Особенность восстановления деталей прецизионных пар

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Восстановление деталей позволяет решать вопросы обеспечения производственных машин качественными запасными частями, ресурс которых зачастую выше, чем у новых за счет применения прогрессивных технологий и композиционных ремонтных материалов. При этом происходит экономия топливно-энергетических, материальных и трудовых ресурсов за счет повторного, а в отдельных случаях и многократного использования изношенных деталей, восстанавливаемых на производственной базе ремонтных предприятий. Известно, что ремонтное производство всегда отличалось многообразием применяемых технологий, что вполне оправдано, так как ремонт любой машины предполагает восстановление широкой номенклатуры деталей различного функционального назначения.

В номенклатуру восстанавливаемых деталей входят и детали прецизионных пар гидроагрегатов. Прецизионные пары являются особым классом соединений, техническое исполнение которых, требует особо точного технологического оборудования, оснастки, контрольного и мерительного инструмента. Для изготовления прецизионных пар требуются высококачественные легированные стали с особыми свойствами. В качестве конструкционных материалов плунжеров и золотников используются хромистые стали ШХ15, 95X18, хромоникелевая сталь 12ХНЗА, хромоникеле-вольфрамовая 18ХНВА, стали с содержанием бериллия. Применяются такие стали 38Х2Ю, 38Х2МЮА и др. Термическая обработка деталей из хромистой стали состоит из закалки и последующего низкого отпуска до ШСЭ 56.

Детали прецизионных пар обычно изготавливают с точностью не ниже 7-го квалитета точности и шероховатостью поверхности не выше Rа 0,63 мкм. Диаметральный зазор в зависимости от размера и назначения прецизионной пары может быть от 2 до нескольких десятков мкм. Прецизионные пары, наиболее широко применяемые в гидравлических и топливных агрегатах, имеют зазоры порядка 10-15 мкм.

Высокая точность изготовления заставляет конструкторов изыскивать новые решения, а ремонтников новые технологические процессы. Следует отметить, что ресурс прецизионных пар невелик и поэтому 30-40% их количества ежегодно приходится восстанавливать. Поэтому, изыскание новых и интенсификация имеющихся технологических процессов получения износостойких покрытий для восстановления изношенных деталей прецизионных пар, улучшение физико-механических и физико-химических свойств этих покрытий является задачей весьма актуальной.

Среди методов восстановления деталей прецизионных пар должно быть обращено внимание на технологические процессы, которые, повышая прочностные характеристики деталей пар, в свою очередь, не влияли бы на микроструктуры собственно материалов деталей и позволяли наращивать значительные слои, а также являлись высокотехнологичными, экологически безопасными и предохраняли восстанавливаемые детали от коррозии. К их числу следует отнести многие виды технологических процессов, реализующихся с помощью гальваники. До последнего времени чаще всего детали прецизионных пар восстанавливали электролитическим железнением и хромированием. Однако, несмотря на широкую гамму положительных свойств, в частности электролитического хрома, процесс остается малопроизводительным, даже при использовании в практике хромирования скоростных электролитов и интенсивных процессов. К тому же наиболее часто применяемые стандартные электролиты не обеспечивают постоянной концентрации компонентов в процессе нанесения покрытия, что часто приводит к неоднородности формируемых слоев.

Особое место в ряду технологических процессов, которые в настоящее время мало изучены и недостаточно апробированы в ремонтной практике, занимает способ осаждения износостойких покрытий из газовой фазы при термическом разложении металлоорганических соединений (МОС).

Газофазная металлизация позволяет получать покрытия с заданными свойствами при высоких скоростях осаждения на наружных и внутренних поверхностях деталей, порошковых материалах, искусственных и синтетических волокнах. Этот процесс экологически безопасен, легко поддается автоматизации.

Современная химия МОС обеспечивает синтез различных видов этих соединений практически всех металлов периодической системы Д.И. Менделеева. Однако, осаждение МОС, в том числе и газофазного хрома на подложки из конструкционных легированных сталей не обеспечивает необходимой сцепляемости покрытия.

Согласно теории ориентационного и размерного соответствия особенно благоприятными будут условия для возникновения прочной связи, если наносимый материал относится к той же группе периодической системы Менделеева, что и металл основы, имеет близкий по величине ионный радиус и одинаковые химические свойства. /74/

В данной работе задача адгезионной прочности решается путем соединения двух различных по физической сущности технологий - гальванической и газофазной. Для получения диффузионного подслоя была использована технология пористого хромирования с последующим нанесением на этот подслой газофазного хрома.



1. Функция золотникового гидрораспределителя в гидроприводе

1.1 Принципиальная схема гидропривода

Под гидроприводом понимают совокупность устройств (в число которых входит один или несколько объёмных гидродвигателей), предназначенную для приведения в движение механизмов и машин посредствам рабочей жидкости под давлением. В качестве рабочей жидкости в гидроприводах используется минеральное масло.

Широкое использование гидроприводов определяется рядом их существенных преимуществ перед другими типами приводов и, прежде всего возможностью получения больших усилий и мощностей при ограниченных размерах гидродвигателей. Гидроприводы обеспечивают широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости (при условии хорошей плавности движения), возможность работы в динамических режимах с требуемым качеством переходных процессов, защиты системы от перегрузки и точный контроль действующих усилий. С помощью гидроцилиндров удаётся получить прямолинейное движение без кинематических преобразований, а также обеспечить определённое соотношение скоростей прямого и обратного ходов.

В современных станках и гибких производственных системах с высокой степенью автоматизации цикла требуется реализация множества различных движений. Компактные гидродвигатели легко встроить в станочные механизмы и соединить трубопроводами с насосной установкой, имеющий один или два насоса. Такая система открывает широкие возможности для автоматизации цикла, контроля и оптимизации рабочих процессов, применения копировальных, адаптивных или программных систем управления, легко поддаётся модернизации, состоит, главным образом, из унифицированных изделий, серийно выпускаемых специализированными заводами. К основным преимуществам гидропривода следует отнести также достаточно высокое значение КПД, повышенную жёсткость и долговечность.

Гидроприводы имеют и недостатки, которые ограничивают их использование. Это потери на трение и утечки, снижающие КПД гидропривода и вызывающие разогрев рабочей жидкости. Внутренние утечки через зазоры подвижных элементов в допустимых пределах полезны, поскольку улучшают условия смазывания и теплоотвода, в то время как наружные утечки приводят к повышенному расходу масла, загрязнению гидросистемы и рабочего места. Необходимость применения фильтров тонкой очистки для обеспечения надёжности гидроприводов повышает стоимость последних и усложняет техническое обслуживание. Работоспособность резко снижается при попадании воздуха и воды в минеральное масло. Изменение вязкости масла при его разогреве приводит к изменению скорости движения рабочих органов. Узлы гидропривода весьма трудоёмки в изготовлении. В связи с наличием внутренних утечек затруднена точная координация движения гидродвигателей.

Краткий анализ приводов различного типа применительно к конкретным условиям, позволяет выбрать оптимальность технического применения. Применение промежуточного энергоносителя (масло) целесообразно лишь в тех случаях, когда преимущество гидропривода имеет решающее значение. Если привод может быть успешно реализован средствами гидравлики или электрики, предпочтение должно быть отдано последней.

При правильном конструировании, изготовлении и эксплуатации гидроприводов их недостатки могут быть сведены к минимуму. Для этого нужно хорошо знать унифицированные узлы гидропривода, централизованно изготавливаемые специализированными заводами, а так же типовые узлы специального назначения.

Гидравлический привод (гидропривод) -- совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии.

Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).

Функции гидропривода

Основная функция гидропривода, как и механической передачи, -- преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Другая функция гидропривода -- это передача мощности от приводного двигателя к рабочим органам машины (например, в одноковшовом экскаваторе -- передача мощности от двигателя внутреннего сгорания к ковшу или к гидродвигателям привода стрелы, к гидродвигателям поворота башни и т.д.).

Рисунок1. Принципиальная схема гидропривода

В общих чертах, передача мощности в гидроприводе происходит следующим образом:

1.Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал насоса, который сообщает энергию рабочей жидкости.

2.Рабочая жидкость по гидролиниям через регулирующую аппаратуру поступает в гидродвигатель, где гидравлическая энергия преобразуется в механическую.

3.После этого рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в бак, либо непосредственно к насосу.

1.2 Классификация гидропривода

Виды гидроприводов

Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные:

- В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости.

- В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.

Объёмный гидропривод -- это гидропривод, в котором используются объёмные гидромашины (насосы и гидродвигатели). Объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры. К объёмным машинам относят, например, поршневые насосы, аксиально-поршневые, радиально-поршневые, шестерённые гидромашины и др.

Одна из особенностей, отличающая объёмный гидропривод от гидродинамического, -- большие давления в гидросистемах. Так, номинальные давления в гидросистемах экскаваторов могут достигать 32 МПа, а в некоторых случаях рабочее давление может быть более 300 МПа, в то время как гидродинамические машины работают обычно при давлениях, не превышающих 1,5--2 МПа.

По характеру движения выходного звена гидродвигателя

Гидропривод вращательного движения когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение;

Гидропривод поступательного движения у которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр -- двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена (штока поршня, плунжера или корпуса);

Гидропривод поворотного движения когда в качестве гидродвигателя применён поворотный гидродвигатель, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 360°.

По возможности регулирования если скорость выходного звена (гидроцилиндра, гидромотора) регулируется изменением частоты вращения двигателя, приводящего в работу насос, то гидропривод считается нерегулируемым.

Регулируемый гидропривод - это привод, в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателя можно изменять по требуемому закону.

В свою очередь регулирование может быть:

-дроссельным

-объёмным

-объёмно-дроссельным.

Регулирование может быть: ручным или автоматическим.

В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть:

-стабилизированным

-программным

-следящим (гидроусилители).

Саморегулируемый гидропривод автоматически изменяет подачу жидкости по фактической потребности гидросистемы в режиме реального времени (без фазового сдвига).

По схеме циркуляции рабочей жидкости

Гидропривод с замкнутой схемой циркуляции в котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса.

Гидропривод с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости компактен, имеет небольшую массу и допускает большую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновения кавитации, поскольку в такой системе во всасывающей линии давление всегда превышает атмосферное. К недостаткам следует отнести плохие условия для охлаждения рабочей жидкости, а также необходимость спускать из гидросистемы рабочую жидкость при замене или ремонте гидроаппаратуры.

Гидропривод с разомкнутой системой циркуляции, в котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком или атмосферой.

Достоинства такой схемы -- хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Однако такие гидроприводы громоздки и имеют большую массу, а частота вращения ротора насоса ограничивается допускаемыми (из условий бескавитационной работы насоса) скоростями движения рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе.

По источнику подачи рабочей жидкости

Насосный гидропривод

В насосном гидроприводе, получившем наибольшее распространение в технике, механическая энергия преобразуется насосом в гидравлическую, носитель энергии -- рабочая жидкость, нагнетается через напорную магистраль к гидродвигателю, где энергия потока жидкости преобразуется в механическую. Рабочая жидкость, отдав свою энергию гидродвигателю, возвращается либо обратно к насосу (замкнутая схема гидропривода), либо в бак (разомкнутая или открытая схема гидропривода). В общем случае в состав насосного гидропривода входят гидропередача, гидроаппараты, кондиционеры рабочей жидкости, гидроёмкости и гидролинии.

Наибольшее применение в гидроприводе получили аксиально-поршневые, радиально-поршневые, пластинчатые и шестерённые насосы.

Магистральный гидропривод

В магистральном гидроприводе рабочая жидкость нагнетается насосными станциями в напорную магистраль, к которой подключаются потребители гидравлической энергии. В отличие от насосного гидропривода, в котором, как правило, имеется один (реже 2-3) генератора гидравлической энергии (насоса), в магистральном гидроприводе таких генераторов может быть большое количество, и потребителей гидравлической энергии также может быть достаточно много.

Аккумуляторный гидропривод

В аккумуляторном гидроприводе жидкость подаётся в гидролинию от заранее заряженного гидроаккумулятора. Этот тип гидропривода используется в основном в машинах и механизмах с кратковременными режимами работы.

По типу приводящего двигателя гидроприводы бывают с электроприводом, приводом от ДВС, турбин и т.д.

Импульсный гидропривод

В гидроприводе этого вида выходное звено гидродвигателя совершает возвратно-поступательные или возвратно-вращательные движения с большой частотой (до 100 импульсов в секунду).

Структура гидропривода

Обязательными элементами гидропривода являются насос и гидродвигатель. Насос является источником гидравлической энергии, а гидродвигатель -- её потребителем, то есть преобразует гидравлическую энергию в механическую. Управление движением выходных звеньев гидродвигателей осуществляется либо с помощью регулирующей аппаратуры -- дросселей, гидрораспределителей и др., либо путём изменения параметров самого гидродвигателя и/или насоса.

Также обязательными составными частями гидропривода являются гидролинии, по которым жидкость перемещается в гидросистеме.

Критически важной для гидропривода (в первую очередь объёмного) является очистка рабочей жидкости от содержащихся в ней (и постоянно образующихся в процессе работы) абразивных частиц. Поэтому системы гидропривода обязательно содержат фильтрующие устройства (например, масляные фильтры), хотя принципиально гидропривод некоторое время может работать и без них.

Поскольку рабочие параметры гидропривода существенно зависят от температуры рабочей жидкости, то в гидросистемах в некоторых случаях, но не всегда, устанавливают системы регулирования температуры (подогревающие и/или охладительные устройства).

Область применения

Объёмный гидропривод применяется в горных и строительно-дорожных машинах. В настоящее время более 50% общего парка мобильных строительно-дорожных машин (бульдозеров, экскаваторов, автогрейдеров и др.) является гидрофицированной. Это существенно отличается от ситуации 30-х - 40-х годов 20-го века, когда в этой области применялись в основном механические передачи.

В станкостроении гидропривод также широко применяется, однако в этой области он испытывает высокую конкуренцию со стороны других видов привода[1].

Широкое распространение получил гидропривод в авиации. Насыщенность современных самолётов системами гидропривода такова, что общая длина трубопроводов современного пассажирского авиалайнера может достигать нескольких километров.

В автомобильной промышленности самое широкое применение нашли гидроусилители руля, существенно повышающие удобство управления автомобилем. Эти устройства являются разновидностью следящих гидроприводов. Гидроусилители применяют и во многих других областях техники (авиации, тракторостроении, промышленном оборудовании и др.)

В целом, границы области применения гидропривода определяются его преимуществами и недостатками.

Преимущества

К основным преимуществам гидропривода относятся:

возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки;

простота управления и автоматизации;

простота предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок; например, если усилие на штоке гидроцилиндра становится слишком большим (такое возможно, в частности, когда шток, соединённый с рабочим органом, встречает препятствие на своём пути), то давление в гидросистеме достигает больших значений -- тогда срабатывает предохранительный клапан в гидросистеме, и после этого жидкость идёт на слив в бак, и давление уменьшается;

надёжность эксплуатации;

широкий диапазон бесступенчатого регулирования скорости выходного звена; например, диапазон регулирования частоты вращения гидромотора может составлять от 2500 об/мин до 30-40 об/мин, а в некоторых случаях, у гидромоторов специального исполнения, доходит до 1-4 об/мин, что для электромоторов трудно реализуемо;

большая передаваемая мощность на единицу массы привода; в частности, масса гидравлических машин примерно в 10-15 раз меньше массы электрических машин такой же мощности;

самосмазываемость трущихся поверхностей при применении минеральных и синтетических масел в качестве рабочих жидкостей; нужно отметить, что при техническом обслуживании, например, мобильных строительно-дорожных машин на смазку уходит до 50% всего времени обслуживания машины, поэтому самосмазываемость гидропривода является серьёзным преимуществом;

возможность получения больших сил и мощностей при малых размерах и весе передаточного механизма;

простота осуществления различных видов движения -- поступательного, вращательного, поворотного;

возможность частых и быстрых переключений при возвратно-поступательных и вращательных прямых и реверсивных движениях;

возможность равномерного распределения усилий при одновременной передаче на несколько приводов;

упрощённость компоновки основных узлов гидропривода внутри машин и агрегатов, в сравнении с другими видами приводов.

Недостатки

К недостаткам гидропривода относятся:

утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры, особенно при высоких значениях давления в гидросистеме, что требует высокой точности изготовления деталей гидрооборудования;

нагрев рабочей жидкости при работе, что приводит к уменьшению вязкости рабочей жидкости и увеличению утечек, поэтому в ряде случаев необходимо применение специальных охладительных устройств и средств тепловой защиты;

более низкий КПД чем у сопоставимых механических передач;

необходимость обеспечения в процессе эксплуатации чистоты рабочей жидкости, поскольку наличие большого количества абразивных частиц в рабочей жидкости приводит к быстрому износу деталей гидрооборудования, увеличению зазоров и утечек через них, и, как следствие, к снижению объёмного КПД;

необходимость защиты гидросистемы от проникновения в неё воздуха, наличие которого приводит к нестабильной работе гидропривода, большим гидравлическим потерям и нагреву рабочей жидкости;

пожароопасность в случае применения горючих рабочих жидкостей, что налагает ограничения, например, на применение гидропривода в горячих цехах;

зависимость вязкости рабочей жидкости, а значит и рабочих параметров гидропривода, от температуры окружающей среды;

в сравнении с пневмоприводом -- невозможность эффективной передачи гидравлической энергии на большие расстояния вследствие больших потерь напора в гидролиниях на единицу длины.

