Диагностика, ремонт, монтаж, сервисное обслужива ние оборудование. Сборник методических указаний к вы полнению лабораторных и практических работ для сту дентов специальности 170600 «Машины и аппараты пи щевых производств» дневной и заочной форм обучения

Камчатский государственный технический университет Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Г.О. Заляева

ДИАГНОСТИКА, РЕМОНТ, МОНТАЖ, СЕРВИСНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ

Сборник методических указаний к лабораторным и практическим работам для студентов специальности 170600 «Машины и аппараты пищевых производств» дневной и заочной форм обучения

Петропавловск-Камчатский 2004

УДК 663 ББК 36.81 З25

Рецензент: В.В. Сологуб, технический директор ЗАО «Агротек Холдинг»

Заляева Г.О. З25

Диагностика, ремонт, монтаж, сервисное обслуживание оборудование. Сборник методических указаний к выполнению лабораторных и практических работ для студентов специальности 170600 «Машины и аппараты пищевых производств» дневной и заочной форм обучения. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004. – 99 с. Сборник методических указаний к лабораторным и практическим работам составлены в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по специальности 170600 «Машины и аппараты пищевых производств» Рекомендовано к изданию решением учебно-методического совета КамчатГТУ (протокол № 7 от 24 марта 2004 г.).

УДК 663 ББК 36.81

© КамчатГТУ, 2004 © Заляева Г.О., 2004 2

СОДЕРЖАНИЕ Введение ………………………………………………………….. 4 Лабораторная работа № 1…………………………….………….. 5 Центровка валов по изломам и смещениям Лабораторная работа № 2 ………………..…………………….. 13 Разборка и дефектация редуктора Лабораторная работа № 3 ……………………………………… 16 Расшифровка цилиндрических зубчатых колес Лабораторная работа № 4………………………………………. 23 Определение трещин методом цветной дефектоскопии Лабораторная работа № 5 …………………………….………… 28 Технология ручной дуговой сварки и наплавки Лабораторная работа № 6 ……………………………………… 43 Разборка и дефектация насоса Лабораторная работа № 7………………………………………. 49 Обмер и определение износа деталей цилиндро-поршневой группы Лабораторная работа № 8 ………………………………..…….. 58 Определение ремонтных размеров детали Практическая работа № 1 ……………………………………… 65 Определение параметров ремонтного цикла Практическая работа № 2……………………………………… 81 Оценка надежности работы оборудования Практическая работа № 3 …………………………………..….. 89 Расчет такелажных средств при перемещениях и подъеме технологического оборудования Литература ……………………………………………………… 99

3

Введение Повышенные требования к уровню подготовки инженеров в области диагностики, монтажа, ремонта и сервисного обслуживания технологического оборудования предприятий рыбообрабатывающей отрасли связаны с решением задач по созданию, производству и эксплуатации комплексов и систем машин, обеспечивающих переход к полной механизации и автоматизации производственных процессов, расширению выпуска высокоэффективных машин и оборудования, оснащенных роботизированными устройствами и микропроцессорами. Этому будет способствовать расширенная реконструкция и техническое перевооружение предприятий, ввод новых производственных мощностей. Вопросы диагностики, монтажа, ремонта и сервисного обслуживания технологического оборудования предприятий рыбообрабатывающей отрасли наряду с вопросами, непосредственно относящимися к устройству и эксплуатации, должны являться профилирующими при подготовке инженеров-механиков пищевых производств. Освоение основных правил монтажа, ремонта и сервисного обслуживания технологического оборудования, прогрессивной технологии производства работ, способов технической диагностики, упрочнения и восстановления деталей машин и аппаратов, комплексных систем управления качеством работ – все это позволит будущим специалистам компетентно решать вопросы обеспечения безопасности производства, улучшения технической и коммерческой эксплуатации, совершенствование работы пищевых предприятий, направленной на всемерное повышение эффективности использования технологического оборудования.

4

Лабораторная работа № 1 Центровка валов по изломам и смещениям 1. Цель работы: целью настоящей работы является изучение и практическое освоение методов центровки валов. 2. Задание: изучить существующие методы центровки валов, используя лекционные материалы. Произвести замеры расцентровки валов при помощи линейки и щупа и при помощи пары стрел. 3. Краткие теоретические сведения Совпадение осей двух машин или осей двух и более узлов одной машины, а также совпадение осей двух или нескольких деталей одной машины или узла называется соосностью. Вследствие ошибок и неточностей монтажа наблюдаются отклонения от соосности. Оси могут пересекаться под некоторым углом или смещаться параллельно относительно друг друга на некоторую величину. В большинстве случаев наблюдаются оба вида смещения. В повседневной практической работе механикам часто приходится сталкиваться с центровкой валов. Спаривание механизмов, проверка положения линии вала, а в некоторых случаях и его центровка, делают необходимыми применение простейших способов центровки. Технические условия на сборку муфт приведены в таблице 1. Перед началом работ по центровке электродвигателя или редуктора с валом машины проверяют плотность прилегания опорных частей станины машины к основанию строительной конструкции (рамы) при незатянутых болтах, а также контролируют горизонтальность ведомого вала машины и вала электродвигателя (редуктора), которые будут соединены посредством муфты. Допуски на сборку муфт (в мм) Таблица 1 Диаметр муфты, мм 100 – 300 300 – 500

Излом, i, на 100 мм длины 0,08 0,12

Cсмещение, е, мм 0,1 0,2

5

Под смещением понимается отклонение в радиальном направлении оси одного вала относительно оси другого в вертикальной или горизонтальной плоскости (рис. 1). Под изломом понимается отклонение от параллельности осевых линий валов (рис. 2). Излом измеряется в миллиметрах на метр длины вала.

Рисунок 1.

Рисунок 2. Центровку полумуфт выполняют с помощью угольников, линейки и щупа и с помощью стрелок. При определении смещения с помощью линейки и щупа точность получается меньшей, чем при измерении с помощью стрелок, особенно при небольших диаметрах фланцев, однако на 6

практике такая точность измерений достаточна, и благодаря простоте, способ широко применим. Кроме того, им можно определить биение торцовых поверхностей. При способе измерения смещений парой стрелок имеются свои преимущества: это большая точность определения излома за счет увеличения расстояний между точками измерений, так как диаметр фланца заведомо меньше диаметра разноса парных стрелок, кроме того, на точность измерения не влияет состояние поверхностей фланцев и точность их изготовления. К недостаткам следует отнести невозможность проверки биения торцовых поверхностей соединяемых фланцев и малая производительность. Зазоры проверяют в каждом из четырех положений вала, поворачиваемого от начального положения на 90, 180 и 270о по направлению вращения вала машины. В каждом положении проводят по одному замеру радиального зазора (по окружности полумуфт) и четыре замера осевого зазора (между торцовыми поверхностями полумуфт) в диаметрально противоположных точках (рис. 3). Сумма величин зазоров на каждом диаметрально противоположном направлении должны быть равны: ав +ан =ап +ал bв +bн =bл +bп, где ав, ан, ап ,ал - радиальные зазоры, мм; 0 bв; bн; bл;bп - осевые зазоры, мм.

Рисунок 3. При центровке валов с допущенной несоосностью при сборке (состоящих из трубовалов и шнеков) следует также определить 7

величины необходимых перемещений опор валов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При повороте валов на 0, 90, 180 и 270о (рис. 3) измеряют радиальные и осевые зазоры, вычисленные средние значения из четырех измерений записывают в таблицу. 4. Порядок выполнения работы 4.1. Определение смещений и изломов при помощи линейки и щупа. Схема замера

Рисунок 4. 4.1.1. Измерить диаметры соединяемых фланцев. 4.1.2. Наложить линейку на выдающийся фланец в верхней точке и щупом измерить зазор bв. 4.1.3. Наложить линейку в нижней точке и определить bн. 4.1.4. Определить зазоры в правой и левой точках bпр и bл. 4.1.5. Щупом измерить зазор между фланцами в четырех точках: dв, dн, dл и dп. Повторить все измерения. 4.1.6. Вычислить средние значения зазоров из четырех измерений 4.1.7. Данные замеров занести в таблицу 2. 8

Таблица 2 Место замера

1 положение

Величина зазора 2 3 полоположение жение

4 положение

Среднее значение зазора, bi ср

Верх Низ Лево Право

4.1.8. Определить смещение вала в вертикальной и горизонтальной плоскости. Смещение вала в вертикальной плоскости: bверх − bниз . e верт = 2 Смещение вала в горизонтальной плоскости: e гориз =

bп − bл . 2

4.1.9. Определить изломы осей валов. Излом в вертикальной плоскости: d − dн , мм/м. i верт = в D Излом в горизонтальной плоскости:

i гор =

dп − dп , мм/м. D

4.2. Определение смещений и изломов при помощи стрелок. 4.2.1. Привернуть на каждое соединение две пары стрелок (рис. 5). 4.2.2. Совместить маркировочные метки на фланцах и установить стрелки в вертикальной плоскости. 4.2.3. Произвести измерение зазоров на первой и второй парах стрелок (рис. 5).

9

Рисунок 5. 1 – первая пара стрелок; 2 – вторая пара стрелок; 3 – первый вал; 4 – второй вал.

4.2.4. Совместно провернуть валы на 180о и повторить измерения. 4.2.5. Данные измерений занести в таблицу 3. Таблица 3 Место замера

Зазоры у стрел №1 №2

Сумма зазоров

Разность сумм зазоров

Верх Низ Право Лево

4.2.6. Рассчитать смещение по формулам: e верт =

∑b

e гориз =

где: ∑ bверх , ∑ bниз -

верх

− ∑ bниз

4 b ∑ лев − ∑ bпр

4

, мм; , мм,

сумма зазоров на первой и второй парах стрелок в их верхнем и нижнем положении соответственно;

10

∑ b , ∑ bпр - сумма зазоров на первой и второй парах стрелев

лок в положении слева и справа соответственно, если смотреть со стороны вала машины. 4.2.7. Рассчитать излом валов: ∑ d верт − ∑ d низ , мм/м i верт = 2L i гор =

где:

∑d

верх

лев

− ∑ d пр

2L

, мм/м

, ∑ d низ - сумма зазоров на первой и второй паре

∑ b ,∑ лев

∑d

стрелок в верхнем и нижнем положении в начальном положении валов и после совместного поворота валов на 180о; bпр - сумма радиальных зазоров на первой и второй паре стрелок в верхнем и нижнем положении в начальном положении валов и после совместного поворота валов на 180о; L - диаметр разноса парных стрелок, мм.

4.3. Определение биения торцовых поверхностей. Для определения биения торцовых поверхностей необходимо один вал повернуть относительно другого на 180о и измерить зазоры между фланцами валов в диаметрально противоположных точках. Сравнение зазоров укажет на наличие торцового биения фланца. Оно будет равно половине разности. Биение будет на том фланце, при вращении которого изменяются результаты замеров. 5. Содержание отчета 1. Наименование и цель работы. 2. Эскиз лабораторной установки. 3. Результаты обмеров занести в таблицу 2 и 3 и выполнить необходимые расчеты. 4. Выводы с указанием возможных причин неисправности и рекомендации по возможным методам исправления отклонения. 11

6. Контрольные вопросы 1. Как проявляется при работе механизмов нарушение центровки (e и i больше нормы)? 2. Перечислить основные достоинства и недостатки центровки валов с помощью щупа и линейки. 3. Перечислить основные достоинства и недостатки центровки валов с помощью пары стрелок. 4. Перечислить основные измерения, которые должны быть выполнены при монтаже валов.

12

Лабораторная работа № 2 Разборка и дефектация редуктора 1. Цель работы: Получить практические навыки разборки редуктора; дефектации деталей, сборки и оценки качества редуктора. 2. Задание: произвести разборку редуктора, дефектацию его деталей и дать заключение о состоянии предложенного редуктора. 3. Оборудование: редуктор двухступенчатый (на усмотрение преподавателя может быть заменен на другой тип редуктора); гаечные ключи; щуп, свинцовая пpoволока для выжимок; съемник механический, микрометр, штангенциркуль и другие инструменты, необходимые для выполнения обмеров. 4. Краткие теоретические сведения Технологический процесс разборки определяется видом ремонта (текущий, средний, капитальный) и конструкцией механизма. Каждому виду ремонта соответствует определенный объем разборочных работ. В большинстве случаев разборку следует начинать со снятия ограждения, крышек, закрывающих доступ к разбираемым узлам. Затем снимаются цепные и peменные передачи, расчленяются машины на узлы, демонтируются отдельные детали, связанные или крепящие узлы. Узлы снимаются по возможности нерасчлененными, так как их можно разобрать на отдельном рабочем месте. После этого отвинчивают болты, шпильки, гайки, распрессовывают штифты, удаляют шплинты. В первую очередь следует снимать контрольные штифты и шпильки, определяющие первоначальную точность основной детали узла. Для разборки и сборки редуктора и его узлов необходимо применять специальные инструменты и приспособления. Перед разборкой редуктора необходимо обеспечить: − место для укладки деталей; − измерительный и рабочий инструмент; 13

− расходный и притирочный материал; − замерить необходимые зазоры. При разборке редуктора следует: − проверить и при необходимости восстановить маркировку деталей; − снятые узлы и детали тщательно очистить и осмотреть с целью выявления износа, трещин, задиров, следов коррозии и других дефектов. Для контроля состояния узлов и деталей применяют лупу, мелокеросиновую пробу, дефектоскопию. При сборке зубчатых колес необходимо обеспечить нормальные боковой и радиальный зазоры для предотвращения заклинивания зубьев вследствие нагрева передачи и правильное зацепление зубьев. Сборку зубчатых передач начинают с проверки взаимного положения валов и осей передачи. Соосность посадочных мест под подшипники валов проверяют линейкой с уровнем (рисунок 6), параллельность валов (межцентровое расстояние) штихмасом.

Рисунок 6. Посадку зубчатых колес на вал производят с небольшим натягом, торцовое биение должно быть в пределах 0,1-0,15 мм. Радиальный и боковой зазоры проверяют с помощью щупа или свинцовой проволоки (рисунок 7).

