Направляющее колесо Т-150

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение            3

1 Технологический процесс  разборки направляющего 

колеса             4

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ  ВОССТАНОВЛЕНИЯ

КОЛЕНЧАТОЙ ОСИ ТРАКТОРА Т-150       6

2.1 общие сведения           6

2.2 Технологический процесс дефектации       6

2.3 Маршруты восстановления детали       7

2.4 Выбор рационального способа  восстановления     9

2.5  Расчет режимов  предварительной механической обработки   13

2.6 Расчет режимов наплавки  в среде углекислого газа    16

2.7 Расчет режимов окончательной механической обработки   21

2.7.1 Выбор режимов резания при черновом шлифовании   21

2.7.2 Выбор режимов резания при чистовом шлифовании   23

3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ  ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ 

ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕНЧАТОЙ ОСИ      26

Библиографический список       29

 

Введение

Повышение качества ремонта  машин при одновременном снижении его себестоимости – главная  проблема ремонтного производства. В  структуре себестоимости капитального ремонта машин 60…70% затрат приходится на покупку запасных частей, которые даже в условиях рынка остаются дефицитными при росте цен. Основной путь снижения себестоимости ремонта машин – сокращение затрат на запасные части. Частично этого можно добиться за счёт бережного и грамотного выполнения разборки машин и дефектации деталей. Однако главный резерв – восстановление и повторное использование изношенных деталей, так как себестоимость восстановления большинства деталей, как правило, не превышает 20…60% цены новой детали. Кроме того, восстановление деталей – один из основных путей экономии материально-сырьевых и энергетических ресурсов, решение экологических проблем, так как затраты энергии, металлов и других материалов в 25…30 раз меньше, чем затраты при изготовлении новых деталей. При переплавке изношенных деталей также безвозвратно теряется до 30% металла.

 

1 Технологический  процесс разборки

направляющего колеса

Разборку направляющего колеса осуществляем в следующей последовательности:

1. открутить винт М4х15 (4 шт.);
2. снять кожух защитный (16);
3. открутить болт М12х30 (3 шт.);
4. снять шайбу;
5. извлечь колесо направляющее в сборе с ось коленчатой из рамы;
6. снять втулку балансира (1);
7. снять втулку большую (2);
8. открутить болт М12х30 (3 шт.);
9. снять шайбу;
10. извлечь шток (7);
11. снять втулку штока (8);
12. открутить болт М8х30 (6 шт.);
13. снять крышку колеса (10);
14. открутить болт М8х30 (6 шт.);
15. открутить гайку М39х1,5 (2 шт.);
16. извлечь подшипник №7511;
17. снять колесо направляющее (3);
18. снять подшипник №7513;
19. снять крышку колеса с манжетой.

Разборка узла осуществляется с целью выявления дефектов и определения износа деталей. После разборки узлы детали подвергаются очистке от остатков смазочных.

Рисунок 1 – Структурная схема разборки направляющего колеса

 

2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ

КОЛЕНЧАТОЙ ОСИ ТРАКТОРА Т-150

 

2.1 общие сведения

Разработке технологического процесса дефектации и восстановления вала, разрабатывают соответствующую документацию: маршрутные карты (МК), карты эскизов (КЭ), операционные карты (ОК), карты технологических процессов (КТП), карты типовых технологических процессов (КТТП) и ведомости оснастки (ВО).

Маршрутно-операционный процесс содержит краткие сведения о технологических процессах в маршрутной карте в последовательности их выполнения с подробным описанием отдельных операций.

 

2.2 Технологический  процесс дефектации 

Исходными данными для  разработки технологического процесса дефектации являются технические требования на капитальный ремонт машины, в которых приводят эскиз рассматриваемой детали, перечень дефектов, средства контроля и рекомендации по ремонту.

При проектировании технологического процесса дефектации разрабатывают карту эскизов детали и карту технологического процесса дефектации.

