В буровом и нефтепромысловом оборудовании детали этого класса весьма многочисленны; сюда относятся валы лебедок, редукторов, коробок перемены передач, оси кронблоков и талевых блоков, стволы вертлюгов, пальцы крюков, оси центробежных насосов, плунжеры и штоки буровых, цементировочных и других насосов объемного действия и т. п.

Функционально детали этого класса могут работать в различных условиях нагружения: передавать значительные крутящие моменты (валы), служить для поддержки вращающихся деталей (оси), преобразовывать вращательное движение в возвратно-поступательное (коленчатыке валы), воспринимать знакопеременные осевые нагрузки (штоки, плунжеры).

По конструкции валы подразделяются на несколько групп: гладкие, ступенчатые, шлипевые, со шпоночными канавками, с резьбой, полые, с коническими поверхностями и др. Широкое распространение получили валы, в которых сочетаются разные виды поверхностей. Из валов общего назначения в нефтяном машиностроении наиболее распространены ступенчатые валы — это валы редукторов станков-качалок, роторов, центробежных насосов, буровых лебедок и пр. Валы имеют диаметр 50-150 мм. Применяются также длиннномерные валы длиной 7000-8000 мм, в основном, в скважинном оборудовании (валы турбобуров, центробежных погружных насосов и др.).

В зависимости от характера соединения валов со смежными деталями, степени нагруженности, качества смазки и других факторов после некоторого периода работы у валов появляются различные дефекты. Наиболее характерны следующие дефекты: износ трущихся поверхностей; I изгиб или скручивание вала; износ резьбовых поверхностей; нарушение плотности посадки со-пряженной детали на вал; нарушение креплений (поломка фиксирующих штифтов или винтов); поломка вала. У деталей, передающих осевые нагрузки, возможен также продольный изгиб.

Способ ремонта валов выбирают после установления характера и степени дефекта, руководствуясь технико-экономическими соображениями, сроком службы отремонтированных деталей и наличием необходимого оборудования.

Несмотря на разнообразие конструкций валов, при их восстановлении возникают общие технологические задачи, в числе которых:

Выбор технологических баз;

Обеспечение нормированных технической документацией размеров, геометрической формы и шероховатости восстанавливаемых поверхностей;

Обеспечение соосности посадочных поверхностей;

Обеспечение параллельности боковых поверхностей шлицевых и шпоночных пазов оси вала;

Ограничение радиального и торцового биения;

Получение необходимой твердости рабочих поверхностей детали;

Достижение прочности сцепления нанесенных слоев покрытия (если применяется такой способ восстановления).

В начале ремонта валов устанавливают возможность использования технологической базы завода-изготовителя, которой в большинстве случаев являются центровые отверстия. В случае повреждения этих отверстий их исправляют на токарных станках с помощью центровочных сверл.

После исправления центровых отверстий проверяют и при необходимости исправляют криволинейность вала.

Наиболее часто дефекты у валов появляются на посадочных поверхностях под подшипники. Рекомендуется поверхности под подшипники восстанавливать при износе более 0,017-0,060 мм, поверхности неподвижных соединений (места под ступицы деталей) — при износе более 0,04-0,13 мм, поверхности подвижных соединений — при износе более 0,4-1,3 мм, под уплотнения — более 0,15-0,20 мм, шлипевые поверхности — при износе более 0,2-0,5 мм, боковые поверхности шпоночных пазов — при износе 0,065-0,095 мм.

Ремонт изношенных шеек валов возможен двумя путями: введением ремонтных размеров или постановлением первоначальных. В обеих случаях неправильную форму шеек (овальность, конус-ность) и дефекты их поверхности (выработка, задиры, царапины) устраняют проточкой на токарных станках и, при необходимости, последующей обработкой на шлифовальных станках или шлифовальными головками на токарных станках. В случае незначительного износа шеек закаленных валов их обрабатывают только шлифованием.

Шейки валов, имеющие значительный износ или другие дефекты, обтачивают под ремонтный размер, если это позволяет конструкция сопряженной детали и ее прочность. II зависимости от нагруженности вала допускается уменьшение диаметра шеек на 5-10%. В других случаях для восстановления номинальных размеров применяют различные виды наплавки (вибродуговую, в среде углекислого газа и пр.), металлизацию, хромирование , осталивание и другие методы.

Для восстановления поверхностей неподвижных сопряжений применима электроконтактная приварка металлического слоя (ленты, проводки), а при износе таких поверхностей из сырых сталей 10 0,4 мм и термообработанных до 0,2 мм эффективно электромеханическое высаживание и выглаживание, т. к. при этом не требуется дополнительного материала, упрочняется поверхностный слой, повышается износостойкость и усталостная прочность. Для высадки применяют пластину из твердого сплава с шириной фаски 0,3-0,4 мм.

Поверхности шеек вала под наплавку восстанавливают преимущественно при износах более 0,5 мм. Для этого их обтачивают так, чтобы наплавляемый слой металла имел одинаковую толщину по всей длине шейки вала, т. к. различная толщина слоя наплавки приводит к его отслаиванию. Выбираемый электрод должен обеспечить необходимую твердость наплавленного слоя. Для наплавки шеек валов из конструкционных сталей рекомендуются электроды с покрытием ОММ-5, МЭЗ-0,4, УМ-7, УОНИ-13/65, УОНИ-13/85.

Для наплавки поверхностей валов высокой износоустойчивости применяют электроды марок ЭНХ-20, ЭНХ-25, И1Х-30, ЭНХ-45, ЭНХ-50. Наплавку ведут с перекрытием валиков швов на 30-50% (рисунок 111, а). Толстые короткие валы наплавляют вкруговую, как это показано на рисунке 112, а. Тонкие валы наплавляют продольными швами, накладывая их поясами шириной 50-60 мм поочередно с диаметрально противоположных сторон, причем, в определенной последовательности, указанной на рисунок 112, б

а — правильная; б — неправильная

Рисунок 111 - Схема наплавки поверхности вала

а — круговая; б — продольная

Рисунок 112 - Последовательность наплавки металла на вал.

Детали из закаливающихся сталей требуют перед наплавкой подогрева до 250-300° С. Восстановленные валы могут быть упрочнены закалкой нагревом ТВЧ, которая повышает усталостную прочность восстановленных наплавкой деталей более чем на 100%, а поверхностную твердость Щ до 200%.

Шейки валов, выполненных из сталей, чувствительных к перегреву, рекомендуется наращивать; металлизацией. Это относится, например, к валам буровых лебедок, буровых насосов, трансмиссий силовых приводов и др. Металлизацию можно применять для восстановления шеек и цапф валов, если толщина наносимого слоя не превышает 10 мм. Поверхность участка вала под металлизацию предварительно должна быть подготовлена нарезкой для улучшения сцепления наплавляемого металла с основным.

Первоначальные размеры шеек и цапф валов могут восстанавливаться осталиванием. При небольшой величине износа, не превышающей 0,10-0,15 мм на сторону, для восстановления размеров применимо хромирование.

