Эксплуатация и ремонт машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов 

В процессе работы машины элементы сопряжений изнашиваются, т.е. изменяются их структурные  параметры, к ко­торым относятся: шероховатость поверхности, геометрическая форма, размер поверхности.

Совокупность изменений перечисленных параметров приво­дит к изменению основного структурного параметра сопряже­ния - посадки, что проявляется в увеличении зазо ра или уменьшении натяга в соединении.

Восстановление посадок в сопряжениях деталей машин осу­ществляется тремя способами:

1)  без изменения размеров деталей; 2) изменением первоначальных размеров; 3)восстановлением первоначальных размеров деталей.

         Восстановление   посадки   без   изменения,   размеров   деталей осуществляется следующими способами: регулировкой зазора, заменой одной из изношенных деталей или п ерестановкой ее в дополнительную рабочую позицию.

Способ восстановления посадки регулировкой зазора обычно применяется для легко доступных и малоответственных сопря­жений и сводится к перемещению одной или нескольких дета­лей. В результате восстанавливается первоначальный зазор. Од­нако этот способ не обеспечивает восстановления первоначально­го ресурса сопряжения, так как не устраняются искажение гео­метрической формы и изменение первоначальной шероховатости.

Регулировку зазора в сопряжениях подшипников, конических пар шестерен, рычажных механизмов в зависимости от их конст­руктивных особенностей выполняют одним из следующих прие­мов: удалением или постановкой прокладок; подтягиванием (ре­гулировкой) резьбовых или клиновых соединений; автоматиче­ской регулировкой, например, пружиной и т.д.

Например, регулировка зазоров у конических роликовых подшипников производится за счет изменения толщины ком­плекта прокладок.

Начальный зазор в соединении подшипник - шейка вала восстанавливают уменьшением числа прокладок в стыке между по­лукольцами. Перемещением разрезной конусной втулки с помо­щью гайки относительно конусной поверхности внутреннего кольца подшипника восстанавливают исходный натяг в соедине­нии этого кольца с шейкой вала. За счет изменения толщины комплекта прокладок регулируют зазор в зацеплении конических шестерен главных передач ведущих мостов тракторов, автомоби­лей и комбайнов.

Нередко конструкцией механизмов предусматривается авто­матическое регулирование зазора, например, между тормозными колодками и тормозным барабаном колеса автомобиля. Здесь одна из соединяемых деталей (тормозная колодка) перемещается в сторону компенсации износа по мере его нарастания, поддер­живая стабильный зазор. Упрощенный вариант автоматического регулирования зазора - автоматическое поддержание за счет пружины контакта деталей, например, щеток и коллектора элек­трической машины.

Восстановление посадки регулировкой особенно эффективно в соединениях с резко меняющейся, особенно со знакоперемен­ной, нагрузкой, поскольку энергия удара в зависимости от зазора в соединении возрастает по параболе.

Однако в соединениях типа вал - подшипник, рассчитанных на работу в условиях жидкостного трения, при простой регули­ровке зазора исходная надежность соединения не восстанавлива­ется, поскольку не устраняется искажение геометрической фор­мы работающих поверхностей. Зазор в соединении опять быстро достигает предельного значения. Этим объясняется тот факт, что конструкция соединения шейка коленчатого вала - вкладыш де­лается нерегулируемой.

Способ перестановки деталей в другое положение (позицию) основан на использовании симметричного расположения одина­ковых по всем параметрам поверхностей, одна из которых всегда, или почти всегда, оказывается нагруженной и поэтому изнаши­вается, а другая всегда, или почти всегда, работает вхолостую (например, две эвольвентные поверхности зуба шестерни, две поверхности цевочного зацепления зуба ведущей звездочки при­вода гусеничного полотна трактора и т.п.). Поэтому при ремонте допускаются перестановка справа налево и наоборот пары шес­терня - зубчатое колесо конечной передачи гусеничного тракто­ра, перестановка ведущих звездочек гусеничного полотна и т.п.

Способ эффективен при ремонте втулочно-роликовых цепей. Из-за одностороннего износа валиков и втулок цепь удлиняется в результате увеличения размера между соседними внутренними звеньями. Валики и втулки в пластинах поворачивают на 180° относительно их прежнего положения для работы неизношенны­ми поверхностями, благодаря чему шаг цепи восстанавливается практически до исходного, хотя при этом приходится полностью разбирать цепь.

Восстановление посадки заменой детали или ее перестановкой в дополнительную рабочую позицию не обеспечивает полного восстановления ресурса сопряжения, так как в этом случае новая деталь или неизношенная поверхность старой (при перестановке ее в новую позицию) работает в паре с частично изношен­ной деталью и, следовательно, зазор 5 будет больше первона­чального:

S_H<S<S_max,         где S_H -первоначальный зазор; S_max - зазор в изношенном со­пряжении; S - зазор после восстановления посадки заменой де­тали.

Частичное восстановление посадки целесообразно, если ре­сурс отремонтированного сопряжения достаточен для работы в течение очередного межремонтного периода.

