Способ восстановления коленчатого вала и коленчатый вал

 

Изобретение относится к ремонтным работам, а именно к способам восстановления изношенных коленчатых валов. Механически обрабатывают шейки с технологическим заглублением в тело восстанавливаемой поверхности на всей ширине между щеками шейки с образованием галтелей и последующую термообработку коленчатого вала. Закрепляют на обработанных шейках компенсирующий износ металла накладки в форме разрезного кольца или полуколец путем сварки их стыков. Сварной шов располагают в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки, а второй шов, при использовании полуколец, располагают относительно первого с поворотом на 180°. Охлаждают сварной шов до температуры окружающей среды, обеспечивая натяг разрезного кольца 0,1...0,15 мм. При использовании разрезного кольца в нем выполняют сквозные отверстия диаметром 5-7 мм. Первым проваривают отверстие разрезного кольца с шейкой вала, которое расположено напротив сварного шва, а остальные отверстия проваривают, симметрично приближаясь к сварному шву. Это позволит повысить усталостную прочность коленчатого вала до уровня новой детали с одновременным восстановлением изношенных шеек в номинальный размер. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ремонтным работам, в частности к способам восстановления изношенных поверхностей деталей типа валов.

Известен способ восстановления изношенных поверхностей деталей типа валов, заключающийся в том, что на изношенную поверхность детали наносят клей, затем устанавливают разрезное кольцо и поджимают его к детали в процессе отвердевания клея (пат. США №3419949, кл. 29-401 опуб. 1969 г.).

Недостатком данного способа является низкое качество восстановленных деталей, т.к. в процессе их дальнейшей обработки и эксплуатации возможно отслаивание концов разрезного кольца.

Известен способ восстановления изношенных поверхностей деталей типа валов, при котором на изношенную поверхность детали наносят клей, устанавливают на него разрезное упругое кольцо, поджимают его к детали и механически обрабатывают после отвердения клея, при этом в клей в зоне стыка вводят тканый материал, а после поджима кольца к детали его стыки сваривают между собой (а.с. №742095, В 23 Р 7/00).

Недостатком данного способа является нарушение точности формы восстановленной шейки вследствие пластической деформации стыков ленты совместно со сварочным швом из-за отсутствия жесткой связи ленты с телом вала.

Известен способ восстановления коленчатого вала (В.А.Горохов, П.А.Руденко “Ремонт и восстановление коленчатых валов”, М.: Колос, 1978 г. [1], с.42, 46-48, 51-53), заключающийся в том, что коленчатые валы шлифуют под ремонтный размер. У таких валов при заварке трещин происходит нагрев и отпуск шеек, поэтому после удаления металла шлифованием или обтачиванием “заподлицо” швов шейки необходимо наплавлять под легирующим флюсом для восстановления необходимой твердости и свойств металла шеек. Затем валы правят так, чтобы биение их было в пределах 0,1-0,15 мм. После чего шейки шлифуют до ближайшего ремонтного размера.

Полностью изношенные коленчатые валы после заварки трещин, правки и обработки “заподлицо” швов наплавляют под легирующим флюсом. После полной механической обработки металл галтелей в местах заварки трещин упрочняют. Для восстановления стальных коленчатых валов применяют главным образом два способа наплавки:

1. Под слоем легирующего флюса высокоуглеродистой проволокой ОВС или пружиной II класса.

Недостатком данного способа является то, что плохо перемешанный флюс не обеспечивает получение наплавленного металла с равномерной структурой и твердостью, а недостаточно прокаленный флюс вызывает образование пор.

При наплавке шейки от одной галтели к другой твердость поверхности шеек будет неравномерна (HRC-35-54). В начале наплавки твердость металла низкая, а в конце - высокая. Коленчатые валы при такой наплавке ломаются по шатунным шейкам там, где начиналась наплавка из-за низкой усталостной прочности.

2. Наплавка под слоем флюса АН-348А с последующей термообработкой. Наплавляют в этом случае пружинной проволокой II класса, либо проволокой Нп=30ХГСА при режиме: напряжение дуги 25-30 В, ток 180-220 А, шаг наплавки 4-6 мм/об, скорость подачи проволоки 1,6-2,1 м/мин, частота вращения вала 2-2,5 об/мин, при наплавке коренных и 2,5-3 об/мин при наплавке шатунных шеек.

Недостатком данного способа является то, что в наплавленном металле и околошовной зоне возникают внутренние растягивающие напряжения, являющиеся причиной снижения усталостной прочности восстанавливаемых валов.

