Жиркин Ю.В. Надежность, эксплуатация и ремонт металлургических машин. Учебник. Часть 2

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел 2. Ремонт узлов и деталей машин

Глава 1. Технологический процесс ремонта узлов

В процессе ремонта металлургических агрегатов восстанов-

ление их работоспособности и соответствующего уровня надежно-

сти может осуществляться несколькими методами:

- заменой или восстановлением непосредственно отказав-

шей детали;

- заменой узла, в состав которого входит поврежденная де-

таль;

- заменой всего механизма или крупного блока, включающе-

го несколько

узлов, содержащих поврежденные детали.

Первый метод применяется, как правило, для быстроизна-

шивающихся 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 сокра-

тить время и снизить

трудоёмкость замен. В этом случае восста-

новление работоспособности узла переносится в специализиро-

ванные 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 трудо-

емких в регулировке механизмов, таких как, засыпные устройства

доменных

печей, роликовые секции, кристаллизаторы МНЛЗ, ба-

рабаны моталок широкополосных станов горячей прокатки и др.

Когда ремонт осуществляется в специализированных ре-

монтных 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 долж-

ны быть установлены специальные нагрузочные стенды. Осущест-

вление операции приработки позволяет существенно повысить (в

2-10 раз) срок службы узлов трения.

Разборка узла

Разборка узла осуществляется с целью выявления дефект-

ных или изношенных деталей. Однако в процессе разборки прихо-

дится 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 ком-

плектованию из однотипных деталей, но принадлежащих к разным

парам трения. Это ведёт к нарушению приработки трущихся по-

верхностей и, следовательно, к сокращению срока службы.

С другой стороны, в узле трения нагруженной может являть-

ся 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 соот-

ветствующий угол, чтобы нагрузить другую часть кольца или дру-

гую часть роликов подшипника.

То есть для реализации таких возможностей требуется пе-

ред 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 про-

цесс фреттинг-коррозии, результатом которого является заклини-

вание. Тогда единственно возможным способом является разреза-

ние охватывающей детали. В этом случае данная деталь восста-

новлению не подлежит.

После разборки узла детали промываются (керосин, содо-

вый раствор, пар и другие

растворители) вручную или в специаль-

ных 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 ответст-

венных и нагруженных деталей используются спецальные методы

дефектоскопии.

Для выявления развившихся трещин применяются:

- магнитная дефектоскопия;

- люминесцентная дефектоскопия;

- ультразвуковая дефектоскопия.

В магнитной дефектоскопии трещины на поверхности

дета-

лей фиксируются по характерному разрыву магнитных силовых ли-

ний на дефекте. Направление магнитных силовых линий фиксиру-

ется железным порошком, мельчайшие частицы которого переме-

шаны в керосине. Этой смесью покрывается поверхность детали.

Метод люминесцентной дефектоскопии основан на способ-

ности ряда жидкостей светиться под воздействием ультрафиоле-

товых лучей. Одной из таких

жидкостей может являться смесь ке-

росина с трансформаторным маслом (люминофор). Для большей

эффективности в растворы добавляются специальные люминес-

центные краски. Поверхность детали покрывается люминофором,

который проникает в имеющиеся дефекты (трещины). Затем с по-

верхности удаляется люминофор и поверхность покрывается гиг-

роскопичным порошком, который извлекает люминофор из дефек-

та. 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 за-

держания) ультразвуковых волн дефектами. Известно, что ультра-

звуковые волны отражаются на границах раздела сред, в данном

случае металл – воздух.

При использовании этого метода необходимо обеспечить

плотный контакт излучателя и приёмника с поверхностью иссле-

дуемой детали. В качестве среды, улучшающей контакт, применя-

ется минеральное масло. Кривизна излучателя и поверхности ис-

следуемой детали должна быть одной и той же.

Определение величины износа осуществляется микромет-

рированием с использованием различных измерительных инстру-

ментов

(микрометр, индикатор, штангенциркуль, штихмасс, зубо-

мер, нутромер, щуп и др.).

Глава 2. Методы восстановления деталей

Как правило, детали металлургического оборудования ха-

рактеризуются большими линейными размерами (до нескольких

метров) и значительной массой (до 10 т. и более). Отказы же де-

талей связаны, в большинстве случаев (от 70 % и более), с разви-

тием процессов изнашивания, т.е. с разрушением тонких поверх-

ностных слоёв, масса

которых намного меньше массы деталей.

