Главная |  Ссылки |  Библиотека |  Таблица поиска 

 

Донецкий национальный технический университет

Кекина Татьяна Сергеевна

Разработка технологического обеспечения ремонта гидроцилиндров механизмов подъема и перемещения


Специальность: Технология машиностроения


    
Автореферат 

магистерской выпускной работы


Научный руководитель: Михайлов Александр Николаевич

Донецк - 2003 г.

tanya_kekina@ukrtop.com

 

    Актуальность тематики выпускной работы. Значительную часть неисправностей в автомобилях самосвалах, шахтном оборудовании и т.п. в процессе эксплуатации составляет износ цилиндро- поршневой группы. На ремонтных заводах втулки гидроцилиндров восстанавливают путем их растачивания и шлифования под ремонтный размер. Однако очень много случаев того, что при эксплуатации в гидроцилиндр механизма подъема попадает вода и при отрицательных температурах, замерзая и расширяясь увеличивает внутренний диаметр втулки до размеров превышающих ремонтные размеры незначительно. Наверное всем не раз приходилось наблюдать картину, как кузов самосвала в поднятом положении начинает медленно еле заметно опускаться. Именно это и является следствием увеличения внутреннего диаметра втулки. Следует заметить, что в качестве примера взят довольно безобидный случай, а представьте себе к чему может привести такой износ в более ответственных машинах, которые работают глубоко под землей или под водой?

    Целью работы является разработка качественно нового технологического обеспечения для ремонта гидроцилиндров подъема и перемещения, которое позволит повысить технико-экономические показатели ремонтных работ и будет способствовать повышению износостойкости втулок гидроцилиндров.
    Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
1.     Проведение анализа, обобщение и изучение технологических процессов обработки изношенных гидроцилиндров перемещения и разработка механизма для обкатки гидроцилиндров.
2.    Разработка структурного маршрутного технологического процесса обработки изношенных втулок гидроцилиндров.
3.    Анализ выбора рабочего инструмента для обработки внутренней поверхности труб гидроцилиндров после обкатки, а также исследование напряженно-деформируемого состояния во время обкатки.
    Научная новизна полученных результатов. 
    В ходе выполнения магистерской работы было разработано устройство для обкатки роликами труб гидроцилиндров с целью уменьшения их внутреннего диаметра. Для установления связи между силой деформации и изменяемым диаметром широко использовался метод численного анализа, была исследована динамическая задача нелинейности физических свойств материала.
    Практическая ценность.
- разработан общий вид и схема механизма для обработки гидроцилиндров;
- произведен анализ и выбор рабочего инструмента для обработки внутренней поверхности трубы после обкатки;
- Разработан структурный маршрутный технологический процесс обработки изношенных втулок гидроцилиндров, а также операционный технологический процесс.

               Метод исследования. При проведении научных исследований были проанализирована имеющаяся научная литература по ремонту гидроцилиндров подъема и перемещения, методам восстановления втулок гидроцилиндров, производству труб на трубопрокатных станах. При исследовании широко применялось компьютерное моделирование; при рассчете технико-экономических показателей применялись методы математической статистики. При разработке комплексного технологического процесса использовалась теория графов.

            СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

    Во введении  обоснована актуальность темы, цель и задачи исследований, методы исследований, научная новизна полученных результатов.

В первом разделе производится аналитический обзор современного состояния вопроса исследования. В частности указаны особенности износа втулок цилиндров, которые помимо вышеописанных неудобств вызывают:

Характер и степень износа втулок гидироцилиндров и гидроцилиндров подъема в целом зависит от многих факторов: конструктивных особенностей, материала втулок, качества смазки, ухода за машиной, перекоса в движении поршня, коррозии и т.д.
Для повышения ресурса гидроцилиндров механизмов перемещения необходимо повысить износостойкость восстанавливаемой втулки. Решение этой задачи можно выполнить путем разработки и внедрения новых технологических процессов Обработки их давлением, в частности обкатке и, конечно, применением прогресивных технологических процессов механической обработки втулок гидроцилиндров, позволяющих повысить как точность геометрических параметров, так и качество обработанной поверхности.

    Во втором разделе производится анализ методов и разработка технологического обеспечения процесса обработки изношенных гидроцилиндров. Анализ способов восстановления втулок цилиндров с позиции повышения их долговечности показывает, что не все способы удовлетворяют этому требованию. Так, способы восстановления втулок цилиндров методами ремонтных размеров, теплового формоизменения, установки легкосъемной втулки, запрессовки легкосъемных вставок не позволяют в должной мере увеличить долговечность втулок и имеют ряд существенных недостатков, таких как ослабление жесткости втулок, увеличение их деформации и теплонапряженности в процессе эксплуатации. Кроме того, включение в размерную цепь цилиндропоршневой группы дополнительных деталей ужесточает допуски, которые в условиях ремонтного производства выдерживать трудно. Восстановление втулок гидроцилиндров металлизацией позволяет получать износостойкость на уровне новых втулок, закаленных токами высокой частоты. Однако из-за низкой прочности сцепления покрытия с основным металлом , равной 13...20 МПа, такой метод практического применения не нашел.

