Способы восстановления сопряжений и поверхностей деталей оборудовния

В процессе работы машины элементы сопряжений изнашиваются, т.е. изменяются их параметры, к которым относятся:

- шероховатость поверхности;

- геометрическая форма;

- размер поверхности.

Совокупность изменений перечисленных параметров приводит к изменению основного структурного параметра сопряжения – посадки, что проявляется в увеличении зазора или уменьшении натяга в соединении.

Восстановление посадок в сопряжениях деталей машин осуществляется тремя способами (рис.9):

1) – без изменения размеров детали;

2) – изменением первоначальных размеров;

3) – восстановлением первоначальных размеров.

При реализации первого способа регулировка зазора применяется для легко доступных и малоответственных сопряжений и сводится к перемещению одной или нескольких деталей. В результате восстанавливается первоначальный зазор. Например, установка прокладок в конические роликовые подшипники, подтягивание резьбовых и клиновых соединений, пружинные натяжители.

Недостаток – не обеспечивается восстановление первоначального ресурса сопряжения, т.к. не устраняются изменения геометрической формы и изменение первоначальной шероховатости.

Перестановка деталей в другое положение основана на использовании симметричного расположения одинаковых по всем параметрам поверхностей, одна из которых всегда, или почти всегда работает вхолостую. Например две эвольвентные поверхности зубчатого колеса, ведущая звездочка цепной передачи, крестовина в карданной передаче.

Недостаток – не обеспечивается полное восстановление первоначального ресурса сопряжения, т.к. новая неизношенная поверхность работает в паре с частично изношенной деталью.

Рисунок 9 – Способы восстановления посадок в сопряжениях

Второй способ (изменения первоначальных размеров) основан на применении ремонтных размеров и заключается в том, что одну из изношенных деталей сопряжения, обычно более трудоемкую и дорогостоящую, подвергают механической обработке до заранее установленного ремонтного размера с целью придания ей правильной геометрической формы и получения требуемой шероховатости, а другую заменяют новой или заранее отремонтированной. Различают свободные и стандартные ремонтные размеры. При использовании свободного ремонтного размера для достижения начального зазора или натяга в сопряжении поверхность более дорогой детали обрабатывают до удаления искажения геометрической формы и изготавливают для комплектации соединения менее дорогую деталь под этот размер. Например, отверстие под втулку в шатуне растачивают до получения цилиндрической формы, а втулку изготавливают под полученный свободный размер с учетом ее посадки с требуемым натягом.

Преимущества способа свободных размеров – минимальная трудоемкость механической обработки и максимальное количество ремонтных размеров.

Недостатки – нельзя изготовить ответную деталь, пока не отремонтированна более трудоемкая и дорогая; исключается взаимозаменяемость деталей.

При использовании стандартного ремонтного размера поверхность более дорогой детали обрабатывают не только до выведения следов износа, но и снимают еще некоторый слой материала с целью получения необходимой посадки с заранее изготовленной менее дорогой деталью, имеющей стандартный ремонтный размер. Пример – обработка шеек коленчатого вала до стандартных ремонтных размеров с целью комплектации вкладышами стандартных ремонтных размеров, расточка цилиндра до стандартного размера для комплектации с поршнем стандартного ремонтного размера.

Таким образом, сборка соединений со свободными ремонтными размерами всегда связана с подгонкой «по месту» и ее применяют в случаях, когда важно сохранить материал дорогостоящей детали, а изготовление заменяемой детали не связано с большими технологическими трудностями и оказывается возможно в условиях индивидуального производства. Заменяемую деталь в данном случае можно заранее приготовить только в качестве «полуфабриката».

Преимущество стандартных ремонтных размеров перед свободными состоит в том, что есть возможность организовать массовое промышленное производство заменяемых деталей и осуществлять ремонт машин по принципу частичной взаимозаменяемости, что существенно сокращает его продолжительность. Какую деталь заменять, а какую восстанавливать решают исходя из экономических соображений. Следует отметить, что деталь с несколькими рабочими поверхностями может выступать и в роле заменяемой, и в роли восстанавливаемой. Например, поршень по отношению к гильзе цилиндра – заменяемая деталь, а по отношению к поршневым кольцам увеличенной толщины – восстанавливаемая, т.к канавки под кольца ремонтного размера на поршне растачиваются.