1.3 Классификация гидрораспределителя

При эксплуатации гидросистем возникает необходимость изменения направления потока рабочей жидкости на отдельных ее участках с целью изменения направления движения исполнительных механизмов машины, требуется обеспечивать нужную последовательность включения в работу этих механизмов, производить разгрузку насоса и гидросистемы от давления и т.п.

Эти и некоторые другие функции могут выполняться специальными гидроаппаратами - направляющими гидрораспределителями.

При изготовлении гидрораспределителей в качестве конструктивных материалов применяют стальное литье, модифицированный чугун, высоко- и низкоуглеродистые марки сталей, бронзу. Для защиты отдельных элементов распределителей от абразивного износа, поверхности скольжения цементируют, азотируют и т.п.

Размеры и масса гидрораспределителей зависят от расхода жидкости через них, с увеличением которого они увеличиваются.

По способу присоединения к гидросистеме гидрораспре-делители выпускают в трех исполнениях: резьбового, фланцевого и стыкового присоединения. Выбор способа присоединения зависит от назначения гидрораспределителя и расхода через него рабочей жидкости.

По конструкции запорно-регулирующего элемента гидрораспределители подразделяются следующим образом:

Золотниковые (запорно-регулирующим элементом является золотник цилиндрической или плоской формы). В золотниковых гидрораспределителях изменение направления потока рабочей жидкости осуществляется путем осевого смещения запорно-регулирующего элемента.

Крановые (запорно-регулирующим элементом служит кран). В этих гидрораспределителях изменение направления потока рабочей жидкости достигается поворотом пробки крана, имеющей плоскую, цилиндрическую, коническую или сферическую форму.

Клапанные (запорно-регулирующим элементом является клапан). В клапанных распределителях изменение направления потока рабочей жидкости осуществляется путем последовательного открытия и закрытия рабочих проходных сечений клапанами (шариковыми, тарельчатыми, конусными и т.д.) различной конструкции.

По числу фиксированных положений золотника гидрораспределители подразделяются: на двухпозиционные, трехпозиционные и многопозиционные.

По управлению гидрораспределители подразделяются на гидроаппараты с ручным, электромагнитным, гидравлическим или электрогидравлическим управлением. Крановые гидрораспределители используются чаще всего в качестве вспомогательных в золотниковых распределителях с гидравлическим управлением.

1.4 Устройство и принцип работы гидрораспределителя

Запорно-регулирующим элементом золотниковых гидрораспределителей является цилиндрический золотник 1, который в зависимости от числа каналов (подводов) 3 в корпусе 2 может иметь один, два и более поясков (рис.2, а). На схемах гидрораспределители обозначают в виде подвижного элемента, на котором указываются линии связи, проходы и элементы управления. Рабочую позицию подвижного элемента изображают квадратом (прямоугольником), число позиций соответствует числу квадратов (рис.2, б).



Рисунок 2. Схема (а) и обозначение (б) гидрораспределителя

Рассмотрим принцип работы распределителя (рис.3). В первой (исходной) позиции все линии А, В , Р и Т, подходящие к распределителю разобщены, т.е. перекрыты (рис.3, а). При смещении золотника влево распределитель переходит во вторую позицию, в которой попарно соединены линии Р и А, В и Т (рис.3, б). При смещении золотника вправо - в третью, где соединяются линии Р и В, А и Т (рис.3, в). Такой распределитель часто называют реверсивным, так как он используется для остановки и изменения направления движения исполнительных органов.

Рисунок 3. Схема работы золотникового гидрораспределителя

В зависимости от числа подводов (линий, ходов) распределители могут быть двухходовые (двухлинейные); трехходовые (трехлинейные), четырех- и многоходовые. В соответствии с этим в обозначениях гидрораспределителей первая цифра говорит о числе подводов. Например, из обозначения гидрораспределителя "4/2" можно понять, что он имеет 4 подвода, т.е. он четырехходовой (четырехлинейный).

Вторая цифра в обозначении говорит о числе позиций. То же обозначение распределителя "4/2" говорит, что у него две позиции.

Примеры обозначения распределителей приведены на рис.4

.

Рисунок 4. Примеры обозначения типов распределителей

Управление положением золотника распределителя может быть нескольких типов. Подробные способы управления представлены на рисунке 5.

Рисунок 5. Способы управления распределителем

Устройство ручного гидрораспределителя 4/3 и его условного обозначения представлено на рис.6. Переключение позиций распределителя осуществляется рукояткой 1, которая при помощи серьги 2 шарнирно присоединяется к золотнику 10. С корпусом 6 рукоятка шарнирно соединена с ушком 11. Для фиксации каждого положения золотника служит шариковый фиксатор 9, помещенный в задней крышке 8. Утечки жидкости по золотнику со стороны передней крышки 3 исключаются манжетным уплотнением. Рабочая жидкость подводится к отверстию 5, а отводится через отверстие 4. Канал 7 дренажный, служит для отвода утечек.