Восстановление посадки изменением первоначальных разме­ров деталей осуществляется способом ремонтных размеров. Сущность способа ремонтных размеров заключается в том, что одну из изношенных деталей сопряжения, обычно более трудо­емкую, подвергают механической обработке до заранее установ­ленного ремонтного размера с целью придания ей правильной геометрической формы и получения требуемой шероховатости поверхности, а другую деталь заменяют новой или заранее отре­монтированной до этого же ремонтного размера, что обеспечива­ет первоначальную посадку в сопряжении.

В паре вал - подшипник ремонтные размеры сопрягаемых поверхностей будут меньше, а в паре цилиндр - поршень больше первоначальных размеров.

Применяют свободные и стандартные ремонтные размеры.

При использовании свободного ремонтного размера для дос­тижения начального зазора или натяга в соединении поверхность более дорогой детали обычно обрабатывают до удаления искаже­ния геометрической формы и изготовляют для комплектации соединения менее дорогую деталь под этот размер. Например, отверстие под втулку верхней головки шатуна растачивают до получения цилиндрической формы. Изготовляют втулку под по­лученный свободный размер с учетом ее посадки с требуемым натягом.

Преимуществами  свободных  ремонтных  размеров  являются минимальная  трудоемкость  механической обработки  и   макси­мальное количество ремонтных размеров.

Недостатки этого способа: 1) нельзя изготовить другую деталь сопряжения, пока не отремонтирована более трудоемкая; 2) ис­ключается взаимозаменяемость деталей.

При использовании стандартного ремонтного размера для достижения начального зазора или натяга в соединении поверх­ность более дорогой детали обрабатывают не только до выве­дения следов износа, но и снимают еще некоторый слой ма­териала с целью получения необходимой посадки с заранее из­готовленной менее дорогой деталью, имеющей стандартный ремонтный размер. Так обрабатывают шейки коленчатого вала до стандартных ремонтных размеров с целью комплектации их с вкладышами стандартных ремонтных размеров, зеркало гильзы для комплектации с поршнем стандартного ремонтного размера и т.д.

Таким образом, сборка соединений со свободными ремонтны­ми размерами всегда связана с подгонкой «по месту» и ее при­меняют в случаях, когда важно максимально сохранить материал дорогостоящей детали, а изготовление заменяемой детали не свя­зано с большими технологическими затруднениями и оказывает­ся возможным в условиях индивидуального производства. Заме­няемую деталь в этом случае можно заранее подготовить только в качестве полуфабриката.

Преимущество стандартных ремонтных размеров перед сво­бодными состоит в том, что в первом случае есть возможность организовать массовое промышленное производство заменяемых деталей и осуществлять ремонт машин по принципу частичной взаимозаменяемости, что существенно сокращает его продолжи­тельность.

Ремонтные размеры валов и отверстий отличаются от номи­нальных, как правило, на доли миллиметра, т.е. находятся в од­ном интервале размеров, поэтому допуски остаются прежними. Требования к макрогеометрии, шероховатости, твердости и изно­состойкости поверхности не меняются.

Какую деталь надо заменить и какую восстановить решают, в основном, исходя из экономических соображений. Более дорогую деталь почти во всех случаях целесообразно оставить и обрабо­тать, а дешевую заменить. Следует заметить, что деталь с не­сколькими соединяемыми поверхностями может выступать в ро­ли заменяемой или восстанавливаемой. Например, поршень по отношению к гильзе - заменяемая деталь, а по отношению к поршневым кольцам увеличенной толщины - восстанавливаемая. Канавки в поршне протачивают под кольца ремонтного размера по толщине. Отверстие в бобышках также может быть разверну­то под палец большей размерной группы.

Стандартные ремонтные размеры широко используют для со­единений коленчатый вал - вкладыш, гильза - поршень, пор­шень - поршневой палец, гильза - поршневое кольцо и др.

Число стандартных ремонтных размеров для соединений од­ного и того же вида в машинах разных марок неодинаково и за­висит от многих факторов: износа деталей, при котором должна быть прекращена эксплуатация соединения; однородности мате­риала детали по глубине от поверхности; точности оборудования и инструмента, применяемого при обработке детали под ремонт­ный размер и изготовлении заменяемых деталей; конструктивной прочности деталей; ограничений, накладываемых рабочими про­цессами самих машин и пр.

Стандартные ремонтные размеры устанавливают заблаговре­менно, определяют их количество и численные значения. Под эти размеры выпускают комплекты запасных частей.

Для определения ремонтных размеров пары вал - подшипник рассмотрим следующие два случая:

1)  износ вала равномерный по окружности (рис. 9.1, а);износ вала односторонний (рис. 9.1, б).

Вал с равномерным износом ремонтируется механической об­работкой (при наличии на изношенной поверхности царапин, рисок и т.п.), либо (при хорошем качестве изношенной поверх­ности) простой заменой сопряженной детали деталью с ремонт­ными размерами.

Ремонтные размеры шейки вала определяются из следующих соотношений: