В сопряжениях узлов трения 3 страница

Технология диагностирования и технические средства диагностики определяют понятие “техническая диагностика”.

Составной частью технической диагностики является разработка методов диагностики, которая включает:

- распознавание неисправности;

- оценку выявленной неисправности;

- принятие решения (воздействие).

Диагностирование можно представить в виде следующей схемы функции:

Точная диагностика

Осмотр

Воздействие

	Контролирующее устройства 1,2а,2б,2в
		Контролирующее устройство 3,4

1 - контроль тенденции износа;

2 - раннее обнаружение отклонений от нормы;

3 - идентификация неисправностей;

4 - контроль тенденций изменения работоспособности;

5 - расчет, анализ и оценка нагруженности;

6 - обнаружение и оценка неисправности;

7 - анализ работоспособности оборудования;

8 - прогнозирование срока службы;

Контролирующие – устройства:

1 - передвижные или переносные;

2 - стационарные:

а – для механического оборудования;

б – для гидравлических систем;

в – для смазочных систем;

3 - диагностическая система для вращающихся деталей;

4 - анализатор характеристик оборудования.

5.2. Методы диагностирования

В качестве методов контроля тенденции износа, раннего обнаружения отклонений и поиска неисправностей могут служить:

- методы, включающие получение, обработку и накопление данных в ЭВМ, характеризующих состояние узлов трения;

- методы преобразования напряжений, вибрации, звуковых и тепловых излучений в электрический сигнал;

- косвенные методы (наличие масляной пленки, изменение давления, измерения расхода смазочного материала и др.). Для контроля изменения работоспособности служит аппаратура, регистрирующая параметры (температуру, скорость, нагрузки и т.д.).

Для точной диагностики наибольшее распространение получают:

- вибродиагностика (подшипники качения, зубчатые зацепления);

- виброакустическая диагностика (подшипники качения, подшипники скольжения, зубчатые зацепления, валы для передачи энергии);

- акустическая эмиссия (металлоконструкции, вращающиеся детали);

- тепловая диагностика (металлоконструкции).

5.2.1. Вибродиагностика

Это методика, основанная на распознавании вибросигналов, являющихся следствием развития неисправностей.

Вибросигнал, улавливаемый вибродатчиками, поступает в виде нерегулярных колебаний и поэтому его невозможно непосредственно использовать для оценки технического состояния объекта.

Поэтому полезный сигнал выделяется с помощью фильтров с некоторой полосой пропускания частот.

Если полезный вибросигнал “y ”, тогда

(5.1)

где А – амплитуда колебаний;

– частота колебаний;

– фаза

В качестве признака технического состояния объекта используют среднюю амплитуду А_о.

Амплитуда вибрации характеризует деформации конструкций и рекомендуется для диагностирования неисправностей, приводящих к изменению линейных и угловых размеров (зазоры, изгибы валов и т.д.)

Диагностическим признаком является и виброскорость , которая связана с уровнем напряжений s в теле детали соотношением:

(5.2)

где a – коэффициент пропорциональности, зависящей от свойств системы.

Виброскорость позволяет оценить напряженность конструкции и характеризует процесс накопления повреждений и долговечность конструкции.

Наиболее чувствительным параметром к изменениям в конструкции объекта является виброускорение а, которое связано с виброскоростью соотношением:

(5.3)

Контроль виброускорения наиболее эффективен для диагностики технического состояния роторов машин и зубчатых зацеплений.

Средняя амплитуда вибросигнала, виброскорость и виброускорение связаны между собой соотношением:

(5.4)

Система вибродиагностики включает экран, на который возможно выводить и регистрировать энергетический спектр, и его целесообразно использовать как для диагностики системы в целом, так и для различных ее частей, в которых возникает вибрация с различными частотами и амплитудами.

5.2.2. Виброакустическая диагностика

Виброакустическая диагностика – это методика распознавания акустических образов, позволяющая выявлять не только уже развившуюся неисправность, но и обнаруживать развивающийся дефект на очень ранней стадии.