На рис. 7 изображен гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением и его уловное обозначение. Он состоит из основного гидрораспределителя 2 с гидравлическим управлением и вспомогательного гидрораспределителя 1 с электромагнитным управлением. Основной гидрораспределитель управляет потоком рабочей жидкости гидросистемы, а вспомогательный регулирует поток управления. Такие гидрораспределители применяют в гидроприводах с дистанционным и автоматическим управлением при больших расходах и высоком давлении в гидросистеме, когда применение гидрораспределителей с электромагнитным управлением невозможно.

Рисунок 6. Гидрораспределитель с ручным управлением



Рисунок 7. Гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением

Золотники гидрораспределителя могут выполняться в трех исполнениях (рис.8).

Золотники с положительным осевым перекрытием (рис.8, а) имеют ширину поясков b больше, чем ширину проточки c или диаметр рабочих окон в корпусе. При нейтральном положении золотника такого гидрорапределителя напорная гидролиния отделена от линий, соединяющих полости гидродвигателя и слива. Величина перекрытия П = (b - c) / 2 зависит от диаметра золотника: при d = 10…12 мм перекрытие принимают равным 1…2 мм; при d до 25 мм - 3…5 мм; при d до 50 мм - 6…8 мм. Золотники с положительным осевым перекрытием позволяют фиксировать положение исполнительного механизма. Недостатком является наличие у них зоны нечувствительности, определяемой величиной осевого перекрытия: в пределах этой зоны при перемещении золотника расход жидкости через гидрораспределитель равен нулю, а исполнительный механизм не движется, несмотря на подаваемый к золотнику сигнал управления.

Золотники с нулевым осевым перекрытием (рис.8, б) имеют ширину пояска b равную ширине проточки c или диаметру рабочих окон, а осевое перекрытие П = 0. Такие золотники не имеют зоны нечувствительности и наилучшим образом удовлетворяют требованиям следящих гидросистем. Однако изготовление таких золотников связано со значительными технологическими трудностями.

Золотники с отрицательным осевым перекрытием (рис.8, в), у которых b < c; при нейтральном положении их напорная гидролиния соединена со сливом и с обеими полостями гидродвигателя. При этом жидкость через зазоры непрерывно поступает на слив, а в обеих полостях гидродвигателя устанавливается одинаковое давление. В гидрораспределителях с таким золотником зона нечувствительности сводится к минимуму, но из-за слива рабочей жидкости часть мощности теряется. Кроме этого, гидросистема с таким золотником будет иметь меньшую жесткость, так как из-за перетекания жидкости через начальные зазоры в золотнике будет переходить смещение исполнительного механизма при изменении преодолеваемой нагрузки.

Рисунок 8. Конструктивные исполнения золотников

И по устройству золотника так же бывают крановые и клапанные виды распределителей.



2. Анализ условий работы золотниковых пар и решение проблемы износа

2.1 Анализ условий работы золотниковых пар

Золотниковые пары гидрораспределителя относятся к числу направляющих и регулирующих устройств с возвратно-поступательными перемещениями золотника, воспринимающего осевую нагрузку от пружин и давления рабочей жидкости (рис. 2.1).

Характер относительных перемещений деталей таких пар зависит в основном от изменения давления рабочей жидкости. Особенностью нагружения регулирующих золотниковых пар является то, что в результате неизбежного эксцентриситета в приложении основных нагрузок золотник находится относительно гильзы в перекошенном состоянии (реже в состоянии одностороннего прижатия). Поэтому, на участках фактического контакта деталей могут возникать значительные давления.

Рисунок 2.1- Схема прецизионной пары: 1 - золотник, 2 - корпус, а, б - осевая нагрузка от пружин.

В процессе работы детали золотниковых регулирующих устройств непрерывно или периодически под действием изменяющегося давления рабочей жидкости совершают относительно друг друга возвратно - поступательные перемещения с различной амплитудой и частотой.

При пульсации давления рабочей жидкости золотник может совершать вибрационные перемещения в осевом направлении, в результате чего может возникнуть схватывание поверхностей деталей на участках фактического контакта.

Итак, основные особенности условий работы деталей золотниковых пар следующие: осевая нагрузка на золотник вызывает перекос его относительно гильзы, что сопровождается сравнительно высоким давлением в местах фактического контакта деталей; при пульсации давления рабочей жидкости могут возникать продольные вибрационные перемещения деталей.

Способами предотвращения отказов является повышение твердости, износостойкости, пористости и создание искусственного микрорельефа на поверхности. Рабочая жидкость должна обладать проникающей и смазывающей способностью.

2.2 Виды износов прецизионных пар и их характеристика

Таким образом, фундаментальные исследования в области машиностроительной гидравлики, трения и изнашивания создали необходимые предпосылки для изучения физической сущности причин отказов и неисправностей, роли и влияния конструктивно - технологических и эксплуатационных факторов на работоспособность, для выбора критериев и методов оценки надежности прецизионных пар гидравлических агрегатов.

Большое значение имеет фактический материал по исследованию неисправных гидравлических агрегатов, а также систематизация наиболее уязвимых деталей и узлов по признаку, определяющему возможные виды отказов и их причины.

Перечисленные повреждения поверхностей деталей прецизионных пар приведены на рисунке 2.2. Они показывают, что наряду с износами, которые, в любом случае, сопровождают работу прецизионных пар, особенно опасным является схватывание поверхностей.



Рисунок 2.2. - Характерные повреждения поверхности деталей, образующихся в результате схватывания (а, б, в), фреттинг-коррозии (г, д) и интенсивного окисления (е).

Эти обстоятельства заставляют конструкторов уже на стадии конструирования решать сложные задачи, связанные с повышением точностных параметров прецизионных пар, технологов работать в направлении подбора износостойких конструкционных материалов, а эксплуатационников повышать эксплуатационную надежность топливных и гидравлических агрегатов путем соблюдения регламентных работ по техническому обслуживанию.

