close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

349 Выпускные квалификационные работы ОмГУПС-2016

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС (ОмИИТ))
Кафедра «Технология транспортного машиностроения и ремонта
подвижного состава»
К защите допустить
Заведующий кафедрой ТТМ и РПС
_______________С. Г. Шантаренко
«____» __________________ 2016 г.
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОВЕРХНОСТНОГО
УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ КОРПУСОВ БУКС ГРУЗОВЫХ
ВАГОНОВ
Пояснительная записка к дипломному проекту
ИНМВ. 117545. 000 ПЗ
СОГЛАСОВАНО
Консультант по экономике –
доцент кафедры ЭТЛ и УК
____________Г. И. Акользина
«___»________________2016
Консультант по безопасности
жизнедеятельности и экологии – преподаватель кафедры БЖЭ
_____________ А. Е. Чепурко
«___»________________2016
Студента гр. 11 и
____________В. Л. Юрьев
«___»_________________2016
Руководитель –
доцент кафедры ТТМ и РПС
________ А. В. Смольянинов
«___»_________________2016
Нормоконтролер – доцент
кафедры ТТМ и РПС
____________ Д. Ю. Белан
«___»_______________2016
Омск 2016
Реферат
УДК 621.791.92
Дипломный проект содержит 73 страницы, 16 рисунков, 8 таблиц,
17 источников, приложение,5 листов графического материала.
Буксовый узел, корпус буксы грузового вагона, роликовый подшипник,
плазмотрон, материалы для плазменного оборудования, плазменное напыление, модуль линейных перемещений.
Объектом исследования является корпус буксы грузового вагона, а
именно технологический процесс восстановления и упрочнения внутренней
цилиндрической поверхности, предназначенной под посадку подшипника.
Цель работы – разработать технологический процесс ремонта корпуса
буксы и спроектировать технологическое оборудование для восстановления
внутренней цилиндрической поверхности.
В результате исследования был проанализирован существующий технологический процесс ремонта корпусов букс грузовых вагонов, выявлены его
недостатки и предложена новая технология, предназначенная для ремонта
внутренней цилиндрической поверхности, предназначенной для посадки роликового подшипника. Для новой технологии была разработана, установка,
позволяющая производить ремонт корпуса буксы грузового вагона с наименьшими тепловложениями в него.
2
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ» (ОМГУПС (ОМИИТ))
Механический факультет
Кафедра «Технология транспортного машиностроения и ремонта подвижного
состава»
Специальность 23.05.03(190300) – «Подвижной состав железных дорог»
Специализация «Технология производства и ремонта подвижного состава»
УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой
___________С. Г. Шантаренко
«____» ______________ 2016 г.
ЗАДАНИЕ
на выпускную квалификационную работу (дипломный проект) студента
Юрьева Владислава Леонидовича
1.Тема проекта: «Разработка технологического процесса поверхностного
упрочнения поверхностей корпусов букс грузовых вагонов» утверждена приказом по университету от 23 марта 2016 г. № 545/с.
2. Срок сдачи законченного проекта: 06 июня 2016 г.
3. Исходные данные к проекту:
а) чертёж узла;
б) анализ неисправностей буксового узла грузового вагона;
в) базовый технологический процесс ремонта буксового узла;
г) производственная программа – 30000 корпусов букс в год.
3
4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):
4.1. Введение (актуальность и состояние проблемы).
4.2. Анализ базового технологического процесса ремонта корпуса
буксы.
4.2.1. Анализ конструкции узла и условий эксплуатации.
4.2.2. Анализ неисправностей буксового узла.
4.2.3. Анализ способов упрочнения поверхностей корпусных деталей.
4.3. Совершенствование технологического процесса ремонта изделия.
4.3.1. Проектирование технологического оборудования и оснастки для
упрочнения поверхностей корпусов букс.
4.3.2. Расчет режимов и норм времени выполнения работ по упрочнению
поверхностей.
4.4. Расчет технико-экономической эффективности упрочнения поверхностей корпусов букс грузового вагона.
4.5.Решение вопросов безопасности и экологичности.
5. Перечень графического материала:
Лист 1. Чертеж корпуса буксы.
Лист 2. Дефекты и статистика неисправностей буксового узла.
Лист 3. Способы упрочнения поверхностей корпусных деталей.
Лист 4. Маршрут технологического процесса ремонта корпуса буксы.
Лист 5. Схема упрочнения поверхностей корпуса буксы.
Лист 6. Сборочный чертеж технологического оборудования для упрочнения поверхностей корпуса буксы.
Лист 7. Деталировка технологического оборудования.
Лист 8. Технико-экономическое обоснование. Выводы.
4
Консультанты по проекту (с указанием относящихся к ним разделов проекта)
Раздел
Консультант
Общая часть
Технологическая и
конструкторская части
Смольянинов А. В.
Безопасность и
экологичность
Чепурко А. Е.
Экономическая часть
Акользина Г. И.
Подпись, дата
Задание
Задание принял
выдал
КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН
№
Наименование разделов дипломного проекта
Общая часть
Технологическая часть
Конструкторская часть
Безопасность и экологичность
Экономическая часть
Отчет студентов о ходе выполнения
6
дипломного проекта
7 Оформление пояснительной записки
Нормоконтроль материалов диплом8
ного проекта
Предварительная защита дипломного
9
проекта
10 Защита дипломного проекта
1
2
3
4
5
Срок
исполнения
Примечание
21.03 – 28.03
29.03 – 10.04
11.04 – 24.04
25.04 – 15.05
25.04 – 15.05
16.05 –22.05
23.05 – 29.05
30.05 – 05.06
06.06 – 12.06
20.06 – 24.06
Пояснительная записка и демонстрационные материалы должны быть
представлены в бумажном и электронном виде (СD).
Дата выдачи задания 19 марта 2016 г.
Руководитель проекта
А. В. Смольянинов
Студент – дипломник
В. Л. Юрьев
5
Содержание
Введение ............................................................................................................. 8
1 Анализ буксового узла грузового вагона ....................................................... 9
1.1 Описание конструкции буксы ..................................................................... 9
1.2 Неисправности буксы колесной пары грузового вагона .......................... 16
2 Анализ базового технологического процесса ремонта корпуса буксы ...... 19
2.1 Ремонт деталей буксового узла ................................................................. 22
2.2 Способы упрочнения поверхностей корпусных деталей ......................... 24
2.3 Плазменное напыление металлом ............................................................. 29
2.4 Физическая сущность плазменного напыления........................................ 32
2.5 Материалы для плазменного оборудования ............................................. 36
3 Выбор плазмотрона и плазменного аппарата .............................................. 40
3.1 Расчет охлаждения плазмотрона ............................................................... 44
3.2 Расчет режима работы плазмотрона.......................................................... 44
3.3 Выбор червячного одноступенчатого мотора – редуктора ...................... 46
4 Оценка экономической эффективности внедрения плазменной установки для
плазменного напыления цилиндрической поверхности корпуса буксы
грузового вагона ............................................................................................... 51
4.1 Расчет себестоимости существующего способа ремонта цилиндрической
поверхности корпуса буксы............................................................................. 55
4.2 Определение годового экономического эффекта ..................................... 56
5Обеспечение требований безопасности труда в производственном
(технологическом) процессе плазменном напылении корпусов букс ........... 58
5.1Характеристика возможных опасных и вредных производственных
факторов (ОВПФ) при ремонте корпусов буксы............................................ 58
5.2 Эргономический анализ организации рабочего места ............................. 60
5.3Характеристика
производственного
процесса
по
пожаро
и
взрывоопасности и возможному загрязнению воздушной среды ................. 63
5.4 Оценка эффективности применения коллективных и индивидуальных
средств защиты ................................................................................................. 64
5.5 Выводы и предложения.............................................................................. 67
Заключение ....................................................................................................... 68
Библиографический список ............................................................................. 69
6
Приложение А Комплект документации ........................................................ 71
В конверте на обороте обложки CD-R диск:
Диплом в формате Microsoft Word 2013
Графический материал в формате Компас V14
Презентация в формате Microsoft Power Point 2013
Демонстрационные листы:
Чертеж корпуса буксы ..................................................................... лист 1
Установка плазменного напыления................................................. лист 2
Модуль линейного перемещения .................................................... лист 3
Чертеж рамы ..................................................................................... лист 4
Винт ШВП ........................................................................................ лист 5
7
Введение
Основной задачей железнодорожного транспорта является обеспечение стабильной работы по перевозке грузов и пассажиров.
Надежность и качество выпускаемых локомотивов, вагонов и их узлов
постоянно повышается. Долговечность работы машин определяется совершенствованием конструкций и технологических процессов их изготовления.
Тем не менее в процессе эксплуатации надежность машин постоянно снижается вследствие изнашивания трущихся деталей, коррозии, усталости металла
и его старения. Эти причины вызывают повреждения, которые необходимо
устранять. Многофункциональное и интенсивное использование подвижного
состава железнодорожного транспорта требует их качественного технического обслуживания, ремонта квалифицированными специалистами и строго
соблюдения технологии производства и ремонта.
В настоящее время применяемая технология при ремонте корпусов
букс устарела. Качество работы буксового узла явно страдает из-за неудовлетворительно отремонтированных корпусов букс. Затраты на ремонт являются
не оправданными.
В данном дипломном проекте необходимо: разработать новую технологию ремонта корпусов букс и спроектировать плазменную установку для
напыления корпусов букс.
8
1 Анализ буксового узла грузового вагона
1.1 Описание конструкции буксы
Букса (рисунок 1.1) – стальная или чугунная коробка, внутри которой
размещены подшипник скольжения, вкладыш, смазочный материал и устройство для подачи смазочного материала к шейке оси, либо подшипник качения
и смазочный материал.
1 – корпус буксы; 2 – лабиринт отъемный корпуса буксы; 3 – кольцо лабиринтное; 4 – подшипник задний; 5 – подшипник передний; 6 – кольцо плоское упорное; 7 – шайба тарельчатая; 8 – крышка крепительная; 9 – кольцо
уплотнительное; 10 – болт М20 для крепления шайбы тарельчатой;
11 – шайба стопорная; 12 – крышка смотровая; 13 – болт М12 крышки смотровой с шайбой пружинной; 14 – прокладка
Рисунок 1.1 – Конструкция буксового узла колесной пары грузового вагона
Букса является связующим звеном между колесной пары и рамой вагона, локомотива или их тележек. Для ограничения перемещения букса имеет
9
направляющие, поводки, шпинтоны или жёстко соединяется с рамой тележки
либо колесной парой.
Передача нагрузок от тележки на колесную пару и подшипники осуществляется через корпус буксы (рисунок 1.2), изготавливаемый из стали
марки 20ФЛ по ГОСТ 977-75 или адаптер (полубукса), свободно устанавливаемый на кольцо наружное подшипника кассетного типа и изготавливаемый из
стали марки 30ГСЛ по нормативной документации, утвержденной в установленном порядке.
Лабиринтная часть корпуса буксы может выполняться как единое целое с корпусом, так и с отъемной впрессованной частью.
1 – корпус буксы; 2 – кольцо лабиринтное; 3 – лабиринт отъемный;
4 – крышка крепительная; 5 – крышка смотровая
Рисунок 1.2 – Корпус буксы и детали буксового узла
Крышка крепительная (рисунок 1.3) располагается снаружи корпуса
10
букс, устанавливается в переднюю торцевую часть и прикрепляется к ней
болтами М20×60. С помощью крышки к буксе надежно прикрепляются
кольца подшипника. Изготавливается она из стального сплава 20ГЛ и 20ФЛ
или стали марки Ст3 по ГОСТ 535-88. Крепительная крышка может
иметь 4 или 8 отверстий для их закрепления к корпусу. Все зависит от типа
корпуса буксы, то есть ее модификации.
Рисунок 1.3 – Крышка крепительная
Смотровая крышка служит для технического осмотра смазки (ее консистенции и цвета, а также наличие чужеродных включений) и подшипника.
При осмотре степени стачивания колесной пары без проведения демонтажных
работ.
Она устанавливается в торцевую часть крышки, крепиться к
своему крепительному аналогу четырьмя болтами М12×35 с помощью плоского резинового уплотнительного элемента. Крышку изготавливают штамповкой материалом для ее производства служат стали марки Ст10 кп по
11
ГОСТ 16523-97 из листа 6 – 3 ГОСТ 19903-74. Смотровая крышка представлена на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 – Крышка смотровая
Кольцо лабиринтное представлено на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Кольцо лабиринтное
Оно применяется для уплотнения буксового узла, размещается на предподступичной части оси и предназначено для предохранения от проникнове12
ния в корпус буксы воды, пыли, грязи. Изготавливается из сталей марок:
Ст3 сп, Ст5 пс по ГОСТ 535-80.
Планка стопорная (рисунок 1.6) предназначена для фиксации затянутой
гайки М110х4 торцевого крепления подшипников на шейке оси колесной пары
РУ1 – 950 – Г и предотвращения от самоотворачивания. Планка изготавливается из стали марки Ст5 пс2 по ГОСТ 535-80 из листа Б–10 по
ГОСТ 19903-74.
Рисунок 1.6 – Планка стопорная
Шайба тарельчатая должна соответствовать размерам, представленным
на рисунке 1.7.
Рисунок 1.7 – Шайба тарельчатая
Шайба тарельчатая предназначена для передачи усилия затяжки болтов
13
М20 торцевого крепления подшипников на оси на внутренние кольца подшипников, изготавливается из стали марок 38ХС, 40Х, 45Х по ГОСТ 4543-71.
Шайба стопорная (рисунок 1.8) предназначена для стопорения болтов
М20 или М24 торцевого крепления подшипников на шейке оси от самоотворачивания, изготавливается из стали марки Ст10 кп по ГОСТ 16523-89 из прокатного листа 6Т – 1,5 ГОСТ 19904-74.
Рисунок 1.8 – Шайба стопорная
Болты, применяемые для крепления подшипников на осях колесных
пар, должны быть изготовлены по ГОСТ 7798-70, ГОСТ 1759.0-87, с исполнением головок болтов по варианту с ложной шайбой на ее опорной поверхности. Резьба болтов должна быть изготовлена методом накатки. Болты
М20-6g х 60.4.8 – для крепления шайбы тарельчатой (крышки передней) торцевого крепления подшипников на осях типа РУ1Ш и РВ2Ш. Срок службы
болтов от момента их первого монтажа должен составлять не более 10 лет.
14
Замена болтов производится при любом виде ремонта колесных пар. Допускается болты М20 со сроком службы более 10 лет использовать для крепления
крышек крепительных.
Резиновые уплотнительные элементы (кольцо уплотнительное (рисунок 1.9.) и прокладка (рисунок 1.10)) применяются для предотвращения проникновения в корпус буксы воды, пыли, грязи. Изготавливаются из резины
7 – 98 – 1 по ТУ 2500-295-00152106-93.
Рисунок 1.9 – Кольцо уплотнительное
Кольцо уплотнительное устанавливается между крышкой крепительной и корпусом буксы, обеспечивает герметичность корпуса буксы с внешней
средой.
Рисунок 1.10 – Прокладка
Прокладка устанавливается между крепительной и смотровой крышка15
ми и герметизирует корпус буксы, предотвращая попадание пыли и влаги из
внешней среды.
Каждая партия смазочных материалов при поступлении на вагоноремонтные предприятия должна иметь сертификат соответствия ГОСТ или ТУ.
Упаковка, транспортирование и маркировка смазочных материалов
должны соответствовать требованиям ГОСТ 1510-84. Проверка упаковки и
маркировки производится внешним осмотром.
Смазочные материалы должны храниться в соответствии с рекомендациями предприятия-изготовителя, действующими стандартами или техническими условиями.
От каждой партии смазочных материалов, поступивших на вагоноремонтное предприятие, отбирается проба для проведения анализа смазки на соответствие ее требованиям стандартов или технических условий в аккредитованной лаборатории. Контроль качества смазок производят по следующим показателям: внешний вид, температура каплепадения, массовая доля свободной
щелочи или свободных органических кислот, массовая доля механических
примесей, пенетрация, массовая доля воды
1.2 Неисправности буксы колесной пары грузового вагона
Основными неисправностями буксовых узлов с роликовыми подшипниками являются: износы и изломы сепараторов, разрушение деталей крепления подшипников, обводнение смазки, ослабление натяга внутренних и лабиринтных колец, изломы и разрывы внутренних и упорных колец подшипников.
Износ и разрушение сепараторов, как правило, происходят из-за обводнения или недостаточного количества смазки в подшипниках, а также из-за
механических повреждений сепараторов, не выявленных при полной ревизии
буксы. В настоящее время необходимо обязательно проводить вихретоковый
контроль сепараторов, обращая особое внимание на состояние мест перехода
от перемычек к основанию. Причинами попадания влаги в смазку является неправильное ее хранение и нарушение технических требований к монтажу
буксы.
Основная причина разрушения торцового крепления подшипников на
шейке оси – нарушение требований монтажа букс: завышение зазоров между
кольцами, неправильный подбор и установка гаек М110. Следует тщательно
16
контролировать состояние резьбы гаек и шеек осей. Проворот колец происходит из-за нарушения температурных режимов при монтаже букс, применение
несовершенных измерительных приборов и инструментов или неправильной
их настройки.
Изломы колец происходят из-за нарушений требований неразрушающего контроля колец без снятия их с шеек осей, а также из-за значительных
нагрузок на подшипники.
Таблица 1.1 – Признаки неисправностей буксовых узлов
Признаки неисправностей буксоВозможные неисправности
вых узлов
Колёсная пара идёт юзом при отжа- Подшипник разрушен, ролики заклитых тормозных колодках, слышно нены и не вращаются
пощёлкивание
Выброс смазки хлопьями на диск и Подшипник разрушен
обод колеса
Сильные потёки в зоне смотровой и Подшипник может быть разрушен
крепительной крышек
Боковая рама тележки вместе с бук- Подшипник разрушен, повреждение
сой смещены вдоль шейки оси, торцевого крепления, гайка М110
цвета побежалости, окалина на полностью сошла с шейки оси или
смотровой
или
крепительной оборваны головки болтов М20
крышке, деформация крышек
Выброс искр пучком со стороны ла- Поворот внутреннего кольца или разбиринта
рушение заднего подшипника
Корпус буксы имеет наклон по от- Поворот внутреннего кольца передношению к шейке оси, боковая него подшипника
рама тележки опирается на корпус
буксы одним краем
Повышенный нагрев в пределах Начало разрушения буксы. Излишнее
температуры рабочего нагрева лю- количество смазки
бой части буксы в сравнении с другими буксами состава
17
Окончание таблицы 1.1
Следы выброса смазки через лабиринтное уплотнение на диск и обод
колеса, наружную обшивку пола вагона, детали рычажной передачи. В
смазке видны металлические включения, потёки смазки в зоне смотровой и крепительной крышек. На задней (лабиринтной) части корпуса
буксы имеется валик смазки чёрного
цвета с металлическими включениями (латунь, сталь)
Задняя часть крышки корпуса
нагрета больше передней
Подшипник разрушен из-за заклинивания роликов, проворота внутреннего кольца, излома перемычек сепаратора, обводнение смазки, излома
борта внутреннего кольца, повреждения торцевого крепления. Износ
центрирующей поверхности сепаратора и изломы перемычек сепаратора, излом борта внутреннего
кольца, заклинивание роликов
Разрушен задний подшипник или нет
зазора между лабиринтной частью
корпуса буксы и лабиринтным кольцом
Выброс искр со стороны лабиринт- Проворот внутреннего кольца или
ной части
разрушение заднего подшипника
От исправного состояния буксовых узлов в большой степени зависит
безопасность движения поездов. Являясь необрессоренной частью вагона,
буксовый узел испытывает в пути следования значительные статические и динамические нагрузки, которые особенно велики при наличии на колесных парах дефектов и при проходе вагона по стыкам и дефектом рельсов.
18
2
Анализ базового технологического процесса ремонта корпуса
буксы
Промежуточная ревизия производится при обыкновенном освидетельствовании колесных пар, при их обточке без разборки букс, при единой технической ревизии пассажирских вагонов и по отдельным указаниям в качестве
профилактической меры.
При промежуточной ревизии для контроля технического состояния
буксы применяется установка для диагностирования подшипников.
Установка выявляет также такие неисправности подшипников, как отколы бортов колец и торцов роликов, усталостные и коррозийные раковины
на дорожках качения колец и поверхности роликов, задиры на кольцах и роликах, ползуны на поверхности роликов, изломы упорного кольца и другие
дефекты. Установка включает стенд для вращения колесной пары и диагностический блок, от которого к корпусам букс подводятся датчики. При обнаружении неисправностей буксового узла, колесная пара направляется на полную ревизию букс.
Перед производством промежуточной ревизии у выкаченных колесных
пар буксы проворачивают для определения неисправностей на слух. При обнаружении толчков и ненормального шума производят полную ревизию. Контролируют надежность болтовых соединений смотровых и крепительных крышек, состояние лабиринтного уплотнения. Крышки и передние части букс протирают, снимают смотровую или крепительную крышку. Места прилегания
крышек очищают от грязи и протирают, снятая крышка укладывается в закрываемый ящик внутренней стороной вверх. Из передней части буксы выбирают,
смазку и перекладывают в снятую крышку для дальнейшего ее пользования.
При этом необходимо соблюдать условия, исключающие попадание в крышку
и буксу различных загрязнений.
При осмотре буксы определяют состояние смазки. Загрязнение смазки
определяют визуально после растирания небольшого ее количества на тыльной стороне ладони. Буксы с загрязненной смазкой (стальные, латунные и другие примеси) направляют в полную ревизию. Потемнение смазки не является
основанием для браковки.
19
Разработан прибор для определения качества проб смазки при производстве промежуточной ревизии роликовых букс. Для проверки смазки после
снятия смотровых (крепительных) крышек берут из каждой буксы пробы
по 4 – 5 грамм. Пробы смазки закладывают в прозрачный стакан
емкостью 250 – 300 мл. В стакан наливают 100 мл, предварительно нагретого
в водной бане до температуры 70 – 90 ºС бензина. Содержимое стакана тщательно перемешивают деревянной палочкой до получения однородной смеси.
Если в смазке есть металлические частицы, они выпадают на дно стакана. Стакан с раствором помещают в отверстие в верхней части прибора и включают
прибор. Для определения содержания в смазке металлических примесей используют магнит, который вмонтирован в деревянную палочку. При перемещении палочки по дну стакана за магнитом увлекаются металлические частицы, перемещение которых наблюдают в зеркале прибора. По отражению в
зеркале золотистой россыпи можно судить о наличии в смазке цветных металлов. Белый цвет смазки и её непрелипаемость к стенкам стакана свидетельствуют о наличии воды. В эксплуатации допускается наличие в смазке Л3 –
ЦНИИ механических примесей не более 1%, воды не более 1%. При хорошем
состоянии смазки производят дальнейший осмотр переднего подшипника и
деталей торцового крепления. При обнаружении трещин, изломов или других
неисправностей подшипника буксу подвергают полной ревизии. При удовлетворительном состоянии подшипника контролируется стопорная планка или
торцовая шайба, а также болты их крепления; ослабленные болты подтягиваются (болты стопорной планки подтягиваются в случае, если не производится
обточка поверхности катания колеса). При ослаблении болтов заменяют пружинные шайбы. Неисправную проволоку болтов стопорной планки необходимо заменить. Прочность крепления торцовой гайки проверяют ударами слесарного молотка по оправе, упираемой в шлиц гайки или в одну из граней коронки. Проверку, следует производить в обе стороны вращения гайки. Если
ревизия выполняется при обыкновенном освидетельствовании колесных пар,
независимо от состояния деталей крепления, снимают стопорную планку и
подтягивают гайку. Колесную пару и гайку M110 с поврежденной резьбой к
дальнейшей эксплуатации не допускают.
При торцовом креплении подшипников шайбой болты М20 освобождают от стопорения, а вращением по часовой стрелке динамометрическим
20
ключом проверяют усилие их затяжки. При наличии хотя бы одного из болтов
с крутящим моментом менее 50 Н·м, все болты откручивают и проверяют состояние резьбы болтов и резьбовых отверстий в оси. При обнаружении задиров, повреждений мест перехода от головки болта к стержню или других неисправностей болты заменяют. При обнаружении обрыва более трех первых
ниток резьбы в резьбовых отверстиях оси или затруднениях при завертывании
болтов крепления резьбовые отверстия разрешается исправлять мeтчиком.
При повреждении более шести первых ниток резьбы в резьбовых отверстиях
колесную пару не допускают к эксплуатации до специального указания.
Болты, имеющие затяжку крутящим моментом более 50 Н·м, подтягивают
усилием 230 – 250 Н·м. Затяжку производят равномерно.
При обточке поверхности катания колес взамен снятой смотровой или
крепительной крышки устанавливают временную с отверстием для прохода
центра станка. После обточки колесной пары временную крышку снимают,
проверяют состояние смазки надежность торцового крепления. После каждой
обточки при обыкновенном освидетельствовании колесных пар под правый
верхний болт крепительной крышки ставят дополнительную бирку, на которую наносят данные о месте, времени и порядковом номере обточки колесной
пары.
