Эксплуатация и ремонт машинно-тракторного парка и эксплуатация технологического оборудования

В_к --наработка i-й машины от начала эксплуатации или последнего капитального ремонта до начала планируемого периода (единицы измерения те же);

М_к -- нормативный доремонтный или межремонтный ресурс машины данной марки в соответствующих единицах.

Число текущих ремонтов и технических обслуживаний:

К_т = (В_г + В_т)/М_т - К_к, (39)

К₃ = (В_г + В₃)/М₃ - К_к - К_т , (40)

К₂ = (В_г + В₂)/М₂ - К_к - К_т - К₃, (41)

К₁ = (В_г + В₁)/М₁ - К_к - К_т - К₃ - К₂, (42)

где К_т, К₃, К₂ и К₁ -- соответственно число текущих ремонтов, технических обслуживании ТО-3, ТО-2 и ТО-1;

В_т, В₃, В₂ и В₁ -- соответственно наработка машины от последнего текущего ремонта, ТО-3, ТО-2 и ТО-1;

М_т, М₃, М₂ и М₁ -- соответственно нормативная периодичность проведения текущего ремонта, ТО-3, ТО-2 и ТО-1 (усл. эт. га, отто-ч, кг израсходованного топлива, га убранной площади или км пробега).

При определении числа ремонтов и ТО учитывают только его целую часть. Затем находят число ремонтов и ТО для всех машин данной марки, т. е.

; ; ; ; (43)



где --соответственно годовое число капитальных, текущих ремонтов, ТО-3, ТО-2 и ТО-1, которые необходимо провести всем машинам определенной марки; N--число машин определенной марки;

К, -- количество КР i-го трактора в год.

Этим методом с достаточно высокой точностью рассчитывают число ремонтно-обслуживающих воздействий и объем ремонтных работ машин по каждой марке. Однако для использования этого метода необходимо иметь информацию о техническом состоянии каждой конкретной машины.

Групповой метод расчета используют для определения годового числа и трудоемкости ремонтно-обслуживающих воздействий по всей группе машин данной марки. Он основан на расчетах в соответствии со стратегиями, регламентирующими сроки и содержание ремонтно-обслуживающих воздействий в зависимости от вида машины и их наработки (календарного времени).

Определение объемов работ по ремонту и ТО машин в растениеводстве

Проведение капитальных ремонтов планируют для тракторов, зерноуборочных и специальных комбайнов, а также сложных уборочных машин.

Число капитальных ремонтов тракторов рассчитывают через коэффициент охвата капитальным ремонтом с учетом поправочных коэффициентов, учитывающих зональные условия эксплуатации и средний возраст машин в парке, т. е.

К_к=NО_кП₁П₂, (44)

где N-- число машин данной марки в парке;

О_к -- среднегодовой коэффициент охвата капитальным ремонтом машин данной марки (табл. 31);

П₁ -- поправочный коэффициент к среднегодовому коэффициенту охвата капитальным ремонтом, учитывающий зональные условия эксплуатации (табл. 32);

П₂ -- поправочный коэффициент, учитывающий средний возраст машин данной марки.

При получении в результате расчетов по этому выражению дробных значений от 0,85 и выше их округляют до единицы, а значения менее 0,85 отбрасывают.

Суммарную годовую трудоемкость капитальных ремонтов тракторов определяют как произведение числа капитальных ремонтов К_к и норматива трудоемкости Т_к* одного капитального ремонта.

Кроме того, трудоемкость капитального ремонта машин определенной марки в парке может быть найдена по удельной трудоемкости капитального ремонта, т. е.

, (45)

где q_K.M -- удельная трудоемкость капитального ремонта машин определенной марки, чел.-ч/1000 мото-ч или чел.-ч/1000 усл. эт.га (табл. 33)

Капитальный ремонт комбайнов проводят, как правило, один раз за срок службы. Двигатели, трансмиссии и ходовые части ремонтируют по отдельному заказу.

Среднегодовое число капитальных ремонтов комбайнов:

K_K = N_к/t_a, (46)

где N_K -- число комбайнов данной марки; t_а -- срок службы комбайнов этой марки, лет.

Суммарная годовая трудоемкость капитального ремонта комбайнов:

, (47)

где q_K -- трудоемкость капитального ремонта, приходящаяся на год эксплуатации комбайна данной марки, чел.-ч(табл. 34);

П₁ -- поправочный коэффициент к коэффициенту охвата капитальным ремонтом, учитывающий зональные условия эксплуатации.

Число капитальных ремонтов агрегатов для нужд капитального и текущего ремонтов машин:

K_a = NП₁П₂(O_к+ O_т), (48)

где О_к и О_т -- коэффициенты охвата агрегатов капитальным и текущим ремонтами для нужд текущего ремонта (табл. 35).

Текущий ремонт -- это наиболее распространенный вид ремонта. Он состоит из планового (обычно межсезонного) ремонта, содержание которого определяют по результатам диагностирования, и непланового (заявочного) ремонта, предусматривающего устранение отказов и неисправностей, необходимость которых устанавливают в процессе использования.

Число плановых текущих ремонтов тракторов:

, (49)

где В_r - планируемая (ожидаемая) годовая наработка машин этой марки;

М_т - нормативная периодичность проведения текущего ремонта тракторов этой марки.

Суммарная трудоемкость текущего ремонта тракторов, чел.-ч:



, (50)

где q_т - удельная трудоемкость текущего ремонта машин i-ой марки (см. табл. 33).

Задачи

8. Определить сколько капитальных ремонтов необходимо для трактора К-701, если поправочный коэффициент, учитывающий средний возраст равен 1,25. В парке 10 тракторов данной марки.

9. Определить число капитальных ремонтов необходимых для комбайна, если планируемая годовая наработка 1000 га убранной площади, наработка комбайна за срок его работы 500 га, а межремонтный ресурс 700 га.

10. Сколько технических обслуживаний ТО-1 необходимо произвести для трактора К-700, если планируемая годовая наработка 5500 мото-ч, наработка трактора от последнего технического обслуживания ТО-1600 мото-ч, нормативная периодичность проведения ТО-1 - 1000 мото-ч. Число текущих ремонтов - 2, капитальных - 1, ТО-3 - 1, ТО-2 - 1.

11. Определить число капитальных ремонтов двигателя трактора МТЗ-80, если поправочный коэффициент, учитывающий средний возраст трактора 1,15. В хозяйстве 8 тракторов данной марки.

12. Определить число плановых текущих ремонтов тракторов, если в хозяйстве их 5, годовая наработка составляет 1000 мото-ч. Нормативная периодичность проведения текущего ремонта 500 мото-ч. Число капитальных ремонтов за год - 1.

Занятие 8

Тема: Восстановление типовых поверхностей деталей

Цель занятия: Изучить способы восстановления типовых поверхностей деталей.

У большинства деталей (валы, подшипники, шестерни, оси, маховики и т.д.) изнашиваются, повреждаются следующие элементы и поверхности: резьбы, шлицы, шпоночные пазы, шейки отверстия под подшипники и др.

Восстановление резьб. В каждой машине не меньше 60% деталей имеют резьбу. В сельскохозяйственной технике применяют резьбовые соединения с размерами резьб М5…М30, чаще всего М6…М16. При эксплуатации машин резьба изнашивается, витки сминаются, деформируются и срываются. Причем изнашиванию и повреждению подвергаются прежде всего резьбовые отверстия.

Незначительные повреждения резьбы (смятие, деформация отдельных витков) устраняют калибровкой ее метчиком или плашкой.

Наружную резьбу (на валах, осях и т.д.) восстанавливают следующими способами:

- нарезанием резьбы ремонтного размера;

- наплавкой и нарезанием резьбы и номинального размера;

- электроконтактной приваркой проволоки;

- заменой изношенной части детали.

Старую резьбу срезают на токарном станке и нарезают новую резьбу меньшего размера, например, вместо М16 нарезают М14. Это простой и дешевый способ, но он имеет некоторые недостатки: потребность в замене или ремонте соединенной детали, нарушение взаимозаменяемости деталей соединения и уменьшение его прочности.

Для восстановления резьбы до номинального размера применяют механизированную наплавку, чаще вибродуговую и в среде СО₂, реже под флюсом. Перед наплавкой старую резьбу срезают. После наплавки деталь протачивают и нарезают резьбу номинального размера. Припуск на обтачивание должен составлять 2…3 мм на сторону.

При наплавке резьбы возникает нежелательное термическое воздействие на соседние закаленные участки детали (шейку под подшипник, шлицы и др.). Такая наплавка затруднена на валах малых диаметров. Эти недостатки отсутствуют при восстановлении резьбы электроконтактной приваркой проволоки.

При электроконтактной приварке проволоки старую резьбу очищают, затем сварочную проволоку укладывают между витками очищенной резьбы, зажимают и приваривают проволоку по винтовой линии.

Иногда конец детали с изношенной резьбой отрезают, изготавливают новую часть детали, которую свертывают или сваривают с оставшейся частью, затем нарезают резьбу номинального размера.

Внутреннюю резьбу восстанавливают чаще всего в корпусных и других базисных деталях, изготовленных из чугуна и алюминиевых сплавов. При этом независимо от материала деталей характер износа резьбовых отверстий одинаков: наибольший износ имеют первые два-три витка резьбы, остальные витки изнашиваются значительно меньше. Это объясняется различной нагрузкой на витки резьбового соединения: первый виток нагружен в пять - шесть раз больше последнего.

Внутреннюю резьбу восстанавливают следующими способами:

- срезанием резьбы ремонтного размера;

- срезанием резьбы номинального размера на новом месте;

- заваркой отверстия и последующим сверлением и нарезанием резьбы номинального размера;

- применением полимерных композиций;

- постановкой резьбовой пробки (ввертыша);

- установкой резьбовой спиральной вставки.

В случае нарезания резьбы ремонтного размера часто приходится изготавливать ступенчатую шпильку. Нарезание резьбы на новом месте возможно в том случае, если конструкция деталей соединения позволяет изменить расположение резьбового отверстия без нарушения взаимозаменяемости (ступицы, фланцы и др.).

Восстанавливаемые резьбовые поверхности соединения (отверстие и шпильку, болт) зачищают до металлического блеска, обезжиривают ацетоном, сушат и наносят на них полимерный состав. Затем заворачивают шпильку или болт в резьбовое отверстие, удаляют вытесненные излишки состава и отверждают.

При постановке резьбовой пробки изношенное резьбовое отверстие рассверливают или растачивают, нарезают в нем резьбу и ввертывают в него пробку. Затем в ней сверлят отверстие и нарезают резьбу номинального размера. Пробки изготавливают из мало- и среднеуглеродистых сталей независимо от материала ремонтируемой детали.

Для ремонта резьбовых отверстий применят способ установки резьбовых спиральных вставок. Вставку изготавливают в виде пружинящей спирали из нержавеющей проволоки ромбического сечения с острым углом 60^о. технология восстановления заключается в рассверливании изношенного отверстия и нарезанием в нем резьбы с тем же шагом следующего размера (М8 на М10, М10 на М12 и т.д.), завертывании спиральной вставки и удалении технологического поводка. К достоинствам этого способа относят простоту и доступность в любых условиях, восстановление резьбовых отверстий до номинального размера в любых деталях, высокая производительность и низкая себестоимость.

Восстановление шпоночных пазов и шлицев. У шпоночных пазов изнашиваются боковые грани. При их небольшом износе пазы фрезеруют до выведения следов износа. Допускается увеличение ширины паза на 15%.

Шлицы изнашиваются преимущественно по боковой поверхности. Их износ по ширине у деталей автомобилей составляет 0,4…0,6 мм, иногда до 1,0 мм, тракторов - 1…2, иногда до 3…4 мм. У шлицевых валов, центрируемых по наружному диаметру, изнашивается также и эта поверхность. Износ по наружному диаметру обычно составляет 0,1…0,2 мм.

Изношенные шлицы восстанавливают следующими способами:

- ручной или механизированной дуговой наплавкой;

- пластическим деформированием;

- электроконтактной наплавкой с одновременной осадкой (комбинированный способ);

- заменой шлицевой части детали.

Широко применяю шлицевую наплавку шлицев. Ручная наплавка мало производительна. Поэтому чаще используют механизированную наплавку в среде углекислого газа, под флюсом и вибродуговую наплавку. Наплавку выполняют продольными валиками или по винтовой линии.

Восстановление шеек валов и осей. Валы и оси автомобилей, тракторов и другой сельскохозяйственной техники имеют цилиндрические шейки под неподвижные (подшипники качения, шкивы и др.) и подвижные (сальники, шестерни и др.) соединения. Первые изнашиваются равномерно и незначительно (до 0,10…0,15 мм на диаметр), износ вторых может достигать нескольких миллиметров, он чаще неравномерный по диаметру, иногда даже односторонний.

В зависимости от значения и характера износа шейки валов и осей восстанавливают следующими способами:

- обработкой под ремонтный размер;

- постановкой дополнительной ремонтной детали;

- пластическим деформированием;

- наплавкой;

- электроконтактной приваркой ленты;

- металлизацией;

- использованием гальванических покрытий и полимерных материалов.

Обработку под ремонтный размер и постановку дополнительных ремонтных деталей (напресовка втулок, колец) применяют тогда, когда это позволяет конструкция вала, а восстановить шейку до номинального размера невозможно или затруднительно.

Эффективный способ восстановления шеек под подшипники качения, особенно в условиях мастерских хозяйств, - электромеханическая высадка и сглаживание.

Достоинства восстановления шеек пластическим деформированием: высокая производительность, простота и доступность, отсутствие расхода материалов, низкая себестоимость.

Восстановление посадочных отверстий. Наиболее распространенный дефект корпусных деталей - износ поверхности отверстий под подшипники качения, стаканы подшипников и втулки. Износ этих поверхностей колеблется от сотых долей миллиметра до 1 мм.

В зависимости от материала и конструкции детали, значения и характера износа поверхности отверстий восстанавливают следующими способами:

- обработкой под ремонтный размер;

- с использованием полимерных материалов;

- постановкой дополнительной ремонтной детали;

- наплавкой;

- электроконтактной приваркой ленты;

- металлизацией;

- посредством гальванических покрытий.

Обработку под ремонтный размер применяют при ослаблении посадки в корпусе различных втулок, штифтов.

Полимерные материалы используют при восстановлении подшипниковых соединений, что повышает их ресурс, увеличивается износостойкость зубчатых колес и самих подшипников.

Постановка дополнительной детали самый распространенный способ восстановления посадочных отверстий в корпусных деталях.

Наплавку посадочных отверстий в корпусных деталях применяют редко, так как их обычно изготавливают из трудно свариваемых материалов. Иногда используют микронаплавку вращающимся медным диском или пучком медных проволочек, наплавку латунным электродом.

При электроконтактной приварке стальной ленты к чугунным деталям твердость поверхности становится различной. Металлизация не оказывает термического воздействия на деталь, поэтому она получает все большее распространение при восстановлении посадочных отверстий в корпусных деталях.

Занятие 9

Тема: Ремонт типовых агрегатов и сборочных единиц

Цель занятия: Изучить методы ремонта типовых агрегатов и сборочных единиц.

Восстановление блоков цилиндров. Блоки цилиндров относят к группе поршневых деталей. Это крупногабаритные детали сложной конфигурации, наиболее дорогостоящие и металлоемкие. Их изготавливают из серого, ковкого или модифицированного чугуна, алюминиевых и других сплавов методом литья.

Корпусные детали образуют жесткие каркасы, внутри и снаружи которых в заданном положении фиксируют другие детали и сборочные единицы. Основные (базовые) поверхности у корпусных деталей - привалочные плоскости и отверстия под подшипники и другие детали, которые обрабатывают с высокой точностью. Состояние корпусных деталей, особенно их базовых поверхностей, во многом определяет безотказность и долговечность отремонтированных агрегатов и машины в целом.

При восстановлении большинства деталей, как правило, применяют маршрутную технологию. Один из основных дефектов блоков цилиндров - износ гнезд коренных подшипников. Наиболее простой способ их восстановления - растачивание под ремонтный размер вкладышей на стаканах типа РД. Овальность и конусность коренных опор не должны превышать 0,02 мм, а шероховатость поверхностей - не более R_а=1,25…0,63 мкм. При невозможности использования этого способа гнезда под вкладыши восстанавливают наплавкой, электроконтактной приваркой стальных полуколец, нанесением полимерных композиций, металлизацией и др.

Ремонт кривошипно-шатунного механизма. У шатунов могут быть следующие неисправности: износ отверстий верхней и нижней головок; изгиб и скручивание стержня; износ опорных поверхностей.

Изгиб и скручивание определяют с помощью специальных приспособлений (КИ-724 и др.), а износ отверстий и отклонения их формы - индикаторным нутромером.

Восстановление шатуна начинают с устранения изгиба и скручивания путем правки его с помощью винтовых и других приспособлений с последующей термообработкой при температуре 400…500^оС в течение 2…3 часов. Однако техническими требованиями на ремонт дизелей правка шатунов не рекомендуется из-за ее низкой эффективности. В данном случае небольшую непараллельность осей отверстий верхней и нижней головок шатуна можно устранить при расточке втулки верхней головки после ее запрессовки.

После правки шатуна восстанавливают его нижнюю головку. Применяют следующие способы: шлифование плоскости разъема с последующим растачиванием отверстия; железнение; электроконтактную приварку стальных полуколец; припайку стальных полуколец; нанесение полимерных композиций; наплавку и др.

Неравномерное изнашивание нижней головки применяют для восстановления шатунов методом шлифования. Для этого опорные поверхности стержня и крышки шатуна шлифуют в специальном приспособлении, создавая необходимый припуск для последующего растачивания отверстия. Затем отверстие растачивают до номинального размера. Этот способ прост и доступен, но при его использовании уменьшается межосевое расстояние шатуна, в результате чего снижаются степень сжатия и мощность двигателя. Достаточно широко применяют железнение для восстановления нижней головки шатуна. Контактная приварка и пайка стальной ленты не получило широкого распространения из-за отсутствия серийно выпускаемого оборудования и его высокой стоимости. Эффективно использование полимерных композиций.

Коленчатый вал - одна из основных деталей двигателя, определяющая вместе с другими деталями цилиндропоршневой группы его ресурс. Ресурс коленчатого вала характеризуется двумя показателями: усталостной прочностью и износостойкостью. При эксплуатации двигателя в результате действия высоких и непостоянных динамических нагрузок вал подвергается кручению и изгибу, отдельные поверхности (шатунные и коренные шейки и др.) - изнашиванию. В структуре металла накапливаются усталостные повреждения, возникают микротрещины и другие дефекты.

После разборки двигателя коленчатые валы разбирают (удаляют шпонки, заглушки и пробки из масляных каналов, подшипники из отверстия во фланце и т.д.), тщательно очищают и дефектуют. При дефектации не только определяют геометрические размеры поверхностей, но и проверяют валы на наличие и расположение трещин методом магнитной дефектоскопии.

Основной дефект коленчатых валов - износ коренных и шатунных шеек. Износ шеек устраняют шлифованием их под ремонтный размер. После восстановления коленчатые валы подвергают динамической балансировке на машине БМ-У4. Технология и последовательность балансировки зависят от типа двигателя (рядный, V-образный) и конкретной конструкции коленчатого вала и шатунов.

Восстановление зубчатых колес. Зубчатые колеса восстанавливают из легированных сталей (40Х, 25ХГТ, 20ХНМ и др.). Для получения высокой поверхностной твердости зубьев (до HRC 50…60) их подвергают термической и химико - термической обработкам. Зубчатые колеса работают в условиях больших динамических нагрузок. Их зубья испытывают одновременное воздействие изгибающих моментов и контактных напряжений, подвергаются ударным нагрузкам, а при загрязнении смазочного материала - гидроабразивному изнашиванию. Изнашивание зубьев резко усиливается при перекосе и непараллельности валов.

У зубчатых колес могут возникать следующие дефекты: усталостное разрушение и износ зубьев по толщине; износ торцевых поверхностей зубьев (если нет постоянного зацепления), приводящий к уменьшению их длины; выкрашивание и поломки зубьев; износ внутренней посадочной поверхности и др.

Зубчатые колеса - массовые детали машин, достаточно дорогие, и из-за сложности технологии их часто не восстанавливают, а заменяют новыми.

Для восстановления зубьев разработано несколько вариантов технологий, которые можно объединить в следующие группы:

замена части детали;

автоматическая наплавка без последующей термообработки;

автоматическая наплавка с последующей термообработкой;

пластическое деформирование;

автоматическая наплавка с последующим деформированием.

Ремонт сцепления. Картер сцепления изготавливают из серого чугуна или алюминиевого сплава. Основные дефекты картера: обломы и трещины; износы центрирующего отверстия, отверстий под стартер и в опорных лапах, отверстий под втулки выключения сцепления, установочных отверстий и опорных лап по высоте.

В зависимости от расположения и длины трещины картер выбраковывают или восстанавливают дуговой или газовой сваркой. Изношенные отверстия наплавляют или в них запрессовывают втулки. Изношенное центрирующее отверстие растачивают и в него запрессовывают втулку.

При износе опорных лап по высоте их наплавляют или приваривают накладки, а затем фрезеруют. В случае ослабления посадки втулки вала вилки выключения и ее износа выпрессовывают втулку. Развертывают отверстие под ремонтный размер. Запрессовывают втулку ремонтного размера и окончательно ее развертывают.

Коробление ведомых дисков устраняют правкой на плите. Ступицы со шлицами, износ которых превышает допустимый при ремонте, выбраковывают или восстанавливаю пластическим деформированием.

Ремонт коробок передач. Коробки передач разбирают на специальных стендах с применением съемников и приспособлений. При сборке коробок передач рекомендуется нагревать подшипники до температуры 90…100 ^оС. Их напрессовывают на валы до отказа под прессом или же легкими ударами через наставки из латуни.

Собранную коробку передач обкатывают без нагрузки и под нагрузкой и испытывают на специальных стендах. Коробку передач обкатывают в течение 2…3 мин на всех передачах переднего и заднего ходов. Во время испытаний ее нагружают определенным вращающим моментом. Проверяют исправность фиксирующих и блокирующих устройств, легкость переключения передач, работу клапанов и масляного насоса, отсутствие подтекания масла, стуков, шума шестерен и перегрева деталей.

Ремонт задних мостов. Корпус трансмиссии или заднего моста трактора отливают из серого чугуна. К основным дефектам его относятся трещины, изломы, износ посадочных мест под подшипники и гнезда или стаканы подшипников, повреждение резьбовых отверстий.

Картер задних мостов автомобилей изготавливают из стали или ковкого чугуна. Основные дефекты: погнутость, разрушение сварных швов, износ посадочных мест под внутренний и наружный подшипники, износ кольца под сальник, повреждение или износ резьбы.

В зависимости от изгиба картеры правят под прессом или выбраковывают. Удаляют разрушенные сварные швы и на их место накладывают новые швы дуговой сваркой.

Особенность сборки задних мостов - необходимость регулировки зацепления конических зубчатых колес главной передачи, заключающаяся в правильном размещении одного относительно другого, получении нормального бокового зазора между их зубьями в роликовых и конических подшипниках.

Ремонт ходовой части гусеничных тракторов. Детали ходовой части работают в абразивной среде без смазочного материала и воспринимают значительные динамические нагрузки. Их износ составляет десятки миллиметров. При ремонте используют такие способы, с помощью которых можно нанести покрытия значительной толщины.

Находит применение широкослойная наплавка колеблющимися электродом с помощью ленты, служащей дополнительным присадочным материалом. Посредством этого способа можно получить толщину наплавленного слоя до 8 мм.

Ремонт ходовой части колесных тракторов и автомобилей.

Погнутые или скрученные продольные балки правят в холодном состоянии с помощью винтовых и гидравлических переносных приспособлений или на стендах с гидравлическим прессом. Поврежденные кронштейны заменяют новыми. Ослабление заклепок определяют по дребезжащему звуку и их перемещению под ударами молотка массой 250 г. Их заменяют новыми. Изношенные отверстия под заклепки развертывают на медной подкладке с последующей обработкой под номинальный размер.

Трещины большой длины заваривают. На поврежденный участок устанавливают прямоугольную или ромбовидную накладку. Прямоугольные накладки приваривают только продольными швами. Трещины в дисках колес тракторов заваривают, сварные швы зачищают. Погнутые диски правят. Покрышки автомобилей подвергают двум видам ремонта: местному, при котором устраняют проколы, прорывы, разрезы и другие местные повреждения; восстановительному, предусматривающему наложение нового протектора.

При местном ремонте покрышки очищают и моют тепловой водой в специальных машинах или вручную с помощью жестких волосяных щеток и сушат в течение 2…24 ч при температуре 40…60 ^оС. Далее ремонтируемый участок обрабатывают дисковый проволочной щеткой или фигурными шарошками, закрепленными на конце гибкого вала специального станка, а затем промазывают клеем и сушат.

Занятие 10

Балансировка деталей и сборочных единиц

Цель занятия: Изучить способы балансировки деталей и сборочных единиц.

При вращении многих деталей и сборочных единиц (коленчатых валов, маховиков, дисков, шкивов, карданных валов, барабанов и т.д.) из-за наличия неуравновешенных масс возникает центробежные силы. Неуравновешенность деталей и сборочных единиц возникает из-за неточности их изготовления даже в пределах допуска), неточной сборки (несоосность и др.), неравномерного изнашивания поверхности и.т.д.

Различают статическую и динамическую неуравновешенность и соответственно статическую и динамическую балансировку.

Статическая балансировка

Статическая неуравновешенность обусловлена тем, что центр масс детали не лежит на оси ее вращения. В результате этого при вращении детали возникает неуравновешенная центробежная сила инерции:

, Н (51)

где m - неуравновешенная масса, кг; r - расстояние до массы m от оси вращения детали; w -угловая скорость вращения, рад/с; ц - сила тяжести (вес) детали, Н; r_э - эксцентриситет центра масс детали, м; g - ускорение свободного падения, м/с²; n - частота вращения детали, мин^-1.

При статической балансировке опытным путем определяют массу, которую необходимо удалить с детали или прибавить к ней, чтобы центр масс детали располагался на оси ее вращения. Для этого деталь, например маховик, смонтированный на точно обработанную и уравновешенную оправку, устанавливают на горизонтальные призмы или ролики с малым сопротивлением в опорах (рис.6).

Рис.6 Схемы статической балансировки деталей на призмах (а) и роликах (б): 1 - оправка; 2- деталь; 3 - параллельные призмы; 4 - дисковые ролики.

Под действием неурав-новешенной массы, создающей вращающий момент, деталь самопроизвольно повернется и установится так, что эта масса будет находиться в нижнем положении. Устраняют дисбаланс устранением металла с утяжеленной (нижней) стороны детали сверлением, фрезерованием, опиловкой или прикреплением корректирующего груза на противоположной стороне (например, у колес автомобиля). Статическая балансировка на роликах точнее, чем на призмах. Массу удаляемого или прикрепляемого груза определяют опытным путем, добиваясь, чтобы после поворота детали на любой угол она оставалась бы неподвижной.

Динамическая балансировка

Динамическая неуравновешенность возникает тогда, когда ось вращения детали не совпадает с ее главной осью инерции. Допустим, что при статической балансировке неуравновешенную массу m уравновесили массой Q. Поскольку положение плоскости, в которой расположена масса m , неизвестно, то и вводимая компенсирующая масса расположится в любом поперечном сечении детали на каком-то расстоянии от первой плоскости. При этом центр масс совпадает с осью вращения, деталь на призмах установится в любом положении. Но при вращении такой детали возникают центробежные, противоположно направленные силы F₁ и F₂ (рис. 7), т.е. возникает пара сил, образующая возмущающий момент.

, (52)

где L- расстояние между неуравновешенной и уравновешивающей статически массой.

Возмущающий момент стремится повернуть вал вокруг его центра масс на некоторый угол, но опоры вала мешают этому, воспринимая дополнительную нагрузку. В результате возникают вибрации работающего агрегата.

Для динамической уравновешенности детали необходимо либо убрать возмущающий момент, либо создать равный противодействующий момент, прикрепив к детали в той же плоскости две массы m₁ и m₂ на равном расстоянии от оси вращения так, чтобы F₁L=P₁l, где l - расстояние между уравновешивающимися массами.

Рис. 7 Схема динамического уравновешивания детали

m - неуравновешенная масса; Q - статически уравновешивающая масса; m₁ и m₂ - динамически уравновешивающие массы ; F₁ и F₂ - центробежные силы; Р₁ и Р₂ - центробежные силы от масс.

Динамическую балансировку деталей и сборочных единиц проводят на специальных стендах. Принцип действия этих стендов заключается в следующем: деталь помещают на упругие опоры стенда и вращают. Под действием неуравновешенных центробежных сил инерции и их моментов люльки 1 (рис. 8) будут колебаться в горизонтальной плоскости.

Колебание опор приводит в движение связанные с ними катушки датчиков 2, находящиеся в магнитном поле постоянных магнитов. Таким образом, датчики 2 преобразуют механические колебания люлек в электрические. Сигналы от датчиков подводятся к блоку усиления 3. Далее они поступают на миллиамперметр 4, шкала которого проградуирована в единицах дисбаланса (г•см), и на безынерционную лампу 5 стробоскопа, которая освещает цифры на вращающемся лимбе 7. Цифры показывают угол (в градусах) расположения дисбаланса. Угловое расположение дисбаланса отсчитывают по лимбу и устанавливают по стрелке на маховике 8.

Рис.8. Схема машины для динамической балансировки коленчатых валов:

1--люльки; 2--датчик колебаний; 3--блок усиления; 4 - миллиамперметр; 5- лампа стробоскопа; 6 - электродвигатель; 7 - лимб стробоскопа; 8 - маховик

Дисбаланс и его уравновешивание измеряют поочередно каждой из опор (правой и левой). Для этого на пульте yправления расположен переключатель.

На таком принципе основано устройство применяемой на ремонтных предприятиях универсальной балансировочной машины МБ-У4. Она состоит из механической части, измерительного устройства с датчиком и стробоскопом и электропривода с устройством для автоматической смазки вкладышей под шейки балансируемой детали.

Балансировку проводят при вращении детали. Через некоторое время после достижения заданной частоты вращения детали с помощью электромагнитов автоматически растормаживаются люльки. Далее определяют дисбаланс и угол его расположения для одного конца детали. Снимают часть металла (у коленчатого вала, например, с противовеса), добиваясь допустимого значения дисбаланса. Затем те же операции выполняют для другого конца детали. Когда двигатель включают, электромагниты обесточиваются и запирают люльки.

Масса, г, снимаемого или добавляемого металла:

, (53)

где М-дисбаланс (показания миллиамперметра), г•см; r -расстояние от оси вращения детали до места снятия металла или прикрепления груза, см.

Из формулы можно установить, для каких деталей достаточно статической балансировки, а для каких необходима динамическая. Статической балансировки достаточно для коротких деталей (шкивов, маховиков, дисков сцепления и т.д.), у которых длина меньше диаметра и не может быть больше плеча L пары сил, и значит, возмущающий момент практически равен нулю. В тоже время вследствие большого диаметра (большое r) их статическая неуравновешенность может быть большой. Для деталей с большей длиной, значительно превосходящей диаметр (коленчатые валы, барабаны и т.д.), первостепенное значение имеет динамическая неуравновешенность, и их обязательство подвергают динамической балансировке. Динамическая неуравновешенность включает в себя и статическую неуравновешенность, но не наоборот.

Обычно детали ответственных сборочных единиц динамически балансируют отдельно, а затем всю сборочную единицу балансируют отдельно, а затем всю сборочную единицу балансируют в сборе. Так поступают, например, с коленчатым валом в сборе с маховиком и сцеплением. Нормы дисбаланса приведены в технических требованиях на ремонт машин.