Число стандартных ремонтных размеров для соединений одного и того же вида в машинах разных марок различно и зависит от множества факторов:

- износа деталей, при котором прекращают эксплуатацию;

- однородности материала детали по глубине от поверхности;

- точности оборудования и инструмента, применяемого при ремонте;

- конструктивной прочности деталей;

- ограничений, накладываемых рабочими процессами самих машин.

В качестве примера в таблице 4 приведены ремонтные размеры для некоторых деталей оборудования для бурения скважин.

Таблица 4 – Пример ремонтных размеров деталей бурового оборудования

Положительными сторонами способа ремонтных размеров являются увеличение срока службы и простота технологии ремонта более дорогой и трудоемкой в изготовлении детали сопряжения; возможность заранее организовать изготовление заменяемых деталей, что позволяет сократить сроки ремонта и снизить его стоимость.

Недостатками данного способа являются необходимость замены сопряженной детали; наличие нескольких ремонтных размеров деталей, что вызывает необходимость иметь лишний резерв запасных частей.

Данный способ применяют при ремонте цилиндров компрессоров, цилиндровых втулок поршневых насосов, зубчатого венца стола ротора и ряда других деталей.

Третий способ – способ восстановления начальных размеров детали. Наращивание дополнительного слоя материала применяется для восстановления номинальных геометрических параметров и физико-механических свойств восстанавливаемой поверхности. Выбор технологического метода наращивания определяется материалом и конструктивными особенностями ремонтируемой детали, характером дефектов, назначением и режимом работы восстанавливаемой поверхности и т.д. При этом полностью восстанавливается ресурс детали. Более подробно этот метод рассмотрим чуть позже.

Применение дополнительных ремонтных деталей заключается в использовании новых деталей, которые закрепляют непосредственно на изношенной поверхности. Толщина дополнительных ремонтных деталей обычно значительно превышает величину износа ремонтируемой детали, что требует перед установкой дополнительной детали удаления с поверхности изношенной некоторого слоя металла. Так, при ремонте вала обрабатывают его изношенную поверхность до меньшего диаметра, если позволяет прочность, напрессовывают дополнительную втулку и затем производят ее обработку до начального размера и требуемой шероховатости поверхности. Изношенные отверстия растачивают под больший размер и запрессовывают ремонтную втулку, которую потом растачивают до номинального размера отверстия детали. Толщина стенок ремонтных втулок из стали должна быть не менее 2-2, 5 мм, из чугуна 4-4, 5 мм.

На рис.10 показано применение дополнительных ремонтных деталей для восстановления изношенных резьбовых отверстий. Изношенное отверстие предварительно растачивают и запрессовывают втулку с дополнительным креплением ее сваркой. Затем втулку растачивают и нарезают резьбу первоначального размера. Добавочные ремонтные детали могут быть изготовлены заранее.

Рисунок 10 – Корпус крейцкопфа, отремонтированный с использованием дополнительных ремонтных деталей:

1 – корпус крейцкопфа; 2 – ремонтная втулка под палец; 3 – ремонтная втулка под надставку штока

Недостатком данного метода ремонта является уменьшение механической прочности основной детали вследствие механической обработки.

Метод замены части детали заключается в удалении изношенной части детали и присоединении вместо нее дополнительной детали. Заменяемая часть детали соединяется с основной при помощи сварки, резьбы, клея или других способов, после чего производится ее окончательная механическая обработка для получения требуемой точности и шероховатости поверхности. Многие детали оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи имеют одну или несколько прилегающих друг к другу поверхностей, которые изнашиваются наиболее интенсивно. Такие детали, если позволяет их конструкция, целесообразно ремонтировать способом замены части деталей. Указанный способ применяют, например, при ремонте корпуса турбобура, стола ротора и части других деталей.

Недостатком способа является сложность ремонта термически обработанных деталей.

Рисунок 11 – Стол ротора, отремонтированный заменой части детали:

1 – стол; 2 – дополнительное ремонтное кольцо