Для дефектации используем следующий измерительный инструмент:

– дефектацию поверхности А (деф. 1) производим с помощью микрометра МК 100 ГОСТ 6507-60. В результате измерения получено, что износ составляет И₁ = 0,68 мм (0,34 мм на сторону).

– дефектацию поверхности  Б (деф. 2) производим с помощью микрометра МК 75 ГОСТ 6507-60. В результате измерения получено, что износ составляет И₂ = 0,30 мм.

– дефектацию поверхности В (деф. 3) производим с помощью микрометра МК 75 ГОСТ 6507-60. В результате измерения получено, что износ составляет И₂ = 0,33 мм.

– дефектацию поверхности Г (деф. 4) производим с помощью микрометра МК 75 ГОСТ 6507-60. В результате измерения получено, что износ составляет И₂ = 0,15 мм.

 

Таблица – 2.1 Допустимые и предельные размеры для дефектаци  коленчатой оси

Поз.	Наименование	По чертежу	Бывшими в эксплуатации	Новыми
1	Износ поверхности под большую  втулку		74,5	74,3
2	Износ поверхности под втулку балансира		59,5	59,3
3	Износ поверхности под роликоподшипник 7513		64,92	64,94
4	Износ поверхности под роликоподшипник 7911		54,92	54,94

 

2.3 Маршруты  восстановления детали

Маршрутную технологию разрабатывают в следующей последовательности.

1. Дефекты детали группируют в различных сочетаниях по маршрутам/2/.
2. Устанавливают число маршрутов. Присваивают каждому маршруту номер.
3. Выбирают рациональный способ устранения дефектов по каждому маршруту.

     4) Составляют  схему технологического процесса  устранения каждого дефекта и подробный план выполнения всех операций в маршруте.

 

Таблица 2.2 – Сочетания  дефектов в маршрутах

Номер дефекта	Наименование дефекта	Номер маршрута и сочетание дефектов
		I	II	III
1   2   3   4	Износ поверхности (А) под большую втулку до диаметра менее  74,50 мм Износ поверхности (Б) под втулку балансира до диаметра менее  59,50 мм Износ поверхности (В) под роликоподшипник до диаметра не менее 64,92 мм Износ поверхности (Г) под роликоподшипник до диаметра не менее 54,92 мм	+   +   +   +	–   +   +   +	+   –   +   +

«+» – дефекты устраняются;

«–» – дефекты не устраняются.

 

Операции при восстановлении детали располагают в следующей последовательности:

1) выполняем подготовительные  операции – очистку, обезжиривание,  правку, восстановление базовых  поверхностей (исправление центровых  отверстий, устранение неплоскостности и др.);

2) производим механическую черновую обработку при которой снимается наибольший слой металла, с целью восстановления правильной геометрической формы изношенных поверхностей и устранения дефектов, образовавшихся при эксплуатации осуществляют наплавку поверхностей.

3) производим окончательную обработку восстановленных поверхностей (токарная, фрезерная, шлифовальная). После черновой обработки в детали возникают наибольшие деформации вследствие перераспределения остаточных напряжений. Необходим интервал во времени между черновой и чистовой обработкой, чтобы более полно проявились деформации, которые устраняются на последней стадии обработки. Чистовые и доводочные операции обработки выполняют в конце маршрута.

Контрольные операции выполняем  после наиболее ответственных операций и в конце технологического процесса.

 

2.4 Выбор рационального  способа восстановления

Для устранения дефекта, группы или комплекса сходных  дефектов выбираем рациональный способ восстановления деталей. Рациональный способ выбираем, пользуясь тремя критериями: технологическим (применимости), техническим и технико-экономическим /1/.

                                          ,                                (2.1)            

где К_и, К_в, К_сц  – коэффициенты износостойкости, выносливости и сцепляемости покрытий; К_п – поправочный коэффициент, учитывающий фактическую работоспособность восстановленной детали в условиях эксплуатации, К_п = 0,8…0,9. 

Выбираем тот способ восстановления у которого К_д max. Наряду с вышеизложенным, необходимо обеспечить равнопрочность деталей сопряжения, а ресурсы деталей должны представлять ряд чисел, кратных ресурсу машины.

Технико-экономический  критерий К_т связывает стоимость восстановления детали и ее долговечность после устранения дефекта.

Критерий оценивают  по формуле профессора В. А. Шадричева.

                                            К _т  = С _в / К _д ,                                       (2.2)                  

где С_в – себестоимость восстановления 1 м² изношенной поверхности детали, руб./м² (таблица 2.3). Рациональным считается способ восстановления у которого К_т min.

Окончательный выбор способов восстановления изношенных поверхностей детали, производят при анализе различных сочетаний способов /2/. Анализ начинают с минимального числа способов, а в качестве основного принимают способ, являющийся оптимальным для поверхности, коэффициент повторяемости дефекта которой максимальный. Если выбранный способ применим по технологическому и техническому критериям ко всем изнашиваемым поверхностям, определяют себестоимость восстановления детали в целом, как если бы все поверхности восстанавливали этим способом.

Если деталь восстановить одним способом нельзя, для следующей по частоте изнашиваемости поверхности, выбирают оптимальный способ восстановления и так далее.

Завершается анализ определением минимального значения отношения себестоимости  восстановления детали оптимальным  для каждой ее изнашиваемой поверхности способом к коэффициенту долговечности

                                  (2.3)               

где С_ВДj – себестоимость восстановления изношенных поверхностей детали  j-м сочетанием способов, руб.;

С_УiP – удельная себестоимость восстановления i-й восстанавливаемой поверхности  p-м способом, руб/дм²;

S_i – площадь i-й восстанавливаемой поверхности, дм²;

К_ДВj – коэффициент долговечности детали, восстановленной  j-м сочетанием способов;

n – количество изнашиваемых поверхностей (дефектов). 

                                               (2.4)

где К_i  – коэффициент повторяемости i-го дефекта;

K_Дij – коэффициент долговечности i-й поверхности, восстановленной  р-м  способом.

 

Для изношенных поверхностей (А, Б, В, Г) коленчатой оси трактора Т-150 были определены оптимальные способы восстановления:

1.   Наплавка под слоем флюса;
2.   Наплавка в среде углекислого газа;
3.   Вибродуговая наплавка;

4     Электроконтактная приварка ленты.

Рассмотрим применение четырёх вариантов сочетаний способов восстановления оси в целом:

I  вариант – наплавкой в среде углекислого газа всех изнашиваемых поверхностей А, Б, В и Г;

II  вариант – вибродуговой наплавкой восстанавливать поверхности А и Б, а поверхности В и Г – наплавкой в среде углекислого газа;

 

Ш вариант – восстанавливать каждую изнашиваемую поверхность оптимальным для нее способом: поверхность А и Б – наплавка под слоем флюса; В и Г – вибродуговой наплавкой.

Определим значения коэффициентов  долговечности восстановленной  детали по каждому варианту:

- при наплавке под  слоем флюса:

;

- при наплавке в среде углекислого газа:

;

- при вибродуговой  наплавке:

;

- при контактной приварке ленты:

.

Вибродуговая  наплавка  имеет  наименьший коэффициент долговечности, поэтому ее  убираем из  дальнейших  расчетов.

Определяем площади  поверхностей восстановления:

- поверхность А 

мм² = 1,77 дм²,

- поверхность Б 

мм² = 1,19 дм²,

- поверхность В 

мм² = 0,53 дм²,

- поверхность Г 

мм² = 0,52 дм².

Определяем отношение  себестоимостей восстановления к коэффициенту долговечности для каждого варианта:

,

                                                   ,

                                                   .