Изношенные поверхности валов можно восстанавливать применением ремонтных втулок. Втулка насаживается на вал прессовой посадкой или в горячем виде, подогретая до 480-500°С, а затем обрабатывается до необходимого размера обточкой, шлифованием или другими требуемыми способами. На шейки коленчатого вала устанавливают составные втулки из двух половин; их предварительно крепят к валу электрозаклепками, затем обваривают места стыка и, наконец, приваривают к валу и подвергают механической обработке.

Ремонтные втулки могут восстанавливаться с применением эпоксидного клея. Для этого цапфу или шейку вала протачивают так, чтобы остающаяся после обработки толщина втулки была не менее 2 мм. После подготовки сопрягаемые поверхности вала и втулки покрывают клеем и сажают втулку на место, не поворачивая ее. Применение этого способа требует растачивания сопряженной детали (подшипника) до соответствующего наружного диаметра втулки.

Конические поверхности валов при износе восстанавливают хромированием и осталиванием. При значительном износе таких поверхностей их наваривают, обтачивают и шлифуют.

На валах часто присутствует наружная крепежная резьба. Состояние резьбы проверяют внешним осмотром, калибрами и резьбомерами. Основными дефектами резьб являются срыв ниток, износ по диаметру, промывы, вытягивание. При незначительном повреждении двух-трех ниток их можно выправить с помощью плашек и напильника. Резьбу со значительными дефектами о полностью удаляют, а затем наплавляют (наваривают) этот участок вала с последующем использованием резьбы номинального размера, либо удаляют токарной обработкой и нарезают новую резьбу ремонтного размера. Дефектную резьбу на ответственных валах, подвергающихся большим нагрузкам, не рекомендуется восстанавливать наплавкой, т. к. прочность вала вследствие процесса наплавки может оказаться пониженной.

Резьбы, расположенные на концах валов, можно восстанавливать путем укорачивания вала на длину резьбы и нарезкой резьбы номинального размера. Таким способом, например, ремонтируют стволы вертлюгов.

В конструкции валов нередко предусмотрены крепежные отверстия (валы редукторов и центробежных насосов), отверстия под смазку (валы компрессоров, оси кронблоков и талевых блоков), обычно снабженные резьбой. Методы восстанавливания таких отверстий изложены в отдельном разделе данного справочника,

Многие валы снабжены шпоночными пазами, которые в зависимости от вида посадки на вал сопряженной детали (подвижная, неподвижная) изнашиваются или деформируются по боковым плоскостям. Ремонт шпоночных пазов возможен несколькими способами: наплавкой, заваркой введением ремонтных размеров, образованием нового паза, а при незначительном повреждения кромок пазов — зачисткой напильником и шабером.

Изношенные и смятые стенки шпоночного паза можно наплавлять с последующей обработкой его фрезерованием или строганием. Паз можно заварить полностью с последующим образованием паза на месте заплавленного. При заварке шпоночных пазов нормальной длины рекомендуются сварные швы-валики укладывать от середины паза к обеим концам. При заделке очень длинным шпоночных пазов (длиной более 400 мм) рекомендуется иная последовательность операций: сначала необходимо заварить среднюю часть паза, а затем концевые.

При проведении наплавочных или сварочных работ выбор марки электрода, силы тока и скорости выполнения операций должны быть такими, чтобы не вызвать деформацию вала термические напряжения в нем и чрезмерные структурные изменения материала.

При реставрации наплавленного паза или получении нового допускается некоторая несоосность паза с осью вала в пределах 0,05-0,10 мм по длине паза.

Если прочность вала позволяет дополнительное ослабление и при этом не требуется строго фиксирование сопрягаемой с валом детали по окружности, то на валу делают новый паз под некоторым углом к старому, а старый заваривают.

Шпоночный паз можно исправить обработкой боковых поверхностей до ремонтного размера. Увеличение ширины паза допускается не более чем на 15% от первоначальной. При этом требуется применение ступенчатой шпонки, поскольку в сопрягаемой детали размеры шпоночной канавки! сохраняются нормальными.

На шлицевых валах наряду с устранением дефектов, характерных для гладких валов, необходимо восстанавливать шлицевые поверхности. Основным дефектом шлицев вала является износ, в результате чего уменьшается ширина шлицев и увеличиваются зазоры в сочленении.

Наиболее широко для восстановления шлицевых поверхностей применяют дуговую наплавку. Толщина наплавленного слоя должна быть не менее 3 мм. Наплавку ведут проволокой Нп-30ХГСА диаметром 1,6-2,0 мм под слоем флюса АН-348А током обратной полярности. Торец нового участка вала перед наплавкой следует защитить от оплавления медной шайбой. После наплавки требуется проверка вала на прямолинейность и в случае необходимости правка, а также нормализация, токарная обработка, фрезерование шлицев, термическая обработка (закалка и отпуска до необходимой твердости), шлифование. Таким образом, технологический процесс восстановления получается трудоемким и поэтому не всегда выгодным. Шлицы можно наваривать только с изношенной стороны или полностью заваривать. Шлицевые поверхности могут также восстанавливаться электроконтактной приваркой металлических полос.

При небольшой степени износа для восстановления шлицевых участков рекомендуется холодное пластическое деформирование. При износе шлицев по толщине до 0,5 мм на их нерабочей наружной поверхности с помощью шлиценакатной головки и гидравлического пресса формируют технологическую канавку. Металл, вытесненный из канавки, заполняет боковую изношенную поверхность шлица и увеличивает наружный диаметр вала, обеспечивая необходимый припуск для механической обработки рабочей поверхности.

Если износ шлицев по толщине составляет 0,5-1,2 го на их наружной поверхности наплавляют валики металла и осаживают на гидравлическом ее с помощью шлиценакатной головки. При осадке наплавленные валики внедряются в основной металл, увеличивая ширину шлицев и обеспечивая необходимый припуск под механическую обработку. При износе шлицев по толщине сверх 1,2 мм наплавляют их боковые и наружные поверхности и подвергают механической обработке без применения деформирования.

Вдавливание шлицев можно осуществлять на токарном станке при помощи оправки с конусным роликом. Схема установки вала на станке показана на рис. 39, а схема деформирования ила — на рис. 40. Оправку укрепляют в резцедержателе суппорта станка. Продольную подачу осуществляют самоходным винтом, поперечную — вручную. После вдавливания одного шлица до требуемого размера патрон с валом поварачивают и начинают обработку следующего шлица. Результаты операций проверяются калибром, шаблоном или универсальным мерительным инструментом.

Для вдавливания шлицев роликом можно использовать поперечно-строгальный станок. На станках такого типа можно также при помощи делительного приспособления обрабатывать шлицы после их наплавки.

Закаленные валы перед операцией пластического деформирования отжигают, а после вдаваливания шлицев подвергают термообработке с целью придания им необходимой твердости. После и ого производят шлифование боковых поверхностей шлицев.

Наибольшую сложность представляет ремонт коленчатых и кривошипных валов. Это ответственные и дорогостоящие детали насосов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания. Основная причина их выхода из строя — износ коленчатых и шатунных шеек. Износ шеек в различных плоскостях неодинаков, в результате чего появляются овальность и конусность. Как правило, и таких валов обрабатываются под ремонтный размер на специализированных шлифовальных станках. Крупногабаритные валы тихоходных машин обрабатывают на токарных станках с применением уравновешивающих грузов. Шейки вала восстанавливают также наплавкой под слоем флюса с последующей нормализацией. После токарной обработки шейки закаливают токами высокой частоты, шлифуют, полируют.

