала ω. Так как при вращении ω постоянна, то и угол φ также будет постоянным. Поэтому, отложив от радиуса ОА в направлении вращения вала угол, получим радиус OS, который определяет направление центробежной силы, вызываемой неуравновешенностью вала.

13. Место положения уравновешивающего груза Q₁ определяется в точке d, которая получается при пересечении на другой стороне окружности линии, проходящей через OS.

14. Прикрепив найденный груз Q₁ на место в точку d, переходят к балансировке второго конца вала, определяя необходимую массу груза Q₂.

15. Освобождают оба конца вала и вращают с целью проверки. Если наблюдается незначительная вибрация с противоположных сторон, на которых закреплены грузы Q₁ и Q₂, то для улучшения балансировки закрепляют дополнительные грузы q₁ и q₂ (под углом 180 к Q₁ и Q₂). Массу грузов определяют опытным путем. Их либо привинчивают, либо наклепывают, либо приворачивают. Вместо увеличения массы легких участков вала можно уменьшить массу тяжелых участков сверлением, обрубкой, шлифовкой, анодно-механической обработкой и др.

Рассмотрим способ обхода грузом. Способ обхода пробным грузом является более надежным, но требует значительно большего времени для балансировки. В этом случае каждый конец вала также балансируют отдельно.

1. Окружность вала делят на 8–12 частей. Точки помечают порядковыми номерами.

2. После этого измеряют амплитуды колебаний на резонансных оборотах без уравновешивающего груза.

3. Затем на каждую точку прикрепляют груз q одной и той же известной массы и измеряют амплитуды колебаний с грузом q.

4. Определяют точку, в которой амплитуда будет наибольшей. Следовательно, в этом направлении будут действовать силы инерции.

5. Противоположно направлению сил инерции устанавливают на вал уравновешивающий груз Q₁, массу которого определяют пробным путем.

6. При явно выраженной неуравновешенности, когда силы инерции превышают силы упругости пружин подвески конца вала, дополнительный груз можно не применять, ориентируясь на амплитуды колебаний при вращении вала.

Рассмотрим балансировку вращающихся деталей на балансировочных станках и стендах. Существует множество конструкций балансировочных станков, стендов: с одним зажатым концом вала, с обоими концами, установленными с возможностью вращения вала с определенными амплитудами и т.д.

Представляет интерес станок с балансировочными шарами. Вал одним концом либо обоими устанавливается на пружинную подвеску. На конец вала устанавливается балансировочная головка, представляющая собой цилиндр с двумя или с тремя шарами.

При вращении вала, имеющего дисбаланс, его центр вращения будет смещен в точку О₁ на расстояние ρ относительно его геометрической оси. В результате вращения на шары, находящиеся в балансировочной головке, будут действовать центробежные силы G, которые можно разложить на силы R радиальные, направленные из точки О, и касательные К, перпендикулярные им. Под действием сил К шары перекатываются внутри головки, стремясь уравновесить дисбалансную силу G_q, появляющуюся в результате неуравновешенной массы Q_g. Таким образом, вал автоматически уравновешивается.

Контроль качества динамической балансировки осуществляют разными методами, включая и компьютерную обработку результатов работы.

Практически контроль качества динамической балансировки оценивают по значениям амплитуды остаточных вибраций.

ВОПРОС

При ремонте горной техники используются три группы деталей: новые, отремонтированные и годные без ремонта. Процентное соотношение заменяемых и ремонтируемых деталей для одной и той же машины определяется степенью износа и техническими возможностями ремонтных предприятий.

При решении вопроса о замене или восстановлении деталей должна учитываться экономическая целесообразность восстановления деталей. Целесообразность восстановления деталей диктуется также большими темпами роста парка горных машин и отставанием производства запасных частей к ним. Вместе с тем вопрос об удовлетворении потребности в запасных частях может быть в значительной степени решен за счет широкого использования различных способов восстановления деталей во время ремонта машин.

Ремонт и восстановление изношенных деталей можно проводить одним из следующих способов:

– сваркой;

– вибродуговой наплавкой;

– наплавкой твердых сплавов;

– металлизацией напылением;

– металлизацией электролизом;

– химической обработкой;

– склеиванием;

– механической обработкой;

– электрической обработкой металлов.