Определим значения коэффициентов  долговечности восстановленной  детали по каждому варианту:

Определяем отношение  себестоимостей восстановления к коэффициенту долговечности для каждого варианта:

Как следует из расчетов, наиболее целесообразным является первый вариант – восстановление всех поверхностей наплавкой проволоки в среде углекислого газа. Этот способ и должен лечь в основу разработки технологии восстановления коленчатой оси трактора Т-150.

2.5  Расчет режимов  предварительной механической обработки

Механическая обработка  восстанавливаемых деталей характеризуется  определёнными особенностями, заключающимися в высокой твёрдости, неравномерности распределения припуска на обработку, неоднородности свойств обрабатываемой поверхности.

Основными видами обработки  при различных методах восстановления являются токарная и шлифовальная. Токарная обработка применяется  в большинстве случаев тогда, когда после восстановления размеров одним из способов (наплавка, напыление, электрические покрытия), припуск на обработку превышает 0,25 мм на сторону, а твёрдость нанесённого покрытия менее HRC 35…40.

При этом в качестве режущего инструмента используют, как правило, резцы с пластинками из твёрдого сплава.

Шлифование применяют  тогда, когда твёрдость обрабатываемой поверхности превышает HRC 35…40, или когда нужно получить высокую точность обработки и малую шероховатость поверхности. Шлифование применяют либо сразу после покрытия, либо после предварительной токарной обработки.

Черновое шлифование наплавленных покрытий выполняют кругами  из нормального электрокорунда зернистостью 40…50, твердостью СТ…СТ1 /3/. Глубина  шлифования (резания) при черновом шлифовании составляет 0,005 … 0,01 мм.

Число проходов i определяют по формуле:                                                          

                                               i = z / t,                                                (2.5)

где z – припуск на шлифование (на одну сторону), мм; t – глубина резания, мм.

Поверхность А

                                                         i = 0,16/0,04 = 4.

Поверхность Б

                                                         i = 0,14/0,05 = 3.

Поверхность В

                                                         i = 0,15/0,05 = 3.

Поверхность Г

                                                         i = 0,16/0,04 = 4.

Продольную подачу рассчитывают по формуле:                                                          

                                               S_п = S_д · В,                                        (2.6)                    

где  S_д – продольная подача в долях ширины круга на один оборот        детали; В – ширина шлифовального круга, В = 20 – 60 мм.

S_п = 0,7∙20 = 14 мм.

Для деталей, изготовленных  из любых материалов: при черновом шлифовании и диаметре до 20 мм, S_д = 0,3 – 0,5; при диаметре больше 20 мм,      S_д = 0,6 – 0,7.

Принимаем S_д =0,7.

Окружная скорость вращения детали составляет для чернового шлифования V_д = 20 – 80 м/мин. Принимаем V_д = 80м/мин.

Частоту вращения детали можно определить по формуле:

                                   n = 1000 V_д / D,                                     (2.7)    

где D – диаметр детали, мм.

Поверхность А

n = 1000∙80/3,14∙75 = 340 мин^-1.

Поверхность Б

n = 1000∙80/3,14∙60 = 425 мин^-1.

Поверхность В

n = 1000∙80/3,14∙65 = 392 мин^-1.

Поверхность Г

n = 1000∙80/3,14∙55 = 463 мин^-1.

Скорость продольного  перемещения стола V_ст определяют по формуле:

                                        V_ст = S_п n / 1000,                                         (2.8)        

где  V_ст – скорость продольного перемещения стола, м/мин.

Поверхность А

V_ст = 14∙340/1000 = 4,76 м/мин.

Поверхность Б

V_ст = 14∙425/1000 = 5,95 м/мин.

Поверхность В

V_ст = 14∙392/1000 = 5,49 м/мин.

Поверхность Г

V_ст = 14∙463/1000 = 6,48 м/мин.

Основное время при  шлифовании:

                                             t_о = L K i / n S,                                     (2.9)

где L – длина продольного хода стола, при шлифовании на проход

L = l + (0,2 – 0,4) B, при шлифовании в упор L = l - (0,2 – 0,4) B;

l – длина шлифуемой поверхности, мм;

Поверхность А

L = 75 + 0,2∙20 = 79 мм,              

Поверхность Б

L = 63 + 0,2∙20 = 67 мм.

Поверхность В

L = 26 + 0,2∙20 = 30 мм.

Поверхность Г

L = 30 + 0,2∙20 = 34 мм.

К – коэффициент точности, при черновом шлифовании К = 1,1; чистовом – К = 1,4.

Поверхность А

t_о = 79∙1,1∙4/340∙14 = 0,07 мин,

Поверхность Б

t_о = 67∙1,1∙3/425∙14 = 0,04 мин.

Поверхность В

t_о = 30∙1,1∙3/392∙14 = 0,02 мин.

Поверхность Г

t_о = 34∙1,1∙4/463∙14 = 0,03 мин.

Вспомогательное время t_в определяют при помощи таблицы 3.16.

Оперативное время рассчитывают по формуле:

                                               t_оп = t_о + t_в,                                        (2.10)

где t_о – основное время, мин; t_в – вспомогательное время, мин.

Поверхность А

t_оп= 0,07 + 0,72 = 0,79 мин.

Поверхность Б

t_оп = 0,04 + 0,72 = 0,76 мин.

Поверхность В

t_оп = 0,02 + 0,72 = 0,74 мин.

Поверхность Г

t_оп = 0,03 + 0,72 = 0,75 мин.

 

2.6 Расчет режимов  наплавки в среде углекислого  газа

Наплавка в среде  углекислого газа получила большее  применение, чем вибродуговая и успешно  замещает в ряде случаев автоматическую наплавку под слоем флюса. Достоинства  способа: меньшая по сравнению с флюсами стоимость углекислого газа, возможность наложения неудобных швов (вплоть до потолочных) сложной конфигурации, видимость сварочной ванны, более высокая производительность (на 25 – 30%), а также возможность, из-за малой зоны термического влияния, восстанавливать детали малого диаметра (начиная с 10 мм).

Недостатком способа  является склонность наплавленного  слоя к образованию трещин и выгорание легирующих элементов. Причиной является разложение углекислого газа при высокой температуре на оксид углерода и атомарный кислород. Твердость слоя, наплавленного проволоками с содержанием углерода более 0,3% (30ХГСА и др.) после закалки достигает 50 HRC.

Наплавочное оборудование: универсальные полуавтоматы А-715 которые могут быть использованы также при наплавке под слоем флюса.

Диаметр электродной  проволоки выбираем из стандарта  равной 1,3 мм.

Вылет электрода принимаем  равным 8 – 15 мм. При наплавке на постоянном токе обратной полярности коэффициент наплавки _н = 10 – 12 г/А ч.  Расход углекислого газа составляет 8 – 20 л/мин.

Расчет  нормы времени при автоматической наплавке

Норму времени определяют по формуле

                        Т_н = Т_о + Т_вс + Т_доп + Т_пз / N,                                 (2.11)

где Т_о, Т_вс, Т_доп и Т_пз  – соответственно основное, вспомогательное, дополнительное и подготовительно – заключительное время, мин; N – количество восстанавливаемых деталей в партии, шт.

Основное время рассчитывают по зависимости

                           Т_о = d L / 1000 V_н S    (2.12)

Поверхность А  

Поверхность Б  

Поверхность В  

Поверхность Г  

где L – длина наплавляемого покрытия, мм.

Вспомогательное время  Т_вс принимают равным 2 – 4 мин.

Дополнительное время  определяют по следующей формуле

                         Т_доп = (Т_о + Т_вс) К,     (2.12)

Поверхность А   Т_доп = (0,082 + 2)* 0,1 = 0,21 мин.

