Ремонт коленчатых валов судна

Ремонт коленчатого вала судового двигателя

Основные причины старения и расчеты износов деталей судовых механизмов. Обнаружение усталостных повреждений коленчатых валов магнитопорошковым методом. Восстановление работоспособности детали нанесением покрытий, хромированием и механической обработкой.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	12.01.2012
Размер файла	127,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

Кафедра: Технологии судоремонта

Ремонт коленчатого вала судового двигателя

ПО ДИСЦИПЛИНЕ “Технология судоремонта”

Выполнил: Сучков П.А.

Руководитель: Журавлев В.П.

В процессе эксплуатации детали, узлы и в целом механизмы под действием различных факторов теряют свои первоначальные свойства и качества, приданные им при изготовлении и ремонте.

Вследствие этого ухудшаются его технико-эксплуатационные показатели СЭУ и для их восстановления необходимо проводить различные виды ремонта.

В настоящее время, капитальный ремонт судовых дизелей производится в специализированных цехах, технологический процесс ремонта двигателей предусматривает выполнение операций: демонтажа навесных агрегатов и приборов с проведением их ремонта, общей мойки дизеля, разборки его на детали, мойки и очистки деталей, их дефектации различными методами, восстановления работоспособности изношенных деталей, узловой и общей сборки дизеля, его испытания и окраски.

Ремонт судового валопровода начинается с разборки и дефектации его элементов. После ремонта деталей валопровода в цеховых условиях производится его сборка на судне и центровка одним из методов: по изломам и смещениям или по нагрузкам на подшипники.

В процессе ремонта валопровода может производиться его конструкторско-технологическая модернизация, например замена шпоночного соединения гребного винта с валом на безшпоночное гидропрессовое.

К основным видам износов, приводящих к выбраковке коленчатых валов судовых дизелей, относится изменение формы и размеров шеек, нарушение параллельности осей шатунных и коренных шеек, возникновение трещин.

В процессе дефектации определяется техническое состояние коленчатого вала. По результатам дефектации принимается решение о восстановлении работоспособности коленчатого вала. Восстановление валов с размерным износом может быть осуществлено механической обработкой шеек на ремонтный размер или наращиванием металла плазменным напылением, хромированием с последующей механической обработкой до требуемого диаметра шеек. Работоспособность коленчатых валов с трещинами в отдельных случаях обеспечивается выборкой их специальным инструментом.

1. ОСНОВЫ СТАРЕНИЯ И РАСЧЁТЫ ИЗНОСОВ ДЕТАЛЕЙ СУДОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

Основными причинами образования износов деталей судовых механизмов является трение и усталость металла. Изнашиванию от трения подвергаются в процессе эксплуатации сопряжённые поверхности деталей. Под воздействием различных процессов, возникающих в пятнах касания (микрорезание, упругое и пластическое деформирование, схватывание окисных пленок и чистых металлов) происходит разрушение металла, изменяется форма и размеры деталей. размерный износ определяется микрометрированием с помощью измерительного инструмента, обеспечивающего точность измерения от 0,002 до 0,010 мм. На основании данных, полученных при измерениях, рассчитывают фактические износы, скорости изнашивания и сроки службы деталей, а также ресурсы машин.

Таблица 1.1 Исходные данные для расчета диаметра изношенной шейки коленчатого вала

Источник

Ремонт коленчатых валов

Условия работы, нагрузки коленчатых валов, природа усталостных разрушений. Виды повреждений и причины отказа, дефекты коленчатых валов судовых дизелей. Технологические методы восстановления и повышения износа. Определение просадки и упругого прогиба вала.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	дипломная работа
Язык	русский
Дата добавления	27.07.2015

Актуальность темы исследования. Ресурс судового дизеля до капитального ремонта зависит в основном от состояния кривошипно-шатунного механизма, а коленчатый вал — главное звено этого механизма. Коленчатые валы принадлежат к наиболее ответственным деталям двигателей и эксплуатируются в условиях переменных нагрузок. Шейки вала подвержены трению скольжения при больших скоростях и высоких удельных давлениях. Коленчатый вал — одна из важных дорогостоящих деталей двигателя (его стоимость составляет более 10 % стоимости всего двигателя) — в значительной степени определяет его ресурс. Наиболее характерными дефектами коленчатых валов судовых среднеоборотных дизелей являются: износ и задиры шеек, деформации, коррозия и др.

