книги / Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи

ки без дополнительной обработки или пригонки. Сборка заклю­ чается только в соединении деталей и сборочных единиц; при этом обеспечиваются заданные зазоры и натяги.

Использование различных по точности групп деталей при сборке по методу полной взаимозаменяемости иногда приводит к появлению увеличенных зазоров и натягов в сопряжениях, не соответствующих техническим условиям на сборку. Поэтому на­ ряду с методом полной взаимозаменяемости широко использу­ ются и другие методы сборки: сборка с пригонкой деталей, сбор­ ка с подбором деталей (неполная взаимозаменяемость), сборка с применением компенсаторов, селективная сборка.

Детали комплектуемой сборочной единицы складывают в ящики и после приемки контролером ОТК направляют по требо­ ванию на линию сборки.

8.7. БАЛАНСИРОВКА ДЕТАЛЕЙ

При вращении многих деталей и сборочных единиц (коленчатых валов, маховиков, шкивов, дисков, карданных валов, барабанов и т.д.) из-за наличия неуравновешенных масс возни­ кают центробежные силы. Неуравновешенность деталей и сбо­ рочных единиц возникает из-за неточности их изготовления (да­ же в пределах допуска), неточной сборки (несоосность и др.), неравномерного изнашивания поверхностей и т.д. Неуравнове­ шенность очень вредна, так как возникают вибрации, резко воз­ растают нагрузки на детали и машину в целом, что в итоге при­ водит к ускорению изнашивания подшипниковых узлов и раз­ рушению многих деталей.

Только из-за неуравновешенности отремонтированных колен­ чатых валов ресурс двигателей сокращается на 10-12 %. Поэтому уравновешивание вращающихся деталей и сборочных единиц - один из важных резервов повышения надежности отремонтиро­ ванных машин. Различают статическую и динамическую неурав­ новешенность и соответственно статическую и динамическую балансировку.

Статическая балансировка. Статическая неуравновешенность возникает из-за смещения центра тяжести относительно оси вращения и проявляется в статическом состоянии. В этом случае дисбаланс D измеряется статическим моментом (в Н м):

D = Gr = Рр,

где G - сила тяжести неуравновешенной массы, Н; г - расстоя­ ние центра тяжести неуравновешенной массы от оси вращения, м; Р - сила тяжести детали, Н; р - смещение центра тяжести детали от оси вращения, м.

Статическая неуравновешенность обычно свойственна дета­ лям типа дисков, т.е. таким деталям, у которых диаметр превы­ шает длину. К таким деталям относятся рабочие колеса центро­ бежных насосов, компрессоров, турбин и т.д.

При вращении неуравновешенной массы возникает постоян­ ная по величине и переменная по направлению центробежная сила инерции F (рис. 8.11, а), которая определяется по формуле

опасна при больших оборотах, так как ее величина пропорцио­ нальна квадрату скорости. Эта сила создает дополнительные циклические нагрузки на подшипники, максимальная величина которых (рис. 8.11, б)

Tx = F i - , T 2= F ± .

Если подобную неуравновешенную деталь свободно устано­ вить на опорах, то сила тяжести G неуравновешенной массы, создавая крутящий момент М = G г, повернет деталь, и неуравно­ вешенная часть займет нижнее положение. Для уравновешивания детали необходимо на ее противоположной стороне закрепить груз массой mi так, чтобы создаваемый им крутящий момент был равен по величине и противоположен по направлению моменту, создаваемому неуравновешенной массой т (рис. 8.11, в).

Для устранения статической неуравновешенности применяют различные методы статической балансировки. При статической балансировке определяют опытным путем наиболее легкую и тяжелую части детали; уменьшая массу тяжелой части за счет снятия металла или утяжеляя легкую путем установки дополни­ тельных грузов, достигают необходимого уравновешивания. Лишний металл снимают сверлением, фрезерованием, эксцен­ тричным точением и шлифованием. Дополнительные корректи­ рующие грузы устанавливают при помощи сварки, наплавки или резьбовых и болтовых соединений.