Поверхность Б   Т_доп = (0,048 + 2)* 0,1 = 0,205 мин.

Поверхность В   Т_доп = (0,022 + 2)* 0,1 = 0,202 мин.

Поверхность Г   Т_доп = (0,021 + 2)* 0,1 = 0,202 мин.

где К – коэффициент, учитывающий долю дополнительного времени от суммы основного и вспомогательного (К = 0,14 для наплавки под слоем флюса, К = 0,1 для остальных видов наплавки).

Подготовительно – заключительное время составляет 16 – 20 мин.

Скорость наплавки определяют по формуле /3/

                         ,    (2.13)

Поверхность А     м/ч.

Поверхность Б     м/ч.

Поверхность В     м/ч.

Поверхность Г     м/ч.

где  V_н – скорость наплавки, м/ч; _н – коэффициент наплавки, ( _н  = 11 – 14 при наплавке постоянным током обратной полярности), г/А×ч;

I – сила тока, А;

h – толщина наплавленного слоя, мм;

S – шаг наплавки, мм /об;

 – плотность электродной  проволоки ( = 7,85), г/см³.

Размерность членов формул при расчетах должна соответствовать размерности, приведенной в формулах.

Частоту вращения детали рассчитывают по формуле 

                         ,   (2.14)

Поверхность А      мин^-1.

Поверхность Б      мин^-1.

Поверхность В      мин^-1.

Поверхность Г      мин^-1.

где n – частота вращения, мин^-1; d – диаметр детали, мм.

Силу тока определяем эмпирической формуле /2/

                                                            (2.15)

Поверхность А    А.

Поверхность Б    А.

Поверхность В    А.

Поверхность Г    А.

 

 

Напряжение источника  питания рассчитываем по формуле

                                                .    (2.16)

Поверхность А     В.

Поверхность Б     В.

Поверхность В     В.

Поверхность Г     В.

 

Скорость подачи проволоки  определяем по формуле

                              ,   (2.17)

Поверхность А     м/ч.

Поверхность Б     м/ч.

Поверхность В     м/ч.

Поверхность Г     м/ч.

 

где V_np – скорость подачи проволоки, м/ч; d_пр – диаметр электродной проволоки, мм.

Шаг наплавки рассчитываем по зависимости

                                                        ,    (2.18)

Поверхность А     = 2,6  мм/об.

Поверхность Б     = 2,6  мм/об.

Поверхность В     = 2,6  мм/об.

Поверхность Г     = 2,6  мм/об.

Вылет и смещение электрода l (в миллиметрах) определяем соответственно по зависимостям:

                                    ,    (2.19)

_.

                                   ,    (2.20)

Поверхность А     .

Поверхность Б     .

Поверхность В     .

Поверхность Г     .

Толщину покрытия, наплавляемого  на наружные цилиндрические поверхности, определяют по формуле

                                     ,    (2.21)                         

Поверхность А     .

Поверхность Б     .

Поверхность В     .

Поверхность Г     .

где h – толщина покрытия, мм;

z₀ – толщина слоя поверхности детали, снятого при предварительной мехобработке, ориентировочно 0,1 … 0,3 мм;

И – диаметральный  износ детали, мм;

z – припуск на механическую обработку после нанесения покрытия, мм.

Для наплавки используют сварочную проволоку Св-30ХГСА.

Норма времени:

Поверхность А   Т_н = 0,084 + 2 + 0,21 + 10/1 = 12,3 мин.

Поверхность Б   Т_н = 0,051 + 2 + 0,205 + 10/1 = 12,1 мин.

Поверхность В   Т_н = 0,022 + 2 + 0,202 + 10/1 = 12,22 мин.

Поверхность Г   Т_н = 0,021 + 2 + 0,202 + 10/1 = 12,22 мин.

 

7. Расчет режимов окончательной механической обработки

2.7.1 Выбор режимов резания при черновом шлифовании