Ремонт деталей типа дисков

По назначению детали типа дисков должны быть отнесены к различным группам:

1. Детали, выполняющие функции кинематических звеньев механических передач — это зубчатые колеса, звездочки, шкивы, муфты.

2. Детали, выполняющие роль статоров и роторов в машинах центробежного типа — рабочие колеса и направляющие аппараты центробежных насосов, статор турбобура и др.

3. Детали, выполняющие роль регулирующих, прижимных или опорных элементов, определяющих положение других деталей в машине — крышки, диски пяты, прижимные диски и др.

Геометрически детали типа дисков значительно различаются даже в пределах одной группы. Так, зубчатые колеса, шкивы, муфты имеют разную форму наружной рабочей поверхности, а у деталей центробежных машин рабочей поверхностью является внутренняя — стенки проходных каналов.

Характерными дефектами для первой группы деталей являются износ, задиры, риски на рабочих поверхностях, износ опорных сопряженных с валом или осью поверхностей, повреждения шпоночных и шлицевых пазов.

Зубчатые колеса при эксплуатации подвергаются воздействию значительных изгибающих, контактных и ударных нагрузок. Более интенсивному изнашиванию подвержены зубчатые колеса непостоянного зацепления — переключаемые шестерни коробок перемен передач, у которых преимущественно изнашиваются торцы зубьев. Наиболее распространенные дефекты в зубчатых колесах: износ зубьев по толщине и длине, поломка зубьев, усталостное разрушение в виде раковин ни поверхности, выкрашивание цементированного и закаленного слоя, износ посадочных отверстий и ступицах, трещины в ободе или ступице, смятие и износ шпоночных пазов и шлицев.

Износ зубьев по толщине измеряют штангенциркулем или шаблоном, а по длине и профилю — штангенциркулем, штангензубомером или шаблонами. Можно руководствоваться следующими нормами: допустимый износ зубьев по делительной окружности — 10-20 % от первоначальной толщины в зависимости от степени ответственности передачи; ширина головки зуба не должна быть менее 0,2 модуля зубчатой пепредачи; выкрашивание рабочих поверхностей более чем на 30 % не допускается, при этом глубина ямок не должна превышать 5-10 % толщины зуба; при износе более 80 % толщины цементированного слоя колесо отбраковывается.

При небольшом износе зубьев по толщине (10-12%) обычно зачищают поверхность от наплывов и заусенцев. В случае одностороннего износа зубьев при симметричной конструкции колеса его можно перевернуть для дальнейшей работы другой стороной; с этой же целью в отдельных случаях применяют небольшую конструктивную переделку. Сильно изношенные зубья могут восстанавливаться в некоторых случаях корригированием, а в основном, наплавкой.

Зубья шестерен из малоуглеродистых, низко- и среднелегированных сталей поддаются наплавке без особых затруднений. Для нецементированных зубчатых колес из сталей 40,45,40Х и др. применяют газовую наварку прутками из тех же сталей или из сталей 60Г, 65Г. После наплавки зубья фрезеруют, шестерню закаливают и отпускают. Зубья цементированных шестерен из сталей 20, 15Х, 20Х и др., изношенных с торца, наплавляют также газовым способом прутками из сталей 40, 50, 40Х и др., а также сталей 60Г и 65Г.

Для шестерен небольшого диаметра с мелкими зубьями толщиной менее 6 мм при износе всех зубьев по толщине рекомендуется сплошная круговая наварка газовым способом с применением присадочного материала (прутков) из сталей 45,50,45Х и др. При износе зубьев с обеих сторон по профилю и с торцов можно также применить электронаварку электродами из проволоки марки Св-08 с меловой обмазкой. После механической обработки шестерню цементируют, закаливают и отпускают.

Если посадочное отверстие шестерни не требует ремонта, то можно избежать операции отжига, для чего рационально зубья наваривать с погружением шестерни в водяную ванну и последующей поверхностной закалкой зубьев. При погружении в воду колесо закрывают асбестом для защиты наплавляемой поверхности от брызг воды, оставляя прорезь для нескольких зубьев. Если ремонт отверстия необходим, то зубья навариваются обычным способом с последующей закалкой всей шестерни в печи. Рекомендуется также наплавка зубьев ацетилено-кислородным пламенем с применением присадочного материала того же состава, что и материал шестерни. Колесо при наплавке погружают в ванну с водой во избежание коробления.

Зубчатые колеса, имеющие большой шаг, наплавляют твердыми сплавами типа сормайт или сталинит. Такая наплавка применяется при нормальном механическом износе поверхностей. После наплавки зубья обрабатываются абразивными кругами. Зубья, изношенные по торцам, также восстанавливаются наплавкой сормайта.