Виброакустический сигнал в режиме нормального функционирования механизма определяет уровень помех при диагностировании. Отклонение виброакустического сигнала характеризует отклонения от нормы параметров технического состояния объектов.

Диагностическая система предполагает ее обучение, т.е. для каждого уровня технического состояния формируются эталоны диагностических признаков и их пороговые значения.

На основании сравнения текущих и эталонных диагностических признаков, хранящихся в блоке долговременной памяти ЭВМ, осуществляется принятие решения о принадлежности к тому или иному классу состояний. Таким образом, работа диагностической системы разбивается на 2 этапа - обучение и распознавание акустического образа.

Виброакустический частотный диапазон разбивается на поддиапазоны:

- низких частот 0…200 – 300 Гц;

- средних частот 200 –300…1 –2 кГц;

- высоких частот 1-2 кГц…10 –20 кГц;

- сверх высоких частот 10-20 кГц…100-200 кГц.

Низкочастотная вибрация носит преимущественно гармонический характер, так как ее причиной является неуравновешенность вращающихся масс, отклонение от соосности валов, нарушение геометрии узлов, периодические силы, создаваемые рабочим процессом.

Среднечастотный диапазон обусловлен:

- высшими гармониками сил неуравновешенности ротора как следствие наличия нелинейных элементов в системе;

- нарушением геометрии кинематических пар динамическим взаимодействием элементов машин между собой и окружающей средой.

Диапазон высоких частот характеризует упругие волны колебаний машин, распространяющихся по неоднородным конструкциям.

Система виброакустического диагностирования включает:

- датчики колебаний различного типа (микрофон, акселерометр, тензодатчики и др.);

- согласующие устройства;

- усилители-формирователи;

- нормализаторы с регистрацией полученной первичной информации в оперативном и долговременном запоминающих устройствах;

- ЭВМ, обрабатывающую полученную информацию.

5.2.3. Бесконтактная тепловая диагностика

Это диагностическая система, распознающая повреждения и неисправности по тепловым признакам (тепловым полям).

Для фиксации температуры и тепловых полей служат пирометры, радиометры, тепловизоры. Тепловизоры – это сканирующие пирометры, снабженные системой наблюдения тепловых полей, с выведением их на экран.

Температурные поля условно подразделяют на низко- (до 423 К), средне- (423…1073 К) и высокотемпературные (выше 1073 К). Для контроля высокотемпературных полей применяют телевизионные системы; среднетемпературных полей – акустические сканирующие пирометры с неохлаждающимися преобразователями и телевизионные системы с охлаждающим фотокатодом; низкотемпературных полей – системы параллельного съема информации и оптикомеханические сканирующие параметры с охлаждающими преобразователями (тепловизоры).

Тепловизоры осуществляют поэлементную регистрацию образующихся электрических сигналов в виде тепловых карт и преобразуют инфракрасное излучение нагретых тел в видимое изображение.

Тепловая диагностика позволяет обнаруживать изменение усталостных свойств деталей, определять состояние защитных покрытий и прогнозировать ресурс деталей. Выявление усталостных изменений основано на следующем эффекте.

При монотонном увеличении нагрузки и при напряжениях, не превышающих предела выносливости, единственной причиной рассеивания энергии являются упругие деформации. При появлении пластических деформаций рассеивание энергии резко возрастает. При испытаниях регистрируется зависимость температуры саморазогрева рабочей зоны образца от напряжений в материале в условиях монотонно возрастающей нагрузки. Точка перегиба полученной кривой при соответствующей нагрузке, определяет предел выносливости испытуемого образца.

Термограммы позволяют выявить зоны внутренней концентрации напряжений.

Раздел 2. Ремонт узлов и деталей машин

Глава 1. Технологический процесс ремонта узлов

В процессе ремонта металлургических агрегатов восстановление их работоспособности и соответствующего уровня надежности может осуществляться несколькими методами:

- заменой или восстановлением непосредственно отказавшей детали;

- заменой узла, в состав которого входит поврежденная деталь;

- заменой всего механизма или крупного блока, включающего несколько узлов, содержащих поврежденные детали.