Способ ремонта следует выбирать с учетом конструктивно-технологических особенностей деталей, условий их работы, величиной их износа, а также стоимости выполнения ремонта.

Для оценки выбранного способа восстановления рекомендуется пользоваться технологическим, экономическим и технико-экономическим критериями.

Технологический критерий характеризует возможность применения одного или нескольких технологических способов восстановления, позволяет определить перечень деталей, подлежащих восстановлению одним или несколькими способами. Этот критерий является предварительным и не дает количественной оценки способам восстановления.

Экономический критерий оценивается суммарными затратами на восстановление деталей тем или иным способом:

С = С_п + С_в + С_м, (47)

где С – себестоимость восстановления деталей, руб;

С_п – стоимость подготовки деталей к нанесению покрытий, руб;

С_в – стоимость нанесения покрытий, руб;

С_м – стоимость последующей механической обработки под номинальный размер, руб.

Технико-экономический критерий дает окончательное решение при выборе способа восстановления и связывает его себестоимость с коэффициентом долговечности:

С ≤ k_д · С_н, (48)

где С_н – стоимость новой детали, руб;

k_д – коэффициент долговечности,

k_д = , (49)

где Т_р – срок службы отремонтированной детали, ч;

Т_н – срок службы новой детали, ч.

ВОПРОС

Сварка является одним из основных технологических процессов при ремонте и монтаже оборудования. Она значительно упрощает и ускоряет многие работы по ремонту, а иногда является основным средством для их выполнения. Цель большинства сварочных ремонтных работ заключается в добавлении металла к изношенным вследствие истирания частям.

В ремонтном деле встречаются три вида сварочных работ: сварка, наплавка (наварка) и заварка.

Сваривать приходится поломанные стальные и чугунные детали, например, станины или рамы машин, кронштейны, ободы, ступицы и спицы зубчатых колес и шкивов и т.д. К этому же виду работ относится и наложение заплат при ремонте крупных машинных частей, резервуаров, бункеров и других металлических конструкций.

Наплавлять (наваривать), т.е. наносить слой металла в тех местах, где обнаружился недопустимый износ, чаще всего приходится в различных деталях из углеродистых и легированных сталей (гнезда корпусов комбайнов и врубовых машин, брусья бара, звездочки, утюги, зубья экскаваторов, щеки дробилок и т.д.). Часто наплавляют шейки и шипы валов, изношенные зубья на крупных зубчатых колесах, края шкивов, различные клапаны, кулачки и т.д. Наплавка применяется для деталей из чугуна и сплавов цветных металлов.

При наварке детали, имеющей цементированную или закаленную поверхность, ее предварительно отжигают. Нагревание производится до 900 ºС, после чего деталь должна медленно остыть. Отпуск уменьшает твердость стали, сопротивление разрыву и предел упругости, но зато увеличивает вязкость, что позволяет прочно наварить металл. После наварки и механической обработки деталь может быть подвергнута цементации и закалке для возвращения ей прежней твердости.

Заварку применяют в тех случаях, когда в детали требуется полностью или частично заделать отверстие, заварить трещину или другие подобные дефекты, появившиеся в машинных частях и конструкциях в процессе их эксплуатации.

Различают электродуговую, газовую, плазменную и ацителено-кислородную сварку.

Электродуговая сварка осуществляется за счет возникновения электрической дуги между электродом и деталью.

Плазменная сварка осуществляется за счет очень высоких температур и при переходе металла в новое состояние – плазму.

Ацетилено-кислородная сварка осуществляется за счет тепловой энергии, возникающей при сгорании газов – ацетилена и кислорода.

Подготовка к сварочным работам ремонтируемой детали имеет большое значение для самого процесса сварки. Только хорошо подготовленный шов дает надежное сварное соединение.

Перед сваркой необходима очистка поверхности деталей от ржавчины, грязи, острых углов.

Тип и марку электрода выбирают в зависимости от материала и назначения ремонтируемой детали. Диаметр электрода зависит от толщины свариваемого металла.