Основной причиной отказов коленчатых валов двигателей является износ шеек. Преждевременный износ рабочих поверхностей коленчатых валов выше предельных значений ведет, как правило, не только к значительным затратам на ремонт или замену коленчатых валов, но и к убыткам из-за простоя судна в ремонте, а выход из строя главного двигателя при поломке коленчатого вала может привести к аварии судна. Из-за повышенных скоростей изнашивания рабочих поверхностей коленчатые валы часто эксплуатируются шлифованными в последний ремонтный размер, или выбраковываются из-за износа выше предельных значений, не выработав при этом назначенного ресурса. Повышенный износ и отклонения формы шеек вала от цилиндричности вследствие неравномерного изнашивания иногда приводит к проворачиванию вкладышей. В результате этого происходит деформация или поломка коленчатого вала, задир шеек или образование трещин на поверхностях трения, что значитель но увеличивает стоимость ремонта. Существующие технологические процессы (ТП) восстановления не обеспечивают требуемую долговечность коленчатых валов, так как при их проектировании не учитываются комплексно технологические особенности методов нанесения покрытий и упрочнения, их технико-экономические показатели, а также условия эксплуатации деталей. Необеспечение требуемых показателей долговечности восстановленных коленчатых валов предопределяет необходимость совершенствования ТП их восстановления, выбора критериальных параметров поверхностного слоя деталей, а также оценки долговечности восстановленных валов в зависимости от полученных параметров материала поверхностного слоя.

1. Технологические методы восстановления и повышения износа.

2. Основные технические требования.

3. Определение износов коленчатого вала

4. Определение просадки и упругого прогиба коленчатого вала

Определение износов коленчатого вала.

Причины отказов и дефекты коленчатых валов судовых дизелей.

Технологические методы восстановления и повышения износа.

Дефекты и методы их исправления.

Условия работы, нагрузки коленчатых валов, природа усталостных разрушений.

Виды повреждений и причины отказов и дефекты коленчатых валов судовых дизелей.

Раздел 1. Теоретическая часть исследования по теме «Ремонт коленчатых валов»

1.1 Условия работы, нагрузки коленчатых валов, природа усталостных разрушений

Коленчатый вал передает крутящий момент потребителю энергии и воспринимает нагрузки, создаваемые силами давления газов и инерции поступательно движущихся и вращающихся масс.

Рис. 1.0 Силы и моменты, действующие в пределах одного колена вала.

Эти силы определяют наличие в валах циклически действующих сжимающих и растягивающих нагрузок и переменных скручивающих и изгибающих моментов. Составляющие силы Р ш (рис.1.0), производной от суммы сил давления газов и инерции, тангенциальная Р т и радиальная Р р и их реакции на рамовых подшипниках изгибают шатунную, шейку (опасное сечение I —I), щеки кривошипа (опасное сечение II —II) и рамовые шейки (опасное сечение III — III). Одновременно с деформацией возникают соответствующие им напряжения. Крутящий момент, передаваемый от соседних цилиндров М в скручивает левую рамовую и мотылевую шейки рассматриваемого цилиндра. Правая рамовая шейка скручивается суммарным моментом М в», представляющим собой сумму подходящего момента М в и момента, создаваемого касательной силой рассматриваемого цилиндра. Изгибающие напряжения в валу возникают также при нарушении оси вала вследствие его неправильной укладки на рамовых подшипниках или просадке подшипников при их большом износе. Схематическое изображение возникающих в шейках вала нагрузок от рассматриваемых сил и моментов приведено на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схемы действия сил и моментов

Помимо рассмотренных сил на коленчатый вал действуют неуравновешенные силы инерции поступательно движущихся и вращающихся масс и их моменты. Особое место в нагружении вала и его поломках вызывают крутильные и осевые колебания вала, создаваемые переменным крутящим моментом.