Известен способ наплавки коленчатых валов из высокопрочного чугуна под слоем флюса по защитной металлической оболочке. При этом шейку вала обертывают металлической оболочкой из листовой стали, которую прочно прижимают к поверхности шейки и сваркой в среде углекислого газа прихватывают в стыке, затем производят наплавку шейки под флюсом непосредственно по металлической оболочке.

Недостатками данного способа являются необходимость плотного прилегания оболочки к поверхности шейки, т.к. в противном случае происходит несплавление слоя наплавляемого металла с основным металлом и образование пор и трещин. Для предотвращения обгорания концов оболочки, скатывания наплавляемого металла и образования свищей и раковин оболочку приваривают по краям к шейке коленчатого вала путем наплавки галтелей в среде углекислого газа, что снижает усталостную прочность вала.

Известен способ восстановления изношенных деталей, преимущественно шеек коленчатых валов, при котором на изношенную поверхность накладывают разрезную втулку, а стыки заваривают, при этом на разрезной втулке выполняют сквозные отверстия, которые заваривают износостойким антифрикционным пористым материалом. Стыки разрезной втулки выполняют с ломаной поверхностью (а.с. №1368151, В 23 Р 6/00).

Недостатком данного способа является то, что заварка стыков разрезной втулки и сквозных отверстий вносит в восстанавливаемую шейку дополнительные напряжения, которые в совокупности с накопленными за период эксплуатации могут достигать значительной величины, приближаясь к пределу усталостной прочности коленчатого вала.

Известен способ восстановления шеек коленчатых валов, при котором цилиндрическую часть шеек механически обрабатывают, наносят компенсирующий слой материала и окончательно обрабатывают. При механической обработке изношенных шеек с трещинами удаляют дефектный слой с учетом глубины залегания трещин, а для компенсации износа и дефектного слоя с трещинами применяют установку на шейках добавочных ремонтных деталей с их фиксацией на шейках (а.с. №2050243, В 23 Р 6/00).

Недостатками данного способа являются:

1) глубина залегания трещин может достигать 3-5 мм и шлифование шеек вала с уменьшением его диаметра на 6-10 мм недопустимо из-за снижения механической прочности коленчатого вала;

2) индивидуальное определение толщины дополнительной ремонтной детали нетехнологично;

3) не учитывает общее техническое состояние коленчатого вала и в первую очередь его ремонтные размеры, т.к. глубина залегания трещин у вала с номинальным размером может составить только 0,1-0,4 мм, то неясно, какой толщины необходимо устанавливать ремонтную деталь.

Наиболее близким к заявленному способу является способ восстановления шеек коленчатого вала, изношенных в пределах и сверх пределов ремонтных размеров, при котором осуществляют механическую обработку шеек с технологическим заглублением в тело восстанавливаемой поверхности и закрепление на обработанных шейках компенсирующего износ металла с последующим его шлифованием в номинальный размер _н, при этом технологические углубления выполняют на всей ширине l между щеками шейки с образованием галтелей постоянного радиуса r_в на расстоянии l₁ от щек и переходом их на галтели с поднутрением радиусом r_n в щеках коленчатого вала, закрепление компенсирующего износ металла осуществляют путем установки с натягом полукольцевых накладок или разрезного кольца на демпфирующем клеевом покрытии, торцы которых соответствуют профилю прилегающих галтелей с постоянным радиусом и с поднутрением, а стыки накладок размещают на расстоянии Х от осей маслопроводящих отверстий, при этом параметры каждой кольцевой накладки и параметры механической обработки определяют по формуле:

r_в=(3,0-4,0)d_н;

r_n=(0,02-0,03)d_н;

h_н=(0,06-0,08)d_н;

b=(0,05-0,06)d_н;

l_L=(0,3-0,35)l;

Δ_н=0,01-0,02 мм;

L_в=l+2r_n;

L_н=l+2r_n+2Δ_н,

где h_н - толщина полукольцевых накладок до шлифования;

b - глубина механической обработки в цилиндрической части шейки;

L_в - расстояние между галтелями с поднутрением;

L_н - ширина полукольцевых накладок;

Δ_н - допуск на натяг полукольцевых накладок при установке на шейку;

Х=(0,2-0,25)d_н.

(пат. Р.Ф. №2007287, В 23 Р 6/00).

Недостатками данного способа являются:

1. Низкая надежность фиксации разрезного кольца на шейке вала из-за применения клеевого покрытия.