По применяемым электродам сварку делят следующим образом:

1. Сварка одиночным электродом (однодуговая).

2. Многоэлектродная сварка (многодуговая).

3. Сварка пластинчатым электродом, когда на восстанавливаемую поверхность укладывается электрод, а дуга, зажженная между деталью и концом электрода, непрерывно горит, оплавляя электрод.

4. Наплавка трубчатым электродом, заполненным порошкообразным наполнителем, что позволяет получать износостойкие покрытия.

5. Наплавка угольным электродом: дуга горит между деталью и неплавящимся угольным электродом, в дугу подается третий плавящийся электрод или присадка.

Сварку можно производить без предварительного подогрева детали (холодная сварка) или с предварительным подогревом до температуры 650–850 ºС в печи, на горне и т.п. (горячая сварка). Лучшие по прочности результаты дает горячая сварка, поэтому ее рекомендуется по возможности применять в ответственных случаях.

Ток подбирают в зависимости от толщины свариваемой детали.

По роду тока сварку различают на постоянном и переменном токе. При постоянном токе применяют прямую (+ на детали) и обратную (– на детали) полярность.

По способу управления сварочным процессом сварку делят на ручную, полуавтоматическую и автоматическую.

При ручной сварке подача электрода к наплавочному участку осуществляется вручную.

При полуавтоматической сварке подача электрода осуществляется автоматически, а его перемещение вдоль участка сварки – вручную.

При автоматической сварке и подача электрода к наплавочному участку и его перемещение осуществляются автоматически.

По защите свариваемого или наплавляемого участка сварку делят на сварку на воздухе, под слоем флюса, в вакууме, в среде инертных газов (аргонная), в воде.

ВОПРОС

Сущность наплавки под слоем флюса состоит в том, что сварочная дуга, возникающая между электродом и изделием, защищается от окисления кислородом воздуха слоем расплавленного гранулированного флюса толщиной 20–40 мм. Флюс, поступающий в зону сварочной дуги, плавится под действием выделяемого ею тепла. Твердость наплавленного слоя порошковыми проволоками достигает HRC 52–56.

Принципиальная схема полуавтоматической электродуговой наплавки деталей под слоем флюса показана на рисунке 8.

Рисунок 8 – Схема установки для полуавтоматической электродуговой наплавки деталей под слоем флюса: 1 – патрон токарно-винторезного станка; 2 – восстанавливаемая деталь; 3 – слой шлака; 4 – наплавленный металл; 5 – флюс; 6 – электродная проволока; 7 – контакт провода от источника тока с электродной проволокой; 8 – наплавочная головка; 9 – бункер с флюсом; 10 – контакт провода от источника тока с медной шиной патрона (деталью); е – смещение электрода относительно вертикальной оси детали (эксцентриситет электрода)

Преимущества восстановления деталей наплавкой под слоем флюса следующие: производительность автоматической наплавки под слоем флюса выше в 3–5 раз по сравнению с ручной сваркой; высокое качество наплавленного металла и высокая его износостойкость; для выполнения работ не требуется высокой квалификации наплавщика.

К недостаткам наплавки деталей под слоем флюса относятся большая зона термического влияния, значительный нагрев деталей малых размеров, снижение усталостной прочности деталей на 20–40%.

ВОПРОС

Вибродуговая наплавка металла в струе охлаждающей жидкости является прогрессивным методом восстановления изношенных металлических поверхностей, позволяющим без коробления деталей получать слой требуемой толщины и твердости.

При этом способе физико-механические свойства и химический состав основного металла детали почти не изменяются в процессе наплавки, так как процесс протекает при слабом нагреве на глубину 0,1–2 мм зоны восстанавливаемой поверхности. Наплавленный слой приваривается к основному металлу так же, как и при обычной электросварке. Температура изделия в процессе наплавки находится в пределах 40–80°, что позволяет наплавлять термически обработанные и сложные по конфигурации тонкие и тонкостенные детали. Эти свойства особенно важны при восстановлении деталей горношахтных машин, изготовленных в большинстве своем из углеродистых и легированных сталей с последующей термической обработкой.