Рисунок 7. 14

Заканчивают проверку зубчатого зацепления осмотром отпечатков краски в местах контакта зубьев. Не допускается перекоса и перенапряжения деталей. 5. Порядок выполнения работы 1. Установить редуктор на рабочее место. 2. Разобрать редуктор, замерив толщину прокладок под крышкой и величину запаса на регулировку осевого зазора в конических подшипниках. 3. Произвести подетальную дефектацию, результаты отразить в таблице 4. 4. Собрать редуктор, произведя проверку зубчатого зацепления. 6. Содержание отчета 1. Наименование, цель работы и применяемое оборудование. 2. Описание редуктора. 3. Результаты измерений занести в таблицу 4. Дефектная ведомость на капитальный ремонт редуктора Таблица 4 Наименование узла, детали

Кол-во деталей

Действительный размер

Описание дефекта

Наименование работ при ремонте

Примечание

1

2

3

4

5

6

4. Дать заключение о состоянии редуктора. 7. Контрольные вопросы 1. Чем определяется порядок разборки и сборки редуктора? 2. В каком случае производится выбраковка деталей? 3. Перечислить отличие объема работ по разборке редуктора при различных видах ремонта. 4. Основные параметры, характеризующие качество сборки зубчатых передач. 5. Назовите причины износа валов редуктора и способы его уменьшения. 15

Лабораторная работа № 3 Расшифровка цилиндрических зубчатых колес 1. Цель работы: расшифровать пару зубчатых колес на основании натурных обмеров и геометрического расчета. 2. Задание: произвести натурный обмер зубчатого колеса, определить систему зацепления и основные параметры зубчатого колеса. 3. Оборудование: зубчатый редуктор, штангенциркуль, нониусный угломер, щупы, поверочная линейка 4. Краткие теоретические сведения Зубчатые передачи широко применяют в технологическом и подъемно-транспортном оборудовании, различного рода машинах, устройствах, приборах и т.д. Причем, при ремонте зубчатых передач нередко приходится сталкиваться с необходимостью изготовления только одного из колес пары. Для этого необходимо в первую очередь определить систему зацепления и основные параметры зубчатых колес, а именно: модуль зацепления m, угол профиля исходного контура α, высотные пропорции зубьев ( ha* - коэффициент высоты зуба, c * коэффициент радиального зазора) и коэффициент смещения χ , а для косозубых и шевронных колес – кроме того, угол наклона линии зуба (по делительному цилиндру) β . Под исходным контуром цилиндрических зубчатых колес понимается контур зубьев номинальной исходной зубчатой рейки в сечении плоскостью, перпендикулярной ее делительной плоскости. Различают торцовый, осевой или нормальный исходные контуры (соответственно в торцовом, осевом или нормальном сечениях рейки). Обычно стандартным является нормальный исходный контур. Параметры исходного контура определяются модулем m, углом профиля зуба α, коэффициентом высоты головки зуба ha* , 16

радиального зазора c* и радиуса переходной кривой ρ*f (см. рис. 8)

Рисунок 8. 5. Порядок выполнения работы 1. Произвести измерение межосевого расстояния (см. рис. 8): aωм = Χ + 0,5(D1 + D2 ) = Υ − 0,5(D1 + D2 ) . 2. С точностью до 0,02 мм измерить осевой шаг Рxм

Рисунок 9. 17

3. Натурными обмерами определить: число зубьев z, диаметр вершин зубьев dам ; диаметр впадин dfм , высоту зуба по формуле: hм = ± d aм − d fм .

(

)

4. Замерить щупом боковой зазор в передаче jnм и оценить его долю λjnм, приходящуюся на измеряемое колесо: если оба сопряженных колеса изношены одинаково, то λ=0,5; если измеряемое колесо изношено больше, чем сопрягаемое, то λ= 0,8 – 0,9 (см. рис. 10). 5. Приближенно определить угол наклона линии зуба на делительном цилиндре β м . 6. Вычислить условное число зубьев zк = zK , приняв значение коэффициента К по таблице 6, Приложения 1 Определение бокового зазора в передаче

Рисунок 10.

18

7. Определить длину общей нормали Wм при охвате zп зубьев и W м' при охвате (zп –1) зубьев с точностью до 0,02 мм. В случае, когда необходимо определить систему зацепления и угол α неизвестен, необходимо по известному числу зубьев zК определить zп при α = 14о30’ и при α = 20о и принять то значение из них, при котором обе губки штангенциркуля будут касательны к эвольвентным участкам зуба (см. рис. 11). 8. По данным измерений определить основной нормальный шаг:

Pbnм = Wм − Wм" и по таблице 7, Приложения 1 определяют модуль m и угол профиля α. Определение длины общей нормали зубчатого колеса

Рисунок 11. 9. Определить коэффициент высоты зуба по найденному значению модуля:

h м* =

hм m

и по найденному значению установить значения параметров ha* и с* (по справочным таблицам 252 и 253 [1]. 10. Подставляя в формулы найденные стандартные значения модуля и коэффициентов, определяют: 19

πm

− угол наклона линии зуба - sin β = − делительный диаметр - d = − высота головки зуба -

Pxм

;

zm ; cos β

ha = ha* m ;

(

)

− высота ножки зуба - h f = ha* + c * m ; − диаметр вершин зубьев - d a = d + 2ha ; − диаметр впадин -

d f = d − 2h f .

Если полученные значения близки к замеренным, т.е.

d f ≈ d fм

и

d a ≈ d aм , то колесо нарезано без смещения.

11. Установить наличие и характер смещения можно, сравнив измеренное значение межосевого расстояния с расчетным: aωм = d 2 + d1 . Если величины равны, то передача без смещения или равносмещенная, если

aωм ≠ d2 +d1, то передача со смещением.

6. Содержание отчета 1. Наименование, цель работы, применяемое оборудование. 2. Описание редуктора. 3. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 5. Таблица 5 № пп 1 1. 2. 3.

4.

5.

20

Параметр

Обозначение

2 Межосевое расстояние Осевой шаг Число зубьев − колеса − шестерни Диаметр вершин зубьев − колеса

3 аw Рх z

−

шестерни

dа

Результаты натурных обмеров 4

Расчетные значения параметров 5

Продолжение таблицы 5 1 6.

6. 7. 8. 9. 10.

2 Диаметр впадин − колеса − шестерни Высота зуба Угол наклона линии зуба Основной нормальный шаг Модуль Угол профиля

3 df

4

5

hм β Рbп м х

4. Выводы. 7. Контрольные вопросы. 1. Какие параметры зубчатого колеса можно определить натурными обмерами? 2. Смещение инструмента при нарезании зубчатых колес? 3. Основные требования при монтаже конических передач. 4. Основные требования при монтаже зубчатых передач. 8. Порядок сборки редуктора.

Приложение 1 Таблица 6 zп 2 3 4 5 6 7 8

Условное число зубьев zК при угле профиля 20º 15º 14º30΄ 9-16 10-23 12-24 17-27 24-35 25-37 28-36 36-47 38-49 37-45 48-59 50-62 46-54 60-71 63-74 55-63 72-83 75-86 64-72 84-95 87-99

zп 9 10 11 12 13 14 15

Условное число зубьев zК при угле профиля 20º 15º 14º30΄ 73-81 96-107 100-111 82-90 108-119 112-124 91-99 120-131 125-136 100-108 132-143 137-149 109-117 144-155 150-161 118-126 156-167 162-173 127-135 168-179 174-186

21

Основной шаг Рb и шаг зубьев р в зависимости от модуля и угла профиля Таблица 7 Модуль m, мм 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75 4 4,25 4,5 5 5,5 6 6,5 7 8 9 10 11 12

22

Основной шаг рb , мм, при угле профиля α 25о 2 3,56 4,27 4,99 5,69 6,41 7,12 7,83 8,55 9,25 9,97 10,67 11.39 12,11 12,81 14,23 15,66 17,08 18,51 19,94 22,78 24,45 28,47 31,32 34,17

22º30’ 3 3,63 4,35 5,08 5,8 6,53 7,26 7,98 8,71 9,43 10,16 10,88 11,61 12,34 13,08 14,51 15,96 17,41 18,87 20,32 23,22 24,92 29,02 31,93 34,83

20º 4 3,69 4,43 5,17 5,9 6,64 7,38 8,12 8,86 9,59 10,33 11,07 11,81 12,55 13,28 14,76 16,24 17,71 19,19 20,66 23,62 25,34 29,52 32,47 35,43

17o30’ 5 3,74 4,49 5,24 5,99 6,74 7,49 8,24 8,99 9,74 10,49 11,24 11,98 12,73 13,48 14,98 16,48 17,98 19,48 20,97 23,97 25,74 29,96 32,96 35,95

15o 6 3,79 4,55 5,31 6,07 6,83 7,59 8,34 9,1 9,86 10,62 11,38 12,14 12,90 13,66 15,17 16,69 18,21 19,72 21,24 24,28 26,14 30,35 33,38 36,41

Шаг зубьев p = πm , мм 7 3,927 4,712 5,498 6,283 7,069 7,854 8,639 9,425 10,21 10,996 11,781 12,566 13,352 14,137 15,708 17,279 18,85 20,42 21,991 25,133 26,988 30,416 34,557 37,699

Лабораторная работа № 4 Определение трещин методом цветной дефектоскопии 1. Цель работы: ознакомить студентов с процессом контроля деталей для выявления наружных дефектов (поры, волосовины, растрескивание, трещины и т.д.) методом цветной (капиллярной) дефектоскопии, с характером дефекта и областью применения метода. 2. Задание: Выявить трещины и другие дефекты, расположенные на поверхности детали (образцов). Зарисовать картинку дефекта. Дать характеристику полученного дефекта. 3. Оборудование, материалы: набор дефектоскопических материалов ДК-l; ДК-2. Красная проникающая краска; белая проявляющая краска; ацетон; бензин. Набор контрольных образцов с дефектами. 4. Краткие теоретические сведения Капиллярный метод неразрушающего контроля основан на капиллярном проникновении индикаторных жидкостей (пенитратов) в полости поверхностных и сквозных несплошностей материалов объектов контроля, позволяющий обнаружить выходящие на поверхность дефекты типа трещин, пор, раковин, непроваров и т. д. Он основан на физических явлениях капиллярности, адсорбции, диффузии, световом и цветовом контрастах. Одним из методов капиллярного контроля является цветной метод контроля. Сущность этого метода заключается в том, что на предварительно очищенную поверхность детали наносится слой красной красящей жидкости, обладающей большой проникающей способностью. Под воздействием капиллярных сил краска проникает в узкие щели, какими являются поверхностные дефекты, через некоторое время жидкость удаляется с поверхности, часть остается в дефектах, Под действием адсорбирующего покрытия, тонкий слой которого наносится на деталь, подкрашенная жид23

кость выступает из трещин на поверхность, выявляя форму и расположение дефектов. Цветной метод позволяет обнаружить поверхностные дефекты: усталостные, шлифовочные и закалочные трещины, открытые волосовины, растрескивание поверхности деталей, изготовленных из жаропрочных сталей, растрескивание хромового покрытия на деталях, поры, межкристаллитную и язвенную коррозию, Цветной метод позволяет диагностировать объекты любых форм и размеров, изготовленных из черных, цветных металлов и сплавов, пластмасс, стекла, а также других твердых неферромагнитных материалов, Капиллярным методом можно определять отслоения антифрикционного слоя сплава от основы по кромкам, растрескивание его вследствие усадки при заливке. На алюминиевых поршнях с помощью этого метода можно находить усталостные трещины в районе тронка или термические трещины на донышке. При цветном методе выявление дефектов производится при нормальном дневном или искусственном освещении невооруженным глазом. Простота аппаратуры позволяет применять этот метод для контроля деталей непосредственно в узлах без разборки. Цветной метод позволяет выявлять трещины глубиной 0,030,04 мм и более при ширине раскрытия не менее 0,01 мм. Наибольшая чувствительность метода достигается в интервале температур от + 15 оС до + 30оС. Технологический процесс контроля, состоит из следующих операций: 1) подготовка поверхности; 2) нанесение красной краски; 3) удаление красной краски; 4) нанесение белой краски; 5) осмотр деталей; 5) удаление белой краски. 5. Порядок выполнения работы 5.1. Подготовка поверхности (рис. 12. - поз.1). Поверхность детали очищается от грязи, ржавчины, окисной пленки, лакокрасочного покрытия (если деталь окрашена) и обезжиривается 24

промывкой бензином, разбавителем или ацетоном. Поверхность подсушивают горячим воздухом или дают высохнуть. На очищенную поверхность наносится проникающая красная краска. Последовательность операций при цветном методе контроля Исходное состояние поверхности

Рисунок 12. 5.2. Нанесение красной краски (рис. 12 - поз. 2). Красная краска наносится на поверхность детали несколько раз, так, чтобы вся контролируемая поверхность была обильно ею покрыта, Красную краску наносят на поверхность детали кистью, пульвилизатором, либо окунают деталь в банку с краской (если детали мелкие). Процесс покрытия продолжается 1015 минут. Краска при этом наносится на поверхность 2-3 раза. Рецепты красных красок "Д" и "Е" даны в Приложении 2 (табл. 9). Удаление красной краски с поверхности деталей производится сразу же после нанесения второго слоя. 5.3. Удаление красной краски (рис.12. - поз. 3). Красная краска удаляется с поверхности деталей после выдержки, 10-15 минут промывкой 5% раствором кальцинированной соды. Избыток влаги удаляется ветошью. Удаление краски со шлифованной поверхности производится протиркой салфетками, слегка смоченными бензином, можно смесью 30% керосина и 70% трансформаторного масла. После этого поверхность слегка протирают сухими салфетками для удаления остатков смывающей смеси. 25

5.4. Нанесение белой краски (рис. 12 - поз. 4). Белая краска наносится тонким слоем на сухую поверхность кистью. Перед нанесением белую краску тщательно перемешивают. По границам участка поверхности детали, имеющего дефекты, краска наносится более тонким слоем. Через несколько минут, краска высыхает, растрескивается по тонкому слою и пленка легко снимается. На пленке будет четко зафиксирован рисунок, воспроизводящий дефект. Рецепты белых красок даны в Приложении 2 (табл. 9). 5.5. Осмотр деталей. Поверхность детали осматривается дважды: первый раз через 3-5 минут после покрытия, для выявления действительной конфигурации крупных дефектов типа трещин; второй раз через 2030 минут, когда проявляющая жидкость практически успевает выделиться из всех дефектов, для выявления мелких трещин и пор. Признаки распознавания дефектов: трещины усталостные, шлифовочные и другие выявляются красными линиями на белом или светло-розовом фоне; - поры и язвенная коррозия выявляются в виде отдельных красных точек и пятен. При этом интенсивность окраски пятен, различна, более глубокие поры имеют более яркий цвет, менее глубокие, поры имеют менее яркий цвет; - межкристаллитная коррозия выявляется в виде мелкой сетки или сплошного покраснения проявляющего покрытия на прокорродировавших участках металла, при этом по степени покраснения покрытия можно судить о глубине проникновения межкристаллитной коррозии; - межзеренное растрескивание жаропрочных сплавов выявляется мелкой сеткой. При осмотре поверхностей с возможным межзеренным растрескиванием следует пользоваться лупой 7-10 кратного увеличения, т. к. эти дефекты невооруженным глазом могут быть не замечены. В сомнительных случаях при плохой видимости дефектов контроль следует повторить. 5.6. Удаление белой краски. После проведения контроля белая краска удаляется с поверхности деталей протиркой сухой ветошью, а с шероховатой поверхности каким-либо растворителем (ацетон, бензол и т. д.). 26

6. Содержание отчета 1. Описание, назначение и цель работы. 2. Указать последовательность технологического процесса контроля. 3. Зарисовать полученный дефект, дать расшифровку дефекта. Таблица 8 Наименование изделия и марка материала

Вид дефекта

Причины возник- Заключение о годновения дефекта ности детали

7. Контрольные вопросы 1. Сущность капиллярного метода определения дефектов. 2. Последовательность технологического процесса контроля. 3. Классификация дефектов. 4. Область применения капиллярного метода дефектоскопии при ремонте технологического оборудования. Приложение 2 Состав краски Таблица 9 Рецепты красок 1. Красная краска 2. Красная краска 3. Белая краска 4. Белая краска

Состав краски Судан UI Керосин Судан UI Керосин Бензин Каолит Спирт Белила цинковые Коллодий Бензол Ацетон

Количество 10-12 г/л 85% 10 г/л 700 мл 300 мл 300 г 1000 мл 50 м/г 700 мл 200 мл 100 мл