На рис. 8.12 показано приспособление для статической балан­ сировки. Деталь дисковой формы с отверстием под вал устанав­ ливают на хорошо подогнанную по отверстию, закаленную и шлифованную оправку. Деталь помещают на балансировочные параллели (см. рис. 8.11, в) и, когда она займет неподвижное по­ ложение равновесия, наинизшую ее точку маркируют. Затем по­ воротом на некоторый угол деталь выводят из этого положения, отпускают и наблюдают, возвращается ли деталь в первоначаль­ ное положение. Возвращение детали в первоначальное положе­ ние показывает, что она статически неуравновешена. В этом слу­ чае справедливо неравенство

Pk < Gr,

где Р - сила тяжести балансируемой детали, H; k - коэффициент трения качения между шейкой вала и параллелями; G - сила тяжести неуравновешенной массы, Н; г - расстояние от оси вра­ щения до центра тяжести неуравновешенной массы, м.

Рис. 8.12. Схема статической балансировки на дисках:

1 - балансируемая деталь; 2 - пробный корректирующий груз

Если деталь, находящаяся на параллелях, останавливается в любом положении, в котором ее останавливают после поворота, то она полностью уравновешена или величина ее неуравнове­ шенности недостаточна для преодоления момента трения каче­ ния между оправкой и параллелями, т.е.

Pk > Gr.

Точность статической балансировки невысока, что для точных быстроходных машин и механизмов недопустимо. Для тихоход­ ных машин такая точность балансировки достаточна. Неточность статической балансировки обусловлена трением качения в ре­ зультате деформации металла в местах контакта вала и ножевой части параллелей, что создает момент сопротивления качению.

Статическая балансировка является далеко не универсальным методом уравновешивания деталей - форма и соотношение раз­ меров деталей являются главным критерием при оценке приме­ нения этого метода. Так, если длина детали по сравнению с ее диаметром значительна (рис. 8.13), то компенсация неуравнове­ шенной массы т подвешенным с противоположной стороны гру­ зом гп\ обеспечивая равновесие детали в статическом состоянии, при вращении детали приводит к возникновению двух равных и противоположно направленных центробежных сил, которые стремятся вырвать деталь из подшипников.

Рис. 8.13. Схема динамической неуравновешенности детали

Следовательно, статическая балансировка успешно может быть применена лишь для деталей дисковой формы, у которых диаметр d значительно больше высоты h (табл. 8.4).

Динамическая балансировка. Динамическая неуравновешен­ ность обычно присуща деталям и узлам, у которых длина больше диаметра. Процесс определения величины и направления не­ уравновешенных центробежных сил и их устранение называется динамической балансировкой.

Динамическая балансировка деталей и сборочных единиц осуществляется на балансировочных станках различной конст­ рукции.

На рис. 8.14 приведена схема балансировки детали с динами­ ческой неуравновешенностью. Вал находится в статическом рав­ новесии. На противоположных концах вала расположены две неуравновешенные массы: т,, находящаяся на расстоянии а от левого подшипника, и mi, находящаяся на расстоянии b от пра­ вого подшипника. При вращении вала возникают центробежные силы F и Q, которые не совпадают по направлению, в результате чего создается момент центробежных сил, являющийся причиной дополнительных нагрузок и вибраций.

Силы Q и F могут быть разложены на две составляющие, от­ несенные к торцовым поверхностям. Величина составляющих силы F определяется из уравнений

F ^ F -l ^--,F 2 = F Ta

где Fi + F2 = F.

Аналогично определяется величина составляющих силы Q Сложив силы, отнесенные к торцам детали по правилу паралле­ лограмма, получим их результирующие Ri и R2t которые и следу­ ет уравновесить, чтобы получить динамически уравновешенную деталь. Для устранения динамической неуравновешенности необ­ ходимо на противоположной стороне торцовых поверхностей установить грузы таким образом, чтобы создаваемые ими цен­ тробежные силы Ret и Re2 были равны по величине и противопо­ ложно направлены силам R{ и Я2.

Для устранения динамической неуравновешенности можно также удалить с утяжеленных мест равные массы, вызывающие появление неуравновешенной пары центробежных сил.

Рассмотрим технологию динамической балансировки деталей на станках (рис. 8.15), которые целесообразно применять при мелкосерийном ремонте. Станки эти достаточно универсальны, в частности, на них можно балансировать такие сложные детали, как многоопорные коленчатые валы.

Уравновешиваемая деталь устанавливается в подшипниках 4

Рис. 8.15. Схема станка для динамической балансировки:

1 - рама; 2 - опора передвижная; 3 ~ пружина; 4 - подшипник; 5 ~ груз урав­ новешивающий

на раме 1, качающейся на передвижной опоре 2. Концы рамы зажаты пружинами 3. Передвинув опору под левый край детали, как показано на рисунке, приводят деталь во вращение с помо­ щью какого-либо привода с надежной разъединительной муфтой. Раскрутив деталь, выключают муфту полностью, освобождая де­ таль от привода. Под действием неуравновешенной массы пра­ вый конец детали начинает вибрировать с частотой, равной час­ тоте ее вращения. Если при разгоне детали была создана частота колебаний, большая частоты свободных колебаний системы стан­ ка, то при уменьшении частоты вращения наступает момент сов­ падения этих частот, система входит в резонанс и размах колеба­ ний детали становится максимальным. В этот момент измеряют амплитуду и фиксируют направление колебания.

Установкой на краю детали уравновешивающего груза 5 с по­ вторным вращением детали и корректировкой величины и ме­ стонахождения груза добиваются уравновешивания детали с пра­ вой стороны. Затем, передвинув опору под правый край детали, повторяют операцию в такой же последовательности с левой сто­ роны. Для проверки качества балансировки детали в целом передвижную опору устанавливают в середину, и деталь повтор­ но прокручивают, при этом вибрация ее должна быть в пределах минимума, установленного техническими условиями.

Многоопорные коленчатые валы следует устанавливать при балансировке не менее чем на три коренные опоры (две крайние и одну среднюю).

Современные балансировочные станки имеют дополнительные механические или электрические устройства для достаточно точ­ ного определения величины и места расположения неуравнове­ шенной массы, что значительно ускоряет процесс балансировки.

Обычно детали ответственных сборочных единиц динамиче­ ски балансируют отдельно, а затем всю сборочную единицу ба­ лансируют в сборе. Так поступают, например, с коленчатым ва­ лом в сборе с маховиком и сцеплением. Нормы дисбаланса при­ ведены в технических требованиях на ремонт машин.

8.8. СБОРКА ОБОРУДОВАНИЯ

Технологический процесс сборки при ремонте обо­ рудования принципиально не отличается от процесса сборки при изготовлении аналогичного нового оборудования, однако может иметь определенные особенности, обусловленные спецификой ремонтного производства, например различие в организационных формах, уровне механизации и т.д. Сборка заключается в после­ довательном соединении деталей в сборочные единицы и агрега­ ты, а затем агрегатов и сборочных единиц в машину.

Последовательность сборки определяется технологической схемой сборки. Схема технологического процесса сборки пред­ ставляет условное изображение последовательности включения отдельных деталей, сборочных единиц в сборку с указанием кон­ трольных и дополнительных операций, выполняемых при сборке.

Схема сборки является основным оперативным документом, в соответствии с которым выполняется сборочный процесс, произ­ водится комплектование машины, организуется подача сбороч­ ных единиц и деталей в надлежащей последовательности к мес­ там сборки, планируется производство.

Наиболее простой организационной формой сборки является так называемая стационарная сборка без расчленения процесса по операциям. По этому методу машины собирают на одном рабо­ чем месте (сборочном посту), куда поступают все детали и соб­ ранные сборочные единицы; в течение всего процесса сборки объект ее неподвижен. При простой несложной конструкции ма­ шины с небольшим числом деталей подобная сборка может быть выполнена одним рабочим. Обычно стационарную сборку стре­ мятся проводить из предварительно собранных сборочных еди­ ниц, а не из деталей непосредственно, что значительно сокращает длительность общей сборки.

При такой сборке расширяется фронт работ, так как сборку нескольких сборочных единиц можно вести одновременно от­ дельными бригадами. Для общей сборки машины также исполь­ зуется отдельная бригада.

При сборке с операционным расчленением процесса собираемая машина остается неподвижной или перемещается в процессе

всей сборки, производимой сборочной бригадой; члены бригады специализируются на выполнении конкретных операций (работ). В этом случае достигается более высокая специализация сбор­ щиков, повышается производительность труда, т.е. уменьшается трудоемкость сборки.