Способ восстановления внутренних поверхностей втулок цилиндров посредством наплавки аустенитного чугуна (нирезиста) при котором металл в расплавленом состоянии заливается в заранее подготовленную расточенную внутреннюю поверхность быстро вращающейся вокруг вертикальной оси втулки, нагретой до температуры 1173 К, свариваясь с ее основой. При этом повышается жесткость втулки и ее эксплуатационные характеристики. К недостаткам этого способа следует отнести раздельный нагрев основы и наплавляемого материала, применение флюсов, что заметно усложняет процесс наплавки.
В работе А.И.Шевцова предложен способ повышения износостойкости чугунных втулок цилиндров посредством центробежной индукционной наплавки самофлюсующимся порошковым метериалом ПГ-ХН80СР4, который по мнению автора обеспечивает повышение износостойкости втулок более чем в пять раз. Однако указанный способ наплавки имеет существенные недостатки. Высокая температура, при которой ведется наплавка, вызывает изменение структуры подложки и наплавляемого материала, что отрицательно сказывается на износостойкости покрытий. Кроме того, из-за высокой температуры наплавки вращение детали приводит к заметным деформациям, требующим дополнительной обработки для их устранения. К недостаткам следует также отнести применение специальных флюсов и трудность последующей механической обработки.

Необходимым условием для обработки втулки гидроцилиндра давлением является отсутствие на поверхности заготовок трещин, глубоких царапин, волосовин, рисок и других деффектов, исключающих возможность ремонта данных изделий.
Основными операциями подготовки заготовок к холодному переделу является удаление с их поверхности ржавчины и нанесение покрытий и смазки.
При холодной прокатке труб из углеродистой и низколегированной сталей в качестве поверхностного антифрикционного покрытия применяют фосфатную пленку, которая обладает высокой смачиваемостью и способностью удерживать смазку.Фосфатирование производится после травления и промывки. Сначала трубы нейтрализуют в 0.5% растворе кальцинированной соды в течении 1-2 минут при 60-70 градусах по Цельсию, а затем погружают в ванну с водным раствором следующего состава, % (по массе): 1,5 окиси цинка; 0.8 азотной кислоты. Процесс ведут в течении 5-10 минут.
После нейтрализации втулки обрабатывают в растворе хозяйственного мыла (60% жирности) при 35-50 градусах в течении 10 минут. При взаимодействии мыла с цинкофосфатной пленкой образуется цинковое мыло, обладающее высокими антифрикционными свойствами. После сушки изделия передаются на устрой ство для обкатки.
Холодная прокатка труб наиболее эффективна, когда в полной мере используют ее основное преимущество - высокую степень деформации. При прокатке труб из черных металлов наибольшая степень деформации находится в пределах 80-85%, что соответствует коэффициенту вытяжки 5-8,3. Предельное значение степени деформации должны определять запасом пластичности прокатываемого металла и прочностью основных механизмов устройства, рассчитаных, исходя из действия максимальных нагрузок при полном использовании ресурса пластичности.
При расчете нагрузок, необходимых для уменьшения изношенного диаметра труб гидроцилиндров до исходного широко использовался метод численного анализа, в частности ANSYS.Ряд факторов, определяемых свойствами материала, могут вызвать изменение жесткости конструкции в процессе проведения анализа. Некоторые нелинейные свойства проявляются при достижении определенного уровня напряжений, другие зависят от времени, скорости деформаций, температуры, радиационного облучения, влажности и др. В программе ANSYS эти нелинейные свойства вводятся с помощью соответствующих конечных элементов или средств программирования.
Пластичность.
Большинство конструкционных материалов остается линейным до предела пропорциональности. Затем соотношение между напряжениями и деформациями становится нелинейным, но не обязательно неупругим. Пластичность материала проявляется после превышения предела текучести. В программе ANSYS предполагается, что эти два предела совпадают. Пластичность представляет собой неконсервативный процесс, при котором последовательность приложения нагрузок влияет на конечный результат. Если предполагается пластический отклик системы, то нагрузку следует прикладывать малыми шагами и использовать малые шаги решения. На каждом шаге решения приращение пластических деформаций не должно превышать 5 %. Следует обратить внимание на то, что процедура автоматического выбора шага уменьшает шаг нагружения после завершения того шага, на котором выполнялось большое число равновесных итераций или приращение пластических деформаций превышало 5%. Эта процедура не выбирает шаг в предположении пластического поведения конструкции, это следует делать пользователю. По этой и другим причинам необходимо четко понимать, как ведет себя рассматриваемая система на каждом шаге нагружения. Однако если шаг нагружения чрезмерно велик, то программа прибегнет к бисекции и повторит решение с уменьшенным шагом. Для описания пластического поведения материала могут используются несколько "встроенных" моделей:

    В третьем разделе  производится разработка устройства для обработки гидроцилиндров перемещения. Для этого анализируется набор существующих устройств, комплектуется общая схема для обработки гидроцилиндров, выбирается рабочий инструмент для обработки внутренней поверхности труб после обкатки. К сожалению, данная часть находится в процессе активной доработки и более подробно с ней можно будет ознакомится немного позже.

    В четвертой части  исследуется напряженно-деформируемое состояние детали во время и после обкатки.Несложно догадаться, что напряженно- деформируемое состояние во время обкатки исследуется при помощи динамического анализа, а после обкатки при помощи статического анализа, который, конечно же, гораздо проще и требует меньших затрат на исследование. Динамический анализ в этой работе произведен при помощи программы ANSYS.

Динамический анализ используется для определения реакции конструкции (в виде перемещений, деформаций, напряжений и усилий) на действие произвольной нагрузки, меняющейся во времени таким образом, что приходится учитывать инерционные эффекты и процессы рассеяния энергии. Этот вид анализа гораздо более сложен, чем статический, поэтому, вообще говоря, необходимо предварять выполнение анализа работой по изучению физики проблемы, что может существенно сократить затраты инженерного труда и компьютерные ресурсы. Такая работа может состоять из следующих этапов:
- анализ более простых моделей (во многих случаях расчетные модели из пружин, масс и балок оказываются достаточными для получения динамического отклика сложной конструкции);
- проведение статического анализа перед введением нелинейностей (иногда можно убедиться, что в учете нелинейности нет необходимости);
- выполнение модального анализа для оценки реакции системы и определения шага решения по времени;
- использование метода подконструкций для линейных частей системы.
Методы решения Используются три метода проведения динамического анализа: полный, сокращенный и метод суперпозиции форм колебаний. Полный метод является наиболее мощным, так как допускает приложение нагрузок всех видов (в том числе задание ненулевых перемещений, что рекомендуется делать с осторожностью) и позволяет включать все виды нелинейностей (пластичность, большие деформации, смещения и т.д.). Два других метода предполагают постоянство шага по времени в течение всего переходного процесса и допускают использование нелинейности только в виде элементов зазора для моделирования простого контакта типа "узел к узлу", но обычно работают быстрее полного метода.

    В пятом разделе  производится технико-экономическая эффективность проекта. Выполнен ориентировочный расчет себестоимости выполнения ремонтных работ и сравнительный анализ себестоимости изготовления новой продукции и ремонтных работ.

    В заключении сформулированы научные результаты, практическая значимость и область использования выполненной выпускной магистерской работы.
 
Список литературы

1. Баширов Р.Д. Технология восстановления втулок цилиндров судовых двигателей. Баку, Элм-2002. с.258
2. Воловик Е.Л. Справочник по восстановлению деталей. -М.: Колос, 1981. - 350с.
3. Гаркунов Д.Н. Триботехника. -М.: Машиностроение. 1985, 424 с.
4. Гулкин С.И. Пластическая деформация металлов. Т.2. (Физико-химическая теория пластичности). Металлургиздат, 1960. 416 с.
5. ДальскийА.М., Арутюнова И.А., Барсукова Т.М., и др. Технология конструкционных материалов. - М.: Машиностроение, 1974, 231 с.
6. Мирсалимов В.М., Емельянов В.А. Напряженное состояние и качество непрерывного слитка. - М.: Металлургия, 1990, 151 с.
7. Третьяков А.В., Трофимов Г.К., Гурьянова М.К. Механические свойства сталей и сплавов при пластическом деформировании. Справочник. -М.: Машиностроение, 1971, 63 с.
8. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станках. -М., Металлургиздат, 1962, 494 с.
9. Чеповецкий И.Х. Основы финишной алмазной обработки. Киев: Наук. Думка, 1980. - 468 с.
10. Технология ремонта машин и оборудования/ Под общ. ред. И.С.Левицкого. Изд. 2-е перераб. и доп.- М.: Колос, 1975.-560с.
11. Рыбакова Л.М., Куксенова Л.И. Структура и износостойкость металла. - М.: Машиностроение, 1982, 210 с.

Created: May 30, 2003

Главная |  Ссылки |  Библиотека |  Таблица поиска