27

Лабораторная работа № 5 Технология ручной дуговой сварки и наплавки 1. Цель работы: Освоить методику разработки технологического процесса ручной дуговой сварки и наплавки плавящимся электродом. 2. Задание: Изучить сущность способа ручной дуговой сварки плавящимся электродом, сварочные электроды, типы сварных соединений и формы разделок кромок, виды сварных швов, технику ручной дуговой сварки и области ее применения. Освоить методику разработки технологического процесса ручной сварки плавящимся электродом. Разработать технологический процесс ручной дуговой сварки по заданной толщине и марки стали. Определить режимы сварки, коэффициент наплавки и массу электродов. 3. Оборудование и материалы: Альбом с заданиями - чертежи сварных конструкций. ГОСТы. 4. Краткие теоретические сведения Ручная дуговая сварка - способ соединения деталей посредством сварного шва, образующегося из расплавленного электродного и основного (свариваемого) металлов. Расплавление электрода и кромок детали в процессе сварки происходит за счет тепла, выделяемого электрической сварочной дугой. Количество тепла Q, выделяемое сварочной дугой, определяется по формуле: Q = 0,24 · Uд · Iсв, кал/с, (1) где 0,24 - коэффициент; Uд - напряжение дуги; Iсв - сварочный ток, протекающий через дугу. В процессе работы сварщик перемещает электрод по линии соединения свариваемых деталей и по направлению к деталям по мере плавления электрода. В результате образуется сварной шов. 28

Для питания сварочной дуги применяют источники переменного и постоянного тока. Ручную дуговую сварку производят на сварочном посту, состоящем из источника питания, сварочных кабелей, держателя электродов и стола, на котором располагаются свариваемые детали (рис. 13). На рис. 14 представлена схема сварочной зоны. Сварочный пост оснащен вытяжной вентиляцией. Для оборудования сварного шва применяют сварочные электроды, состоящие из металлического стержня и нанесенного на него покрытия. Стержни изготавливают из различных металлов и сплавов диаметром от 1 до 8 мм. В состав покрытия входят различные компоненты, которые обеспечивают: 1. Устойчивое горение дуги за счет введения в состав покрытия легкоионизирующихся элементов (К, Na); 2. Защиту расплавленного металла сварного шва от кислорода и азота воздуха за счет введения в состав покрытия окислов металлов и солей (фториды и хлориды металлов), образующих на поверхности жидкого металла шлак; 3. Раскисление жидкого металла сварного шва - удаление кислорода за счет введения в состав покрытия элементов- раскислителей; 4. Газовую защиту сварочной зоны за счет введения в состав покрытий карбонатов (СаСОз, МgСОз), которые, разлагаясь, дают СО2; 5. Легирование металла шва за счет введения в состав покрытия легирующих элементов в виде ферросплавов (ферротитан, ферромарганец, ферросилиций и др.). В покрытие некоторых марок электродов дополнительно вводят от 15 до 50%. его массы, железный порошок, с целью повышения коэффициента наплавки (высокопроизводительные электроды). Для связывания порошков и нанесения покрытия на стержень электрода применяют связующие вещества (клеи). Для придания обмазочной массе хорошей покрывающей способности в шихту добавляют пластификаторы - органические или синтетические соединения. В зависимости от назначения различают электроды: 29

- для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву 60 кг/мм2 этой группе электродов присваивается условное обозначение - Y; - для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву выше 60 кг/мм2, условное обозначение - Л; - для сварки легированных теплоустойчивых сталей - Т; - для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами - В; - для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами H. В зависимости от механических свойств наплавленного металла или его химического состава электроды подразделяются на типы. Типы электродов назначения Y и Л (всего 14 типов) включают и себя букву Э (электрод) и цифры, обозначающие среднее значение временного сопротивления разрыву наплавленного металла в кгс/мм2, например: Э386 Э42, Э42А, Э50Л и до Э150. Буква А в обозначении типа электрода указывает на повышенную пластичность и ударную вязкость наплавленного металла. Типы электродов назначения Т содержат указания о химическом составе наплавленного металла в обычном для сталей обозначении, например 3-12ХМФ.

Рисунок 13. Cхема сварочного поста для ручной дуговой сварки. 1 -сеть переменного тока; 2 - источник питания; 3 - сварочные кабели; 4 - держатель; 5 - электрод; 6 - спариваемая деталь; 7 - стол.

30

Рисунок 14. Для электродов назначения В применяется обозначение вида 3-08X18Н9ФС. В зависимости от металлургических свойств образующегося при сварке шлака или вида основного компонента электродные покрытия делятся на виды: − кислое покрытие - А; - основное покрытие - Б; - целлюлозное покрытие - Ц; - рутиловое - Р; - покрытие смешанного вида (дает соответствующее двойное обозначение); - покрытие, не относящееся ни к одному из перечисленных видов - П. Если в покрытие введено более 20% железного порошка, то к обозначению вида добавляют букву Ж. Электроды всех назначений и типов подразделяются на марки. Марки назначаются организациями и фирмами, в которых электроды были созданы. Марка электрода фиксирует конкретную марку стержня (состав стержня) и марку покрытия (состав покрытия), использованные в данном электроде. В большинстве случаев марка электрода и марка покрытия совпадают.

31

Необходимо иметь ввиду, что одному и тому же назначению и типу электродов отвечает большое количество марок с различными составами стержней, видами и составами покрытий. В паспорте на электроды, на этикетках, наклеиваемых на пачки и ящики с электродами, дается полное обозначение электродов согласно структуре, определяемой ГОСТ 9466-75 (рис. 15). Группа индексов, указывающих на характеристики наплавленного металла, содержат четыре цифры. Они указывают на количество ферритной фазы, максимальную рабочую температуру и испытание на стойкость против межкристаллитной коррозии. Технология сварки сталей (и других материалов) - это указание о режимах сварки, сварочных материалах, операциях и приемах, при выполнении которых получается сварное соединение требуемого качества. Технология сварки материала всегда разрабатывается применительно к определенному способу сварки, типу сварного соединения и его пространственному положению. Она включает в себя следующие сведения: 1) форма подготовки свариваемых кромок и размеры их конструктивных элементов; 2) сварочные материалы (марка покрытых электродов, марка проволоки и флюса, состав защитной газовой смеси); 3) значение параметров режима сварки, рода тока и полярность, количество проходов и т.д.); 4) указания об условиях сварки (необходимость подогрева и пр.) и о технике ее выполнения. Технология сварки материала является составной частью технологии сварки конструкции, которая включает в себя также указания о сварочном оборудовании, оснастке, общей последовательности сварки. Для разработки технологии сварки данной стали нужно знать ее химический состав и механические характеристики, толщину листов, пространственное расположение соединения и доступность ее для сварки, требования к эксплуатационным свойствам сварного соединения. Требуемые сведения берутся из чертежей конструкции из технических условий на материал и конструкцию. 32

Сварные соединения подразделяются на типы, а сварные швы на виды. В технологическом оборудовании наиболее распространенными типами соединений является (рис.16): а) стыковые; б) тавровые; в) крестовые; г) угловые; д), е) нахлесточные соединения (применяются в неответственных узлах конструкций). Основными видами сварных швов являются стыковые (рис.16а) и угловые (рис. 16б-е), используемые для получения угловых, тавровых, крестовых и нахлесточных соединений. Электрозаклепочные швы применяются при получении нахлесточных соединений и подразделяются на следующие разновидности (рис. 16): 1 - стыковой с отбортовкой кромок, 2 стыковой односторонний однослойный, 3 - стыковой односторонний многослойный, 4 - стыковой двухсторонний однослойный, 5 - угловой двухсторонний однослойный, 6- угловой двухсторонний многослойный, 7,8,9,10 - угловые, 11 - электрозаклепочный. Структура обозначения электрода (ГОСТ 9466-75)

Рисунок 15. 33

Рисунок 16. Типы сварных соединений.

34

Часть поперечного сечения шва, получающаяся за один проход, называется слоем в сварном шве. Проходом называется однократное перемещение источника нагрева (дуги) вдоль оси шва в одном направлении, При выполнении прохода образуется валик переплавленного металла. Кромкам детали, подлежащим сварке, придается необходимая форма: они делаются либо без скоса кромок, либо со скосом одной или двух кромок. Скос может быть прямолинейным или криволинейным. Основными конструктивными элементами кромок и собранных под сварку соединений являются: толщина листа δ зазор между кромками b угол скоса кромок β , радиус R и притупление кромок р. 1.1. Шов сварного соединения независимо от способа сварки условно изображают: − видимый - сплошной основной линией (рис. 18в); − невидимый - штриховой линией (рис. 18). Видимую одиночную сварную точку, независимо от способа сварки, условно изображают знаком «+» (рис. 18б), который выполняют сплошными линиями (рис. 19). Невидимые одиночные точки не изображают. От изображения шва или одиночной точки проводят линиювыноску, заканчивающуюся односторонней стрелкой (см. рис. 18). Линию-выноску предпочтительно проводить от изображения видимого шва. 1.2 Структура условного обозначения стандартного, шва или одиночной сварной точки приведена на схеме (рис. 4). Знак выполняют сплошными тонкими линиями. Высота знака должна быть одинаковой с высотой цифр, входящих в обозначение шва. В зависимости от пространственного положения шва различают сварку в нижнем, вертикальном и потолочном положениях, но если соединение расположено на вертикальной стенке горизонтально, то такое положение называется горизонтальным.

35

Условное обозначение сварного шва

Рисунок 17.

Рисунок 18. 36

Рисунок 19. При задании режима для ручной дуговой сварки напряжение на дуге не указывают (оно обычно находится в пределах 18-24 В). Род тока и полярность постоянного тока определяются сварочно-технологическими свойствами электрода. Тип электрода выбирают исходя из требуемых механических показателей металла шва, которые должны быть равны показателям основного металла, а также пригодности их в том или ином пространственном положении и т.п. Диаметр электрода d выбирают в зависимости от толщины свариваемого листа: σ , мм

1,1…1,5 1,5…3,0 3,0…5,0 5,0…10,0 10 и более

dэл. мм 1÷2 2÷0 3÷4 4÷5 5÷6

Сварочный ток выбирается в зависимости от диаметра электрода по эмпирической формуле: I = m · dэл , где m – эмпирический коэффициент (m = 30 при d = 3 мм; m - 40... 50 при d = 4…6 мм). Чтобы обеспечить удовлетворительную форму шва при сварке в нижнем положении, площадь поперечного сечения, наплавляемого металла за один проход ограничивается значением Fн ≤ 12 dэл. Для корневого провода площадь поперечного сечения должна соответствовать условию: Fн ≤ 8 dэл. По условиям получения шва с хорошим формированием скорость сварки не должна быть более 15 м/ч. Общее количество наплавленного металла Gн, необходимое для изготовления конструкции можно определить по формуле: 37

Gн = Fн × ρ × L ,

(2)

где Fн -доля наплавленного металла в общей площади сечения шва, см2; ρ - плотность наплавленного металла (для стали ρ =7,85 г/cм3); L - длина шва, см. Время t (в часах), требуемое для сварки шва длиной L можно определить из формулы:

Gн = а н × I × t ,

(3)

где I – ток в амперах; ан – коэффициент наплавки в г/А час. Величина коэффициента наплавки при ручной сварке находится в пределах от 7 до 16 г/А час и зависит от химического состава электродного стержня и покрытия на нем, рода и силы тока, длины дуги и расположения электрода в пространстве во время сварки. При малых плотностях тока (ручная дуговая сварка) значение коэффициента наплавки не превышает 7 – 10 г/А час. С увеличением тока значение коэффициента наплавки увеличивается до 17 г/А час. Скорость сварки однослойного шва определяют из соотношения:

v св =

L , t

или по уравнению, получаемому из совместного решения формул 2 и 3:

vсв =

ан × I , см /ч. Fн × ρ

Массу электродов, требуемую для выполнения шва длиной 1ш, определяют по формуле: Мэл = МН · Кол, где К - коэффициент выхода годного металла, который для электродов различных марок находится в пределах 1,7...2,0. 38

5. Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с сущностью ручной дуговой сварки, оборудованием, материалами и методикой разработки технологического процесса. 2. Разработать технологический процесс ручной дуговой сварки деталей в соответствии с чертежами. Выбрать электрод и расшифровать его условное обозначение (таблица 10, Приложения 3) 3. Произвести необходимые расчеты, результаты внести в табл. 11. 6. Содержание отчета 1. Цель работы. 2. Задание. 3. Оборудование и материалы. 4. Схема сварочного поста, форма углового и стыкового шва, траектория движения конца электрода при наложении швов. 5. Расчеты разработки технологического процесса. 6. Экспериментальная таблица (табл. 11). 7. Выводы по работе. 7. Контрольные вопросы 1. Дать определение ручной дуговой сварки. 2. Для чего служит электродное покрытие? Какие компоненты входят в состав покрытия? 3. Какие условные обозначения имеют сварочные электроды в зависимости от их назначения? 4. Что обозначает тип электрода 5. На какие виды делятся электродные покрытия? 6. Что характеризует марка электрода? 7. Что такое технология сварки? 8. Назовите основные типы сварных соединений и виды сварных швов. 9. Назовите основные конструктивные элементы свариваемых кромок? 39

10. Чем характеризуется форма сварных угловых и стыковых швов? 11. Какие движения выполняет сварщик концом электрода? 12. Какие способы выполнения шва применяются при сварке, и в каких случаях они применяются? 13. Какие силы действуют на жидкий металл ванны при сварке в нижнем и потолочном положениях? 14. Назовите последовательность определения режимов ручной дуговой сварки.