Рисунок 113 - Схема установки шлицевого вала на станке

Некоторые валы снабжены специальными поверхностями типа кулачков, эксцентриков, сфер и т. п. Для восстановления таких поверхностей требуются либо специальные станки, либо копиро-вальные приспособления к универсальным станкам. Изношенные поверхности перед механической обработкой обычно наплавляются, например, сплавом сормайт 2.

Валы, поступающие на ремонт с трещинами, как правило, отбраковываются. Если вал неответственный, т. е. несет небольшие нагрузки, то он может быть отремонтирован заваркой трещин на всю глубину. Прочность восстановленного таким образом вала можно увеличить, если место заварки подвергнуть отжигу и проковать.

В отдельных случаях допускается ремонт коленчатых и кривошипных валов с трещинами в щеках. Для этого на концах трещины сверлят отверстия, трещину вырубают с разделкой кромок и заваривают, после чего производят общий или местный отпуск для снятия внутренних напряже-ний. Изношенную шатунную щеку обычно полностью удаляют, а на вал устанавливают неподвиж-ной посадкой новую, изготовленную с припуском под окончательную обработку.

Одна из часто встречающихся операций при ремонте бурового и нефтепромыслового оборудования — правка валов. В зависимости от диаметра и величины прогиба валы правят в холодном и нагретом состоянии. Валы диаметром до 50 мм или длинные валы диаметром до 100 мм при местном прогибе до 0,008 от длину вала правят в холодном состоянии. Величину прогиба определяют по просвету на контрольной плите, с помощью индикатора на призмах или в центрах токарного станка.

Рисунок 114 - Схема образования шлица вдавливанием ролика

Известно несколько способов холодной правки валов. Вал можно выправить вручную ударами молотка через оправку из мягкого металла. Вал можно править с помощью винтовой скобы (рисунок 115). Винт вращают вручную. Скобу перемещают на разные места вала, добиваясь прямолинейности оси вала. Такая правка выполняется достаточно быстро и обеспечивает, например, для нала диаметром 40 мм при его длине около 2-х метров точность до 0,1 мм на 1 м длины вала. В холодном виде валы можно править с помощью пресса, а при небольшом их диаметре — с мощью рычага, установленного в центре токарного станка.

Рисунок 115 - Правка вала винтовой скобой

Правка вала в нагретом состоянии производится после его установки на двух опорах. Вал закрепляют выгнутой стороной вниз, а на вогнутую сторону накладывают мокрый асбест и закрепляют его. Далее нагревают вогнутый участок газовой горелкой до 500-550° С, производят правку и дают валу остыть.

Более сложна и ответственна операция правки коленчатых валов, которая производится г помощью пресса и пневматического молотка в несколько приемов. После восстановления вала его подвергают балансировке и дефектоскопии (на отсутствие трещин).

Поломанные валы при необходимости могут восстанавливаться с помощью газовой или электрической сварки, а также резьбы. Части вала свариваются либо без подготовки, либо концы их обрабатываются под конус. При электросварке наплавленный, еще не остывший, металл проковывают. Покоробленный в результате термического влияния сварки вал выпрямляют одним и) указанных ранее способов. Вероятность коробления значительно уменьшается при подогреве мала до температуры 300-400° С. Иногда вместо отломанной или деформированной части вала к основной присоединяется новая изготовленная часть; это делается либо с применением сварки, 1ибо с помощью резьбы.

Поломанные валы могут быть отремонтированы также при помощи дополнительных деталей. При этом возможны различные варианты соединения частей вала, показанные на рисунке 116.

Если отломана значительная часть вала, то деформированный торец вала подрезают, изготавливают надставку, высверливают в обеих заготовках отверстия и нарезают резьбу. Затем вал и надставку собирают с помощью шпильки (рисунок 116, а), обваривают по окружности, обтачивают, при необходимости и шлифуют. Если обе части сломанного вала можно использовать, то их торцы подрезают, высверливают и нарезают резьбу. Затем изготавливают надставку с цилиндрическими выступами с обеих сторон, на которых также нарезают резьбу. После сборки (рисунок 116, б) оба стыка по окружности обваривают и вал подвергают необходимой окончательной механической обработке.

Ширина гладкой части надставки должна компенсировать сокращенную в результате подрезки длину вала, восстановив ее до первоначальной. Если сломана цапфа вала, то ремонтную надставку соединяют с валом так, как показана на рисунок 116, в. При этом торец вала также подрезается и снабжается резьбовым отверстием. После приварки цапфы вал подвергается механической обработке. Вал и ремонтную надставку можно соединить без резьбы (рисунок 116, г), если надставка имеет хвостовик, резервы которого обеспечивают нужную посадку его в отверстие вала. Хвостовик надставки вставляют в отверстие вала и соединение сваривают, а затем производят механическую обработку.

Детали типа валов, передающих нагрузку вдоль оси, восстанавливаются гальваническими способами, правкой и некоторыми другими, аналогичными изложенным для группы валов.

К деталям типа валов относится один из основных элементов металлорежущих станков — шпиндель. Металлорежущие станки, широко применяемые при ремонте нефтяного оборудования, сами периодически подвергаются ремонту, в т. ч. связанному со шпинделем и требующему особой точности операций. Допускаемое биение шеек шпинделя 0,003-0,010 мм. Конусность шеек не должна превышать 0,01 мм по всей их длине.

Правильность изготовления конусного отверстия проверяют калибром и с помощью оправки; допустимое биение оправки должно быть в пределах 0,003-0,010 мм на 300 мм длины. Очень важно при обработке шпинделя добиться соосности опорных шеек, конических и цилиндрических поясов и других поверхностей. Допустимые отклонения от соосности не должны превышать 0,005-0,030 мм на длине 300 мм. Допускаемое биение резьбы, измерение по среднему диаметру, не должно превышать 0,025 мм. Биение опорной плоскости головки шпинделя не должно превышать 0,01 мм.

Рисунок 116 - Способы восстановления поломанных валов с применением сварки при помощи: шпильки (а), вставки (б), надставки (в,г).

Шпиндели изготовляют из сталей 45, 20Х, 40Х, 12ХНЗ и др. Для восстановления шпинделей применимы следующие способы. При незначительном износе поверхностей ремонт выполняют на токарном станке при помощи абразивного порошка или путем хромирования, которое не рекомен-дуется для восстановления быстроходных станков. При значительном износе шеек их можно обточить на меньший размер, прошлифовать и отполировать. Шейки шпинделя можно восстановить металлизацией. Посадочные места шпинделя для вращающихся деталей можно вос-становить шлифованием, обточкой, металлизацией с последующей механической обработкой и другими способами, применяемыми при восстановлении валов.