Шестерни с очень сильным износом и поломанными зубьями, как правило, заменяются новыми, но в некоторых условиях возможны исключения. Можно наплавлять сломанные зубья колес средних и больших модулей неответственных передач, работающих при небольшой частоте и вращения и не передающих значительной мощности (привод масляных насосов и других вспомогательных агрегатов). Зубья наплавляют электродуговым способом качественными (толстообмазанными) электродами типа Э-42 с припуском на последующую механическую обработку в 2-3 мм. После наплавки желателен отжиг.

Поломанные зубья крупных колес тихоходных передач, работающих без толчков, можно восстановить несколькими способами: креплением новых зубьев к ободу колеса винтами; установкой ввертыша на месте сломанного зуба с последующей наплавкой и обработкой по профилю; установкой новых зубьев путем приварки их к ободу колеса. Можно также заменить всю рабочую часть колеса при помощи венца.

Ремонт колеса с креплением зуба с помощью винта показан на рисунке 117. При достаточной толщине обода шестерни возможен вариант крепления зуба в канавку с профилем «ласточкина хвоста» и дополнительным креплением зуба сваркой или винтом с торца (рисунок 118). Зубья могут просто привариватся к ободу колеса. Во всех вариантах требуется как достаточная точность изготовления зубьев, так и точность их установки на ободе колеса. Возможно также применение вставных зубчатых секций. Для этого, как и в предыдущих случаях, поломанные зубья удаляются на строгальном или фрезерном станке и на ободе выполняется паз в виде «ласточкина хвоста» (рисунок 119). Вставка с зубьями плотно сажается в паз и закрепляется винтами, как показано на рисунке, или при помощи сварки. Зубчатый сектор вырезают из специально изготовленного зубчатого венца или другого поломанного зубчатого колеса. Восстановление отдельных зубьев путем установки ввертыша, его наплавки и последующей обработки по профилю зуба показано на рисунке 120.

При значительном износе или поломке большого числа зубьев все зубья срезаются на станке или газорезкой с последующей обточкой обода колеса. Перед обточкой термически обработанные колеса отжигают. Затем на обод насаживается венец холодным или горячим способом. Предпочтителен подогрев венца до 100-150° С. Венец изготавливается в виде гладкого кольца или имеет уже нарезанные зубья. В первом случае зубья нарезаются на собранном колесе. Венец должен крепиться к ободу любым способом: сваркой, винтами с торца или шпонками. После монтажа зубчатый венец термически обрабатывается с применением ТВЧ.

Рисунок 117 - Крепление ремонтного зуба винтами способом «ласточкина хвоста»	Рисунок 118 - Крепление ремонтного зуба

Рисунок 119 - Восстановление зубьев установкой зубчатого сектора	Рисунок 120 - Установка ввертыша с последующей наплавкой

Лопнувший обод зубчатых колес можно отремонтировать двумя способами. В обоих случаях обод стягивают хомутами, устраняя зазор, а затем либо заваривают трещину и термообработкой снимают внутренние напряжения, либо устанавливают с двух сторон накладки, которые прикрепля­ют к ободу винтами.

В случае образования трещины в ступице ее либо заваривают, либо стягивают кольцом, если это позволяет конструкция детали. Для посадки кольца на ступице делается кольцевая проточка, на которую в горячем состоянии надевается кольцо, изготовленное с несколько меньшим диаметром, чем диаметр проточки на ступице.

Изношенное отверстие ступицы восстанавливают наплавкой, способом ремонтных размеров или дополнительных ремонтных деталей. Выбор способа ремонта определяется, главным образом, величиной диаметра и длины ступицы. При диаметре отверстия свыше 100 мм и сопоставимой с ним длине ступицы изношенную поверхность можно нарастить наплавкой, а затем расточить до номинального размера. При меньших размерах отверстия и ступицы наплавка трудно осуществима, поэтому отверстие можно расточить до ремонтного размера, что одновременно потребует (в соответствии с особеностями способа) изменения размеров посадочной шейки вала. Более предпочтителен способ дополнительной ремонтной детали с расточкой ступицы, запрессовкой в нее втулки и окончательной расточкой зубчатого колеса в сборе. Однако последний способ возможен только при достаточной толщине стенок ступицы, отсутствии шпоночной или шлицевых канавок.

При смятии или разрушении кромок шпоночной канавки в отверстии ступицы выполняется новая канавка на поперечно-строгальном станке под углом 120-180° к оси старой канавки.

Отремонтированные зубчатые колеса обкатываются с целью приработки зубьев парных колес. Степень приработки проверяют на краску по пятну касания, которое должно быть не менее 20% по высоте и 60% по длине зубьев.