40

Приложение 3 Таблица 10 Назначение электрода 1 Сварка конструкционных углеродистых сталей БСтЗ, ВСтЗсп, литых сталей - 20Л, 25Л, сварка низколегированных конструкционных сталей 09Г2. 10ХСНД, МС-1 Сварка конструкций из углеродистых и низколегированных сталей типов Ст3, 10ХСНД, 09Г2 в нижнем положении Сварка углеродистых и низколегированных сталей типа СтЗ, 09Г2, 10ХСНД, 10Г2С1Д. Вертикальные швы сверху вниз Сварка конструкций из низколегированных сталей 10ХСНД, 48КС, 10Г2С1Д из паковок и литья сталей 08ГНД, 08ГНДФ Сварка наружной обшивки из сталей СтЗ, Ст4, ВСтЗсп, 10ХСНД и др. со стороны, подверженной воздействию коррозионной среды (морской воды). Сварка конструкций из легированных высокопрочных сталей типа 14ХГСНМФР Сварка конструкций из теплоустойчивых сталей типов 12Х1МФ, 12Х2М1Ф

Тип электр. 2 Э42

Обозначение электрода 3 Э42-УОНИИ - 13/45-2,0- УД 1

Е41 2(3) - Б20

Марка покрытия 4

Марка стержня 5

УОНИИ-13/45

Св-08 Св-ОЗА

Э46А

Э46А-АНО-2,0-УД1 Е43 2(3) - РЖ 12

АНО - 20

Св-08 Св-08А

Э50А

Э50А-АНО-9,0-УД1 Е50 2 - Б16

АНО - 9

Св-08 Св-08А

Э50А-УОНИИ-13/55-Ф-УД1 УОНИИ-13/55 Е50 2 (3) - Б20 Э50А Э50А-АНО -16- Ф-УД1 АНО - 16 Е50 2 (3) - Б21 Э50А

Э50А-Э-138/50Н-Ф-ТД1 Е50 3 - Б20

Э60-48Н-1-Ф-ЛД1 Е10ХН2М 5 - Б20 Э-12ХМФ-48Н-6-Ф-ТД1 Э-12ХМФ Е 12ХМФ - Б20 Э60

Э-138/50Н

Св-08 СВ-08А Св-10ГН

УОНИИ-13/45

Св-08ХН2М

УОНИИ- 13/45

Св-ОВХИФ

41

Продолжение таблицы 10 1 Сварка конструкций из теплоустойчивых сталей типов Х5М, 12Х5МА, 15Х5МФА Сварка конструкций из хромоникелевой аустенитной стали типа 12Х19Н10Т при умеренной агрессивности коррозионной среды (влажная атмосфера) Сварка конструкций их хромоникелевых сталей типа 12Х18Н10Т, контактирующих с морской водой, работающих до температуры 360°С. Сварка аустенитных марганцевистых (маломагнитных) сталей типов 45ГЦ7МЗ, 40Г17ХН2

2

3

Э-10Х5М

Э-10Х5МФ-1Ш-17-Ф-ЛДЗ

Е 00 - Б20 Э-04Х20Н9-УЛНИИ13/НЖ-ф-ВД2 ЭООО-Б20 Э-08Х18Н9ФС-ЭА-606/11 Е 0004 - Б20

4

5

ЦЛ - 17

Св-10Х5Мф

УОНИИ13/НЖ

СВ-04Х9Н9

48А-11

42

Тип источника питания

Способ наложения швов

Масса электродов Мэл

Коэффициент наплавки

Скорость сварки vсв, м/ч

Напряжение Uд ,В

Сварочный ток Iсв , А

Эскиз формы разделки кромок

Диаметр электрода d, мм

Тип электрода, марка

Размеры деталей, мм

Марка свариваемой стали

Таблица 11

Лабораторная работа № 6 Разборка и дефектация насоса 1. Цель работы: целью настоящей работы является изучение и получение практических навыков разборки насоса, дефектации деталей, сборки и оценки качества насоса. 2. Задание: изучить правила классификации насосов, провести разборку насоса, дефектацию его деталей и дать заключение о состоянии предложенного насоса. 3. Оборудование: центробежный насос (на усмотрение преподавателя может быть заменен на другой тип насоса); гаечные ключи; приспособление с индикатором часового типа для замера боя вала; щуп; свинцовая проволока для выжимок; микрометр и другие инструменты, необходимые для выполнения обмеров. 4.

Краткие теоретические сведения

По характеру рабочего процесса насос можно рассматривать как машину, в которой механическая энергия привода преобразуется в гидравлическую энергию перекачиваемой жидкости. Вследствие различного назначения насосов, большого диапазона параметров и свойств перекачиваемых средств число типов и конструкций очень велико. Насосы, предназначенные для перемещения жидкостей и сообщения им энергии, могут быть классифицированы по различным признакам, например: по расположению вала – на вертикальные и горизонтальные; по величине напора – на низко-, средне- и высоконапорные; по способам привода – на электро- и турбонасосы и т.д. Наиболее характерным признаком для классификации насосов является принцип действия, который определяет два основных типа насосов – лопастные и объемные: - объемные (поршневые, плунжерные и т.д.); - лопастные (центробежные, вихревые, осевые и т.д.). Насосы выпускают агрегатированными с электродвигателями на общей чугунной плите.

Комплекс, состоящий из насоса, приводного двигателя и коммуникаций, образует насосную установку. При эксплуатации насосов необходимо: - предусматривать меры против попадания перекачивающей жидкости в подшипники. Исключение допускается только для насосов, у которых жидкость используется для смазки подшипников; - при возможности увеличения давления более расчетного предусматривать предохранительный клапан; - критическую частоту вращения ротора насоса устанавливать не менее 1,3 расчетной. Основными величинами, характеризующими насос, являются: - подача или производительность, т.е. количество жидкости, перекачиваемой м в единицу времени. Производительность чаще всего измеряется в м/ч или л/мин; напор, создаваемый насосом. Складывается из двух частей – высоты всасывания и высоты нагнетаний. Он измеряется в метрах столба данной жидкости и практически может быть определен путем суммирования показаний манометра и вакууметра, установленных соответственно на нагнетательном и всасывающем патрубках насоса. Работа центробежных насосов основана на общем принципе действия – силовом взаимодействии лопасти с обтекающим ее потоком. Схема центробежного насоса

Рисунок 20. 1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – отводящее устройство; 4 – концевые уплотнения вала; 5 – подшипниковый узел

Центробежный насос состоит из корпуса 1 и свободно вращающегося в нем рабочего колеса 2. При вращении колеса в потоке жидкости возникает разность давлений по обе стороны каждой из лопастей и, следовательно, силовое взаимодействие потока с лопастным колесом. Силы давления лопастей на поток создают вынужденное вращательное и поступательное движение жидкости, увеличивая ее давление и скорость, т.е. механическую энергию. Удельное приращение энергии потока жидкости в лопастном колесе зависит от сочетания скоростей потока, частоты вращения колеса, его размеров и формы, т.е. от сочетания конструкции, размеров, частоты вращения и подачи колеса (см. рис. 20). Поршневые насосы относятся к числу объемных, в которых перемещение жидкости осуществляется путем вытеснения ее из рабочих камер. Рабочая камера объемного насоса – ограниченное пространство, попеременно сообщающееся со входом и выходом насоса. Поршневые и плунжерные насосы различают по следующим признакам: - по характеру движения ведущего звена (прямодействующие, например, паровые, в которых ведущее звено совершает возвратно-поступательное движение, и вальные, в которых ведущее звено совершает вращательное движение – кривошипные и кулачковые насосы); - по числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход – одностороннего и двустороннего действия; по числу поршней или плунжеров (однопоршневые, двухпоршневые, многопоршневые). Схема поршневого насоса одностороннего действия

Рисунок 21.

В цилиндре 1 совершает возвратно-поступательное движение поршень 2, соединенный штоком 3 с ведущим звеном насоса (на схеме не показано). К цилиндру присоединена клапанная коробка 7, в которой находится всасывающий 6 и напорный 8 клапаны. Пространство между клапанами и поршнем является рабочей камерой насоса. К клапанной коробке снизу подведен всасывающий трубопровод 5, соединяющий насос с расходным резервуаром 4. Над клапанной коробкой находится напорный трубопровод 9. Основные требования к сборке и разборке насоса. Для разборки и сборки насоса и его узлов необходимо применять специальные инструменты и приспособления, руководствуясь заводской инструкцией и техническими условиями по ремонту данного насоса. Перед разборкой насоса необходимо подготовить: - место для укладки деталей; - измерительный и рабочий инструмент; - расходный и протирочный материал; - подъемно-такелажные средства; - осушить полости насоса; - замерить необходимые зазоры. При разборке насоса следует: - с помощью крышек и деревянных пробок закрыть рабочие полости, каналы и отверстия; - проверить и при необходимости восстановить маркировку деталей; - снятые узлы и детали тщательно очистить и осматривать с целью выявления износа, трещин, задиров, следов коррозии и других дефектов. Центробежные консольные насосы разбирают в следующем порядке: - снимают крышку с всасывающим патрубком; - снимают рабочее колесо; - разбирают сальник; - демонтируют корпус с кронштейна; - снимают крышки подшипников; - выбивают вал вместе с подшипниками в сторону муфты; - снимают подшипники с вала.

Для контроля состояния узлов и деталей применяют лупу, мелокеросиновую пробу, цветную дефектоскопию. Проверяется состояние сальника: сальник должен быть тщательно набит и равномерно слабо подтянут. Чрезмерно подтянутый сальник быстро нагревается, в результате чего повышается расход электроэнергии. При установке крышек подшипников подкладывают прокладки, толщина которых должна обеспечить требуемый осевой зазор рабочего колеса. Фактическую величину зазора проверяют сплющиванием свинцовых проволок, закладываемых между цилиндрическими поверхностями колеса и защитоуплотняющими кольцами. Толщину проволоки после сплющивания измеряют микрометром. Осевой зазор между рабочим колесом и корпусом устанавливают в пределах 1-1,2 мм. Не допускается перекоса и перенапряжения деталей. Насос собирают в последовательности, обратной разборке. 7. Порядок выполнения работы 1. Установить насос на рабочее место. 2. Разобрать насос, выполняя необходимые замеры (толщину прокладок под крышкой, осевой зазор). 3. Произвести подетальную дефектацию, результаты которой отразить в отчете. 4. Собрать насос и предъявить руководителю работ. 8. Содержание отчета 1. Наименование и цель работы 2. Эскиз лабораторной установки. Привести схему обмера деталей. 3. Результаты обмера деталей занести в таблицу 4. Дать заключение о состоянии насоса. Таблица 12 Наименование Кол-во узла, деталей детали

Действительный размер

Описание дефекта

Наименование работ при ремонте

Примечание

9. Контрольные вопросы 1. По каким признакам классифицируются насосы? 2. Порядок разборки и сборки центробежного консольного насоса. 3. В каком случае производится выбраковка деталей? 4. Назовите причины износа вала (рабочего колеса, корпуса) насоса и способы его уменьшения. 5. Назовите типовые работы, выполняемые при различных видах ремонта насоса. 6. Предложите способы упрочнения деталей насоса для улучшения его надежности и долговечности. 7. Балансировка рабочего колеса центробежного насоса.

Лабораторная работа № 7 Обмер и определение износа деталей цилиндро-поршневой группы 1. Цель работы: целью настоящей работы является освоение практических навыков проверки геометрии деталей цилиндропоршневой группы 2. Задание: произвести замеры и сравнить полученные данные с предельно допустимыми. Дать заключение о годности деталей. 3. Оборудование: цилиндровая втулка; поршень, поверочная плита; микрометр гладкий 175-200; нутромер индикаторный. 4. Краткие теоретические сведения. Поршневая группа деталей входит в состав механизмов преобразования вращательного движения в поступательное. К основным деталям поршневой группы (рис. 22) относится цилиндр, состоящий из так называемой рубашки 1 и внутренней втулки или гильзы 2, и поршень 3 с поршневыми кольцами 4. Поршень соединен с шатуном 5 посредством поршневого пальца 8, второй конец шатуна имеет вкладыш 7, который соединяет шатун с коленчатым валом 6. Поршневая группа деталей

Рисунок 22.

В процессе эксплуатации вследствие износа увеличивается зазор между стенками цилиндра и поршня; поверхность цилиндра приобретает нецилиндричность и некруглость, на стенках цилиндра образуются задиры. Поршневые кольца становятся менее упругими, увеличивается зазор в замках, т.е. в местах, где находится стык концов. В результате всего в полости цилиндра уменьшается компрессия, т.е. степень сжатия газов, так как газы просачиваются между стенками поршня и цилиндра. Из-за износа нарушается посадка поршневого пальца в бобышках поршня и головке шатуна и посадка головки шатуна на шейке вала, что влечет за собой возникновение стука в сопряжениях. Ремонт деталей поршневых и кривошипно-шатунных механизмов часто обходится дороже, чем изготовление новых. Поэтому в каждом конкретном случае судят о целесообразности и методе ремонта. Наибольший эффект достигается заменой изношенных деталей новыми запасными частями. При этом снижается время простоя машины из-за ремонта, снижается трудоемкость и повышается качество ремонта. При ремонте деталей поршневой группы необходимо строго выдерживать технические требования на ремонт. Ремонт цилиндров Изношенные цилиндры, входящие в механизмы преобразования движения, принято ремонтировать по системам ремонтных размеров. Под ремонтным размером понимают тот диаметр цилиндра, до которого при ремонте снимают дефектный слой металла с его рабочей поверхности. К полученному ремонтному размеру цилиндра подгоняют размеры сопряженной детали. Система ремонтных размеров дает возможность восстанавливать правильную геометрическую форму изношенных поверхностей и обрабатывать их с необходимой шероховатостью. Ремонтные размеры цилиндров, как правило, устанавливаются заводами-изготовителями. Эти размеры идут с градацией 0,5 – 1,0 мм в зависимости от диаметра цилиндра. Последний ремонтный размер должен быть таким, чтобы цилиндр был достаточно прочным (выполняется прочностной расчет). Цилиндры, износ которых вышел за пределы последнего ремонтного размера, в отдельных случаях можно восстановить

растачиванием и последующей запрессовкой гильзы. Гильзу запрессовывают в расточенный корпус с натягом, затем обрабатывают ее отверстие до номинального отверстия цилиндра. Если в цилиндре уже имеется гильза, и она изношена, то ее растачивают до ближайшего ремонтного размера на расточном или токарном станке. Восстановление рабочей поверхности цилиндров по системе ремонтных размеров имеет существенные достоинства: многократно используется корпус цилиндра (или блок цилиндров), что очень ценно, так как изготовление нового цилиндра обходится дорого и требует больших трудовых затрат, а во многих случаях не доступно ремонтному хозяйству завода; изношенный цилиндр можно заменить запасным с надлежащими ремонтными размерами, полученными от завода-изготовителя, и этим значительно ускорить ремонт. Отремонтированные цилиндры должны удовлетворять следующим требованиям: разница в диаметре цилиндра на длине 1000 мм не должна превышать 0,03 мм; отклонение оси цилиндра от прямолинейности на длине 500 мм не должно превышать 0,08 мм; отклонение от круглости цилиндра не должна быть выше 0,02 мм. Ремонт поршней В процессе работы у поршней появляются следующие виды износов: увеличение размеров и искажение формы поршневых канавок, отверстий в бобышках для поршневого пальца, появление трещин и задиров на рабочих поверхностях, износ боковой поверхности. Все виды износа поршней выявляют осмотром и обмером точными измерительными инструментами. Поршни без трещин и с незначительными износами, не превышающими предельные, не ремонтируют, на них зачищают риски, снимают заусеницы и после промывки их снова используют. Поршни, имеющие трещины и значительный износ канавок для колец, заменяют новыми. При ремонте поршней изношенные поршневые канавки протачивают на токарном станке под кольца увеличенного ремонтного размера. После проточки канавки должны иметь чистую поверхность, стенки канавок должны быть строго параллельны

между собой. Биение торцов канавок под кольца допускается не более 0,04-0,05 мм, радиальные риски и другие дефекты не допускаются. Протачивать поршневые канавки можно только один раз. Это ограничение диктуется уменьшением толщины перемычки между канавками. Изношенные отверстия под поршневой палец вызывают в машине стук. Их ремонтируют развертыванием или тонкой расточкой под увеличенный размер пальца. Расточку бобышек для пальца делают на токарном станке с помощью специального приспособление или на расточном станке, обрабатывая одновременно оба отверстия, обеспечивая их соосность. Отремонтированный поршень должен удовлетворять следующим техническим условиям: овальность и конусность направляющей части поршня не должна превышать 0,001 диаметра цилиндра; овальность отверстий под поршневой палец не должна превышать 0,01-0,02 мм для крупных двигателей и 0,003 мм для средних и мелких; неперпендикулярность оси отверстия под поршневой палец к вертикальной оси поршня допускается не более 0,02 мм на 100 мм длины. Ремонт поршневых пальцев Поршневой палец изготавливается либо сплошным, либо полым, с постоянным или переменным диаметром расточки. Установка пальца в бобышках поршня может быть жесткой или свободной. Перемещение плавающего пальца ограничивается разжимными кольцами или вставками из бронзы и легкого сплава. При свободной установке, благодаря вращению, палец изнашивается равномернее, уменьшается трение и устраняется деформация тронка, которая имеет место при запрессовке пальца в бобышках поршня. Разность показаний твердости пальца в различных местах не должна превышать 5НВ. Для контроля, за состоянием поршневого пальца, кроме наружного осмотра, производят замеры в трех сечениях (по концам и в средней части) в двух взаимно перпендикулярных направлениях (по оси цилиндра и перпендикулярно ей). У поршневых пальцев изнашивается наружная поверхность, сопрягаемая со втулкой шатуна и бобышкой поршня.