Сущность вибродуговой наплавки заключается в том, что к восстанавливаемой детали (рис. 9), которая вращается в патроне или в центрах токарного станка, и к электроду в виде вибрирующей проволоки подводится напряжение от источника постоянного тока. При соприкосновении с деталью вибрирующая проволока плавится и покрывает поверхность наплавленным слоем. Протекает процесс весьма сходно с дуговой электросваркой.

Питание установки осуществляется постоянным током обратной полярности (плюс на электроде). Напряжение устанавливается в пределах 14–24 В. Потребляемый ток зависит от диаметра проволоки электрода, скорости ее подачи и колеблется от 120 до 300 А. Наплавка производится в струе охлаждающей жидкости, состоящей из 3–4 %-го водного раствора кальцинированной соды.

Питание установки осуществляется постоянным током обратной полярности (плюс на электроде). Напряжение устанавливается в пределах 14–24 В. Потребляемый ток зависит от диаметра проволоки электрода, скорости ее подачи и колеблется от 120 до 300 А. Наплавка производится в струе охлаждающей жидкости, состоящей из 3–4 %-го водного раствора кальцинированной соды.

Рисунок 9 – Схема установки для вибродуговой наплавки (1 – деталь; 2 – электродная проволока; 3 – ролик подачи проволоки; 4 – вибратор; 5 – трубка для подвода охлаждающей жидкости; 6 – вибрирующий хоботок)

Питание установки осуществляется постоянным током обратной полярности (плюс на электроде). Напряжение устанавливается в пределах 14–24 В. Потребляемый ток зависит от диаметра проволоки электрода, скорости ее подачи и колеблется от 120 до 300 А. Наплавка производится в струе охлаждающей жидкости, состоящей из 3–4 %-го водного раствора кальцинированной соды.

Вибродуговым способом можно наплавлять внутренние и наружные поверхности стальных деталей, а также шлицевых и шпоночных пазов. В качестве электрода применяется стальная проволока различных марок диаметром от 0,5 до 2 мм. Подбором подачи электродной проволоки к детали и вдоль ее поверхности, а также скорости вращения детали достигается образование сплошного слоя из приварившихся частиц. Минимальный диаметр наплавляемой детали при соответствующем подборе режимов наплавки составляет 8–10 мм.

Перед наплавкой детали очищаются от масла и грязи, а места, не подлежащие наплавке (отверстия, пазы, каналы), защищаются графитовыми или угольными вставками. При многослойной наплавке поверхность каждого слоя очищается стальной щеткой.

Толщина h, мм, наплавленного за один проход слоя, зависит от скорости наплавки, т.е. окружной скорости вращения детали ν, м/мин, от диаметра и скорости подачи электродной проволоки и других параметров. Скорость наплавки ν может изменяться в пределах от 0,3 до 6 м/мин, а толщина h наплавляемого за один проход слоя металла – от 2 до 0,3 мм.

Величина продольной подачи головки при диаметре проволоки 1,5–2 мм устанавливается в пределах от 0,4 до 3 мм на один оборот в зависимости от скорости наплавки.

Производительность насоса для подачи охлаждающей жидкости равна 6–12 л/мин. В зависимости от конфигурации изделия, требуемой толщины наплавки, диаметра проволоки и скорости вращения шпинделя скорость подачи проволоки ν_п = 0,3–2 м/мин.

Основной частью установки для вибродуговой наплавки является автоматическая головка, которая монтируется на суппорте токарного или другого станка с продольной подачей, позволяющей устанавливать деталь в патрон или центры для вращения в процессе наплавки. Питаются электромагнитный вибратор и электродвигатель механизма подачи проволоки от источника переменного тока. Вместо электромагнитного вибратора применяются также механические вибраторы с эксцентриковым или кривошипно-шатунным механизмом, создающие около 300 колебаний в минуту.

Достигнутый уровень технологии вибродуговой наплавки позволяет уже теперь рекомендовать ее не только для восстановления изношенных деталей, но и в качестве технологического процесса при изготовлении новых деталей горношахтного оборудования.