Конусное отверстие шпинделя при малой выработке можно восстановить шлифованием, которое лучше всего проводить на самом ремонтируемом станке. При большой выработке конусное отверстие растачивают под переходную втулку с внутренним отверстием, соответствующим стандартному конусу. Конусную втулку цементируют на глубину 0,5-0,8 мм, закаливают и запрессовывают в коническое отверстие шпинделя с помощью пропущенного через шпиндель затяжного винта. Изношенная резьба шпинделя может быть отремонтирована наплавкой и восстановлением первоначальных размеров. Разработанные шпоночные пазы можно расширить фрезерованием и подогнать нестандартные шпонки. Можно также пазы заварить и выфрезеровать новые номинальных размеров.

Перед шлифованием шеек коленчатый вал подвергают правке.

Чтобы установить величину и направление прогиба, деталь укладывают на призмы пресса на вторую и восьмую коренные шейки и с помощью индикатора измеряют биение коренных шеек. Величину и направление прогиба вала отмечают мелом на щеках вала.

Искривления коленчатых валов вызываются остаточными напряжениями в металле из-за:

1. холодной правки под прессом;
2. поверхностной термической обработки и
3. механической обработки со снятием неравномерных припусков.

При эксплуатации вала остаточные напряжения под действием переменных нагрузок снижаются. Изменение распределения напряжений может также вызвать деформации вала.

В результате правки коленчатых валов при ремонте обеспечивается:

1. увеличение числа ремонтов и общий срок службы вала, так как при шлифовании правленого вала снимается минимальный слой металла;
2. уменьшение трудоемкости механической обработки вала и расходования абразивных кругов.

На ремонтных предприятиях применяют два способа правки коленчатых валов :

1. внешним статическим усилием под прессом и
2. местным наклепом щек.

Основной недостаток правки коленчатых валов под прессом следующий. Под действием изгибающей силы, приложенной к одной шейке, происходит местная пластическая деформация в наиболее податливом месте и сосредоточение остаточных напряжений у галтелей; это вызывает снижение усталостной прочности. Поэтому этот способ правки применяют лишь при значительном прогибе коленчатых валов, имеющих достаточный запас прочности; коленчатые валы с малым прогибом править под прессом не рекомендуется.

Коленчатые валы дизелей типа B2-300 и Д6, имеющие прогиб более 0,3 мм, правят под прессом по схеме, показанной на рис. 108 .

В том случае, если прогиб коренных шеек вала расположен в одном направлении и имеет наибольшее значение у четвертой (IV) или пятой (V) коренных шеек, вал устанавливают на призмы второй (II) и восьмой (VIII) опоры (рис. 108, а ) и правят, прилагая нагрузку к пятой (V) шейке. Призмы сделаны разъемными. Подставка призмы имеет широкую опорную площадку и боковые щеки. В отверстие одной из них ввернут фиксатор, входящий в гнездо бруса пресса.

Верхняя часть призмы представляет собой отдельную деталь и может наклоняться относительно нижней подставки на небольшой угол до выбора зазора между ними с одной из сторон. При такой конструкции призма разгружается от горизонтальной составляющей усилия, возникающего при правке вала.

Вал нагружают таким образом, чтобы oн прогнулся в обратном направлении на 3 мм. После снятия нагрузки вновь проверяют индикатором биение всех шеек вала. В случае надобности деталь правят повторно, увеличивая упругий прогиб до 5 мм.

Ввиду упругости вала величину обратного прогиба принимают в 10-15 раз больше устраняемого. Под нагрузкой пресса вал выдерживают 1-2 мин.

После правки вал подвергают магнитному контролю на отсутствие трещин.

Для уменьшения изменения формы правленого вала в процессе эксплуатации и при хранении прибегают к следующим мероприятиям: детали выдерживают для обеспечения естественного старения; при правке вала применяют небольшой обратный компенсирующий прогиб; применяют низкотемпературный отпуск. Когда величина прогиба уменьшается до 0,3 мм, окончательную правку выполняют методом наклепа щек. Наклон производят по щекам в местах, показанных на рис. 109 . Рис. 109. Схема правки выа методом наклепа щек: а-б, c-d - оси шеек до правки; a"-b", с"-d" - оси шеек после правки.

Коленчатые валы с пространственно изогнутой осью (с биением в нескольких плоскостях) подразделяют на две группы:

Первая группа - плоскости кривизны в отдельных шейках смещены одна относительно другой на угол не более 45°. Правку таких валов производят в средней плоскости, в сечении с наибольшим биением.

Вторая группа - плоскости кривизны смещены одна относительно другой на угол более 45°. Правку валов этой группы производят последовательно в обеих плоскостях искривления, начиная с большей величины искривления.

После правки биение коренных шеек и шеек носка вала должно быть не более 0,1 мм и биение хвостовика - до 0,08 мм.

Правка валов

Чтобы правильно наметить способы правки искривленного вала, необходимо определить место, значение и направление прогиба.

Для определения значения и направления прогиба необходимо произвести индицирование линии вала. Если индицирование производится не на станке, а на специальном стенде или непосредственно в агрегате, то надо следить, чтобы вал при проворачивании не смещался ни в боковом, ни в осевом направлении. Перед измерением биения размечают вал по окружности на 8 частей в каждом проверяемом сечении. Запись показаний индикатора по каждому сечению при проворачивании ротор производят в следующем порядке: ножку индикатора устанавливают против первой отметки на валу; показания индикатора приводят к нулю; ротор проворачивают вручную или краном до совпадания ножки индикатора со второй отметкой, затем с третьей отметкой и так далее до первой отметки. Повторное измерение в первой точке является контрольным, т.е. повторное показание индикатора в первой точке должно совпадать с первоначальным (должно равно нулю). Это показывает, что индикатор во время проворачивания не был сбит, а также ротор проворачивается без осевых или поперечных смещений.

После окончания индицирования вала определяют точку его максимального боя. В контролируемых сечениях фиксируют показания индикатора в диаметрально противоположных точках. Определяют место наибольшего биения и точку, где эта величина имеет положительное значение. Это является местом наибольшего прогиба вала. Точное место направления определяют построением кривой прогиба, которую строят по измеренным значениям радиального биения вала в контролируемых сечениях. Если точки максимального биения расположены по одной образующей вала, то имеет место прогиб без скручивания вала, в противном случае будет иметь место прогиб с одновременным скручиванием. В этом случае кривую прогиба строят для каждой из плоскостей продольного сечения вала, нумеруя их соответственно точкам измерений.

При нормальной эксплуатации прогиб вала в любом его сечении не должен превышать 0.08 мм, так как большой прогиб снижает общую надежность работы насоса и его необходимо ликвидировать.

Применяют следующие методы правки вала: наклеп, термический, термомеханический и релаксации напряжений. Все перечисленные методы, кроме наклепа, связаны с нагревом вала. Выбор того или иного метода зависит от значения прогиба, диаметра, длины и материала вала.

Правку вала методом наклепа производят следующим образом. Вал устанавливают в специальное приспособление вогнутой стороной вверх, жестко закрепляют один его конец и в месте прогиба домкратом немного снизу приподнимают, создавая в валу напряжение. Затем, с помощью зубила, имеющую ширину 30-40 мм и толщину 7-10 мм, наносят удары по выбранному месту. При наклепывании поверхностные слои металла с вогнутой стороны стремятся к удлинению, а так как удлинение не происходит, то в них возникают усилия, выпрямляющие вал.