При ремонте изношенные пальцы часто заменяют новыми, поскольку трудоемкость их изготовления невелика, и пригоняют по восстановленным отверстиям в поршне и втулке шатуна. Иногда пальцы хромируют по наружному диаметру с тем, чтобы они соответствовали увеличенному размеру. Если поршень заменен новым, исходят из того, что его отверстие под поршневой палец имеет номинальный размер. 5. Порядок выполнения работы 1. Обмер и дефектация втулки цилиндра. 2. Произвести наружный осмотр втулки: а) наработки в верхней части зеркала втулки не допускаются б) не допускаются трещины и рыхлоты на поверхности втулки; на рабочем зеркале втулки могут иметь место отдельные задиры глубиной и шириной не более 0,5 мм; в) на внешней поверхности втулок допускаются коррозионные раковины, размеры которых не регламентируются, но втулки в этом случае должны подвергаться гидравлическому испытанию. Не допускаются сквозные раковины. 3. Произвести замеры втулки в соответствии со схемой замера (рис. 23). Результаты замеров и результаты вычислений привести в таблице 13. Таблица 13 Внутренний диаметр Dср.

Рисунок 23.

в пл. АА

в пл. ББ

4. Сравнить полученные значения отклонения от цилиндричности и отклонения от круглости с допускаемыми (таблица 18, Приложения 4). 5. Обмер и дефектация поршня: а) Произвести замеры втулки в соответствии со схемой замера на рис. 24. Результаты замеров и результаты вычислений занести в таблицу 14 . Таблица 14 Размеры Ср.

в пл.АА в пл.ББ

Рисунок 24.

б) Сравнить полученные значения отклонения от цилиндричности и отклонения от круглости с допускаемыми (таблица 17, Приложения 4). 6. Обмер и дефектация поршневого пальца. а) Произвести обмер поршневого пальца в соответствии со схемой замера (рис. 25). Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 15.

Рисунок 25. Таблица 15 Наименование поверхности Результат измерений Номер сечения

А

Б

В

Г

Действительное отклонение от круглости

I–I II – II III - III Действительное отклонение профиля продольного сечения Δ=g

б) Сравнить полученные значения отклонения от цилиндричности и отклонения от круглости с допускаемыми (таблица 16, Приложения 4). 6. Содержание отчета 1. Наименование и цель работы. 2. Эскиз детали и схема замера. 3.Результаты обмеров и необходимые расчеты. 4. Выводы с указанием возможных причин неисправностей и рекомендации по возможным методам исправления дефекта (отклонения).

7. Контрольные вопросы. 1. Назовите основные методы восстановления сопряжений. 2. Основные достоинства и недостатки метода ремонтных размеров. 3. Назовите характерные причины искажения геометрии поршня. 7.4. Назовите характерные причины искажения геометрии цилиндровых втулок. 7.5. Основные методы исправления поршней в процессе ремонта.

Приложение 4 Наибольший допускаемый износ шеек поршневого пальца Таблица 16 Отклонение от круглости

Отклонение от цилиндричности

Диаметр

Отклонение от круглости

Отклонение от цилиндричности

До 50

0,12

0,12

176-200

0,27

0,27

51-75

0,15

0,15

201-225

0,3

0,3

76-100

0,18

0,18

226-250

0,33

0,33

101-125

0,2

0,2

251-275

0,37

0,37

126-150

0,22

0,22

276-350

0,4

0,4

151-175

0,25

0,25

-

-

-

Диаметр

Наибольшие допускаемые износы поршней (мм) Таблица 17 Отклонение от круглости

Отклонение от цилиндричности

До 50

0,15

0,15

51-75

0,2

0,2

76-100

0,2

0,2

101-125

0,2

0,2

126-150

0,25

0,25

151-175

0,25

0,25

176-200

0,25

0,25

201-250

0,3

0,3

251-300

0,35

0,35

Диаметр поршня, мм

Наибольшие допускаемый износ втулок (мм) Таблица 18 При n ≥ 500

При п = 150-500

При п ≤ 150

Отклонение от круглости

Наибольшее увеличение диаметра

Отклонение от круглости

Наибольшее увеличение диаметра

Отклонение от круглости

Наибольшее увеличение диаметра

До 100

0,25

1,00

-

-

-

-

101-150

0,30

1,20

-

-

-

-

151-200

0,35

1,50

0,30

1,60

-

-

201-250

0,40

1,80

0,35

2,00

0,55

2,50

251-300

0,45

2,20

0,40

2,40

0,60

3,00

301-350

0,50

2,60

0,45

2,80

0,65

3,50

351-400

0,55

3,00

0,50

3,20

0,70

4,00

Диаметр цилиндра, мм

Лабораторная работа № 8 Определение ремонтных размеров детали 1. Цель работы: целью настоящей работы является привитие навыков по проведению расчетов при определении ремонтных размеров детали 2. Задание: рассчитать ряд ремонтных размеров детали и построить графическую зависимость вида n = f (d д ) . 3. Оборудование: трущиеся детали цилиндрической формы (по указанию преподавателя), микрометр гладкий, штангенциркули. 4. Краткие теоретические сведения При восстановлении деталей механическим способом применяется способ ремонтных размеров. Сущность способа заключается в том, что изношенную поверхность одной из двух сопряженных деталей обрабатывают на новый, так называемый ремонтный размер, а другую заменяют на деталь соответствующего ремонтного размера. При определении ремонтных размеров учитывают прочность обрабатываемых детали и необходимость соблюдения определенных зазоров в сопряжении. Восстановлению на ремонтный размер, как правило, подвергают ту деталь сопряжения, которая является более металлоемкой и дорогой. Восстановление по способу ремонтных размеров осуществляют снятием с изношенной поверхности слоя металла определенной толщины с учетом припуска на шлифование. Зная действительный размер изношенного вала и допустимый размер отклонения, рассчитывают величину ремонтного размера детали с учетом прочностных характеристик. Схема для определения ремонтного размера вала представлена на рис. dн – номинальный диаметр вала; d1 – действительный размер вала;

dр1- первый ремонтный размер; σ 1' - минимальный износ вала;

σ 1" - максимальный износ вала; х1 – припуск на обработку. Схема для определения ремонтного размера вала

Рисунок 31. В процессе ремонта вал обрабатывается до первого ремонтного размера dр1 с учетом припуска х1 на заключительную обработку. Измерить величину σ 1" затруднительно, поэтому определяют диаметр изношенного вала и рассчитывают общий износ поверхности по формуле: σ 1 = σ 1' + σ 1" = d ном − d1 . При расчете вводится коэффициент неравномерности износа ρ, который определяется по аналитической зависимости:

σ 1' σ 1' = , σ 1' + σ 1" σ 1 откуда определяем σ 1" = ρ ⋅ σ 1 . ρ=

Если износ поверхности вала равномерный, то ρ = 0,5; если неравномерный, то ρ стремится к единице и при одностороннем износе равен 1. Коэффициент ρ и износ σ 1 определяют аналитическим способом путем обработки фактических износов. Расчет выполняется при значениях ρ и σ 1 больших или равных величины 0,9 их фактического износа. С учетом, вышеприведенного запишем: d 1р = d н − 2 ⋅ ( ρ ⋅ σ 1 + x1 ) = d н − К , где К – ремонтный интервал детали. Для определения числа ремонтных размеров вала необходимо знать величину минимально допустимого размера детали dmin. Тогда величина n – число ремонтных размеров определяется по формуле

n=

d н − d min , K

при условии, что структура ремонтных циклов детали не изменяется в процессе эксплуатации. 5. Порядок выполнения работы Дано: dн – номинальный диаметр вала; х1 – припуск на обработку; ∆у – максимально допустимое уменьшение dн ρ – коэффициент неравномерности износа. Рассчитать ряд ремонтных размеров вала и построить графическую зависимость n = f (d д ) . 5.1. Замерить действительный диаметр вала dд в трех сечениях. Из трех полученных значений выбирается минимальное (указанный параметр может быть задан преподавателем). dд = min { d 31 ; d 32 ; d 33 } 5.2. Определить величину износа детали по формуле:

σ 1 = d н − d дmin = σ 1' + σ 1" 5.3. Рассчитываем величину ремонтного интервала детали:

[(

)

K = 2 ⋅ ( ρ ⋅ σ 1 + x1 ) = 2 ρ d н − d дmin + x1

]

5.4.Находим максимально допустимое уменьшение диаметра детали. По условию прочности снижения запаса прочности не должно превышать 1…5%. Принимаем ∆у = 0,05. 5.5. Определяем минимально допустимый диаметр детали: d min = d н − d н ⋅ Δу = d н ⋅ (1 − Δу ) . 5.6. Находим число ремонтных размеров детали:

п=

d н − d min ; K

в случае, если п число не целое, то округление производится в меньшую сторону. 5.7. Составляем ряд ремонтных размеров детали по формуле:

d 1p = d н − K ; d p2 = d н − 2 К ; d p3 = d н − 3K , d pn = d н − n ⋅ K .

5.8. Строим графическую зависимость n = f (d д ) . Для отверстий деталей ремонтный цикл и ряд ремонтных размеров определяется аналогичным методом 6. Индивидуальные задания Таблица 21

1

Номинальный диаметр детали, мм 2

1

24

0,10

0,50

0,10

0,05

2

25

0,05

0,50

0,10

0,04

3

26

0,03

0,50

0,15

0,045

4

28

0,15

0,50

0,10

0,05

5

30

0,14

0,50

0,05

0,04

№ п/п

Износ детали, мм

Коэффициент неравномерности износа

Припуск на обработку, мм

Допуск на уменьшение размера

3

4

5

6

Продолжение таблицы 21 1

2

3

4

5

6

6

32

0,07

0,50

0,14

0,04

7

34

0,07

0,50

0,14

0,04

8

35

0,12

0,50

0,20

0,03

9

36

0,23

0,50

0,10

0,03

10

37

0,15

0,50

0,20

0,03

11

38

0,07

0,50

0,20

0,03

12

40

0,10

0,50

0,15

0,025

13

20

0,10

0,50

0,20

0,05

14

21

0,22

0,50

0,10

0,05

15

22

0,15

0,50

0,20

0,05

16

23

0,16

0,50

0,15

0,04

17

42

0,12

0,50

0,15

0,02

18

44

0,12

0,50

0,16

0,025

19

45

0,21

0,50

0,12

0,02

20

46

0,15

0,50

0,20

0,03

21

48

0,15

0,50

0,25

0,04

22

50

0,20

0,50

0,20

0,03

23

52

0,19

0,50

0,25

0,04

24

54

0,19

0,50

0,25

0,045

7. Пример расчета Дано: ∅ 30 h7

(

− 0 , 021

)

х1 = 0,15 мм; ∆у = 0,05; ρ = 0,5 7.1. Задаемся величиной действительного размера детали: dд =29,9 мм. 7.2. Находим величину износа: σ 1 = 30 – 29,9 = 0,1 мм. 7.3. Определяем величину ремонтного интервала: K = 2 ⋅ ( ρ ⋅ σ 1 + x1 ) = 2 ⋅ (0,5 ⋅ 0,1 + 0,15) = 0,4 мм.

7.4. Рассчитываем минимально допустимый диаметр детали:

d min = d н − d н ⋅ Δу = d н ⋅ (1 − Δу ) = 30 ⋅ 0,95 = 28,5 мм. 7.5. Вычисляем параметр п:

п=

d н − d min 30 − 28 = 3,75 , = 0,4 K

округляем в меньшую сторону, получаем п = 3. 7.6. Составляем ряд ремонтных размеров детали:

d 1p = d н − К = 30 −0,021 − 0,4 = 29,6 −0,021 ;

d p2 = d н − 2 К = 30 −0, 021 − 2 ⋅ 0,4 = 29,2 −0, 021 ; d p3 = d н − 3К = 30 −0,021 − 3 ⋅ 0,4 = 28,8 −0,021 , d 3p ≥ d min - условие выполняется, расчет выполнен правильно.

28,8 −0,021 〉 28,5 −0,021 .

7.7. Строим графическую зависимость n = f (d д ) Зависимость числа размеров от ремонтных диаметров детали

Рисунок 32.

7.8. На основе данных предыдущей работы, определяем величину наработки детали до 1-го ремонта при следующих значениях параметров: σ 1 = 0,1 мм – износ детали до 1-го ремонта; И = 0,8 ⋅ 10 −4 мм/ч – скорость изнашивания детали в процессе эксплуатации. Т – радиус детали до 1-го ремонта σ 0,1 ⋅ 10 4 Т= 1 = = 125 ⋅ 10 −1 ⋅ 10 4 = 1250 час. И 0,8 Скорость изнашивания детали принимает значения И = (0,6…0,9) 10-4 мм/ч. 8. Контрольные вопросы 1. Сущность способа ремонтных размеров?

2. Назовите основные отклонения формы цилиндрических деталей. 3. Преимущества и недостатки способа ремонтных размеров. 4. Для чего необходим припуск на обработку? 5. Как восстанавливается твердость поверхностного слоя детали после применения способа ремонтных размеров? 6. Назовите основные способы восстановления сопряжений

Практическая работа № 1 Определение параметров ремонтного цикла 1. Цель работы: целью настоящей работы является привитие навыков студентам по составлению оптимальной структуры ремонтного цикла и определению основных его параметров 2. Задание: В соответствии с индивидуальным заданием провести оптимизацию структуры ремонтного цикла и определить его основные параметры. 3. Краткие теоретические сведения Ремонтный цикл (РЦ) – наименьшее повторяющиеся интервалы времени или наработки оборудования, в течение которых выполняются в определенной последовательности в соответствии с требованиями нормативно-технической документации (НТД) все установленные виды ремонта. Основное содержание РЦ составляют: наработка (календарное время) оборудования, определяемое НТД; виды ремонта и порядок их чередования. Оно определяется Положением о системе ТО и ремонта отраслевого оборудования. В соответствии с ГОСТ установлены текущий, средний и капитальный ремонты. Положение предусматривает для технологического оборудования либо два, либо три вида ремонта в различных сочетаниях. Неизменным является то, что РЦ всегда заканчивается наиболее сложным видом ремонта, в результате проведения которого оборудованию устанавливается межремонтный ресурс и цикл повторяется снова. Структура РЦ определяется числом ремонтов, видами ремонта и порядком их чередования. Она должна способствовать сокращению простоев оборудования, повышению надежности работы узлов и деталей машин. С целью наглядности представления цикла его структура изображается с помощью графа состояния. Построение графа ремонтного цикла включает следующую последовательность: - по оси ординат слева откладывается наработка групп деталей, справа указываются виды ремонта;

-

по оси абсцисс вверху указывается нумерация групп деталей, внизу – номера ремонтов в арифметической последовательности независимо от их вида; - • - сплошной кружок означает выполнение планового ремонта в соответствии с наработкой деталей;

- ◎ - обведенный кружок означает выполнение непланового (преждевременного) ремонта в соответствии с системой ППР (планово-предупредительного ремонта). На основании вышесказанного строим граф ремонтного цикла 2ТР-СК-КР (предварительный) Схема РЦ на предварительном этапе

Рисунок 26. Построение графа РЦ выполняется в следующей последовательности: 1) 1-я группа деталей имеет наработку до ремонта τ 1р поэтому проходит все виды плановых ремонтов, что на вертикальной оси отмечаем сплошными кружками.