2. Небольшой натяг устанавливаемого разрезного кольца на шейке вала, что приведет к снижению точности размера.

3. При данном способе не повышается усталостная прочность вала.

4. Не устраняются дефекты в виде трещин.

Известен коленчатый вал, содержащий коренные и шатунные шейки с галтелями и выполненные на шейках симметрично галтелям кольцевые углубления, плавно сопряженные с поверхностями шеек посредством галтельных переходов, в упомянутых кольцевых углублениях по всей их длине установлен зафиксированный кольцевой элемент из материала с заданными трибохимическими свойствами, наружная цилиндрическая поверхность которого расположена не ниже кромок перехода от галтелей соответствующих шеек к углублению, длина l углубления, радиус R галтелей шейки и длина L шейки связаны соотношением:

L-2R<l≤L-R,

а радиус r галтельных переходов углублений равен 0,5R. Элемент с заданными трибохимическими свойствами выполнен из свернутой ленты. Элемент с заданными трибохимическими свойствами выполнен в виде нескольких сегментных вкладышей (а.с. №1796781, F 16 С 3/06, 9/04).

Недостатками данного коленчатого вала являются:

1. Низкая надежность фиксации свернутой ленты, так как стык ленты остается свободным.

2. Углубление в щеках коленчатого вала обладает низкой технологичностью.

3. Углубление в щеках коленчатого вала в зоне галтелей резко снижает усталостную прочность всего коленчатого вала.

Известен коленчатый вал, включающий ограниченные по длине щеками коренные и шатунные шейки, выполненные с каналами для подвода смазки в зону рабочих поверхностей шеек и снабженные установленными на шейках тонкостенными накладками, выполненными в виде свернутой в кольцо ленты с отверстиями, расположенными концентрично выходным отверстиям смазочного канала, причем коленчатый вал и указанные накладки выполнены с элементами взаимной фиксации в окружном направлении, расположенном в зоне сопряжения шеек с щеками, при этом элементы взаимной фиксации выполнены в виде расположенных на соответствующих щеках радиальных открытых на периферии пазов, а элементы фиксации накладок - в виде ответных аксиальных выступов, расположенных в указанных пазах и выполненных за одно целое с накладкой. Радиальные пазы на соответствующих поверхностях щек расположены со стороны, противоположной смежной шейке. Радиальные пазы на соответствующих поверхностях щек выполнены со стороны смежной шейки (а.с. №1673764, F 16 C 3/14).

Недостатками данного коленчатого вала являются:

1. Элементы фиксации проходят через пазы в галтелях шеек, что снижает усталостную прочность всего вала.

2. В сопряжение шейка вала - вкладыш вводится дополнительный конструктивный элемент - накладка, которая снизит надежность работы сопряжения из-за свободной установки в радиальном направлении, т.к. неизвестно, как в нем будет обеспечен масляный клин, необходимый для долговечной работы коленчатого вала и вкладышей.

Наиболее близким к заявленному коленчатому валу относится а.с. №1812353, F 16 C 3/06, В 23 Р 6/00, в котором рассматривается шейка коленчатого вала, содержащая цилиндрическую часть и охватывающую ее по всей длине разрезную втулку, концы которой в зоне стыка соединены между собой посредством сварного шва, при этом втулка зафиксирована в окружном направлении относительно шейки так же посредством шва в зоне стыка, при этом шейка снабжена вставкой в форме полуцилиндра, на цилиндрической части шейки по всей ее длине вдоль образующей образован паз ответной формы, в котором размещена вставка. Вставка расположена в зоне стыка концов втулки, а сварным швом, фиксирующим втулку в окружном направлении, соединена вставка с концами втулки.

Недостатки данной конструкции:

1. Втулка в зоне сварки жестко не фиксируется к телу шейки, что может вызвать ее смещение относительно шейки, например, вверх, что приведет к искажению формы восстановленной шейки.

2. Изготовленный паз на теле шейки является концентратором напряжений, что дополнительно снизит усталостную прочность коленчатого вала, у которого она находится на низком уровне после эксплуатации.