В процессе чеканки после 10-15 ударов освобождают домкрат и зажимное устройство, и, проверив вал по индикатору, определяют степень его выпрямления. Правка считается законченной, когда достигнут прогиб в обратную сторону на 0.03-0.04 мм.

Вал в выпрямленном состоянии будет находиться до тех пор, пока внутренние усилие в металле вала не уменьшатся. Недостатком этого метода является порча поверхности вала и возможность выпрямления валов, имеющих относительно небольшие диаметры. Метод наклепа - самый старый метод правки валов.

Наиболее распространен термический метод правки валов, так как он прост и легко применим. Этот метод основан на одностороннем местном нагреве вала, вызывающем его прогиб. Пи правке термическим методом производят интенсивный местный нагрев выпуклой стороны до пластичного состояния на малую глубину. Остальные сечения вала должно оставаться по возможности холодным. Вследствие расширения нагретого участка вала сначала прогиб его увеличивается. В результате сопротивления холодной части вала в верхнем слое возникают усилия сжатия. При остывании пластически сжатых волокон создаются усилия, выпрямляющие вал. Термический способ правки применяется для валов, изготовленных из углеродистых и низколегированных сталей марок 35 и 40, при относительно небольших прогибах. Этим способом можно править валы на месте их установки, без демонтажа. Необходимо иметь в виду, что при правке валов этим способом возможны следующие дефекты: высокие растягивающие усилия на границах местного нагрева и остальной части поверхности вала, появляющиеся в результате местного нагрева, что может привести в образованию мельчайших, трудно выявляемых поверхностных трещинок; поверхностная закалка металла в месте нагрева; появление местных напряжений, имеющих значения выше предела прочности, что может привести к разрушению вала.

Процесс правки термическом способом производят следующим образом. После определения значения прогиба вал ставят выпуклой стороной вверх. Место правки плотно обертывают асбестовым листом, закрепляемым проволокой. Для местного нагрева в листе вырезают отверстие шириной 0.1-0.15 диаметра вала и длиной примерно 0.3 диаметра вала. Нагрев производят автогенной горелкой №7. При диаметре вала более 400 мм следует применять две горелки. Горелки дают резкий нагрев, не допуская в то же время подплавления металла. Для этого язычок пламени горелки должен быть как можно ближе к поверхности металла вала, но в тоже время не должен качаться его.

Нагрев начинается с центра, а затем горелка должна все время передвигаться к краям отверстия, вырезанного в асбестовом листе, и снова возвращаться к центру, где дается максимальный нагрев. Температура нагрева не должна превышать 650 0 С. В процессе нагрева происходит выпучивание вала, причем это выпучивание должно контролироваться. Контроль производится индикаторами, установленными на некотором расстоянии от места правки - сверху и снизу вала - таким образом, чтобы деформация вала была достаточно ясно выражена их показаниями. Если правка производится далеко от места опоры вала, то индикаторы лучше всего устанавливать ближе к месту правки, но так, чтобы пламя горелки не нагревало индикаторы; если же правка производится недалеко от точки опоры, то в этом случае индикатор лучше всего устанавливать по другую сторону опоры. Время нагрева можно устанавливать по таблице, где приведено ориентировочное время нагрева одной горелки в зависимости от диаметра вала и значения прогиба.

Время нагрева одной горелкой, мин, в зависимости от диаметра и прогиба вала:

В этой таблице предусмотрен нагрев горелкой №7. При правке горелкой №6 время необходимо увеличить примерно в 1,5 раза. При правке двумя горелками время стоит уменьшить вдвое. Во время нагрева следует очень внимательно следить за цветом накаленного металла и не допускать перегрева металл выше установленной температуры. Одновременно необходимо соблюдать по индикаторам за значением деформации вала в процессе нагрева для того, чтобы приостановить нагрев, когда прогиб вала в месте нагрева достигнет четырех- или пятикратного значения выпрямляемого прогиба. После окончания нагрева место обработки закрывается куском асбестового листа. В таком положении вал в течении 3-4 часов охлаждается, затем снимается асбестовая накладка и проверяется оставшееся значение прогиба вала.

Недостатком этого метода правки вала является присутствие остаточных напряжений в металле вала, что может в процессе длительной эксплуатации привести к частичному возвращению искривления вала. Этим методом нельзя править валы, изготовленные из высоколегированных сталей и работающие в области высоких температур.

Правка вала методом релаксации заключается в том, что при прогреве участка вала по всей окружности и на глубину сечения в месте искривления вал одновременно подвергают упругой деформации при помощи нажимного устройства. В нагретом и напряженном состоянии вал выдерживают в течении некоторого времени в зависимости от прочности стали, значения искривления и выбранной температуры правки. Под действием нагрузки и повышенной температуры упругая деформация переходит в пластическую, одновременно снижаются внутренние напряжения. Это явление называется релаксацией.

Для осуществления правки вал укладывается на специальное поворотное приспособление, покрывается чешуйчатым графитом, который смешивается с машинным или льняным маслом по все поверхности, кроме места измерения биения вала, и плотно обертывается асбестовым шнуром (желательно в 2слоя). Наиболее удобно применять асбестовый шнур диаметром 12 мм.

Предварительно, до обертывания, необходимо уложить термопреобразователи и вывести провода к месту, где удобно будет измерять температуру нагрева. Термопреобразователи и провода необходимо обернуть вместе с валом асбестовым шнуром. Способы заделки термопреобразователей не сложны. Для измерения температуры до 800 0 С должны применяться термопреобразователи их хромель-алюминия. они должны быть проградуированы до указанной максимальной температуры вместе с гальванометром. Гальванометр градуируется таким образом, чтобы минимальное деление шкалы было не более 20 0 С.

Расстановка термопреобразователей производится таким образом, чтобы можно было измерять температуру вала на месте нагрева и со всех сторон от места нагрева, наблюдать за степенью распространения температуры по длине вала. В месте нагрева желательно ставить по два термопреобразователя, диаметрально противоположно расположенные. Провода их, проходящие через нагретую зону вала, должны быть изолированы фарфоровыми бусами или же асбестовым шнуром, концы их выводятся возле шейки вала таким образом, чтобы они не мешали вращению вала. В месте вывода можно концы подсоединить к розеткам, закрепленным на валу.

На вал в месте нагрева наматывается катушка индукционного нагревателя, которая жестко закрепляется на раме или какой-нибудь специальной опоре. Катушки выбираются в соответствии с диаметром вала в нагретом месте. Так, для нагрева вала диаметром 300 мм до температуры 650 0 С требуется катушка с магнитодвижующей силой около 20000А. Катушка делается шириной 300-600 мм в зависимости от места ее расположения. В зависимости от силы тока используется кабель с площадью сечения от 60 до 200 мм 2 . Для катушки лучше всего брать медный многожильный гибкий кабель.