τ 1р = τ min . Суммарное число кружков для этой группы деталей равно:

∑

τ 1p1 = 4 .

2) группы деталей проходят 2 неплановых ремонта и поэтому отмечаются обведенными кружками. Это связано с тем, что наработка τ 2p,3 = 3 × τ min . В соответствии с системой ППР деталь, имеющая ресурс больше наработки, соответствующей проведению более сложного вида ремонта, но меньше самого сложного вида ремонта, проходит указанные ремонта. Детали 2-й и 3-й группы проходят последовательно средний и капитальный ремонты как внеплановые (не выработавшие установленный ресурс), но как подлежащие ремонту в соответствии со стратегией ППР. 3) 4-я группа деталей имеет наработку τ 4p = τ max , т.е. соответствующую проведению капитального ремонта, что отмечается сплошным кружком. В результате построения графа РЦ имеем: суммарное число ремонтов: ι Ξp = 9; число неплановых ремонтов: ι нр = 4 . Для ремонтных циклов симметричного вида установлен параметр оптимизации, который имеет аналогичное выражение: -

L рц =

ι нр . ι Ξр

В нашем примере указанный параметр имеет значение 4 L рц = = 0,44 . 9 Оптимальное значение параметра находится в пределах:

0,1 ≤ Lопт рц ≥ 0,2 , так как L рц = 0,44〉 Lопт , то расчетный цикл нуждается в опрц 〈 0, 2 тимизации. Суть процесса оптимизации заключается в определении (установлении) такой наработки для групп деталей, при которой число незапланированных (преждевременных) ремонтов было минимальным, т.е. ι нр → min . Идеальным является условие ι нр = 0 , но на практике встречается крайне редко.

При оптимизации необходимо соблюдать следующие правила: - наработку (ресурс) деталей до 1-го ремонта независимо от его сложности можно только уменьшать; - число групп деталей с одинаковой наработкой должно быть не более 2-х и 3-х, причем это правило начинает действовать с РЦ размером 6 × 6, 8 × 8 и т.д.; - суммарное число групп деталей при менее сложном ремонте не должно быть больше, чем при более сложном ремонте. Оптимизация РЦ проводится в несколько этапов, число которых в сложных циклах определить трудно. В нашем примере на 1-м этапе оптимизации установим τ 2р = 2 ⋅ τ min и τ 3р = 3 ⋅ τ min . Устанавливать ресурс 3-й группе деталей, равный 2 ⋅ τ min нельзя, так как цикл имеет размер 4 × 4, т.е. в одном интервале число групп деталей не может быть больше 1. В соответствии с вышеуказанным имеем: τ 1р = τ min ;τ р2 = 2 ⋅ τ min ;τ 3р = 3 ⋅ τ min ;τ 4р = 4 ⋅ τ min . Схема РЦ с учетом изменений

Рисунок 27.

Схема РЦ после 1-го этапа оптимизации: а) ι Ξр = 9,ι нр = 2; б) L рц =

2 = 0,22. 9

На этом этапе оптимизация заканчивается, так как при таком размере РЦ вариантов для дальнейшей оптимизации практически нет. 4. Расчет параметров ремонтного цикла. 4.1. Коэффициент технического использования оборудования. Коэффициент технического использования оборудования определяется отношением времени работы оборудования в течение установленного срока к сумме его работы и времени простоя в связи с ремонтом. Аналитическое выражение имеет вид:

К=

τр τ р + τ пр

(8.1)

где τ р - время работы оборудования;

τ пр - время простоя оборудования на ремонте. Преобразуем выражение (8.1) следующим образом:

K тн =

τр = τ р + τ пр

1

τ пр 1+ τр

; т.к. τ р 〉 0 .

В случае, если τ пр = τ р , то Ктн = 0,5. Для того, чтобы К тн ≥ 0,85 , т.е. оборудование работало эффективно, необходимо, чтобы τ пр ≤ 0,176 , т.е. время простоя оборудования на ремонте не τр

должно превышать 17,6 % от времени его работы. В этом случае можно говорить об эффективности работы оборудования.

4.2. Расчет времени работы и простоя оборудования. Время работы оборудования определяется по аналитической зависимости: Ξ (8.2) τ р = К сут ⋅ t сут ⋅ nсут где Ксут – коэффициент суточного использования оборудования; tсут = 24 часа; Ξ nсут - суммарное число суток, в течение которых оборудование работало до 1-го ремонта (за месяц, год и т.д.). С учетом вышесказанного формула (8.2) примет вид: Ξ τ р = К сут ⋅ 24 ⋅ псут , час. Время простоя оборудования на ремонте определяется по формуле: (8.3) τ пр = qi ⋅ψ ⋅ t сут где qi – нормированный коэффициент простоя, зависящий от i-го вида ремонта. При соотношении трудоемкостей ремонтов КР : СР : ТР = 1,0 : 0,5 : 0,25 коэффициент простоя - qтр = 0,25; qcр = 0,5; qкр =1,0; ψ - коэффициент ремонтопригодности оборудования. Величина ψ указывается в Положении о системе ТО и ремонта оборудования. tсут = 24 часа. С учетом вышесказанного формула (8.3) преобразуется, и будет иметь вид: t пр = 24 ⋅ψ ⋅ q1 При определении коэффициента технического использования оборудования при ремонте, время работы оборудования и время простоя определяются с нарастающим итогом. Коэффициент технического использования оборудования определяется для каждого вида ремонта, после чего строится графическая зависимость K тн = f (N ) . 4.3. Суммарное число ремонтов для групп деталей и число преждевременных ремонтов.

Параметр iΞp определяется по формуле:

iΞp = i1p + i2p + i3p + ... + inp . Параметр iнр = iнр1 + iнр2 + iнр3 + ... + iнnp . 4.4. Коэффициент оптимальности ремонтного цикла. Коэффициент Lрц определяется по формуле: iр L рц = нp ; i∑ 0,1 ≤ L рц ∠0,2 , условие оптимальности ремонтного цикла. 4.5. Определение трудозатрат при выполнении ремонтных работ. Трудоемкость ремонта оборудования определяется по аналитической зависимости: м э (8.4) Ф1 = Ф усл ⋅ψ ⋅ q1 + Ф усл ⋅ψ ⋅ q1 м э где Ф усл и Ф усл - установленная нормативная трудоемкость ка-

питального ремонта условной механической и электрической части оборудования соответственно. м э Величина Ф усл и Ф усл устанавливаются Положением о систем ме ТО и ремонта и имеет значение Ф усл = 20…40 чел.·час; э =10…20 чел.· час. Ф усл

Таким образом, трудоемкость текущего, среднего и капитального ремонтов определится по формулам: м э ; Фтр = q тр ⋅ψ ⋅ Ф усл + q тр ⋅ψ ⋅ Ф усл м э Фср = qср ⋅ψ ⋅ (Ф усл + Ф усл ),

(8.5)

Фкр = q кр ⋅ψ ⋅ (Ф + Ф ) . В случае, если в конструкции оборудования отсутствует электрическая часть, формулы (8.5) имеют упрощенный вид: м ; Фтр = q тр ⋅ψ ⋅ Ф усл м усл

м ; Фср = q cр ⋅ψ ⋅ Ф усл

э усл

м Фкр = q кр ⋅ψ ⋅ Ф усл .

Суммарные трудозатраты на ремонт оборудования в течение РЦ равны: Ф∑ = n ⋅ Фтр + m ⋅ Фср + КФкр , так как К = 1, то

Ф∑ = n ⋅ Фтр + m ⋅ Фср + Фкр , где n и m- число ремонтов текущего и среднего соответственно. 5. Индивидуальные задания. В соответствии с исходными данными (таблица 19) провести оптимизацию структуры ремонтного цикла и определить его основные параметры. Таблица 19 Нормы простоя оборудования на одну условную единицу ремонтосложности

Нормативная трудоемкость ремонта оборудования, чел.час

qтр

qср

qкр

Ф усл

Ф усл

Коэффициент суточного использования оборудования, Ксут

Коэффициент сложности,

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

1,5 : 6 : 18

10

0,24

0,51

1,01

40

15

0,35

2

4 : 12 : 18

10

0,23

0,52

1,00

30

12

0,40

3

3 : 12 : 36

12

0,21

0,50

0,96

40

10

0,60

4

3 : 18 : 36

8

0,21

0,52

1,01

40

15

0,50

5

4 : 24 : 48

10

0,20

0,52

1,01

35

10

0,66

6

2 : 6 : 24

12

0,24

0,53

1,02

45

15

0,70

№ варианта

Периодичность выполнения ремонтов ТР:СР:КР, мес

ψ

м

э

Продолжение таблицы 19 1

2

3

4

5

6

7

8

9

7

4 : 12 : 48

9,5

0,21

0,54

1,00

40

10

0,6

8

3 : 18 : 36

8,5

0,25

0,52

1,00

40

15

0,8

9

2 : 12 : 24

9,5

0,23

0,53

0,96

35

15

0,6

10

3 : 9 : 36

9,0

0,24

0,51

1,00

40

10

0,5

11

1,5 : 6 : 18

10

0,25

0,53

0,98

30

10

0,45

12

2 : 12 : 24

10

0,24

0,52

1,00

40

10

0,45

13

3 : 18 : 36

12

0,23

0,51

1,00

30

15

0,50

14

3 : 12 : 36

10

0,24

0,52

1,0

40

10

0,6

15

4 : 24 : 48

9,5

0,25

0,50

1,0

40

15

0,8

6.

Пример расчета

Дано: - Периодичность выполнения ремонтов ТР : СР : КР = 1,5 : 6 : 18 мес.; - нормы простоя оборудования на одну условную единицу ремонтосложности (сутки) – qтр = 0,21; qср = 0,53; qкр = 1,0; - коэффициент ремонтосложности оборудования – ψ = 4,5; - нормативная трудоемкость механической части оборудом э = 30 чел.час; электрической - Ф усл = 12 вания - Ф усл чел.час; - соотношение трудоемкостей ремонтов КР : СР : ТР = 1,0 : 0,5 : 0,25; - коэффициент суточного использования оборудования Ксут = 0,5 6.1. Определяем параметр τ min - наработку до 1-го ремонта (текущего): ∑ τ тр = К сут ⋅ 24 ⋅ псут .

Учитывая, что периодичность текущего ремонта 1,5 месяца, а также непрерывность работы оборудования, определяем, что ∑ nсут = 45 суток. В том случае наработка до 1-го ремонта определится по формуле:

τ тр = 0,5 ⋅ 24 ⋅ 45 = 540 ч; τ тр = τ min = 540 ч. 6.2. Определяем величину

τ max :

∑ τ max = К сут ⋅ 24 ⋅ псут = 0,5 ⋅ 24 ⋅ 30 ⋅ 18 = 6480 ч ,

τ max = τ кр = 6480

часов, что соответствует наработке до ка-

питального ремонта. 6.3. Определяем параметр размерности РЦ:

Р=

τ max 6480 = = 12 - число групп деталей. 540 τ min

6.4. Определяем число ремонтов оборудования из соотношения 1,5 : 6 : 18 находим число ремонтов N = 18 : 1,5 = 12. Из них: КР = 1; СР 18 : 6 –1 = 3 – 1 = 2; ТР = 12 – 1 – 2 = 9. РЦ имеет формулу: 9ТР – 2СР – КР. В результате расчетов получаем размер РЦ – 12 ×12. 6.5. На предварительном этапе назначаем наработку для групп деталей: 1 2,3 4,5 τ нар = τ min ;τ нар = 2 ⋅ τ min ;τ нар = 3 ⋅ τ min ; 6, 7 8, 9 10 τ нар = 5 ⋅ τ min ;τ нар = 8 ⋅ τ min ;τ нар = 9 ⋅ τ min ;

11 n τ нар = 10 ⋅ τ min ;τ нар = τ max .

В соответствии с п.6.5 строим граф ремонтного цикла (рис. 28)

Схема РЦ на предварительном этапе

Рисунок

28.

6.6. Определяем коэффициент оптимальности РЦ: iр L рц = нp ; i∑

ι ∑р = ι1р + ι 2р + ι3р + ...ι12р = 12 + 6 ⋅ 2 + 6 ⋅ 2 + 6 + 2 + 2 + 2 + 2 + 1 = 51; ιнр = ιнр1 + ιнр2 + ... + ιнр12 = 0 + 0 + 0 + 3 + 3 + 3 + 3 + 1 + 1 + 2 + 2 + 0 = 18; L рц =

18 = 0,35〉 Lопт рц = 0, 2 , 51

что свидетельствует о том, что РЦ нуждается в оптимизации. 6.7. Оптимизацию РЦ проводим с соблюдением установленных правил в следующей последовательности:

- на 1-м этапе назначаем наработку для 4-й группы дета4 2,3 = τ нар = 2 ⋅ τ min , наработка для 5-й группы деталей лей: τ нар 5 τ нар = 3 ⋅ τ min ;

- на 2-м этапе назначаем наработку для 6-й и 7-й групп де6,7 талей: τ нар = 4 ⋅ τ min ; - на 3-м этапе назначаем наработку для 10-й группы деталей τ 10 нар = 8 ⋅ τ min . Строим граф РЦ с учетом этапов оптимизации. Схема структуры РЦ после оптимизации

Рисунок 29.

L рц =

ι нр 8 = = 0,156; ι ∑р 51

L рц = 0,156∠Lопт рц = 0,2 . На этом этап оптимизации РЦ заканчивается. 7. Определение основных параметров ремонтного цикла 7.1. Коэффициент технического использования оборудования в течение РЦ:

К тн =

τр ; τ р + τ пр

7.2. Определяем простой оборудования при ремонте нарастающим итогом: τ 1пр = τ пртр = q тр ⋅ψ ⋅ t сут = 0,21 ⋅ 4,5 ⋅ 24 = 22,68 ч; 1 тр τ пр2 = τ пр + τ пр = 22,68 + 22,68 = 45,36 ч; 3 2 тр τ пр = τ пр + τ пр = 45,36 + 22,68 = 68,04 ч; 3 ср τ пр4 = τ пр + τ пр = 68,04 + q cp ⋅ψ ⋅ 24 = 125,28 ч; 5 4 тр τ пр = τ пр + τ пр = 125,28 + 22,68 = 147,96 ч; 6 5 тр τ пр = τ пр + τ пр = 147,96+22,98 = 170,64 ч; 7 6 тр τ пр = τ пр + τ пр = 170,64 + 22,68 = 193,32 ч; 8 7 ср τ пр = τ пр + τ пр = 193,32 + 57,24 = 250,56 ч; 9 8 тр τ пр = τ пр + τ пр = 250,56 + 22,68 = 273,24 ч; 10 9 тр τ пр = τ пр + τ пр = 273,24 + 22,68 = 295,94 ч; 10 тр τ 11 пр = τ пр + τ пр = 295,94 + 22,68 = 318,62 ч; 12 11 кр τ пр = τ пр + τ пр = 318,62 + 108 = 426,62 ч.