Задача изобретения - повышение усталостной прочности коленчатого вала до уровня новой детали с одновременным восстановлением изношенных шеек в номинальный (ремонтный) размер.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе восстановления коленчатого вала, включающем механическую обработку шеек с технологическим заглублением в тело восстанавливаемой поверхности на всей ширине между щеками шейки с образованием галтелей, закрепление с натягом на обработанных шейках компенсирующих износ металла накладок в виде разрезного кольца или полуколец и последующее их шлифование в номинальный размер, при этом после механической обработки коленчатый вал подвергают высокому отпуску, для чего помещают в холодную печь, нагревают в течение 3-4 часов до t 500-600°С, выдерживают при этой температуре в течение 4-6 часов, а затем охлаждают вместе с печью, при этом на разрезных кольцах выполняют сквозные отверстия диаметром 5-7 мм и закрепляют кольца на обработанных шейках путем сварки стыков колец, проваривая их с шейкой вала, сварной шов располагают в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от мертвой точки восстанавливаемой шатунной шейки, охлаждают сварной шов до температуры окружающей среды с обеспечением натяга разрезного кольца 0,1...0,15 мм, а затем первым проваривают отверстие разрезного кольца с шейкой вала, которое расположено напротив сварного шва, а остальные отверстия проваривают, симметрично приближаясь к сварному шву, причем используют разрезные кольца шириной b, длиной L и δ_л:

b=L_ш-2r-(1-2) мм,

L=πd_b,

где L_ш - ширина шейки вала между щеками;

r - радиус галтели;

d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки;

δ_л - толщина разрезного кольца для восстановления шейки в номинальный размер;

δ_л.р.р - толщина разрезного кольца, компенсирующая все ремонтные размеры;

δ_{л.изн.р.р} - толщина разрезного кольца, компенсирующая предельный износ шейки вала при последнем ремонтном размере;

δ_л.ост. - остаточная толщина разрезного кольца, необходимая для обеспечения механической прочности разрезного кольца на завершающем этапе эксплуатации вала;

δ_л.шл. - припуск толщины разрезного кольца на шлифование в окончательный размер,

а полукольца закрепляют на обработанных шейках путем сварки стыков, проваривая их с шейкой вала, и располагают первый сварной шов, расположенный в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстанавливаемой шатунной шейки, а второй сварной шов - относительно первого с поворотом на 180°.

2. Коленчатый вал, содержащий ограниченные по длине щеками, коренные и шатунные шейки, выполненные с цилиндрической частью, каналами для подвода смазки в зону их рабочих поверхностей и галтелями, и закрепленные на цилиндрической части с охватом по ее длине компенсирующие износ металла накладки, выполненные в виде разрезного кольца или полуколец, концы которых в зоне стыка соединены между собой посредством сварного шва, при этом концы стыка разрезного кольца соединены сварным швом, расположенным в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстановленной шатунной шейки, а при стыковке полуколец первый шов расположен там же, а второй повернут относительно первого на 180°, при этом на разрезном кольце выполнены отверстия для электрозаклепок в количестве

n=kd_b,

где d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки; k=0,06-0,1,

k=0,06 при d_b более 100 мм;

k=0,1 при d_b менее 40 мм.

3. Коленчатый вал: при ширине разрезного кольца более 50 мм отверстия расположены в два симметричных ряда или в шахматном порядке, причем расстояние от центра отверстия до края разрезного кольца составляет 15-20 мм, а от стыка разрезного кольца до центра ближайшего отверстия составляет 20-25 мм.

НОВЫЕ СУЩЕСТВЕННЫЕ ПРИЗНАКИ:

1. После механической обработки коленчатый вал подвергают высокому отпуску, для чего помещают в холодную печь, нагревают в течение 3-4 часов до t 500-600°С, выдерживают при этой температуре в течение 4-6 часов.

2. Затем охлаждают вместе с печью.

3. На разрезных кольцах выполняют сквозные отверстия диаметром 5-7 мм и закрепляют кольца на обработанных шейках путем сварки стыков колец, проваривая их с шейкой вала.

4. Сварной шов располагают в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстанавливаемой шатунной шейки.

5. Охлаждают сварной шов до температуры окружающей среды с обеспечением натяга разрезного кольца 0,1...0,15 мм.

6. Затем первым проваривают отверстие разрезного кольца с шейкой вала, которое расположено напротив сварного шва, а остальные отверстия проваривают, симметрично приближаясь к сварному шву.

7. Используют разрезные кольца шириной b, длиной L и δ_л:

b=L_ш-2r-(1-2) мм,

L=πd_b мм,

где L_ш - ширина шейки вала между щеками;

r - радиус галтели;

d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки;

δ_л - толщина разрезного кольца для восстановления шейки в номинальный размер;

δ_л.р.р - толщина разрезного кольца, компенсирующая все ремонтные размеры;

δ_{л.изн.р.р} - толщина разрезного кольца, компенсирующая предельный износ шейки вала при последнем ремонтном размере;

δ_л.ост. - остаточная толщина разрезного кольца, необходимая для обеспечения механической прочности разрезного кольца на завершающем этапе эксплуатации вала;

δ_л.шл. - припуск толщины разрезного кольца на шлифование в окончательный размер.

8. Полукольца закрепляют на обработанных шейках путем сварки стыков, проваривая их с шейкой вала, и располагают первый сварной шов, расположенный в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстанавливаемой шатунной шейки, а второй сварной шов - относительно первого с поворотом на 180°.

1. Концы стыка разрезного кольца соединены сварным швом, расположенным в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстановленной шатунной шейки.

2. При стыковке полуколец первый шов расположен там же, а второй повернут относительно первого на 180°.

3. На разрезном кольце выполнены отверстия для электрозаклепок в количестве

n=kd_b,

где d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки; k=0,06-0,1,

k=0,06 при d_b более 100 мм;

k=0,1 при d_b менее 40 мм.

4. При ширине разрезного кольца более 50 мм отверстия расположеных в два симметричных ряда или в шахматном порядке, причем расстояние от центра отверстия до края разрезного кольца составляет 15-20 мм, а от стыка разрезного кольца до центра ближайшего отверстия составляет 20-25 мм.

r - радиус галтели;

(1-2) мм - технологический зазор между разрезным кольцом и галтелями с двух сторон;

L=πd_b мм,

где L - длина разрезного кольца;

d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки;

δ_л - толщина разрезного кольца для восстановления шейки в номинальный размер;

δ_л.р.р - толщина разрезного кольца, компенсирующая все ремонтные размеры;

δ_{л.изн.р.р} - толщина разрезного кольца, компенсирующая предельный износ шейки вала при последнем размере;

δ_л.ост. - остаточная толщина разрезного кольца, необходимая для обеспечения механической прочности разрезного кольца на завершающем этапе эксплуатации вала;

δ_л.шл. - припуск толщины разрезного кольца на шлифование в окончательный размер.

1. Сварочный шов находится в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от ВМТ восстанавливаемой шатунной шейки, или, от применения полуколец, первый шов располагается там же, а второй повернут относительно первого на 180°.

2. На разрезном кольце выполнены отверстия для электрозаклепок в количестве

n=kd_b,

где d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки; k=0,06-0,1,

k=0,06 при d_b более 100 мм;

k=0,1 при d_b менее 40 мм.

3. При ширине разрезного кольца более 50 мм отверстия расположены в два симметричных ряда или в шахматном порядке.

4. Расстояние от центра отверстия до края разрезного кольца составляет 15-20 мм, а от стыка разрезного кольца до центра ближайшего отверстия составляет 20-25 мм.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Технический результат достигается за счет того, что при высоком отпуске коленчатого вала снимаются все остаточные напряжения, в том числе и усталостные, но при этом твердость шеек вала снижается до значений HR_c=25-35, что облегчает разделку трещин в труднодоступных местах слесарным или абразивным инструментом.

Указанное расположение отверстий для электрозаклепок позволяет получить высокую надежность фиксации разрезного кольца, минимизировать остаточные напряжения в его различных зонах. Предложенный диаметр отверстий обеспечивает надежную приварку разрезного кольца к телу шейки вала при минимальном тепловом воздействии на нее.

Первую электрозаклепку ставят в отверстие, противолежащее сварному шву, т.к. при этом в разрезном кольце уменьшаются растягивающие напряжения. Наибольшие растягивающие напряжения после заварки стыка возникают в зоне, противоположной шву. Установка в этой зоне первой электрозаклепки с локальным нагревом уменьшает эти максимальные напряжения, что препятствует образованию трещин в разрезном кольце на стадии фиксации электрозаклепками.

Симметричное продвижение электрозаклепок к сварному шву уменьшает растягивающие напряжения в разрезном кольце в зоне меду предыдущей заклепкой и сварным швом.

Расположение сварного шва в зоне, ограниченной α=25-50° поворота коленчатого вала от ВМТ восстанавливаемой шатунной шейки, или, при применении полуколец, первый шов располагается там же, а второй повернут относительного первого на 180°. Это позволяет убрать шов в зону наименьших удельных давлений и износов шатунной шейки, что приведет к повышению износостойкости данной детали.

Термообработка после фиксации разрезного кольца сварным швом и электрозаклепками позволяет снять (или уменьшить) сварочные напряжения, для чего производят отпуск с длительной выдержкой 3-8 час при заданной температуре отпуска и медленном охлаждении с печью.

Разрезное кольцо устанавливают на предварительно обработанную восстанавливаемую шейку вала с гарантированным натягом 0,1-0,15 мм, что обеспечивает при шлифовании высокую точность размеров и формы.

Толщина ленты для разрезного кольца минимальна и достаточна для полного восстановления ресурса вала со всеми ремонтными размерами, обеспечивая надежную работу разрезного кольца в последний период эксплуатации и сохраняя высокую прочность вала при его предварительном шлифовании в расчетный размер.

На фиг.1 схематично изображена шейка вала с разрезным кольцом; на фиг.2 - развертка разрезного кольца с отверстиями под электрозаклепки; на фиг.3 - коренная и шатунная шейки с зонами повышенного износа и зонами α расположения сварного шва.

Шейка коленчатого вала содержит цилиндрическую часть 1 и охватывающее ее разрезное кольцо 2, в котором выполнены отверстия 3 диаметром 5-7 мм для электрозаклепок и отверстия 4 для подвода смазочного масла, щеки 5, шатунная шейка 6, коренная шейка 7, галтели 8. Количество отверстий 3 под электрозаклепки определяют по формуле:

n=kd_b,

где d_b - диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки, а k=0,06-0,1,

k=0,06 при d_b более 100 мм;

k=0,1 при d_b менее 40 мм.

При ширине разрезного кольца до 50 мм устанавливают электрозаклепки в один ряд по линии симметрии. При ширине более 50 мм - в два ряда или в шахматном порядке, т.е. со смещением одного ряда относительно другого. При этом расстояние от центра отверстий 3 до края разрезного кольца 2 составляет α=15-20 мм, а расстояние от стыка до разрезного кольца 2 до центра ближайшего отверстия 3 б=20-25 мм. Ширина разрезного кольца b рассчитывается по формуле:

b=L_ш-2r-(1-2) мм,

где L_ш - ширина шейки вала между щеками;

r - радиус галтели;

(1-2) мм - технологический зазор между разрезным кольцом и галтелями с двух сторон.

Длина ленты L

L=πd_b,

d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки коленчатого вала.

Толщина разрезного кольца δ_л для восстановления шейки в номинальный размер включает в себя толщину разрезного кольца, компенсирующую все ремонтные размеры δ_л.р.р (0,5 мм), толщину разрезного кольца, компенсирующую предельный износ шейки вала при последнем ремонтном размере δ_{л.изн.р.р} (0,1-0,15) мм, остаточную толщину разрезного кольца, необходимую для обеспечения механической прочности самого разрезного кольца на завершающем этапе эксплуатации вала δ_{л.изн.р.р} (0,5-1,0) мм, и припуск толщины разрезного кольца на шлифование в окончательный размер (0,25-0,5) мм.

Для типового расчета толщины разрезного кольца, обеспечивающего восстановление шейки коленчатого вала в номинальный размер,

δ_л=0,5+0,5+0,1+0,5=1,6 мм.

Для определения толщины разрезного кольца, обеспечивающего восстановление шейки коленчатого вала в ремонтный размер, ее толщина уменьшается на соответствующий ремонтный размер:

где Δ_ш - уменьшение диаметра шейки вала для соответствующего ремонтного размера.

Остаточная толщина разрезного кольца δ_л.ост. включает в себя и дефектный слой поверхности шейки с трещинами, прижогами и т.п.

Если дефектный слой превышает установленную толщину δ_л.ост., то дефекты либо устраняют сваркой, либо коленчатый вал выбраковывают.

При восстановлении шатунной шейки 6 разрезным кольцом 2, сварочный шов 9 располагается в зоне, ограниченной α=25-50° поворота коленчатого вала от ВМТ шатунной шейки 6, или, при применении полуколец, первый сварочный шов 9 располагается там же, а второй повернут относительно первого на 180°.

Перед восстановлением коленчатых валов проводят подготовительные операции: разборку и мойку, определение технического состояния коленчатого вала после эксплуатации: наличие трещин, контроль твердости шеек, правку.