Первый метод применяется, как правило, для быстроизнашивающихся деталей с облегченным доступом и малым временем для их замены (вкладыши подшипников скольжения, вкладыши универсальных шпинделей, втулки, направляющие, фурмы и т.д.).

Второй метод на металлургических предприятиях получил наибольшее распространение. Он позволяет существенно сократить время и снизить трудоёмкость замен. В этом случае восстановление работоспособности узла переносится в специализированные ремонтные цехи или на ремонтные участки цеха. Таким методом ремонтируются редукторы, ролики рольгангов, палеты агломашин, гидроцилиндры, гидроаппаратура и т.д.

Третий метод используется для наиболее сложных и трудоемких в регулировке механизмов, таких как, засыпные устройства доменных печей, роликовые секции, кристаллизаторы МНЛЗ, барабаны моталок широкополосных станов горячей прокатки и др.

Когда ремонт осуществляется в специализированных ремонтных цехах (на участках), технологический процесс ремонта, в общем случае, включает следующие операции:

- разборка;

- промывка;

- дефектация;

- восстановление или замена дефектных деталей;

- сборка;

- регулировка;

- испытания;

- приработка.

Для реализации последней операции на предприятии должны быть установлены специальные нагрузочные стенды. Осуществление операции приработки позволяет существенно повысить (в 2-10 раз) срок службы узлов трения.

Разборка узла

Разборка узла осуществляется с целью выявления дефектных или изношенных деталей. Однако в процессе разборки приходится разъединять соединения (пары трения), которые находятся в работоспособном состоянии и в которых трущиеся поверхности приработаны.

Наличие в узле нескольких однотипных, унифицированных пар трения может в дальнейшем, при сборке, привести к их комплектованию из однотипных деталей, но принадлежащих к разным парам трения. Это ведёт к нарушению приработки трущихся поверхностей и, следовательно, к сокращению срока службы.

С другой стороны, в узле трения нагруженной может являться одна часть детали (например часть поверхности неподвижного кольца подшипника качения) или часть деталей (например часть роликов подшипников качения на цапфе кольца конвертера).

Тогда необходимо повернуть кольцо подшипника на соответствующий угол, чтобы нагрузить другую часть кольца или другую часть роликов подшипника.

То есть для реализации таких возможностей требуется перед разборкой зафиксировать взаиморасположение деталей пар трения. Фиксация может осуществляться кернением или окраской, или иным другим способом.

Наиболее трудоёмкой операцией при разборке является разборка соединений с натягом. Для разборки таких соединеий применяют:

- винтовые и гидравлические съемники;

- гидравлические прессы;

- гидропрессовый способ (масло под большим давлением подаётся на поверхность контакта и разъединяет контактирующие детали масляной пленкой).

В ряде случаев в соединениях с натягом развивается процесс фреттинг-коррозии, результатом которого является заклинивание. Тогда единственно возможным способом является разрезание охватывающей детали. В этом случае данная деталь восстановлению не подлежит.

После разборки узла детали промываются (керосин, содовый раствор, пар и другие растворители) вручную или в специальных установках, и готовятся к визуальной или инструментальной дефектоскопии.

Дефектация

После промывки детали подвергаются визуальному осмотру и инструментальному контролю с целью выявления дефектов, возникших в процессе эксплуатации узла. Для наиболее ответственных и нагруженных деталей используются спецальные методы дефектоскопии.

Для выявления развившихся трещин применяются:

- магнитная дефектоскопия;

- люминесцентная дефектоскопия;

- ультразвуковая дефектоскопия.

В магнитной дефектоскопии трещины на поверхности деталей фиксируются по характерному разрыву магнитных силовых линий на дефекте. Направление магнитных силовых линий фиксируется железным порошком, мельчайшие частицы которого перемешаны в керосине. Этой смесью покрывается поверхность детали.