7.3. Определяем наработку оборудования до 1-го ремонта ∑ τ p = K сут ⋅ 24 ⋅ псут = 540 ч. 7.4. Определяем параметр Кти:

К

1 ти

τ 1р 540 = 1 = = 0,96; 1 τ р + τ пр 540 + 22,68

К

2 ти

τ р2 1080 = 2 = = 0,96 ; 2 τ р + τ пр 1080 + 45.36

К

3 ти

τ 3р 1620 = 3 = = 0,96 ; 3 τ р + τ пр 1620 + 68,04

К

4 ти

τ р4 2160 = 4 = = 0,94 ; 4 τ р + τ пр 2160 + 125,28

К

5 ти

τ 5р 2700 = 5 = = 0,95 ; 5 τ р + τ пр 2700 + 147,96

К

6 ти

τ 6р 3240 = 6 = = 0,95 ; 6 τ р + τ пр 3240 + 170,64

К

7 ти

τ 7р 3780 = 7 = = 0,95 ; 7 τ р + τ пр 3780 + 193,32

К

8 ти

τ 8р 4320 = 8 = = 0,94 ; 8 τ р + τ пр 4320 + 250,56

К

9 ти

τ 9р 4860 = 9 = = 0,95 ; 9 τ р + τ пр 4860 + 273,24

К

10 ти

τ 10р 5400 = 10 = = 0,95 ; 10 τ р + τ пр 5400 + 295,94

К

11 ти

τ 11р 5940 = 11 = = 0,95 ; 11 τ р + τ пр 5940 + 318,62

К

12 ти

τ 12р 6480 = 12 = = 0,94 . 12 τ р + τ пр 6480 + 426,62

7.5. Строим график зависимости K тн = f (N )

Зависимость КТИ от числа ремонтов

Рисунок 30.

Вывод: С увеличением числа ремонтов коэффициент технического использования оборудования уменьшается. 7.6. Определяем суммарное число ремонтов групп деталей:

ι ∑р = ι1р + i2p + i3p + i4p + i5p + i6p + i7p + i8p + i9p + i10p + i11p + i12p = = 12 + 6 + 6 + 6 + 6 + 3 + 3 + 2 + 2 + 2 + 2 + 1 = 51;

i = ιнр1 + ιнр2 + ιнр3 + ιнр4 + ιнр5 + ιнр6 + ιнр7 + ιнр8 + ιнр9 + ιнр10 + ιнр11 + ιнр12 = р н

= 0 + 0 + 0 + 0 + 3 + 0 + 0 + 1 + 1 + 1 + 2 + 0 = 8. 7.7. Определяем коэффициент оптимизации:

L рц =

ι нр 8 = = 0,156 ; ι ∑р 51

L рц = 0,156〈 Lmax опт = 0,2 . 7.8. Определяем трудозатраты на ремонтные работы:

м э Фтр = q тр ⋅ψ ⋅ Ф усл + q тр ⋅ψ ⋅ Ф усл =

0,25 ⋅ 30 ⋅ 4,5 + 0,25 ⋅ 12 ⋅ 4,5 = 47,25 чел.ч м э Фср = q ср ⋅ψ ⋅ (Ф усл + Ф усл ) = 0,5 ⋅ 4,5 ⋅ 52 = 72 чел.ч м Э Фкр = q кр ⋅ψ ⋅ (Ф усл + Ф усл ) = 1,01 ⋅ 4,5 ⋅ 32 = 144 чел.ч

7.9. Определяем суммарные трудозатраты на ремонт оборудования в течение РЦ Ф∑ = Фтр ⋅ 9 + Фср ⋅ 2 + Фкр = 47,25 ⋅ 9 + 72 ⋅ 2 + 144 = 713,25 . 8. Контрольные вопросы 1. Определение ремонтного цикла. 2. Правила оптимизации РЦ. 3. Как определяются трудозатраты по видам ремонта? 4. Как определяется формула ремонтного цикла? 5. Структура ремонтного цикла.

6. Как определяется коэффициент технического использования оборудования? 7. Аналитическое выражение коэффициента оптимальности РЦ.

Практическая работа № 2 Оценка надежности работы оборудования 1. Цель работы: целью настоящей работы является привитие навыков студентам по выполнению расчетов вероятностей безотказной работы оборудования технологических линий пищевых производств. 2. Задание: В соответствии с заданием, определить вероятность безотказной работы системы. 3. Краткие теоретические сведения Технологические линии по производству пищевой продукции представляют системы последовательно и параллельно соединенных машин, агрегатов и т.д. (в дальнейшем именуемыми элементами системы). Надежность работы такой системы определяется надежностью каждого составляющего элемента в зависимости от способа соединения. Элементы, составляющие технологическую линию, имеют различные значения вероятности безотказной работы даже в пределах установленного ресурса. Чтобы обеспечить высокую надежность работы технологической линии применяется дублирование систем или резервирование отдельных элементов. При последовательном соединении элементов вероятность безотказной работы системы определяется произведением вероятностей составляющих ее элементов. Дана система, состоящая из последовательно соединенных элементов:

Pc = p1 ⋅ p 2⋅ ⋅ p3 ⋅ … ⋅ p n ; n

п

Рс = ∏ рι , ι =1

если р1 = р2 = р3 =…=рп , то Рс = pι , р1, р2, р3, рп – вероятность безотказной работы элемента.

При параллельном соединении элементов вероятность безотказной работы системы определяется через произведение вероятностей отказа составляющих ее элементов. Дана система из параллельно соединенных элементов. q1 ; q2 ; q3 , … qn - вероятность отказа элемента.

Вероятность отказа системы определяется произведением вероятностей отказа каждого элемента: n

Qc = q1 x q 2 x q3 x… x qn = Если q1 = q2 =q3 = …=qn , то Qc = qn

∏q . i =1

Pc = 1 − q1 ⋅ q 2 ⋅ q3 ⋅ ... ⋅ q n =

= 1 − (1 − p1 ) ⋅ (1 − p 2 ) ⋅ (1 − p3 ) ⋅ K ⋅ (1 − р п )

;

Если р1 = р2 = р3 =…= рп , то Рс = 1- (1 – рi ) n. В случае сложной системы (когда последняя состоит из параллельных и последовательно соединенных элементов) для определения вероятности безотказной работы применяют следующую последовательность: - на 1-м этапе сложную систему приводят к более простой, состоящей только из последовательно соединенных элементов; - на 2-м этапе определяют вероятность безотказной работы вновь образованных элементов; - на 3-м этапе определяют вероятности безотказной работы всей системы. Необходимо отметить, что резервирование системы дает больший эффект, чем дублирование при прочих равных условиях. Поэтому на практике применяют комбинацию дублирования и резервирования системы в зависимости от конструктивных,

технологических, эксплуатационных и экономических факторов. Резервирование элементов может осуществляться не только отдельных машин и оборудования, но и резервирование отдельных деталей и узлов внутри самих машин и механизмов. Пусть дана система, состоящая из последовательно и параллельно соединенных элементов с вероятностью безотказной работы каждого элемента рi .

Необходимо определить вероятность безотказной работы системы Рс. На 1-м этапе приводим систему к более простой (состоящей из последовательно соединенных элементов) На 2-м этапе определяем вероятности безотказной работы вновь образованных элементов:

p1, 2 = 1 − Q1, 2 = 1 − (1 − p1 ) ⋅ (1 − p 2 ); p 4,5 = 1 − Q4,5 = 1 − (1 − p 4 ) ⋅ (1 − p5 )

На 3-м этапе определяем вероятность безотказной работы всей системы:

Pc = p1, 2 ⋅ p 3 ⋅ p 4,5 ⋅ p 6 =

= [1 − (1 − p1 ) ⋅ (1 − p 2 )] ⋅ p3 ⋅ [1 − (1 − p 4 ) ⋅ (1 − p5 )] ⋅ p6 4.

Задание на самостоятельную работу

4.1. Определить вероятность безотказной работы системы в соответствии с индивидуальным заданием (таблица 20) 4.2. В соответствии с исходными данными определить количество элементов системы, которые необходимо зарезервировать элементов системы, чтобы Рс >> 0,98 .

5.

Пример расчета

Задание № 1.

р1 = р 2 = 0,9; р 7 = 0,8;

р3 = р 4 = 0,8; р8 = р9 = 0,95;

р5 = р 6 = 0,95; р10 = 0,9.

5.1. На 1-м этапе приводим сложную систему к более простой путем двойного преобразования. Первое преобразование системы имеет вид:

5.2. Определяем вероятности безотказной работы вновь образованных элементов: p1, 2 = 1 − (1 − p1 ) ⋅ (1 − p 2 ) = 1 − 0,1 ⋅ 0,1 = 0,99 ;

p3, 4 = 1 − (1 − p3 ) ⋅ (1 − p 4 ) = 1 − 0,2 ⋅ 0,2 = 0,96 ; p5,6 = 1 − (1 − p5 ) ⋅ (1 − p6 ) = 1 − 0,05 ⋅ 0,05 = 0,9975 ; p8,9 = 1 − (1 − p8 ) ⋅ (1 − p9 ) = 1 − 0,05 ⋅ 0,05 = 0,9975 . 5.3. Полученную систему элементов преобразовываем в новую систему вида:

Определяем вероятности безотказной работы вновь образованных элементов: р3,4,7 = p3, 4 ⋅ p 7 = 0,96 ⋅ 0,8 = 0,768 ;

p5,6,8,9 = p5,6 ⋅ p8,9 = 0,9975 ⋅ 0,9975 = 0,995 . 5.4. Преобразовываем систему в более простую:

5.5. Определяем вероятность безотказной системы:

Pc = p1, 2 ⋅ p3, 4, 7 ,5, 6,8,9 ⋅ p10 Находим

p3, 4, 7 ,5, 6,8,9, = 1 − (1 − p3, 4, 7 ) ⋅ (1 − p5, 6,8,9 ) =

= 1 − (1 − 0,768) ⋅ (1 − 0,995) = 0,99884 Рс = 0,99 ⋅ 0,99884 ⋅ 0,9 = 0,8899 . Задание № 2. 5.5. Резервируем элемент № 10. 5.6. Тогда система 3 будет иметь вид:

(9)

5.7. Преобразовываем систему 9 в более простую: (10)

Необходима вероятность безотказной работы элемента системы: p10,11 = 1 − (1 − p10 ) ⋅ (1 − p11 ) = 1 − (1 − 0,9 ⋅ (1 − 0,9)) = 0,99 . 5.9. Определяем вероятность безотказной работы системы 10:

p c = p1, 2⋅ ⋅ p3, 4,5,6, 7 ,8,9 ⋅ p10,11 = 0,99 ⋅ 0,99884 ⋅ 0,99 = 0,9789 . Получим Рс =0,9789 < 0,98. 5.10. Резервируем элемент Р7. Тогда система 2 с учетом резервирования примет вид:

(11)

5.11. Преобразовываем систему 6 в более простую в один этап:

5.12. Определяем вероятность безотказной работы системы: Рс = p1, 2⋅ ⋅ p3, 4, 7 ,12,5, 6,8,9 ⋅ p10 ,11 . Находим р3,4,7,12,5,6,8,9. 5.13. Определяем вероятность безотказной работы составляющих элементов:

p 7 ,12 = 1 − (1 − 0,8) ⋅ (1 − 0,8) = 1 − 0,2 ⋅ 0,2 = 0,96; p3, 4, 7 ,12 = 0,96 ⋅ 0,96 = 0,9216 ;

p3, 4, 7 ,12,5,6,8,9 = 1 − (1 − 0,9216 ) ⋅ (1 − 0,995) = = 1 − 0,0784 ⋅ 0,005 = 0,99961. 5.14. Определяем вероятность безотказной работы системы:

Pc = 0,99 ⋅ 0,99961 ⋅ 0,99 = 0,9797〈 0,98 .

Так как вероятность расчетная Pc p = 0,9797〈 0,98 , то необходимо: - либо установить в систему элементы с более высокой вероятностью безотказной работы, например, р3 и р4 =0,9 или р7 и р12 = 0,9; - либо применить тройное дублирование системы. 6. Контрольные вопросы 1. Как определяется вероятность безотказной работы оборудования при последовательном и параллельном соединении элементов? 2. Порядок расчета вероятности безотказной работы сложной системы. 3. Что дает больший эффект: дублирование или резервирование систем? 4. Способы повышения надежности работы систем оборудования. 5. Назовите основные показатели надежности технологического оборудования.

Индивидуальные задания Таблица 20 № вар 1

Система элементов

Р1

Р2

Р3

Р4

Р5

Р6

Р7

Р8

Р9

0,9

0,8

0,9

0,8

0,9

0,8

0,9

0,95

0,95

Р10 0,95 0,85

2

0,8

0,9

0,8

0,9

0,8

0,9

0,8

0,85

0,9

3

0,85

0,95

0,8

0,85

0,9

0,95

0,8

0,9

0,85

0,8

4

0,9

0,85

0,95

0,8

0,85

0,9

0,95

0,8

0,9

0,85

5

0,8

0,9

0,85

0,95

0,8

0,85

0,9

0,95

0,8

0,9

6 7 8 9

0,9 0,85 0,8 0,9

0,8 0,9 0,85 0,8

0,9 0,8 0,9 0,85

0,85 0,9 0,8 0,9

0,95 0,85 0,9 0,8

0,8 0,95 0,85 0,9

0,85 0,8 0,95 0,85

0,9 0,85 0,8 0,95

0,95 0,9 0,85 0,8

0,8 0,95 0,9 0,85

10

0,8

0,85

0,9

0,8

0,95

0,8

0,9

0,85

0,95

0,8

11 12 13 14 15

0,85 0,9 0,8 0,95 0,8

0,9 0,8 0,95 0,8 0,9

0,8 0,95 0,8 0,9 0,85

0,95 0,8 0,9 0,85 0,9

0,8 0,9 0,85 0,9 0,8

0,9 0,85 0,9 0,8 0,95

0,85 0,9 0,8 0,95 0,85

0,9 0,8 0,95 0,85 0,9

0,85 0,95 0,85 0,9 0,8

0,95 0,85 0,9 0,8 0,95

16

0,9

0,85

0,9

0,8

0,95

0,85

0,9

0,8

0,95

0,8

17

0,85

0,9

0,8

0,95

0,85

0,9

0,8

0,95

0,8

0,9

18

0,9

0,8

0,95

0,85

0,9

0,8

0,95

0,8

0,9

0,85

19

0,8

0,95

0,85

0,9

0,8

0,95

0,8

0,9

0,85

0,8

20

0,95

0,85

0,9

0,8

0,95

0,8

0,9

0,85

0,8

0,9

Практическая работа № 3 Расчет такелажных средств при перемещениях и подъеме технологического оборудования 1. Цель работы: целью настоящей работы является привитие практических навыков и умений по расчету такелажных средств, при ремонте оборудования 2. Задание: произвести расчет стрелы в соответствии с расчетными схемами 3. Краткие теоретические сведения Такелажные операции, выполняемые при ремонте технологического оборудования предприятий пищевой промышленности подготавливаются и проводятся в строгой технологической последовательности с соблюдением мер безопасности. При этом необходимо знать массу перемещаемого изделия, проверить документацию подъемно-транспортных средств. 4. Определение массы узлов и деталей 4.1. Масса поднимаемого груза определяется по: - паспортным данным; - предварительному взвешиванию; - эмпирическим формулам. Точность измерения не должна превышать 10…15 % массы поднимаемого груза. 4.1.1. Оборудование, содержащее валы, подшипники, червяки либо шнеки с чугунными кожухами, цилиндрами, стальными рамами и т.д. Масса оборудования определяется по формуле: M = K ⋅ W , кг, где К – коэффициент заполнения кубического метра, кг/м3; К = 700…2000, увеличение К связано с уменьшением зазоров и плотностью заполнения объема. V – объем основного оборудования, м3.