Наиболее опасную величину напряжения кручения приобретают при резонансе вынужденных и собственных колебаний вала (работа двигателя в зоне критических оборотов). Опасными местами, где чаще всего действуют концентраторы напряжения, являются галтели перехода шеек к щекам (см. рис. 1.2), испытывающие попеременные напряжения сжатия и расширения.

Рис. 1.2. Схема нагружения галтелей коленчатого вала.

Концентраторами напряжений могут быть также глубокие царапины и надрезы на шейках вала, а также дефекты материала, наличие в нем посторонних включений, нарушения технологии ковки и термической обработки. Учитывая циклический характер всех рассмотренных сил и моментов, поломки вала обычно носят усталостный характер.

Природа усталостных разрушений

Большинство аварийных повреждений двигателей вызывается потерей прочности деталей или узлов и их поломкой. При этом в ряде случаев видимых причин поломки не обнаруживается, а действовавшие в поврежденной детали напряжения обычно значительно ниже напряжений, при которых в данном металле происходит разрушение или появляется остаточная деформация. В подобных случаях обычно утверждают, что поломка вызвана «усталостью металла».

Объясняется это часто бытующим неправильным представлением о природе «усталого металла». Одни полагают, что металл длительное время находившийся в напряженном состоянии, будто бы изменяет свои свойства. Другие считают, что под действием большого числа переменных нагрузок во всей массе металла изменяются свойства. Он становится слабым и хрупким. Оба представления неверны. Только в результате нахождения металла под нагрузкой свойства его не меняются, сколько бы времени это не продолжалось, если нагрузка не превышает предела упругости материала (не вызывает остаточной деформации).

Усталость металла объясняется образованием в наиболее «слабом» месте микроскопической трещины, которая под действием знакопеременной нагрузки растет и достигает видимых простым глазом размеров. В вершине трещины резко повышаются напряжения. Это вызывает ее дальнейшее распространение и прогрессирующий рост напряжений. В конечном итоге, когда напряжения превысят прочности металла, деталь быстро разрушается. Появлению усталостной трещины предшествует накопление сдвигов в структуре металла, вызванных действием циклической нагрузки. В дальнейшем развитие и распространение линий сдвига в детали приостанавливаются, за исключением одного наиболее слабого места, где действующие напряжения достигают определенного значения. Здесь линии сдвига непрерывно множатся, растут и наконец сливаются в трещину. Вся энергия внешней силы устремляется в это место, вследствие чего остальная масса металла остается в неизменном состоянии. Чтобы в наиболее слабом месте детали образовалась трещина, действующие в нем напряжения должны достигнуть или превысить предел усталости металла. Под пределом усталости подразумевается то максимальное напряжение, при котором образец не разрушается под воздействием очень большого числа циклов нагружения (10—20 милионов). Следовательно, если напряжения, возникающие в образце металла при циклической нагрузке, не превышают предела усталости, то этот образец может выдержать бесконечно большое число циклов нагружения. Это в полной мере оправдывается для лабораторного образца. В действительности детали машин редко служат в таких идеальных условиях.

Обычно в деталях имеются понизители циклической прочности, значительно снижающие их предел усталости. К таким понизителям относятся различные концентраторы напряжения и, в первую очередь, всевозможные резкие изменения формы. Известно, что в местах перелома поверхности (на дне входящих углов галтелей, по краям отверстий), местные напряжения в несколько раз превышают средние расчетные напряжения. Не менее опасны разного рода случайные повреждения поверхностей детали, возникшие при ее изготовлении или при сборке (риски, царапины, надрезы). Причинами могут быть также наличие флокенов, неметаллических включений в стали, микротрещины, образовавшиеся при термической обработке, коррозионные повреждения при эксплуатации и.т.д.