В нефтяном оборудовании широко используются цепные передачи (буровые лебедки, трансмиссии, редукторы, привод ротора, привод насосов, лебедки нефтепромысловых подъемных агрегатов и др.). В процессе эксплуатации цепные колеса (звездочки) получают такие дефекты, как износ зубьев по толщине, изменение профиля зубьев и диаметров впадин, износ отверстия ступицы, износ антифрикционных втулок свободно вращающихся колес, смятие и разрушение шпоночных канавок в ступицах.

При ремонте цепных передач изношенные звездочки часто заменяются новыми. Иногда зубья наплавляют электродами, а затем фрезеруют, проверяют профиль и шаг зубьев шаблонами и наложением звеньев новой цепи. Рабочая часть цепного колеса может быть заменена зубчатым венцом аналогично тому, как это делается для зубчатых колес. Антифрикционная втулка выпрессовывается и заменяется новой с необходимым припуском по внутреннему диаметру, который затем растачивается на собранном колесе на заданный размер. Способы восстановления остальных элементов звездочек аналогичны описанным для зубчатых колес.

Применяемые в нефтяном оборудовании шкивы отличаются своим назначением и конфигурацией рабочих поверхностей. Характерными представителями разновидностей шкивов являются шкивы клиноременных передач (привод станков-качалок, привод буровых насосов), тормозные» шкивы (буровые лебедки, лебедки подъемных агрегатов, тормоз станков-качалок) и канатные шкивы (талевые механизмы буровых и нефтепромысловых подъемных установок).

В шкивах для клиноременных передач наблюдается износ поверхностей канавок, надломы трещины на ступицах, износ посадочного отверстия и шпоночного паза. Канавки под ремни при ремонте протачиваются, если при этом частота вращения передачи изменяется не более чем на 5%. Для сохранения передаточного отношения допускается обточка сопряженного шкива до соответствующего диаметра. Передаточное отношение i = D₁/D₂, где D₁ — диаметр меньшего шкива, обычно ведущего, D₂ — диаметр большего шкива. Если малый шкив обтачивается на величину б₁ то уменьшение диаметра составит б₁/D₁ = Δ₁ ≤0,05. При этом частота вращения должна снизиться не более, чем на 5 %. Если обтачивается большой шкив, то уменьшение его диаметр составит б₁/D₂ = Δ₂ ≤0,05.. При этом частота вращения передачи должна повыситься не чем на 5 %. Изломы и трещины шкивов завариваются с предварительным подогревом детали. Втулки в шкивах можно устанавливать с помощью клея. Для этого втулку пригоняют по отверстию ступицы с зазором 0,04-0,05 мм по диаметру. Долбление шпоночного паза во втулке изводят до склеивания.

Тормозные шкивы изнашиваются по наружному диаметру: на рабочей поверхности возможны трещины, риски, задиры, что уменьшает эффективную поверхность трения и приводит к наиболее интенсивному износу сопряженных деталей. Не допускается величина износа и рисок глубиной более 2 мм и радиальное биение шкивов более 0,1 мм. Ремонт шкивов состоит в обточке изношенного слоя.

Канатные шкивы кронблоков и талевых блоков изнашиваются по канатному желобу. Предельный износ поверхности желоба допускается на глубину до 40 % от радиуса закругления канавки (не более 3 мм). Этот дефект восстанавливается протачиванием, причем, допускается уменьшение номинального диаметра до 10 мм. Профиль канатных шкивов контролируется шаблонами. Биение дна желоба относительно оси вращения не должно быть более 1 мм, при этом ось профиля желоба относительно средней плоскости шкива может быть смещена не более чем на 1,5 мм.

Изношенные посадочные поверхности ступиц растачивают и запрессовывают в них втулки, фиксируемые с торцов стыкуемой поверхности резьбовыми штифтами. После этого втулку рас­тачивают окончательно под подшипник.

Соединительные муфты, предназначенные для передачи крутящего момента от одного вала к другому, весьма чувствительны к несоосности валов. Виды износа муфт и методы их восстановле­ния зависят от конструкции муфт, имеющих большое разнообразие, и условий эксплуатации. Жесткие разъемные муфты с повреждением посадочных поверхностей отверстия и шпоночного паза чаще всего восстанавливают методом наплавки с последующей механической обработкой. Посадочные поверхности можно также восстанавливать установкой втулки. Разработанные болтовые отверсия рассверливают под больший диаметр и устанавливают в них новые болты или старые отверстия заваривают и сверлят новые в других местах. В упругих пальцевых муфтах изнашиваются упругие элементы, изгибаются пальцы и разрабатываются отверстия под пальцы. При замене упругих элементов резиновые кольца могут заменяться толстостенной резиновой трубкой или пакетом кожаных колец. Рекомендуется также установка деревянных (березовых) колец, при котором срок службы увеличивается в 1,5 раза. Отверстия в полумуфтах восстанавливаются способами, описанными для жестких муфт.

Детали типа дисков обычно после ремонта подвергают статической балансировке.