ВОПРОС

Металлизация напылением осуществляется газовым или электрическим аппаратом – металлизатором, при помощи которого металл расплавляется и в виде мельчайших частиц подается струей сжатого воздуха на специально подготовленную поверхность изделия.

Этим способом можно наносить сравнительно прочный слой почти любого металла на изделия из черных и цветных металлов, а также на дерево, пластмассы и другие материалы. Покрытие наносится толщиной от 0,3 до 10 мм (иногда и большей) в зависимости от назначения.

Преимущество металлизации напылением состоит в возможности наносить покрытие, не вызывая перегрева изделия, что выгодно отличает металлизацию напылением от сварки (наварки).

Металлизация напылением применяется в следующих случаях:

1) при восстановлении изношенных деталей машин, преимущественно цилиндрической формы (например, шипов и шеек различных валов, шпинделей, штоков, втулок, подшипников скольжения и т.д.);

2) при исправлении литейных дефектов (например, заделка раковин и трещин, устранение пористости и течи);

3) при восполнении недостающего веса для балансировки;

4) при защите от коррозии;

5) при повышении жаростойкости стали методом металлизации алюминием (алитирование);

6) при улучшении теплопроводности и электропроводности;

7) при защитно-декоративных покрытиях.

Применение покрытий металлизацией особенно эффективно для деталей крупных размеров. В этом случае стоимость металлизации составляет от 2 до 10% стоимости детали.

Металлизированный слой имеет неоднородную структуру и состоит из нагромождения отдельных частиц неправильной формы, размер которых колеблется от 1 до 2 мкм в зависимости от условий распыления.

Структура слоя резко отличается от структуры основного металла: она пористая, имеет значительное количество окислов и шлаковых включений, характеризуется слабой прочностью сцепления напыленного слоя с основным металлом и частиц между собой. Однако при совместной работе с основанием металлизированный слой хорошо противостоит всем видам статических нагрузок. Отслаивание и разрушение слоя происходят лишь тогда, когда деформация основного металла выходит за предел упругости, но такие нагрузки вообще не допускаются в деталях машин. Напыленные покрытия хорошо работают на сжатие.

Твердость металлизированного слоя обычно выше твердости исходного металла. Прирост твердости колеблется в широких пределах и у стальных покрытий составляет около 30–40%.

Износостойкость напыленных покрытий при сухом трении в два-три раза меньше, чем обычных металлов. При работе в условиях смазки металлизированные покрытия имеют более низкий коэффициент трения и большую износостойкость, чем обычные металлы. Этому способствует значительная пористость напыленного слоя, обладающего способностью впитывать масло в количестве около 9% своего объема.

Для нанесения распыленного металла на изделия обычно применяются специальные проволочные металлизационные установки (рис. 10) – газовые или электрические.

Рисунок 10 – Схема проволочной металлизационной установки: 1 – деталь; 2 – электрометаллизатор; 3 – катушка с проволокой; 4 – электросеть; 5 – щиток; 6 – электродвигатель; 7 – компрессор; 8 – воздухосборник; 9 – масловлагоотделитель; 10 – манометры; 11 – трансформатор; 12 – шланг для сжатого воздуха; 13 – провода

Поверхность детали должна быть тщательно подготовлена к покрытию: 1) очищена от масла, пленки окислов и других загрязнений; 2) механически обработана для получения требуемой геометрической формы детали и необходимой толщины наращиваемого слоя (не менее 0,5 мм на сторону после окончательной обработки); 3) обработана для получения наибольшей шероховатости; 4) защищена так, чтобы соседние участки детали, не подлежащие металлизации, должны быть закрыты накладками из жести, картона или бумаги.

Необходимая шероховатость поверхности достигается механической, пескоструйной или электрической обработкой. Механическая обработка для цилиндрических деталей заключается в нарезании рваной резьбы с шагом от 0,8 до 1,2 мм. Шероховатость, созданная нарезанием рваной резьбы, дает наиболее высокую прочность сцепления. Пескоструйная обработка применяется для плоских деталей.