Однако срок службы гидравлических агрегатов не исчерпывается ресурсом новых, но может быть значительно увеличен путем восстановления изношенных деталей прецизионных пар. Данное обстоятельство продиктовано еще и экономической целесообразностью.

В условиях эксплуатации поверхностный слой детали подвергается наиболее сильному физико-химическому воздействию: механическому, тепловому, магнитоэлектрическому, световому, химическому и др. В большинстве случаев у детали начинают ухудшаться свойства поверхности, в результате износа, эрозии, кавитации, коррозии, усталостных трещин и других разрушений, развивающихся на поверхности.

Поэтому, к поверхностному слою предъявляются обычно более высокие требования, чем к основному материалу детали. Дефекты поверхности - это отдельные неровности, совокупность неровностей или участки поверхности, размеры которых существенно отличаются от параметров шероховатости и волнистости. К дефектам поверхности относят риски, царапины, вмятины, раковины, поры, сколы, выкрашивания, трещины, задиры, заусенцы и др. гидропривод двигатель прецизионный деталь

Физико-механические свойства поверхностного слоя изменяются при изготовлении деталей, а затем - во время эксплуатации под действием силовых, температурных и других факторов.

Поверхность твердого тела по сравнению с его внутренней частью имеет ряд особенностей. Любой атом, расположенный внутри твердого тела с идеальной кристаллической решеткой, находится в состоянии подвижного устойчивого равновесия, поскольку для него по всем направлениям интенсивность силового поля одинакова. В ином положении оказываются атомы, которые находятся на поверхности: они имеют только односторонние связи с металлом, поэтому их состояние неуравновешенное, неустойчивое, они более активны, обладают избыточной или свободной энергией по сравнению с атомами, находящимися внутри металла. Поверхность металла в реальных условиях адсорбирует атомы элементов окружающей среды, покрываясь слоями адсорбированных газов, паров воды, жиров, образуя различные окислы.

В результате диффузии в поверхностном слое возникают химические и иные соединения основного металла с проникающими извне веществами. Диффузионная подвижность атомов может привести к перераспределению концентрации легирующих элементов, в результате чего в отдельных случаях в поверхностном слое уменьшается содержание некоторых легирующих элементов (обезуглероживание поверхностного слоя в сталях и снижение количества хрома и алюминия в жаропрочных никелевых сплавах при высоких температурах нагрева и др.)

Диффузия через поверхность оказывает сильное влияние на свойства металлов и, прежде всего - на свойства их поверхностных слоев. Это особенно характерно в тех случаях, когда температура в зоне обработки деталей высока (шлифование, скоростное точение, цементация, азотирование и др.) При интенсивных режимах обработки локальные участки поверхностных слоев нагреваются до различной температуры: при обкатывании - до 300-400°С, при выглаживании - до 600-700°С, при ударных методах - до 800-1000°С.

2.3 Способы восстановления

Обычно выделяют несколько наиболее употребительных технологических процессов, которые достаточно широко применяются в настоящее время в отечественной и зарубежной ремонтной практике. Это, во-первых, технологические процессы, которые связаны только с упрочнением поверхностных слоев прецизионных пар и, во-вторых, технологические процессы, дающие приращение материала, компенсирующего износ и восстанавливающие размеры деталей.

Следует, однако, иметь в виду, что, как правило, предложенный метод восстановления далеко не всегда отвечает требованиям, предъявляемым к соединению с точки зрения соответствия вида покрытия противостоять ведущему виду износа, а отсюда, как следствие, получается низкий ресурс восстановленного узла. Часто преимущества выбранного метода теряют свою практическую значимость из-за экономической нецелесообразности или технологической сложности его реализации. Поэтому, представляет интерес рассмотрение каждого метода восстановления с учетом его преимуществ и недостатков. Реализация технологической задачи с учетом прочностных характеристик и ведущих видов износа прецизионных деталей иногда сопряжено с комбинацией нескольких методов, увязанных в одну и ту же технологическую цепь.

К первому типу следует отнести термодиффузионные технологические процессы /18/. Например, термодиффузионное хромирование и силицирование. При термодиффузионном хромировании в качестве металлосодержащей среды применяется или порошок феррохрома с толченым шамотом, смоченным соляной кислотой, или газ, состоящий из хлоридов хрома. Насыщенная хромом поверхность изделий становится окалиностойкой и коррозионностойкой, достигает твердости по НRСЭ 56, обладает высокой износостойкостью.

При диффузионном силицировании металлосодержащей средой служит порошок ферросилиция или газ, состоящий из хлоридов кремния. Насыщение кремнием делает поверхность изделий коррозионностойкой и износостойкой.

При термодиффузионной металлизации можно насыщать стали и другими металлами, например, бором, бериллием и др., а также двумя металлами, например, алюминием и бором. Все перечисленные технологические процессы вполне приемлемы при упрочнении поверхностей прецизионных деталей. Однако их недостатком является то, что они не дают значительного приращения металла. /18, 20/.

Широко известны в ремонтном производстве способы восстановления изношенных прецизионных деталей гальваническими покрытиями. /21, 22, 23, 24/. Они позволяют:

- наносить равномерные слои с различной твердостью, достигающей 12000 МПа и высокой износостойкостью при отсутствии высокого температурного воздействия на детали;

- получать заданную толщину покрытий.

Никелирование применяют для восстановления изношенных деталей и в качестве защитно-декоративного покрытия. Для повышения адгезионной прочности слоя никеля его осаждают на подслой меди. /25, 26, 27, 28/. Покрытие выдерживает запрессовку и изгибы. Никель, легко пассивируясь на воздухе, покрывается тонкой пленкой, не изменяющей блеска и цвета, и предохраняет его от воздействия окружающей среды.

Для никелирования используются электролиты, в состав которых входят соли никеля и другие компоненты. В качестве анодов используют никель.