Наиболее целесообразным является использование для нагрева вала индукторов, которые применяются для термообработки стыков трубопроводов после сварки. Внутренний диаметр индуктора определяется диаметром вала, толщиной слоя изоляции и размером зазора (12-15 мм), обеспечивающим свободное вращение вала. Вал устанавливается выпуклой стороной вверх, собирается нажимное устройство и им создается натяжение для выправления вала.

Внешняя нагрузка, которая создает изгиб вала в сторону, обратную имеющемуся прогибу, определяется искривление вала, температурой нагрева, релаксационной характеристикой стали и временем выдержки в напряженном состоянии. Допустимое напряжение при прогибе для правки в один прием ограничивается опасностью концентрации напряжений в месте приложения нагрузки для выпрямления и опасностью образования трещин на растягиваемых волокнах металла. Исходя из этих соображений рекомендуется создавать такие напряжения в металле, которые не превышали бы половины временного сопротивления разрыву или предела прочности при растяжении данной сталей при температуре 600 0 С. В таблице приводятся допустимые напряжения для сталей отдельных марок.

Допустимые напряжения:

Если нет данных о пределе прочности при растяжении, то можно принимать максимальное допустимое напряжение равным 50 МПа. Усилие, которые должно быть приложено для того, чтобы напряжение в сечении вала не превышало 50 МПа, и соответствующую этому напряжению стрелу прогиба определяют расчетным путем.

Усилие Р подсчитывается по следующим формулам:

где? - внутренние напряжение (либо допустимое напряжение при температуре 600 0 С, l - длина вала между опорами, a,b - длина плеч от опоры до места приложения нагрузки Р, W - момент сопротивления.

выправляется передний или задний конец вала, т.е. консольная часть вала, и усилие Р приложено на конце вала:

Практическое приложение силы Р проверяется стрелой прогиба вала, которая получается при изгибе вала натяжным приспособлением. Эта стрела прогиба подсчитывается по следующим формулам:

усилие Р приложено не в середине вала:

где Е - модуль упругости, J - момент инерции;

усилие Р приложено в середине вала:

усилие Р приложено на конце вала:

Следует иметь в виду, что для прогибов валов менее чем на 0.2 мм необходимо учитывать во время правки их прогибов от собственной массы f c . В этом случае усилие Р необходимо уменьшить на усилие Р с, рассчитанной по формуле

а стрелу прогиба f - на прогиб f c , рассчитанный по формуле

Если фактическое значение прогиба, подлежащего выправлению, более рассчитанного значения f, то правка вала должна происходить в несколько приемов с таким расчетом, чтобы каждое приложение усилий нажимным устройством не вызывало значение прогиба более рассчитанного значения стрелы прогиба f, следовательно, получаемые при этом напряжения в сечении вала не будет превосходить допустимых.

При нажиме при создания упругого прогиба вала во время правки необходимо следить за тем, чтобы вал прогибался строго вертикально. Для этого нажим следует производить равномерно, одновременной подтяжкой гаек нажимного устройства. Создав необходимый нажим и проконтралировав его по стреле прогиба, включают питание индукционной катушки, нагревают вал до выбранной температуры правки и выдерживают его в напряженном и нагретом состоянии. Температуру нагрева и время выдержки выбирают по релаксационным характеристикам стали данной марки.

Если прогиб вала большой (более 0.5 мм), то температура правки берется высокой (около 600 0 С). При начальных малых прогибах вала и при доводке в конце правки температура нагрева принимается примерно 530-550 0 С с соблюдением небольшой (15-20 мин) выдержки. По окончанию выдержки с после снятия напряжений от нажимного устройства вал изолируют асбестом и охлаждают при его вращении, иначе вал может получить прогиб. После остановки вала, охлаждения его до температуры окружающего воздуха и контрольной проверки биения снимают тепловую изоляцию, удаляют термопреобразователи, смывают графитовое покрытие и снимают окончательную кривую биения вала.

Метод релаксации выгодно отличается от других методов правки тем, что после правки в металле вала отсутствуют остаточные напряжения, обеспечивающие его устойчивую работу при дальнейшей эксплуатации.

Обточка шеек вала

Перед установкой устройств демонтируют камеру рабочего колеса, рабочее колесо насоса, переходной конус, обтекатель, верхний и нижний направляющие подшипники и уплотнения вала. После этого предварительно центрируем вас с выверкой его общей линии. Затем на сегментах верхнего и нижнего направляющих подшипников электродвигателя устанавливаются минимальные зазоры, равное 0,05-0,1 мм.

Рисунок 17 - Схема обточки шеек вала: 1 - Выправляющий аппарат; 2 - Вращающийся центр; 3 - Вал насоса; 4 - Устройство для проточки; 5 - Головина; 6 - Электродвигатель.

Первоначально для создания опоры вала вместо демонтированных направляющих подшипников устанавливается и прикрепляется к выправляющему аппарату вращающийся центр. Аксиальным вращением центра относительно корпуса производят сопряжение его рабочей поверхности с поверхностью центрирующего отверстия вала. При этом контролируется и не допускается смещение общей линии вала относительно вертикально оси агрегата.

Контроль осуществляется двумя агрегатами, установленные на нижней шейки вала в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, а регулировка - регулировочными болтами, находящимися на опорах вращающего центра. Затем производят установку, выверку относительно оси вала и закрепляют устройства для обточки на посадочные места демонтированного верхнего и нижнего направляющего подшипника насоса в горловине или выправляющем аппарате.

Обточка шейки вала происходит при одновременном вращении вала электродвигателем насоса и перемещении суппорта с резцом с помощью механизма подачи. При этом резец устанавливается на заданную глубину резания. После каждого прохода производится остановка вращения вала и осуществляется контроль диаметра обрабатываемой шейки в нескольких сечениях, а также параметров шероховатости. Проточка шейки проводится до получения ближайшего ремонтного размера. В процессе резания обязательно обильное охлаждение режущего инструмента водой.

Для того, чтобы проточке обработать поверхность шейки до шероховатости, равной 2,5-1,25 мкм, необходимо для каждого типоразмера вала экспериментально подбирать подачу резца и глубину резания в зависимости от линейной скорости резания.

Валы

Основными дефектами валов центробежных насосов являются прогиб, износ шеек, шпоночных канавок и резьб. Аварии с валами насосов при перекачке нефти и нефтепродуктов приводят к серьезным последствиям, поэтому к выбору материалов, технологии изготовления и ремонту валов необходимо подходить очень серьезно.

Искривление валов обычно происходит в результате выхода из строя подшипников или задевания частей ротора за неподвижные детали насоса.

Задевание ротора возможно при износе подшипников скольжения или неправильной радиальной и осевой центровке его в корпус, в результате чего зазор между вращающимися деталями ротора и не вращающимися деталями корпуса распределяются неправильно. При выявлении указанных неисправностей необходимо произвести перецентровку ротора с доведением зазоров до нормальных размеров.

Шейки вала изнашиваются в основном в результате попадания механических примесей в узел подшипника, а также при некачественной или недостаточной смазке. Шейка вала вырабатывается неравномерно, при этом теряется чистота поверхности.

Резьбы и шпоночные канавки изнашиваются в результате многократной разборки и сборки от механического воздействия.