Толщина покрытия наружных поверхностей тел вращения может быть любой без ухудшения прочности сцепления. Предельной толщиной покрытий внутренних стенок цилиндров и втулок считаются 2,5–3,0 мм. При большей толщине повышается опасность возможного отслаивания под действием внутренних напряжений, возникающих в покрытии.

ВОПРОС

Электролитическое наращивание металлов основано на законах электролиза, т.е. прохождения постоянного тока через электролиты. Этот процесс связан с передвижением электрически заряженных частиц – ионов. Ток поступает в электролит через проводники, называемые электродами. Под действием электрического тока, проходящего через электролит, ионы движутся в определенном направлении: положительно заряженные ионы, называемые катионами (металлы, водород), движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы – анионы (например, кислотный остаток SO₄, водный остаток ОН) – движутся к аноду (рис. 11).

Рисунок 11 – Схема электролитического восстановления: 1 – восстанавливаемая деталь (катод); 2 – анод; 3 – ванна; 4 – электролит; 5 – листовой целлулоид; 6 – основание ванны

В процессе электролиза на катоде происходит разряд ионов металла, т.е. ионы теряют свой электрический заряд и осаждаются в виде нейтральных атомов. Электролитом служит раствор солей металла, который наращивается на изношенную деталь. Катодом является деталь, а анодом в большинстве случаев служат пластины из металла, подлежащего осаждению. Металл анода растворяется, а его атомы образуют новые ионы металла, переходящие в раствор взамен выделенных на катоде. Вместо растворимых анодов (медь, железо, никель и др.) применяются и нерастворимые (свинец, уголь), например при хромировании. В этом случае раствор соли по мере протекания процесса непрерывно обедняется и его необходимо периодически обогащать.

Электролиз металла подчиняется следующим законам Фарадея:

1) количество металла, осажденного на катоде при электролизе, прямо пропорционально количеству электричества (величине тока, умноженной на время), протекающего через данный электролит;

2) количество вещества, осажденного при прохождении тока через электролит, прямо пропорционально его эквивалентному весу.

Электрохимическим эквивалентом называется количество металла в граммах, которое осаждается в течение 1 ч при протекании тока в 1 А.

Оба закона Фарадея могут быть выражены формулой:

G = c · I · Т, кг, (50)

где G – теоретический вес осажденного металла, кг;

с – электрохимический эквивалент, кг/(А·ч);

I – величина тока, А;

Т – продолжительность электролиза, ч.

Так как обычно электролитические растворы содержат не чистые растворы металлов, а с примесью токопроводящих солей и кислот, то действительный вес осадка будет меньше теоретического. Отношение фактического веса осадка к теоретическому, выражаемое в процентах, называется выходом по току (КПД ванны). Выход по току при хромировании составляет 12–18%, а при других электролитических процессах 60–90%.

Осадки хорошего качества получаются только при определенном соотношении двух основных факторов – температуры раствора и катодной плотности тока, свойственных данному электролитическому процессу и избранному рецепту электролита. В настоящее время применяются следующие электролитические способы покрытия поверхностей: хромирование, осталивание (железнение), омеднение, никелирование, кадмирование, оцинкование, лужение, алюминирование, освинцевание. Большинство из упомянутых способов применяется для антикоррозионных и декоративных покрытий. Для восстановления и повышения износостойкости деталей используются главным образом хромирование и осталивание.

ВОПРОС

ВОПРОС

Наплавка твердыми сплавами применяется в горной промышленности для уменьшения износа новых деталей и при восстановлении изношенных. Например, в горных комбайнах и врубовых машинах наплавкой твердым сплавом восстанавливаются изношенные зубья звездочек, брусья баров, рабочие поверхности утюгов, направляющих для утюгов и другие детали. Износостойкость наплавленных деталей обычно увеличивается в 2–3 раза, а иногда в 6–8 раз и даже более по сравнению с деталями из обычной углеродистой стали. Так, износостойкость наплавленных сталинитом чугунных рифленых щек дробилок повышается в 16 раз.

Покрытие детали твердыми сплавами во многих случаях исключает необходимость применения легированных сталей для изготовления деталей. Технико-экономическая эффективность применения наплавки твердыми сплавами зависит от соответствующего подбора деталей для покрытия, условий их эксплуатации, а также в значительной степени от подготовки детали под покрытие и режима наплавки.