Кроме электрохимического способа в практике применяют химическое никелирование для получения твердых и износостойких покрытий. Оно осуществляется без применения электрического тока и основано на восстановлении никеля до металла с помощью гипофосфита. Ограниченное использование никеля в ремонтном производстве связано с трудностями по контролю и корректировке электролитов, дороговизной применяемых материалов и низкой производительностью процесса.

Цинкование в ремонтном производстве применяют для зашиты от коррозии, например, метизов и других деталей, а также для восстановления посадочных поверхностей малонагруженных деталей. /27, 28/. Технологический процесс проводят из простых и доступных кислых, щелочных, цинкатных или аммиакатных электролитов. Поскольку цинковые покрытия имеют низкую твердость, прочность и износостойкость, они имеют ограниченное применение для восстановления, но используются для повышения прирабатываемости деталей подвижных соединений, в т.ч. и прецизионных.

Ремонтные предприятия достаточно широко используют в настоящее время при восстановлении деталей золотниковых пар способ наращивания их твердым электролитическим железом. Простота способа, называемого «твердым осталиванием», а также доступность применяемых материалов, высокая работоспособность восстановленных деталей и быстрая окупаемость - все это способствует распространению на широкую номенклатуру восстанавливаемых деталей. /19/.

Процессы получения износостойких железных покрытий в настоящее время исследуют с точки зрения:

- совершенствования существующих и изыскания новых электролитов, обладающих меньшей агрессивностью и большей устойчивостью к окислению;

- совершенствования и изыскания новых технологических приемов, повышающих производительность процессов и расширяющих область их применения;

- упрочнения покрытий последующей термохимической обработкой хромированием.

Методом осталивания можно получать покрытия с достаточно высокими физико-механическими свойствами при выходах железа по току до 80 - 95%. /19, 28/.

Наиболее распространенными электролитами осталивания в настоящее время являются хлористые и сернокислые электролиты, которые обеспечивают получение качественных покрытий, как в горячих, так и в холодных ваннах /21, 28/.

Известен также ряд новых электролитов железнения: органических, фторборатных, щелочных, а также холодных растворов, содержащих в своем составе гидразин и аскорбиновую кислоту. Содержание последних предохраняет его от окисления и способствует получению плотных, мелкозернистых и не слоистых покрытий с микротвердостью, достигающей 6000-7000 МПа. Максимальной производительностью, малой окисляемо- стью и высокой стабильностью в работе обладает электролит, содержащий 348 г/л метилсульфатного железа РеСН30804, 50-100 г/л хлористого железа, с кислотностью РН=1,2-1,8. /19, 21, 28/.

Широкие исследования проведены за последние годы в области получения покрытий, содержащих легирующие элементы. Известны способы осталивания на постоянном токе при незначительной плотности, а также работы, посвященные холодному осталиванию на переменном токе. Ю.А. Петров и его школа считают последние разработки наиболее перспективными. Однако, несмотря на многообразие электролитов осталивания и различного рода технологических процессов, не удается получать покрытия достаточной твердости, которые бы обеспечивали высокую износостойкость в условиях гидроабразивного износа. Кроме того, недостаточная адгезионная прочность с основным металлом детали и склонность в большей мере к схватыванию не дают эффективных результатов при восстановлении золотниковых пар.

Кроме того, достаточно распространен в ремонтной практике метод гальванического натирания, который является разновидностью гальванических покрытий, применяемых при восстановлении золотниковых пар. Достоинством этого метода является высокая производительность процесса, увеличение которой связано с непрерывным поступлением свежего электролита в зону электролиза за счет перемещения катодной поверхности относительно анодного тампона. Однако, из-за низкой надежности электролизера, тяжелых условий труда обслуживающего персонала метод применяется довольно редко. /26/.

Наиболее широкое распространение в практике восстановления золотниковых пар получило электролитическое хромирование. /28, 32, 33, 34/. Широкое применение этого способа обусловлено ценными качествами электролитического хрома: сравнительно высокой твердостью, достигающей 11000 МПа, высокой износостойкостью и коррозионной стойкостью, а также хорошей сцепляемостью с основным металлом. Кроме того, электролитический хром обладает высокими антифрикционными свойствами, возможностью получения качественных покрытий с заданными физико-механическими свойствами в широком интервале режимов электролиза.

Достаточно высокая твердость, высокий предел текучести электролитического хрома делают покрытие эффективным средством борьбы с явлениями схватывания первого рода при малых и средних удельных нагрузках и их способностью противостоять гидроабразивному и абразивному изнашиванию. /36/. Метод электролитического хромирования позволяет восстанавливать 75-90% изношенных золотниковых пар.

В современном промышленном производстве получение хромовых покрытий осуществляется путем электролиза водных растворов хромовой кислоты с добавками некоторых неорганических кислот, так называемыми «постоянными анионами». /38/.

Основным компонентом электролитов для хромирования является хромовый ангидрид (СгОз). В водном растворе хромовый ангидрид образует сильную кислоту, состоящую в основном из смеси Н2СГ2О7 и Н2СЮ4. В электролите эти кислоты находятся в подвижном равновесии:

2Н2СЮ4 ~ Н2Сг207 + Н20

Концентрация находящихся в растворе анионов НСг04 и Сг207 зависит от содержания хромового ангидрида. При увеличении содержания СгОз равновесие смещается в сторону образования аниона Сг2072 а при уменьшении - в сторону анионов НСЮ4" и СЮ42

Следует подчеркнуть, что электроосаждение хрома из растворов только одной хромовой кислоты невозможно. Для нормального течения процесса и выделения на катоде удовлетворительных осадков хрома необходимо, чтобы помимо хромового ангидрида в электролите содержалось небольшое количество посторонних активных анионов. Широкое применение для хромирования прецизионных деталей гидросистем получили электролиты, содержащие хромовый ангидрид и серную кислоту. Существенными недостатками этих электролитов является плохая кроющая и рассеивающая способность и низкий выход хрома по току, который в зависимости от концентрации компонентов электролита и режимов электролиза (применяемых на практике) лежит в пределах 10-16%. Объясняется это значительным отрицательным потенциалом, при котором происходит электроосаждение хрома и низким водородным перенапряжением, создающим благоприятные условия для течения на катоде побочных процессов: Сг --> Сг3+ и 2Н+ --> Н2.