Поэтому многие детали (ролики, чаши и конусы, шестерённые вал-

ки, 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 техниче-

скую характеристику детали и при этом стоимость восстановлен-

ной 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 восста-

навливаются валы, оси, зубья зубчатых колёс и т.п.

При осадке детали вдоль её продольной оси увеличиваются

поперечные размеры, компенсирующие

износ детали. Для восста-

новления изношенных посадочных поверхностей валов применя-

ется способ выдавливания.

На посадочной поверхности вала коническим роликом нака-

тывается винтовая канавка. За счёт выдавливания металла про-

исходит увеличение диаметра на 0,2…0,3 мм. Затем сглаживаю-

щей пластиной при вращающейся детали обеспечивается номи-

нальный диаметр.

Для облегчения процесса пластического деформирования

через контакт ролик-деталь пропускают ток I = 300-600 A при на-

пряжении U = 1-5 В. При этом на контакте температура повышает-

ся до 850-900

Изменение конструкции детали

Под изменением конструкции детали понимается либо изме-

нение размеров детали (переход на другой размер резьбы, переточ-

ка 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 толщи-

ной, измеряемой сотыми и десятыми долями миллиметра. Наибо-

лее 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 мил-

лиметра.

Нанесение самотвердеющих пластмасс

Этот способ находит применение для восстановления изно-

шенных поверхностей базовых и корпусных деталей.

Самотвердеющие пластмассы марок АСТ-Т, ТШ, СХЭ-2 на-

пыляют на деталь нагретую до t = 200-250°C. После схватывания

обрабатывают на номинальный размер.

За последние годы на металлургических предприятиях на-

ходят 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 расплавлен-

ного металла струёй сжатого газа или плазмой.

По способу расплавления различают металлизацию элек-

тродуговую и высокочастотную.

Способ металлизации позволяет наносить высокоизносо-

стойкие покрытия толщиной от 0,3 до 15 мм.

Металлизованные покрытия выдерживают многократные пе-

репрессовки. 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. Метал-

лизованные поверхности хорошо

работают со смазочными мате-

риалами, 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 металлурги-

ческого 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 де-

тали 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 воз-

растает глубина проплавленного слоя.

Наиболее высокая производительность и качество наплав-

леннго слоя достигается при плазменной наплавке с нагретой при-

садкой.

2.3. Способы восстановления

поврежденных деталей

Правка

Валы, оси, металлоконструкции, имеющие деформации из-

гиба, подвергаются правке на прессах, чеканкой, нагревом.

Валы, оси диаметром до 50 мм правят чеканкой. Один конец

вала закрепляется, а под место изгиба устанавливается медная под-

ставка. 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

C в течение 3-5 мин. Остывая, вал вы-

прямляется.

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 сто-

роны от трещины посверливаются отверстия на расстоянии “a”, в

которые вставляются штифты.

а в

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 устанавлива-

ется на штифты и при её остывании происходит стягивание тре-

щины. Для того, чтобы трещина не развивалась дальше, необхо-

димо засверливать её концы.

Другой способ – соединение гребёнками. По обе стороны от

трещины высверливается ряд отверстий 1 (рис. 2.3,а).

аб

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 заби-

ваются конические штифты. Для герметизации трещина заделыва-

ется 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 ка-

навок и шлицев;

- разрушение резьб;

- излом.

Выбор способа восстановления или замена

поврежденной

детали определяется экономической эффективностью или необ-

ходимой целесообразностью.

Для восстановления поверхностей, контактирующих с под-

шипником скольжения, используют следующие способы:

- обработка до следующего ремонтного размера;

- нанесение поверхностного слоя металла одним из спосо-

бов, описанных в разд. 6.5, и последующая обработка до номи-

нального размера.

Повреждённые шпоночные канавки заплавляют и после-

дующим фрезерованием под углом 90

или 135

выполняют новые.

Износ зубьев шлицевого соединения восстанавливают спо-

собом, зависящим от величины износа.

При износе шлица по толщине до 0,5 мм производят разда-

чу зуба шлицевого соединения холодным пластическим деформи-

рованием 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 гид-

равлическом прессе с помощью шлиценакатной головки.

При износе более 1,2 мм боковые поверхности шлицов на-

плавляют 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 шли-

цевых 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

В нереверсивных зубчатых передачах изнашивание зуба

происходит с одной стороны. Если глубина упрочнённого слоя зуба

небольшая, то после его износа восстановление работоспособно-

сти зацепления можно осуществить, включая в работу неизношен-

ную поверхность зуба путём переворачивания колеса. Возмож-

ность реализации данного

способа определяется конструктивным

исполнением зубчатой передачи.