Способ и технология ремонта вала в каждом конкретном случае зависят от характера и размеров дефекта, а также технической оснащенности ремонтной базы. Погнутые валы выправляют механически в холодном состоянии или при нагревании. Первый способ прост и позволяет добиться достаточной точности, однако при этом на отдельных участках вала возникают перенапряжения, вследствие чего заметно снижается его усталостная прочность. Правку производят с помощью пресса или домкрата.

Для термической правки вал устанавливают в центрах токарного станка выпуклостью вверх. Участок вала, имеющий наибольший изгиб, закрывают асбестовым листом, который имеет окно для нагрева дефектного участка. Нагрев с применением горелок ведут интенсивно до температуры 500-5500С (нагретый участок должен принять едва заметный темно-красный оттенок). Нагретое место вала закрывают асбестом во избежания закалки. Если после этого вал не выпрямился, его повторно разогревают.

По окончании правки вала его нужно отжечь для ликвидации остаточных напряжений. Отжиг производят горелками, равномерно прогревая вал по всей длине. При этом он должен вращаться с частотой 15-20 об/мин. После прекращения прогрева вал необходимом вращать до полного его остывания.

Вал разрешается использовать, если его биение не более 0,015мм. Изношенные шейки вала протачивают на токарном станке с последующей шлифовкой переносной шлифовальной головки, укрепленной на суппорте токарного станка, либо просто шлифую, когда повреждение шейки вала не значительны и слой металла, подлежащий снятию, не превышает 0,4мм. Такой метод ремонта можно применят до тех пор, пока ремонтный размер диаметра шейки вала не уменьшится больше чем 5% от номинального диаметра шейки.

Сильный износ шеек вала или необходимость восстановления их до номинальных размеров требует применение методов нанесения металлов на изношенную поверхность, что может быть выполнено наплавкой или металлизацией.

Поверхность вала предварительно обрабатывают на токарном станке, снимая стружку на такую глубину, чтобы вся наплавляемая поверхность оказалась обработанной. Это позволяет обеспечить хорошие условия для наплавки и выдержать одинаковую толщину наплавляемого слоя. Наплавку можно производить вручную, однако при использовании машины достигается большая равномерность и высокое качество наплавленного слоя.

Валики наплавляемого металла могут быть направлены вдоль оси вала или по спирали. При спиральной наплавки коробление вала сводится до минимума. При спиральной наплавки наплавляемый вал медленно вращают в центрах токарного станка, на суппорте которого установлено автоматическая сварочная головка. Наплавку производят под слое флюса.

Процесс металлизации состоит в расплавления напыляемого материала распылении его струей сжатого воздуха или газа и осаждении на поверхности изделий путем удара и деформации частиц. В зависимости от применяемого источника тепла различают газовую, электродуговую высокочастотную, тигельную и плазменную металлизацию. Напыляемый материал можно применять в виде проволоки, ленты или порошка. Наибольшего распространения получили электродуговые и газовые металлизаторы проволочного типа.

Металлизация не вызывает деформацию восстанавливаемой детали. Для получения хорошего сцепления наносимого слоя металла важно правильно провести подготовку. Она заключается в очистки поверхности вала от грязи, масла, окислов и создании шероховатой поверхности.

После нанесения любым способом металла на изношенные поверхности шейки вала их протачивают и шлифуют, восстанавливая диаметр до номинального с учетом допусков согласно техническим требованиям.

В случае забоин на резьбе вал устанавливают в центрах токарного станка и резьбу восстанавливают резцом. При значительных повреждениях резьбы участок вала с резьбой протачивают до ее основании наплавляют до соответствующих размеров. Затем производят механическую обработку наплавленного участка и нарезание резьбы.

Изношенные шпоночные пазы на валах восстанавливают несколькими способами. Если шпоночное соединение не должно фиксировать положение детали относительно вала, оставляют изношенный шпоночный паз, зачистив предварительно острые кромки его, и под некоторым углом к старому пазу размечают, затем фрезеруют новый паз по первоначальным размерам.

Если же шпоночное соединение строго фиксированное, необходимо восстановить изношенный паз. Обычно это осуществляют электродуговой наплавкой смятых кромок либо заваркой шпоночного паза полностью. На месте наплавки размечают и фрезеруют новый паз.

Выполнение наплавки требует предварительной подготовки наплавляемых поверхностей. Они должны быть очищены от коррозии и обезжирены. Материал электрода подбирают в соответствии с качеством основного металла.

Наплавленный материал имеет повышенную твердость, что значительно осложняет обработку. Поэтому иногда прибегают к расширению изношенного паза, увеличивая его размеры по обе стороны от продольной оси. Наибольшее расширение паза не должно превышать 15% первоначальной ширены. По размеру нового паза изготовляют шпонку, а на ответной детали расширяют канавку под новую шпонку или шпонку делают ступенчатой.

При серьезных дефектах вала - трещины в теле вала, невозможность исправление прогиба указанным выше способом, неоднократное восстановление шеек и резьб, а также шпоночных пазов - его заменяют новым.

Ремонт валов и осей

Характерными дефектами валов и осей, возникающими в процессе эксплуатации, являются прогиб, скручивание, изломы, образование забоин и трещин, износ шеек (цапф), износ или повреждение шпоночных канавок, шлицов, повреждение и износ резьбы.

При наличии погнутости вала (оси) и других дефектов в первую очередь устраняют прогиб.

Величину прогиба вала или оси устанавливают на токарном станке или на подшипниках, затем индикатором измеряют биение на различных участках, отмечая мелом места, которые дают наибольшее биение и потому требуют правки.

Более простой способ определения изгиба - при помощи стальной линейки. Ее прикладывают ребром по оси вала и щупом замеряют величину просвета на данном участке, соответствующую прогибу вала.

Допустимый прогиб валов при частоте вращения свыше 500 об/мин составляет 0,15 мм на 1 м, но не более 0,30 мм на всю длину вала; при частоте вращения менее 500 об/мин - 0,10 мм на 1 м, но не более 0,20 мм на всю длину вала.

Прогиб вала и осей величиной менее 0,5 мм устраняют шлифованием, а выше 0,5 мм - холодной правкой или правкой с нагреванием.

Холодную правку валов (осей) проводят несколькими способами: чеканкой, винтовыми приспособлениями и прессами.

При холодной правке чеканкой (рис. 23.1, а) вал 1 устанавливают на двух опорах вогнутой стороной вверх. Под место наибольшего прогиба устанавливают подкладку 6 из мягкой меди или дерева твердой породы.

Рис. 23.1. Правка вала:

а - холодная правка чеканкой; б - порядок ударов; в - правка с нагревом; 1 - вал; 2 - место наибольшего прогиба; 3 - индикатор; 4 - место наклепа; 5 - хомут; 6 - подкладки; 7 - опоры

Около места наклепа 4 закрепляют вал скобой или хомутом 5, оставляя на весу наибольшую часть вала (0,6-0,8) * l . Это необходимо для того, чтобы масса вала способствовала вытяжке вогнутых волокон. Для этого же на длинном конце вала проводят дополнительно равномерный нажим.