Процесс наплавки твердым сплавом осуществляется при помощи газосварочной горелки, электросварочной дуги или индукционного нагрева.

Твердые сплавы для износостойких покрытий обычно подразделяются на несколько групп.

1. Зернистые или порошковые сплавы (вокар и сталинит) представляют собой черную или сероватую сыпучую массу с зернами величиной 0,5–2,5 мм, состоящую из механической смеси нескольких металлов – вольфрама, хрома и других с углеродом. Наплавленный слой из этих сплавов является твердым раствором карбидов соответствующих металлов и железа.

2. Металлокерамические сплавы изготовляются прессованием смесей порошков с последующим спеканием и представляют собой карбиды тугоплавких металлов (вольфрама, титана и др.), связанные кобальтом или никелем.

3. Литые твердые сплавы изготовляются плавкой в индукционных высокочастотных печах тигельного типа и представляют собой прутки диаметром от 3 до 8 мм или пластины, полученные отливкой в земляных формах или кокилях. В состав этих сплавов входят кобальт, хром, вольфрам, углерод и в небольшом количестве марганец, кремний и железо. Сплавы имеют различную твердость (в зависимости от количества карбидов), высокое сопротивление изнашиванию, высокую вязкость и хорошую химическую стойкость.

Наплавка твердых сплавов осуществляется электродуговым, газовым или комбинированным способами.

ВОПРОС

В практике технической эксплуатации горной техники получили применение следующие системы организации ТО и Р.

1. Система организации послеосмотровых ремонтов. Она основана на осмотрах оборудования, которые производятся не в строго установленные сроки. По их результатам определяют состояние оборудования и назначают сроки и виды ремонтов, определяют количество заменяемых деталей. При такой системе затруднено планирование ремонтов, так как заранее не устанавливают время остановки оборудования на ремонт и его продолжительность.

2. Система организации периодических ремонтов. Она основана на том, что время работы оборудования между очередными осмотрами и ремонтами определяется заранее с учетом режимов работы и сложности конструкции. Замену деталей и сборочных единиц не планируют, а производят в соответствии с фактической необходимостью, установленной при проведении плановых осмотров и ремонтов.

Обе перечисленные выше системы применяют для оборудования, работающего в сезонном режиме, а также при переменных нагрузках.

3. Система организации стандартных ремонтов. Данная система основана на обязательном периодическом обновлении оборудования путем единовременной смены части деталей и сборочных единиц. При этом для каждого из видов ремонтов заранее установлен точный перечень деталей и сборочных единиц, заменяемых в установленный планом срок независимо от их состояния.

Недостаток системы заключается в высокой стоимости, вызванной тем, что заменяются часто детали с невыработанным ресурсом. Систему применяют для оборудования, работающего при установленном режиме (вентиляторы, насосы, компрессоры, подъемные машины).

4. Система организации планово-предупредительных ремонтов (ППР). Система ППР – это комплекс взаимосвязанных положений и норм, определяющих организацию и порядок проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования с целью содержания его в работоспособном состоянии.

Положение о ППР оборудования устанавливает виды и регламенты технического обслуживания и плановых ремонтов, организацию их проведения, основные нормативно-технические документы, ремонтные нормативы, организацию смазочного хозяйства, учет и движение оборудования, контроль за соблюдением действующих правил и норм по техническому обслуживанию, ремонту и эксплуатации оборудования.

ВОПРОС

Все смазочные материалы делятся на следующие группы:

1. Масла:

– моторные;

– индустриальные;

– трансмиссионные;

– турбинные;

– компрессорные;

– трансформаторные;

– приборные;

– специальные.

2. Пластичные смазки:

– кальциевые;

– натриевые;

– литиевые;

– алюминиевые;

– защитные.

3. Твердые смазки:

– природные;

– синтетические.

ВОПРОС

Масла имеют следующие физико-механические свойства.

1. Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) частиц жидкости. Различают динамическую, кинематическую, удельную и условную вязкость. Динамическая вязкость численно равна касательному напряжению при градиенте скорости, равном единице. Размерность μ = [Па·с].