Правку коленчатого вала осуществляют путем внесения сжимающих напряжений в галтели 8 шатунных 6 (коренных 7) шеек со стороны вогнутой центральной оси. Затем проводят шлифование и полирование шатунных 6, а затем и коренных 7 шеек и галтелей 8 в расчетный размер (обычно: меньше на 0,5-1,5 мм последнего ремонтного размера, снимая тем самым слой металла с расположенными в нем трещинами). После чего коленчатый вал подвергают высокому отпуску, помещая его в холодную печь и нагревая его в течение 3-4 часов до t=500-600°С, выдерживают его при этой температуре в течение 4-6 часов, а затем охлаждают вместе с печью. Высокий отпуск снимает в коленчатом валу все остаточные напряжения, в том числе и усталостные, но при этом твердость шеек вала 6, 7 снижается до HR_c=25-35, что облегчает разделку оставшихся трещин в труднодоступных местах слесарным или абразивным инструментом. После чего определяют оставшиеся трещины, разделывают с заданным профилем и подвергают разделанные поверхности трещин пластической деформации. Оставшиеся глубокие трещины разделывают и заваривают. Зачищают шов заподлицо с шейкой 6, 7.

Изготавливают из стальной ленты толщиной δ_л разрезные кольца 2 или при больших толщинах ленты (более 2 мм) полукольца. Для чего нарезают полосы в расчетные размеры:

Ширина разрезного кольца

b=L_ш-2r-(1-2) мм,

где L_ш - ширина шейки вала между щеками коленчатого вала;

r - радиус галтели;

(1-2) мм - технологический зазор между разрезным кольцом и галтелями с двух сторон.

Длина ленты для разрезного кольца L=πd_b, где

d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки коленчатого вала.

Длина ленты для двух полуколец:

L=πd_b.

Сгибают полосу в разрезное кольцо 2.

Затем на свернутых кольцах 2 сверлят отверстия 4 под смазочный канал и электрозаклепки 3, диаметр последних 5-7.

Количество отверстий 3 под электрозаклепки определяют исходя из соотношения:

n=k d_b, k=0,06-0,1,

коэффициент k=0,06 берется для диаметров шеек коленчатых валов более 100 мм, а к=0,1 для диаметров шеек менее 40 мм.

После чего сгибают полосы в разрезное кольцо 2. При ширине b разрезного кольца 2 до 50 мм устанавливают электрозаклепки в один ряд по линии симметрии шейки 6, 7. При ширине ленты более 50 мм - в два ряда симметрично или в шахматном порядке, т.е. со смещением одного ряда относительно другого. При этом расстояние от центра отверстий 3 до краев разрезного кольца должно составлять 15-20 мм, а расстояние от стыка разрезного кольца до центра ближайшего отверстия должно быть 20-25 мм. Термообрабатывают эти кольца 2, задавая параметры закалки и отпуска, в зависимости от марки материала и требуемой твердости шейки вала. Затем, используя упругие свойства разрезного кольца 2, его разжимают и надевают на шейку 6, 7 вала с предварительным натягом, за счет того, что внутренний диаметр наружного кольца 2 меньше наружного диаметра восстанавливаемой шейки 6, 7, при этом получают зазор в стыке 4-5 мм. Если используют полукольца, то в обоих стыках зазор составит 4-5 мм каждый.

Совмещают смазочные отверстия 4 в шейке вала 6, 7 и разрезного кольца 2 и производят предварительную фиксацию. После чего сваривают стыки разрезного кольца 2, например, плазменной сваркой, проваривая их с шейкой вала.

При восстановлении шатунной шейки 6 разрезным кольцом 2 сварной шов 9 располагается в зоне, ограниченной α=25-50° поворота коленчатого вала от ВМТ шатунной шейки 6, при применении полуколец, первый сварной шов 9 располагается там же, а второй повернут относительно первого на 180°.

Сварной шов, остывая, натягивает разрезное кольцо 2 на себя, создавая натяг в соединении шейки вала 6, 7 - разрезное кольцо 2 до 0,1-0,15 мм. Остужают сварочный шов 9 до температуры окружающей среды. После чего заваривают отверстия 3 в разрезном кольце 2, приваривая его к шейке вала, создавая, таким образом, электрозаклепки, дополнительно фиксирующие разрезное кольцо 2 на шейке вала 6, 7. При этом первую электрозаклепку ставят в отверстие 3, противолежащее сварному шву 9, а остальное устанавливают в него симметрично, приближаясь к сварному шву 9. Вначале приварку разрезных колец 2 производят на шатунных шейках 6, что позволяет контролировать изгиб вала по коренным шейкам 7. В случае прогиба вала более 0,05-0,1 мм, осуществляют правку вала, используя метод создания сжимающих напряжений в соответствующих галтелях 8. После чего осуществляют приварку разрезных колец 2 на коренные шейки 7. Наличие приваренного разрезного кольца 2 с большим натягом на коренные шейках 7 дает возможность определить биения коленчатого вала и в случае превышения от 0,05 до 0,1 мм осуществить его повторную правку.