Наклепывание (чеканку) проводят над подкладкой 6, осторожно, ударяя молотком массой 1-2 кг по специальному медному или латунному чекану, пригнанному по форме вала (рис. 23.1, б).

По мере чеканки индикатором 3 измеряют стрелу прогиба вала.

При диаметре валов менее 60 мм их правят при помощи винтового пресса. Головка винта должна быть установлена над выпуклым местом вала и давить на него через медную или латунную прокладку. Одновременно следует постукивать по поверхности вала свинцовой или медной кувалдой или обыкновенным молотком по медной подкладке.

Правку с нагревом применяют для валов диаметром более 80 мм, а также при изгибах валов, достигающих нескольких миллиметров (рис. 23.1, в).

Вал 1 устанавливают на двух опорах 4 выпуклой стороной вверх. Затем нагревают газопламенной горелкой в месте наибольшего прогиба 2, отмеченном индикатором. Для этого вал обертывают с обеих сторон от места нагрева мокрым листовым асбестом, закрепляют его проволокой, оставляя открытым участок непосредственного нагрева. При этом принимают размеры открытого участка вала по длине 0,1-0,2 d, а по окружности - 1/3 d (где d - диаметр вала). Прогревание длится 3-5 мин при температуре пламени 500-550 °C. Температуру нагрева контролируют термопарой или по цвету побежалости стали (темно-бурый цвет каления). Нагретый участок быстро охлаждают сжатым воздухом. Операцию повторяют несколько раз. Вал выравнивается под воздействием внутренних напряжений, возникающих при местном нагреве и охлаждении. Таким способом можно править валы, изгиб которых достигает нескольких миллиметров, с точностью до 0,03-0,05 мм.

Прогиб вала проверяют индикатором 3 до начала и после прогрева, который повторяют, если вал не выпрямится от одного нагрева.

Устранение скрученности . Скрученные валы, как правило, выбраковывают. При скрученности валов Ø 50-60 мм до 10° ее устраняют рычажным захватом, а особо тонких валов или осей - зажимая один конец вала (оси) в тисках и поворачивая другой конец воротком в необходимую сторону. При этом подкладывают медные или свинцовые прокладки.

Угол скручивания (смещения) определяют замером линейкой с угломером или рейсмусом.

Заварка трещин . Валы, имеющие сквозные изломы или поперечные трещины глубиной до 0,10 диаметра вала, как правило, заменяют новыми.

Валы и оси, имеющие отдельные поперечные трещины глубиной до 0,10 диаметра вала и продольные трещины глубиной не более 0,15 диаметра вала, длиной не более 10 % от длины вала и не воспринимающие ударной нагрузки, могут быть отремонтированы электросваркой. При этом необходимо предварительно разделать все трещины до здорового места и снять фаски по 10-12 мм на сторону. Валы малых диаметров перед сваркой подогревают. После сварки правят, обтачивают и шлифуют.

Ремонт шеек валов . Поверхностные повреждения цапф (царапины, риски, заусенцы, неглубокие задиры), а также незначительные овальность, конусность или эллипсность шеек (не более 0,2 мм) устраняют вручную бархатным напильником с последующим полированием тонким наждачным полотном или специальными полировочными жимками. Жимок представляет собой две колодки, наложенные одна на другую, с отверстиями определенного диаметра. Внутренние стенки отверстия обтянуты кожей. При износах свыше 0,2 мм шейки перетачивают на токарном станке, а затем шлифуют под ремонтный размер.

Переточку выполняют в два или три перехода: первый - грубая обработка острым обдирным резцом; второй - обточка чистовым резцом; третий - отделка широким резцом.

Во избежание перенапряжения валов при относительно небольших выработках шеек рекомендуется ремонтировать их металлизацией. Допускается наращивание поверхности шеек хромированием и осталиванием.

При изменении диаметра шейки свыше 10 % переточка ее не допускается. В этом случае ремонт выполняют электронаплавкой с последующей проточкой до номинального диаметра.

Для того чтобы получить хорошую поверхность восстанавливаемой шейки и прочный слой наплавляемого металла, необходимо изношенную часть шейки проточить на 1,0-1,5 мм от номинального размера шейки, а после этого наплавить металл в определенном порядке. Наплавку металла на шейки цапф можно делать вдоль оси шейки или по окружности.

В первом случае (рис. 23.2, а) каждый следующий валик наплавляемого металла должен перекрывать на 1/3 по ширине предыдущий (соседний с ним) и заканчиваться на противоположной по диаметру стороне шейки (на рис. 23.2, а последовательность наложения валиков указана цифрами). Это делают для того, чтобы наплавляемую шейку не повело.

Рис. 23.2. Электронаплавка шейки вала: а - вдоль оси шейки; б - по окружности

Во втором случае (рис. 23.2, б) также остается в силе условие перекрытия на 1/3 каждым валиком ранее наплавленного валика.

После проверки отсутствия искривления шейки при наварке ее протачивают. В тех случаях, когда наплавку сделать трудно, шейки вала ремонтируют установкой ремонтных втулок. При этом способе ремонта отожженный вал обтачивают и напрессовывают втулку из того же материала, раскернивают ее по торцу или приваривают точечной сваркой. Втулку можно ставить на эпоксидном клее, обработав затем шейку до нужного размера.

Восстановление центровых отверстий . Проверку и восстановление центровых отверстий валов проводят на токарных станках. Для этого ремонтируемый вал устанавливают одним концом в самоцентрирующий патрон, а второй конец шейкой вала кладут на кулачки неподвижного люнета. Регулировкой кулачков люнета добиваются того, чтобы индикатор показывал биение на шейке вала не более половины допуска на изготовление.

После выверки вала проводят правку центров центровым сверлом, специальным резцом или шабером. Центр второго конца вала исправляют так же, как и первого. Качество правки центров проверяют на том же токарном станке, но вал устанавливают в центре, а контролируют шейки вала по индикатору.

Ремонт шпоночной канавки и шлицов . Сначала проверяют канавки (штихмасом, штангенциркулем и угольником). Если повреждения канавок не превышают 5 % от их ширины, то канавки ремонтируют напильником и шабером. При более значительных повреждениях, требующих расширения канавки от 5-15 %, ремонт выполняют прострожкой и фрезерованием канавки на станках и тем самым придают ей ремонтный размер, соответственно, изменяя при этом размер шпонки (допускается применение ступенчатой шпонки). Ремонтный размер паза не должен превышать номинальный более чем на 15 %. Шпоночные пазы, изношенные более чем на 15 %, восстанавливают под номинальный размер наплавкой вручную одной из стенок паза с последующей механической обработкой. Практикуется изготовление нового шпоночного паза под углом 120-180° по отношению к изношенному. При этом изношенный паз заваривают. Для неответственных соединений допускается наплавка изношенного паза с последующей обработкой (на прежнем месте).

Шлицевые соединения ремонтируют наплавкой шлицев с последующим отжигом, механической и термической обработкой. При небольших износах зубилом надрубают канавку вдоль шлица, при этом шлиц раздается по ширине. Полученную канавку заделывают наплавкой и обрабатывают.

Главная » Вопросы » Ремонт деталей типа валов. Правка валов электродвигателей Обточка шеек вала