Поэтому при среднем напряжении, не превышающем предела усталости, в месте расположения понизителя прочности напряжение может оказаться весьма большим и с течением времени под влиянием циклической нагрузки деталь разрушится.

В условиях эксплуатации усталостные поломки деталей двигателей чаще всего происходят при изменении условий работы, когда возникающие дополнительные напряжения в сумме с номинальными превышают предел усталости материала детали. Такими дополнительными напряжениями могут быть напряжения крутильных резонансных колебаний (работа двигателя в зоне критических оборотов), напряжения изгиба коленчатого вала при неравномерном износе или неправильной укладке вала на рамовых подшипниках, деформация корпуса судна и фундаментной рамы, напряжения изгиба в стержне шатуна при заклинивании головного соединения и пр. Практика показывает, что во всех случаях усталостное разрушение деталей двигателей вызывается действием одного из перечисленных выше факторов. При определении причины поломки большую помощь может оказать изучение структуры поверхности излома, обращая внимание на следующие признаки:

* глубина развития усталостной трещины;

* степень и характер наклепа поверхности излома;

* число очагов, в которых началось развитие трещины;

* характер линии фронта.

Рис. 1.3. Стадии излома, 1 — очаги распространения трещины.

Место возникновения усталостной трещины обычно удается определить легко и безошибочно, около него видны расходящиеся в различных направлениях линии. Для этой стадии усталостного излома (рис 1.3 — зона I) характерно наличие волнообразных полос, представляющих собой ряд границ ее последовательного распространения. Геометрические оси этих полос направлены к месту возникновения трещины.

Рис. 1.4. Зависимость распределения зон усталостного разрушения

По мере распространения трещины по поперечному сечению ее поверхности становятся все менее и менее гладкими, что является признаком перехода ко второй фазе развития (см. зону II). В этой стадии поломки наступает момент, когда оставшееся сечение детали не может более противостоять действующим повторяющимся нагрузкам и деталь разрушается. Поверхность разрыва остаточного сечения имеет вид типичной поломки от приложенной нагрузки и в противоположность

Скорость развития усталостной трещины определяется величиной действующего в детали напряжения. Чем меньше действующее напряжение, тем дальше будет развиваться усталостная трещина (см. рис. 1.4 б, зона I) и тем меньшей будет площадь зоны статического напряжения — б (зона II). На поверхности зоны усталостного излома образуется наклеп.

Если зона I невелика и наклеп отчетливо выражен на границе зон, то это свидетельствует о большой циклической перегрузке.

Если же номинальное напряжение невелико, то трещина развивается медленно и максимальный наклеп получается у наружной поверхности, там, где образуются первые очаги усталостной трещины.

На рис. 1.4 линии b-c-d определяют фронт развития усталостной трещины. Их характер зависит от того с какой скоростью отдельные участки трещины проникают в глубь сечения. По характеру линии фронта можно определить условия роста трещины; последние зависят от величины номинального напряжения, характера действующих сил и концентрации напряжения в детали. При растяжении — сжатии линия фронта располагается так, как показано на рис. При умеренном номинальном напряжении фланги (точки b и d) продвигаются несколько медленнее центра (точка с). В случае изгиба линия фронта приближается к прямой. При симметричном изгибе (вращении) усталостная трещина развивается не только в радиальном направлении, но и по окружности. Поэтому фланговые точки движутся с большой скоростью, и линия фронта может перейти из вогнутой в выпуклую. В некоторых случаях следы линии фронта трудно обнаружить. Это объясняется тем, что трещина продвигалась без остановок и деталь испытывала большую перегрузку.

1.2 Виды повреждений и причины отказов и дефекты коленчатых валов судовых дизелей

Источник