4.1.2. Центробежные насосы в сборе с электродвигателем на одной общей раме. Масса определяется по формуле: M = АБ ⋅ Н , кг; т, где А, Б, Н – габаритные размеры агрегата, м. Насос, отделенный от электродвигателя, имеет массу M = K ⋅ L , кг, где К = 1,5…3,5 кг/см, К увеличивается с увеличением ступеней насоса; L – габаритная длина насоса, см. 4.1.3. Поршневые компрессоры. Масса определяется по эмпирической зависимости: M = K ⋅ A ⋅ H ⋅ L , кг, где К – коэффициент мощности двигателя компрессора, кг/м3. К определяется по таблице Таблица 22 Р, кВт

≤ 15

25…60

80..100

100..250

> 300

3

1000

550

400

350

250

К, кг/м

где А, Н, L – габаритные размеры компрессора, м. 4.1.4. Электродвигатели. Масса асинхронных двигателей определяется по формуле

M = K ⋅ W , кг, где К – коэффициент, определяемый по таблице; W – мощность электродвигателя. Таблица 23 Мощность, кВт 10…20 20…40 75 1000…125 250

Величина К, в зависимости от частоты вращения электродвигателя, мин-1 750 1000 1500 3000 25…35 12…18 10…16 8…14 18…25 10…16 8…14 5…8 10…15 8…12 5…8 6…10 5…8 5…8 4…6

4.2. Расчет стрелы Задача расчета заключается в определении расчетных напряжений в среднем сечении стрелы σ p , которое сравнивается с допускаемым [σ ] . Необходимо при расчете выполнение условия σ p ≤ [σ ] = 125МПа .

При расчете принимаем, что усилие на подвеске верхнего блока полиспаста подъема груза Р с учетом коэффициента динамичности и собственной массы определяется по формуле: P = K ⋅Q, где Q – масса поднимаемого груза; К – коэффициент динамичности, К = 1,4…1,5. Поворотные стрелы, крепящиеся к железобетонным конструкциям здания, являются основным опорным сооружением при выполнении такелажных работ. Расчетная схема стрелы

Рисунок 33 M – масса стрелы (кг); l– длина стрелы (см);

α, β, γ - соответствующие углы (град); а – плечо от точки крепления полиспаста до оси стрелы (см); п – число ниток в полиспасте подъема груза.

4.2.1. Определяем нагрузку на полиспаст подъема груза

1 a ⎞ ⎛ M ⋅ cos α + P⎜ l ⋅ cos α + a ⋅ sin α + ⎟ 2 0,9n ⎠ ⎝ . T= l ⋅ sin β + a ⋅ cos β 4.2.2. Полное усилие S определяется по формуле

S = P sin α + T cos β +

P , 0,9 z

где z - число ниток в полиспасте подъема. 4.2.3. Определяем изгибающий момент, действующий в среднем сечении стрелы по формуле: M из =

P⋅a 1 1 1 + M cos α + P cos α + P ⋅ a ⋅ sin α − T ⋅ a cos β − T ⋅ sin β 0,9 z 8 2 2

4.2.4. Определяем суммарное напряжение в среднем сечении стрелы по формуле:

σp =

S M sin α M из + + , F ⋅ϕ F ⋅ϕ W

где F - площадь поперечного сечения стрелы, см2; ϕ - коэффициент, учитывающий продольный изгиб; W – момент сопротивления сечения стрелы, см3. 4.2.5. Сравниваем σ p с [σ ] .

Необходимо, чтобы σ p ≤ [σ ] = 125МПа = 1250 кг/cм2.

При σ p ≥ [σ ] следует подобрать стрелу большего сечения. 3.2.6. Использование расчетных данных а) По усилию Т определяем возможность использования колонны здания для восприятия усилий. б) Исходя из паспортной грузоподъемности лебедки Гг определяют число ниток и подбирают трос для оснастки полиспаста

n≈

T (округляя до целого числа). Гг

4.3. Расчет мачты Расчетная схема мачты

Рисунок 34. Если от стрелы на элементы здания передаются усилия такой величины, которые являются недопустимыми для данного здания, то устанавливается специальная мачта, на которую передаются усилия Т и S. 4.3.1. Определяем усилие, приложенное к головке мачты по формуле:

P1 =

T . cosθ

4.3.2. Усилия, передаваемые на пяту мачты в горизонтальном направлении, равны:

A = S ⋅ cosθ

4.3.3. Определяем натяжение расчалки по формуле:

K=

P1 sin θ . sin τ

4.3.4. Вертикальное усилие определится по зависимости

B = P1 ⋅ cosθ + K ⋅ cos τ

4.3.5. Изгибающий момент от вне центрального приложения нагрузки к головке мачты равен:

M 1 = P1 ⋅ l ⋅ cosθ .

4.3.6. Суммарное напряжение в мачте определяется по формуле

σp =

M B + 1. F ⋅ϕ W

4.3.7. По натяжению К подбираем диаметр расчалки:

d=

K , см. 1000

4.3.8. Сравниваем σ p с [σ ] ;

σ p ≤ [σ ] = 125МПа .

5. Индивидуальные задания Произвести расчет стрелы в соответствии с расчетной схемой (рис. 33). Таблица 24

№ п/п

Масса груза Q,, кг

Углы в расчетных схемах, град

Длина трубы l, м

Коэф фи циент К

Плечо в полиспасте, см

8

9

10

α

β

θ

τ

γ

1

2

3

4

5

6

7

1

1000

30

40

80

40

10

1.5

10

2

1500

30

40

80

60

10

1,4

15

3

2000

40

55

75

45

15

1,5

10

4

1000

40

60

70

60

20

1.4

15

5

3000

50

65

75

45

15

1,5

15

6

2000

50

70

70

60

20

1,4

10

7

2500

60

70

80

40

10

1,5

10

8

1000

60

70

80

40

10

1,5

10

9

1000

70

80

80

40

10

1,4

15

10

1500

70

80

80

40

10

1,5

10

Продолжение таблицы 23 1

2

3

4

5

6

7

11

1000

70

80

80

40

12

2000

70

80

80

13

2500

40

50

14

1000

50

15

2000

16 17

8

9

10

10

1,5

10

40

10

1,5

15

80

40

10

1,5

15

65

75

65

15

1,5

10

60

70

80

40

10

1,4

10

1000

70

80

80

40

10

1,5

10

2000

80

90

80

40

10

1,5

10

Число ниток в полиспасте подъема груза п = 4…6. Грузоподъемность лебедки определяется по эмпирической зависимости Г г = Т . п

Трос подбирается из условия Т . п

M определяется по формуле М = l ⋅ μ , причем l и μ берутся из таблиц 25 и 26. 6. Пример расчета 6.1. Произвести расчет стрелы в соответствии с расчетной схемой (рис. 33). Дано: Q = 2000 кг; Р = 1,5 ⋅ 2000 = 3000 кг; M = l ⋅ μ = 10 ⋅ 17,15 = 171,5 = 0,1715 ⋅ 10 3 кг; μ берется из таблицы 25 при l =10 м: α = 60о; β = 70о; n = z= 4. А = 10 см = 0,1 м; 6.1.1. Определяем усилие на полиспаст подъема груза: 1 a ⎞ ⎛ M ⋅ cos α + P⎜ l ⋅ cos α + a ⋅ sin α + ⎟ 2 0,9n ⎠ ⎝ = T= l ⋅ sin β + a ⋅ cos β 0,1 ⎞ ⎛ 0,1715 ⋅ 10 3 ⋅ 5 ⋅ 0,5 + 3 ⋅ 10 3 ⎜10 ⋅ 0,5 + 0,1 ⋅ 0,866 + ⎟ 0,9 ⋅ 4 ⎠ ⎝ = = 1,67 ⋅ 10 3 10 ⋅ 0,939 + 0,1 ⋅ 0,342

6.1.2. Находим усилие, сжимающее стрелу:

S = P sin α + T cos β + = 3 ⋅ 10 3 ⋅ 0,866 + 1,67 ⋅ 10 3 ⋅ 0,342 +

P = 0,9 z 3 ⋅ 10 3 = 4 ⋅ 10 3 , кг. 0,9 ⋅ 4

6.1.3. Изгибающий момент в среднем сечении стрелы определяется по формуле: M из =

P⋅a 1 1 1 + M cosα + P cosα + P ⋅ a ⋅ sin α − T ⋅ a cos β − T ⋅ sin β ; 0,9 z 8 2 2

M из =

3 ⋅ 10 3 ⋅ 0,1 + 0,1715 ⋅ 10 3 ⋅ 1,25 ⋅ 0,5 + 3 ⋅ 10 3 ⋅ 5 + 3 ⋅ 10 3 × 0,9 ⋅ 4

× 0,1 ⋅ 0,866 − 1,67 ⋅ 10 3 ⋅ 0,1 ⋅ 0,342 − 1,67 ⋅ 10 3 ⋅ 5 ⋅ 0,939 = 0,092 ⋅ 10 3 . 6.1.4. Определяем суммарное расчетное напряжение в среднем сечении стрелы:

σp =

=

S M sin α M из = + + F ⋅ϕ F ⋅ϕ W

4 ⋅ 10 3 0,1715 ⋅ 10 3 ⋅ 0,866 0,092 ⋅ 10 2 ⋅ 10 3 2 + + = 931 , кг/см 82,5 21,8 ⋅ 0,232 21,8 ⋅ 0,232 σ p = 931 ≤ [σ ] = 1250 , кг/см2.

Параметр W, F , ϕ берутся из таблицы 25. 6.2. Произвести расчет мачты в соответствии с расчетной схемой (рис. 34). Данные используем из предыдущего расчета. 6.2.1. Определяем усилие, приложенное к головке мачты:

P1 =

1,67 ⋅ 10 3 T = = 4,88 ⋅ 10 3 , кг. cosθ 0,342

6.2.2. Находим величину горизонтального усилия на пяту мачты: A = S ⋅ cosθ = 4 ⋅ 10 3 ⋅ 0,342 = 1,37 ⋅ 10 3 , кг. 6.2.3. Вычисляем натяжение расчалки:

K=

P1 sin θ 4,88 ⋅ 10 3 ⋅ 0,939 = = 13,39 ⋅ 10 3 , кг. 0,342 sin τ

6.2.4.Определяем вертикальное усилие вдоль мачты на ее пяту:

B = P1 ⋅ cosθ + K ⋅ cos τ , В = 4,88 ⋅ 10 3 ⋅ 0,342 + 13,39 ⋅ 10 3 ⋅ 0,939 = 14,24 ⋅ 10 3 , кг. 6.2.5. Определяем изгибающий момент по формуле:

M 1 = P1 ⋅ c ⋅ cosθ = T ⋅ h ⋅ sin θ . 6.2.6. Находим суммарное расчетное напряжение: M B 14,24 ⋅ 10 3 15,67 ⋅ 10 3 ⋅ 10 2 2 + 1 = σp = + = 1273 , кг/cм ; F ⋅ ϕ W 169,3 ⋅ 0,741 1360 σ p = 1273 > [σ ] = 1250 , кг/см2 Значения параметров F, W и ϕ берем из таблицы 25. Вывод: для того, чтобы выполнялось условие σ p < [σ ] необходимо либо изменить значения углов θ и τ, либо изменить величину нагрузки. Расчетные данные для стальных стрел из труб без усиления Таблица 25 Размеры трубы, мм

Коэффициент φ при длине, м

dн

δ

F, см2

159 219 273 325 377

4,5 7 8 8 8

21,8 47,1 67,9 79,9 92,5

W, см2

μ, кг/м

8

10

14

18

20

82,5 242 430 613 830

17,15 36,6 59,3 62,5 72,8

0,23 0,52 0,64 0,73 -

0,23 0,37 0,51 0,63 0,70

0,21 0,4 0,43 0,52

0,2 0,28 0,36

0,24 0,3

где dн – наружный диаметр трубы; δ – толщина стенки; μ – масса 1 погонного метра трубы; φ – коэффициент, учитывающий продольный изгиб.

Расчетные данные для стальных стрел, усиленных приваркой 4-х уголков 100 ×100 ×10 Таблица 26 Размеры трубы, мм dн δ 159 4,5 219 7 273 8 325 8 377 8

F, см2

W, см2

μ, кг/м

98,6 123,9 144,7 156,5 169,3

373 557 800 1050 1350

17,6 96,5 114 123 133

Коэффициент φ при длине, м 8 0,32 0,48 0,59 0,68 0,47

10 0,28 0,38 0,49 0,58

14 0,25 0,33 0,42

18 0,21 0,28 0,35

20 0,23 0,26

7. Контрольные вопросы 1. С какой точностью определяется масса груза при выполнении такелажных работ? 2. Способы определения массы перемещаемого груза. 3. В каких случаях в расчетных схемах применяют мачты? 4. Что необходимо предпринять, если σ p > [σ ] ? 5. Выигрыш в силе при применении полиспастов.

Литература 1. Карпунин В.Ф. Монтаж и ремонт оборудования предприятий и судов рыбной промышленности. - М.: Агропромиздат, 1987. 2. Гельберг Б.Т., Пекелис Г.Д.. Ремонт промышленного оборудования. - М.: Высшая школа, 1981 3. Молодык Н.В., Зенкин А.С.. Восстановление деталей машин. - М.: Машиностроение, 1989 4. Гальянов А.П.. Технология и организация ремонта в рыбной промышленности. - М.: Агропромиздат,1988 5. Гальперин Д.М., Миловидов Г.В.. Технология монтажа, наладки и ремонта оборудования пищевых производств. – М.: ВО Агропромиздат, 1990 6. Иванов К.А.. Организация ремонта технологического оборудования мясокомбинатов. Справочник. –М.: Агропромиздат, 1991

Галина Олеговна Заляева ДИАГНОСТИКА, РЕМОНТ, МОНТАЖ, СЕРВИСНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ Сборник методических указаний к лабораторным и практическим работам для студентов специальности 170600 «Машины и аппараты пищевых производств» дневной и заочной форм обучения

В авторской редакции Технический редактор Набор текста Заляева Г.О., Гудожникова Т.В. Верстка Гудожникова Т.В. Оригинал-макет Лицензия ИД № 02187 от 30.06.2000 г. Подписано к печати Формат 61*86/16. Печать офсетная. Гарнитура Times New Roman Авт. л.

Уч. изд. л.

Усл. печ. л. 6,06

Тираж 50. Заказ №

.

Редакционно-издательский отдел Камчатского государственного технического университета Отпечатано полиграфическим участком РИО КамчатГТУ 683003 г. Петропавловск-Камчатский, ул. Ключевская, 35

.