Стационарную сборку без расчленения и с частичным расчле­ нением процесса широко применяют на базах производственного обслуживания. При полном операционном расчленении процесса сборки целесообразно, чтобы каждый сборщик выполнял только одну, закрепленную за ним сборочную операцию на соответст­ вующей машине и затем переходил на следующую машину. При большом числе однотипных ремонтируемых машин применяется поточный метод сборки, имеющий следующие разновидности:

1)поточная сборка при неподвижном объекте сборки, когда сборщик (или бригада сборщиков) выполняет только закреплен­ ную за ним операцию, передвигаясь от одной машины к другой; этот метод рационально применять при ремонте тяжелых круп­ ногабаритных машин;

2)поточная сборка с перемещением объекта путем свободной передачи собираемого изделия вручную (по специальному вер­ стаку, рольгангу, при помощи тележки) или принудительно при помощи механических транспортирующих средств непрерывного (например, конвейер) или прерывного действия (пластинчатый

конвейер, тележки, движущиеся при помощи замкнутой цепи, и др.).

На линиях поточной сборки машин необходимо применять принцип полной взаимозаменяемости деталей. По сравнению со стационарной сборкой длительность поточной сборки и необхо­ димое число сборщиков при прочих равных условиях меньше, производительность выше, а себестоимость ремонта ниже. При выборе вида и организационной формы сборки машины общими соображениями являются: число ремонтируемых машин, их кон­ струкция, масса и габаритные размеры. При большом числе ре­ монтируемых машин рекомендуется установить технико-эконо­ мическую целесообразность поточной сборки.

8.9. ПРИРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ АГРЕГАТОВ И МАШИН

Завершающими операциями технологического про­ цесса ремонта являются приработка и испытание агрегатов и машин.

Собранное после ремонта оборудование должно отвечать тех­ ническим требованиям. О качестве ремонта судят по данным фактических эксплуатационных характеристик машины (разви­ ваемая мощность, частота вращения, производительность, грузо­ подъемность, давление и др.) и правильности взаимодействия отдельных узлов и агрегатов.

Совершенно обязателен окончательный контроль после сбор­ ки сборочной единицы, агрегата или машины в целом. После тщательного осмотра и проверки правильности сборки произво­ дится приработка (обкатка) машины.

Различают холодную и горячую приработку. При холодной приработке машины испытывают без нагрузки и приводят в дей­ ствие от постороннего источника энергии. При горячей прира­ ботке машину полностью собирают и прирабатывают под нагруз­ кой. Нагрузку на машину можно создавать при помощи тормоза (механического, электрического, гидравлического) или других устройств. Например, двигатели внутреннего сгорания подверга­ ют сначала холодной приработке, а затем горячей, редукторы - только холодной приработке.

Допускается проводить ускоренную обкатку, которую выпол­ няют с использованием специальных приработочных присадок, которые добавляют к смазочному маслу. При ускоренной обкатке двигателей приработочные присадки могут добавляться либо к всасывающему в цилиндры воздуху, либо к топливу.

Продолжительность приработки различна в зависимости от типа и назначения оборудования. В начальный период приработ­ ки без нагрузки проверяют правильность балансировки вращаю­ щихся частей машины, пригонки подшипников и качество сборки.

Весь период приработки машины строго контролируется спе­ циальным персоналом с использованием необходимых контроль­ но-измерительных приборов; ведется наблюдение за температу­ рой подшипников, наличием, характером и величиной вибраций, уровнем шума в процессе приработки, скоростью изнашивания.

Первоначальная шероховатость влияет на продолжительность приработки. Чем больше отличается шероховатость, полученная при механической обработке, от шероховатости, устанавливаю­ щейся после приработки, тем больше продолжительность испы­ таний. Плохо приработавшиеся детали быстро изнашиваются. Окончание приработки характеризуется стабилизацией интен­ сивности изнашивания. По окончании приработки машину вскрывают, производят осмотр сопряжений и устраняют непо­ ладки. Затем машину вновь собирают и подвергают испытаниям согласно инструкции.