Кинематическая вязкость (ν) равна отношению динамической вязкости к плотности жидкости.

Удельная вязкость (УВ) равна отношению динамической вязкости жидкости к динамической вязкости воды при 20 ºС.

Условная вязкость – величина, выраженная отношением времени истечения 200 мл исследуемой жидкости при данной температуре из вискозиметра Энглера ко времени истечения из этого вискозиметра 200 мл дистиллированной воды при 20 ºС.

2. Плотность представляет собой массу однородного вещества в единице объема.

3. Температура вспышки – это температура, при которой пары масла образуют с воздухом самовоспламеняющуюся смесь.

4. Температура застывания – это температура, при которой масло теряет свою подвижность в стандартных условиях.

5. Температурная стойкость (при трении) – это свойство масла обеспечивать при повышении температуры низкий и стабильный коэффициент трения в условиях граничной смазки.

6. Липкость – это способность масла закрепляться на поверхности смазываемых деталей за счет физико-химических сил взаимодействия, что уменьшает их разбрызгиваемость и растекаемость.

ВОПРОС

Назначение моторных масел:

– уменьшение трения;

– снижение износа и предотвращение задира;

– отвод тепла от трущихся поверхностей;

– уплотнение зазоров.

Классификация моторных масел:

1) в зависимости от типа двигателя:

– масла для карбюраторных (бензиновых) двигателей;

– масла для дизельных двигателей;

– масла для карбюраторных (бензиновых) и дизельных двигателей;

2) с учетом климатических условий:

– сезонные (летние, зимние);

– всесезонные;

– арктические;

3) по функциональному назначению:

– рабочие, применяемые при эксплуатации двигателя;

– консервационные, применяемые при длительном хранении;

– рабоче-консервационные, применяемые при длительной работе и кратковременных консервациях;

– консервационно-рабочие, применяемые при длительной консервации и кратковременной работе;

4) по вязкости;

5) по составу:

– минеральные;

– синтетические;

– полусинтетические.

По эксплуатационным свойствам моторные масла делят на 6 групп, три из которых, в свою очередь, подразделяются на две группы: одна для карбюраторных (бензиновых), другая – для дизельных двигателей.

Основными принципами выбора моторных масел являются следующие:

1. Для двигателей, работающих при температурах окружающего воздуха выше 0 ºС, следует применить масла классов вязкости 10–20.

2. Следует помнить, что применение масла с излишне высокой вязкостью приводит к перерасходу топлива из-за увеличения потерь на трение, а также к увеличению пусковых износов, если пуск проводят без предпусковой прокачки масла от автономного насоса.

3. Наибольший износ двигателя происходит во время пуска. Поэтому, если пуск производится часто, после непродолжительных перерывов в работе (менее 2 часов), то целесообразно выбрать масло на один класс вязкости выше, чем это необходимо из условий минимальной вязкости, при температуре наибольшего нагрева трущихся деталей. Более вязкое масло медленней стекает со смазываемых поверхностей и обеспечивает наименьший износ при пуске.

4. В быстроходных двигателях транспортных средств целесообразно применять масла классов 10–12, в среднеоборотных тепловозных двигателях – 14–16.

5. В двигателях с большим диаметром цилиндра лучше использовать более вязкое масло, так как оно уплотняет большие зазоры в лабиринте поршневых колец и предотвращает этим прорыв газов из камеры сгорания в картер.

6. Для двигателей, эксплуатируемых при температуре окружающего воздуха ниже 0 ºС, применяют масла классов 6 и 8 или всесезонные масла классов М-3з/8, М-4з/10 и М-6з/10.

В автомобильных бензиновых двигателях целесообразно применять следующие масла:

М-3з/8, М-4з/6 – зимой в северных районах;

М-6з/10 – зимой и летом в районах с умеренным климатом;

М-12 – летом в южных районах.

В дизельных двигателях целесообразно применять:

– в северных районах зимой – масла вязкостью 6;

– в районах с умеренным климатом – масла вязкостью 8;

– для зимних и летних условий – масла вязкостью 10–12.

ВОПРОС