Количество хромового ангидрида в электролитах с добавкой серной кислоты может изменяться в широких пределах, от 100 до 500 г/л, существенно не влияя на качество осажденного хрома. Однако при изменении концентрации хромового ангидрида соответственно изменяется концентрация серной кислоты. Для получения покрытия хорошего качества необходимо, чтобы отношение СЮз / Н2804 поддерживалось в электролите на уровне 100:1. Значительное понижение концентрации серной кислоты в электролите вызывает отложение серых недоброкачественных осадков хрома; повышение ее концентрации - отложение мелкозернистых блестящих осадков с многочисленными дендритами.

Поскольку хромовый ангидрид (СгОз) является единственным компонентом, содержащемся в растворе в большом количестве, то свойства хромовокислого электролита в значительной степени зависят от его концентрации. Увеличение концентрации СгОз повышает электропроводность раствора. Благодаря этому понижается напряжение на ванне и расход энергии. Изменение концентрации серной кислоты практически не оказывает влияния на электропроводность раствора.

Выход хрома по току при увеличении концентрации СгОз и постоянстве отношения между концентрациями хромового ангидрида и серной кислоты понижается. При увеличении концентрации сульфата в растворе выход по току сначала возрастает, но, достигнув максимума при отношении концентраций СгОз / Н28 04, близком к 100, начинает заметно снижаться.

Кроющая способность электролита при увеличении концентрации хромового ангидрида улучшается и достигает максимума при 300-350 г/л

Сг03 наряду с этим рассеивающая способность электролита с увеличением концентрации хромовой кислоты (и при сохранении постоянного отношения СгОз / Н2804) уменьшается.

Выбор концентрации электролита осуществляется в соответствии с характером покрытий и конфигурацией деталей. Наиболее часто в ремонтной практике применяются следующие электролиты:

- концентрированные - содержат 350-450 г/л СЮ3 и 3,5-4,5 г/л Н28 04, которые обладают хорошей кроющей способностью, что позволяет применять их для деталей сложной конфигурации;

- разбавленные электролиты - содержат 120-160 г/л СгОз и 1,2-1,6 г/л Н2804 и обеспечивают сравнительно высокий выход хрома по току; покрытия обладают высокой твердостью, но они требуют частой корректировки;

- электролиты со средней концентрацией компонентов -- содержат 200-250 г/л СгОз и 2,0-2,5 г/л Н28 04, выход по току составляет 13-15%, которые получили самое широкое распространение;

- саморегулирующиеся электролиты, где взамен серной кислоты вводят в избытке сернокислый стронций 8г804 и кремнефтористый калий К281Р6 - соли, нерастворимые в воде, но обладающие некоторой ограниченной растворимостью в растворе хромового ангидрида; в электролите, содержащем 250 г/л СЮ3, при температуре 55°С растворимость К281Р6 составляет 15 г/л, а 8г804 - 4,15 г/л, что в пересчете на ион 8042~ соответствует 2,17 г/л.

Саморегулирующийся электролит содержит: 220 - 250 г/л СгОз, 6 г/л 8Г804 И 20 г/лКгБ^б.

Количество сернокислого стронция и кремнефтористого калия, вводимые в электролит, превосходят предел их растворимости. Поэтому, для нормальной работы часть солей всегда должна находиться на дне ванны в нерастворенном виде.

Выход хрома по току в саморегулирующихся электролитах выше, чем в обычном хромовокислом, он увеличивается при повышении концентрации компонентов и достигает максимума при содержании сернокислого стронция около 4 г/л и кремнефтористого калия - 14 г/л. Зависимость выхода хрома по току от концентрации СгОз проходит через максимум, соответствующий 250-300 г/л. При этом выход хрома по току составляет 18% при хорошем качестве покрытия, что позволяет интенсифицировать процесс хромирования в 1,2-1,3 раза.

Саморегулирующиеся электролиты не нуждаются в корректировке, позволяют получать качественные покрытия, но весьма агрессивны.

Рабочий интервал температур, при которых возможно получение удовлетворительных осадков, лежит в пределах 35-70°С, плотности тока обычно лежат в пределах 10-100 А/дм2.

- в тетрахроматных электролитах процесс осуществляется при комнатных температурах, что обеспечивает высокий, по сравнению с обычными электролитами, выход хрома по току, достигающий 30-35%;

- тетрахроматный электролит содержит: 350-400 г/л СЮ3, 50-60 г/л ЫаОН, 2,5-2,7 г/л Н2804 и ионов Сг3+, количество которых в пересчете на Сг203, составляет 10-15 г/л. Однако, покрытия обладают высокой пластичностью и низкой адгезионной прочностью.

Как в промышленной, так и в ремонтной практике применяется пористый хром, который представляет собой поверхность со специально созданными порами или сеткой трещин, достаточно широких для проникновения и удержания в них масла. Сущность получения пористого хрома заключается в электролитическом (анодном) травлении ранее осажденного блестящего хрома, имеющего сетку тончайших трещин. Растворение происходит в основном по границам трещин, вследствие чего они постепенно расширяются. Такие расширенные трещины, в отличие от первичных трещин на хроме, принято называть каналами пористого хрома.