Затем проводят термообработку коленчатого вала в печи. В случае зависимости от марки материала разрезного кольца 2 и технических требований на твердость рабочей поверхности шейки 6, 7 производят либо низкий, либо средний отпуск с выдержкой при заданной температуре отпуска 3-5 часов и охлаждение с печью.

После термообработки производят контроль коленчатого вала и при необходимости его правку.

Затем шлифуют и полируют в номинальный (ремонтный) размер шейки 6, 7 с приваренным разрезным кольцом 2.

Производят окончательный контроль размеров шеек 6, 7 коленчатого вала и проверку на наличие трещин.

При наличии трещин, разрезное кольцо снимается, и производят повторное восстановление дефектной шейки по вышеприведенному способу.

Формула изобретения

1. Способ восстановления коленчатого вала, включающий механическую обработку шеек с технологическим заглублением в тело восстанавливаемой поверхности на всей ширине между щеками шейки с образованием галтелей, закрепление с натягом на обработанных шейках компенсирующих износ металла накладок в виде разрезного кольца или полуколец, и последующее их шлифование в номинальный размер, отличающийся тем, что после механической обработки коленчатый вал подвергают высокому отпуску, для чего помещают в холодную печь, нагревают в течение 3-4 ч до t=500-600°С, выдерживают при этой температуре в течение 4-6 ч, а затем охлаждают вместе с печью, при этом на разрезных кольцах выполняют сквозные отверстия диаметром 5-7 мм и закрепляют кольца на обработанных шейках путем сварки их стыков, проваривая их с шейкой вала, сварной шов располагают в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстанавливаемой шатунной шейки, охлаждают сварной шов до температуры окружающей среды с обеспечением натяга разрезного кольца 0,1...0,15 мм, а затем первым проваривают отверстие разрезного кольца с шейкой вала, которое расположено напротив сварного шва, а остальные отверстия проваривают, симметрично приближаясь к сварному шву, причем используют разрезные кольца шириной b, длиной L и толщиной δ_л:

b=L_ш-2r-(1-2) мм,

L=πd_b+(2-4) мм,

где L_ш - ширина шейки вала между щеками;

r - радиус галтели;

d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки;

δ_л - толщина разрезного кольца для восстановления шейки в номинальный размер;

δ_л.р.р - толщина разрезного кольца, компенсирующая все ремонтные размеры;

δ_{л.изн.р.р} - толщина разрезного кольца, компенсирующая предельный износ шейки вала при последнем ремонтном размере;

δ_л.ост - остаточная толщина разрезного кольца, необходимая для обеспечения механической прочности разрезного кольца на завершающем этапе эксплуатации вала;

δ_л.шл - припуск толщины разрезного кольца на шлифование в окончательный размер,

а полукольца закрепляют на обработанных шейках путем сварки стыков, проваривая их с шейкой вала, и располагают первый сварной шов расположенным в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстанавливаемой шатунной шейки, а второй сварной шов - относительно первого с поворотом на 180°.

2. Коленчатый вал, содержащий ограниченные по длине щеками коренные и шатунные шейки, выполненные с цилиндрической частью, каналами для подвода смазки в зону их рабочих поверхностей и галтелями, и закрепленные на цилиндрической части с охватом по ее длине компенсирующие износ металла накладки, выполненные в виде разрезного кольца или полуколец, концы которых в зоне стыка соединены между собой посредством сварного шва, отличающийся тем, что концы стыка разрезного кольца соединены сварным швом, расположенным в зоне, ограниченной 25-50° поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки восстановленной шатунной шейки, а при стыковке полуколец первый шов расположен там же, а второй повернут относительно первого на 180°, при этом на разрезном кольце выполнены отверстия для электрозаклепок в количестве

n=kd_b,

где d_b - расчетный диаметр предварительно обработанной восстанавливаемой шейки;

k=0,06-0,l;

k=0,06 при d_b более 100 мм;

k=0,1 при d_b менее 40 мм.

3. Коленчатый вал по п.2, отличающийся тем, что при ширине разрезного кольца более 50 мм отверстия расположены в два симметричных ряда или в шахматном порядке, причем расстояние от центра отверстия до края разрезного кольца составляет 15-20 мм, а от стыка разрезного кольца до центра ближайшего отверстия составляет 20-25 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3