Метод люминесцентной дефектоскопии основан на способности ряда жидкостей светиться под воздействием ультрафиолетовых лучей. Одной из таких жидкостей может являться смесь керосина с трансформаторным маслом (люминофор). Для большей эффективности в растворы добавляются специальные люминесцентные краски. Поверхность детали покрывается люминофором, который проникает в имеющиеся дефекты (трещины). Затем с поверхности удаляется люминофор и поверхность покрывается гигроскопичным порошком, который извлекает люминофор из дефекта. По величине светящихся линий и времени начала их свечения судят о размерах дефектов.

Эффективным методом выявления трещин и дефектов внутри деталей является метод ультразвуковой дефектоскопии. Обнаружение дефектов основано на принципе отражения (или задержания) ультразвуковых волн дефектами. Известно, что ультразвуковые волны отражаются на границах раздела сред, в данном случае металл – воздух.

При использовании этого метода необходимо обеспечить плотный контакт излучателя и приёмника с поверхностью исследуемой детали. В качестве среды, улучшающей контакт, применяется минеральное масло. Кривизна излучателя и поверхности исследуемой детали должна быть одной и той же.

Определение величины износа осуществляется микрометрированием с использованием различных измерительных инструментов (микрометр, индикатор, штангенциркуль, штихмасс, зубомер, нутромер, щуп и др.).

Глава 2. Методы восстановления деталей

Как правило, детали металлургического оборудования характеризуются большими линейными размерами (до нескольких метров) и значительной массой (до 10 т. и более). Отказы же деталей связаны, в большинстве случаев (от 70 % и более), с развитием процессов изнашивания, т.е. с разрушением тонких поверхностных слоёв, масса которых намного меньше массы деталей. Поэтому многие детали (ролики, чаши и конусы, шестерённые валки, шпиндели, направляющие, зубчатые колёса, валы, оси, колёса и т.д.) целесообразно восстанавливать, а не заменять на новые.

При повреждении крупногабаритных деталей (трещины, сколы, деформации) также целесообразно их восстановление).

Для восстановления изношенных поверхностей деталей разработаны методы:

- пластического деформирования;

- изменения конструкции детали;

- наращивания поверхностных слоёв.

Восстановление повреждённых деталей (трещины, изломы, деформации) осуществляется методами:

- правка;

- сварка;

- доотливка;

- сшивание.

При обосновании метода восстановления детали решающее значение имеет экономическая эффективность. Целесообразным является тот метод, который полностью восстанавливает техническую характеристику детали и при этом стоимость восстановленной детали ниже вновь изготовленной.

2.1. Способы восстановления изношенных деталей

Пластическое деформирование

Реализация метода пластического деформирования для восстановления изношенных поверхностей осуществляется двумя способами – осадкой и выдавливанием. Этими способами восстанавливаются валы, оси, зубья зубчатых колёс и т.п.

При осадке детали вдоль её продольной оси увеличиваются поперечные размеры, компенсирующие износ детали. Для восстановления изношенных посадочных поверхностей валов применяется способ выдавливания.

На посадочной поверхности вала коническим роликом накатывается винтовая канавка. За счёт выдавливания металла происходит увеличение диаметра на 0,2…0,3 мм. Затем сглаживающей пластиной при вращающейся детали обеспечивается номинальный диаметр.

Для облегчения процесса пластического деформирования через контакт ролик-деталь пропускают ток I = 300-600 A при напряжении U = 1-5 В. При этом на контакте температура повышается до 850-900 ⁰ C.

Изменение конструкции детали

Под изменением конструкции детали понимается либо изменение размеров детали (переход на другой размер резьбы, переточка или перешлифовка и др.), либо выполнение детали составной (гильзование, надевание “рубашек”, крепление накладок и т.д.)

2.2. Способы наращивания поверхностных слоёв

Электролитические способы

Эти способы используются при наращивании слоя толщиной, измеряемой сотыми и десятыми долями миллиметра. Наиболее распространёнными являются хромирование, никелирование, осталивание.

Механический способ

За последние годы в МГТУ им. Г.И.Носова разработан метод нанесения покрытий вращающимися проволочными щётками. Этот метод позволяет восстанавливать изношенную поверхность путём нанесения антифрикционных, износостойких покрытий. Толщина наносимого слоя находится в пределах сотых, десятых долей миллиметра.

Нанесение самотвердеющих пластмасс

Этот способ находит применение для восстановления изношенных поверхностей базовых и корпусных деталей.

Самотвердеющие пластмассы марок АСТ-Т, ТШ, СХЭ-2 напыляют на деталь нагретую до t = 200-250°C. После схватывания обрабатывают на номинальный размер.

За последние годы на металлургических предприятиях находят применение самотвердеющие при нормальной температуре износостойкие композиции, разработанные английской фирмой “BELZONA”.

Этими способами восстанавливается изношенный слой толщиной до 5 мм.

Металлизация

Это процесс нанесения на поверхность частиц расплавленного металла струёй сжатого газа или плазмой.

По способу расплавления различают металлизацию электродуговую и высокочастотную.

Способ металлизации позволяет наносить высокоизносостойкие покрытия толщиной от 0,3 до 15 мм.

Металлизованные покрытия выдерживают многократные перепрессовки. Покрытия, наносимые электродуговыми и газовыми высокочастотными металлизаторами, хрупкие, имеют слабую прочность сцепления с металлом заготовки. Поэтому эти способы не нашли широкого применения.

Разработка и внедрение в промышленность плазмотронов существенно расширяет возможности восстановления деталей металлизацией.

Высокие температуры плазмы (до 20…50 тыс. К) и скорости её истечения (до 10 тыс. м/с) значительно повышают прочность сцепления наносимого материала с материалом заготовки. Металлизованные поверхности хорошо работают со смазочными материалами, и продолжительность работы узла трения до заедания в 10 раз выше пар трения, не подвергнутых металлизации.

Важное значение для хорошего сцепления наносимого слоя имеет подготовка восстанавливаемой поверхности (химическое травление, дробеструйная обработка, нарезание рваной резьбы, электроискровая обработка и т.д.).

В качестве примера рассмотрим технологию восстановления маталлизацией посадочных мест вала барабана моталки стана горячей прокатки:

- протачивание участка вала на глубину 1,5 мм для удаления повреждённого поверхностного слоя;

- нарезание резьбы с шагом t=0,9 мм и высотой резьбы 0,5 мм;

- нагрев до температуры t = 150°С кислородно-ацетиленовым пламенем;

- наплавление подслоя толщиной 0,05 мм;

- металлизация основного слоя.

Наплавка

Наиболее широко для восстановления деталей металлургического оборудования используются различные способы наплавки.

Различают наплавку – дуговую, газовую, электрошлаковую, плазменную, индукционную, диффузионную, электроконтактную.

Высокую производительность имеют полуавтоматические и автоматические установки для наплавки под слоем флюса слоёв толщиной 0,8-10 мм.

Недостатком данного способа является высокий нагрев детали и значительное перемешивание основного и присадочного материалов.

При плазменной наплавке с вдуванием порошка получаются наплавленные слои высокого качества с минимальной глубиной проплавления.

При плазменной наплавке с присадочной проволокой возрастает глубина проплавленного слоя.

Наиболее высокая производительность и качество наплавленнго слоя достигается при плазменной наплавке с нагретой присадкой.

2.3. Способы восстановления поврежденных деталей

Правка

Валы, оси, металлоконструкции, имеющие деформации изгиба, подвергаются правке на прессах, чеканкой, нагревом.

Валы, оси диаметром до 50 мм правят чеканкой. Один конец вала закрепляется, а под место изгиба устанавливается медная подставка. Затем по месту выпуклости наносятся удары по схеме рис.2.1.

Рис 2.1. Схема чеканки вала

Нагревом возможна правка валов большого диаметра. В этом случае вал обкладывается мокрыми листами асбеста слева и справа от места изгиба и производится нагрев выпуклого участка до температуры 500-600 ^o C в течение 3-5 мин. Остывая, вал выпрямляется.

В некоторых случаях детали с большим отношением длины к диаметру (например штанга большого конуса) могут правиться на токарных станках приспособлением, закрепленным в суппорте.

Сшивание

Под этим термином понимается соединение частей детали различными элементами. Этим способом восстанавливаются прочностные свойства корпусных деталей, в которых развились трещины.

Существует несколько реализаций данного способа.

Один из них – соединение планками (рис. 2.2). По обе стороны от трещины посверливаются отверстия на расстоянии “a”, в которые вставляются штифты.

Рис. 2.2. Восстановление прочности корпуса

Изготавливается планка с отверстиями на расстоянии b < a и производится её нагрев до температуры, при которой расстояния a и b между отверстиями становятся равными. Планка устанавливается на штифты и при её остывании происходит стягивание трещины. Для того, чтобы трещина не развивалась дальше, необходимо засверливать её концы.

Другой способ – соединение гребёнками. По обе стороны от трещины высверливается ряд отверстий 1 (рис. 2.3,а).

Рис. 2.3. Сшивание трещин

В эти отверстия забивается гребёнка из хромоникелевой стали. Для повышения прочности соединения справа и слева от гребёнки по трещине высверливаются отверстия, в которые забиваются конические штифты. Для герметизации трещина заделывается герметиком.

Разновидностью данного способа является использование вместо гребёнки прокатного профиля (рис 2.3,б). В этом случае между отверстиями 1 прорезываются канавки.

Глава 3. Ремонт деталей общего назначения

3.1. Валы и оси

В процессе эксплуатации возможно появление следующих дефектов:

- изменение диаметров и формы шеек;

- трещины, задиры;

- изгиб и скручивание;

- смятие и выкрашивание рабочих поверхностей шпоночных канавок и шлицев;

- разрушение резьб;

- излом.

Выбор способа восстановления или замена поврежденной детали определяется экономической эффективностью или необходимой целесообразностью.

Для восстановления поверхностей, контактирующих с подшипником скольжения, используют следующие способы:

- обработка до следующего ремонтного размера;

- нанесение поверхностного слоя металла одним из способов, описанных в разд. 6.5, и последующая обработка до номинального размера.

Повреждённые шпоночные канавки заплавляют и последующим фрезерованием под углом 90^о или 135^о выполняют новые.

Износ зубьев шлицевого соединения восстанавливают способом, зависящим от величины износа.

При износе шлица по толщине до 0,5 мм производят раздачу зуба шлицевого соединения холодным пластическим деформированием на гидравлическом прессе с помощью шлиценакатной головки (рис.3.1,а).

Рис 3.1. Восстановление изношенных шлицев

При износе 0,5-1,2 мм по наружному диаметру на головку шлица наплавляют валик металла (рис.3.1,б) и осаживают на гидравлическом прессе с помощью шлиценакатной головки.

При износе более 1,2 мм боковые поверхности шлицов наплавляют и подвергают механической обработке.

На рис. 3.2 приведен пример технологических процессов восстановления гладких валов в зависимости от величины износа поверхностей.

Примерный технологический процесс восстановления шлицевых валов представлен на рис. 3.3.

3.2. Зубчатые колёса

Характерными повреждениями зубчатых колёс являются:

- повреждение рабочих поверхностей (питтинг, износ, задиры);

- трещины или поломка зубчатого венца;

- изгиб или поломка зубьев;

- поломка цапфы оси;

- деформация шпоночного паза;

- износ посадочной поверхности на вале.

Восстановление зубчатых колёс может осуществляться различными способами.

а) Переворачивание колеса

Дата добавления: 2014-12-08