При исправном состоянии смазки, переднего подшипника и деталей
крепления в буксу закладывают ранее удаленную и при необходимости добавляют свежую смазку из расчета 1/3 свободного пространства передней части
буксы, а затем ставят крышки. Между крышками ставят резиновую прокладку,
новую или исправную, бывшую в употреблении. Между крепительной крышкой и корпусом устанавливают резиновое кольцо.
Полная ревизия производится при полном освидетельствовании колесных пар, недопустимом нагреве букс, разрушении буксового узла, отсутствии
бирки или неясности клейм на ней и при выполнении сварочных работ на вагоне или тележке без соблюдения требований. Ревизии подвергают обе буксы
одной колесной пары.
При полной ревизии букс необходимо выполнить работы по демонтажу, промывке, осмотру и проверке деталей букс. При необходимости детали
буксового узла ремонтируют или заменяют на исправные, а затем буксовые
узлы вновь монтируют.
21
Полную ревизии производят под контролем мастера, имеющего удостоверение на право производства полного освидетельствования колесных пар
и полной ревизии букс.
2.1 Ремонт деталей буксового узла
Для разборки цилиндрического подшипника на горячей посадке необходимо выдвинуть ролики из бортов наружного кольца внутрь подшипника и,
сняв наружное кольцо, вынуть ролики из гнезд сепараторов
Детали подшипников внимательно осматривают и подвергают испытанию средствами неразрушающего контроля. Внутренние и наружные кольца
необходимо проверить магнитопорошковой дефектоскопией, а ролики и сепараторы – вихретоковым методом контроля.
На кольцах и роликах имеют место разнообразные неисправности:
усталостные раковины из-за постоянных динамических нагрузок и достижением металлом предела выносливости; шелушение вследствие проскальзывания роликов по дорожкам качения; точечная коррозия и коррозийные раковины из-за попадания в смазку воды или длительного отстоя вагонов в парке
ожидания; электроожоги в виде небольших точек или рифления из-за прохождения электрического тока через подшипник; вмятины из-за попадания в подшипник твердых включений; разнообразные забоины и задиры вследствие
небрежности демонтажа и монтажа. На торцах роликов и бортах колец могут
быть задиры типа «елочки», возникающие от осевых нагрузок при отсутствии
масляной пленки на трущихся поверхностях.
Разрывы и отколы колец происходят из-за нарушения технологии изготовления, электроожогов, заклинивания роликов. При заклинивании роликов
на их поверхности образуются ползуны.
Усталостные разрушения и изломы сепараторов происходят вследствие нарушений технологии изготовления, монтажа, обводнения смазки.
Детали подшипников с трещинами, отколами, коррозионными раковинами и пятнами бракуют. Детали с незначительными дефектами, например,
кольца с задирами и заусенцами фасок бортов, задирами типа «елочка» ремонтируют обработкой шлифовальной шкуркой с маслом. У сепараторов разрешается восстанавливать чеканку, производить расточку по внутреннему диаметру, запиливать острые углы у перемычек.
22
Установлены два вида ремонта подшипников – без переборки роликов
и с переборкой. Ремонт без переборки роликов выполняют при замене или
шлифовке колец, замене или ремонте сепараторов.
Ремонт подшипников с переборкой роликов (с измерением их по диаметру и длине) выполняют при замене любого количества роликов, шлифовке
торцов или цилиндрических поверхностей роликов, а также выпадании роликов из гнезд сепаратора. Для комплектования подшипников ролики измеряют
по диаметру и длине, при этом разность диаметров роликов в одном подшипнике на горячей посадке не должна превышать 5 мкм, а разность в длине – не
более 12 мкм. В один подшипник запрещается ставить различные по форме
ролики.
При сборке блока подшипника необходимо, чтобы кольца, сепараторы
и ролики маркировкой были обращены в одну сторону. Если маркировка на
деталях отсутствует; необходимо наносить на одном из торцов сепаратора
букву Ж, а один из торцов роликов условно обозначать знаком плюс. Сборку
подшипников производят в обратной последовательности их разборки.
На наружном кольце отремонтированного подшипника наносят
надпись, которая содержит букву Р1 или Р11 в зависимости от вида ремонта,
месяц, две последние цифры года и условный номер предприятия, производившего ремонт. Надпись наносят электрографом при разобранном подшипнике или кислотой на собранном.
Отремонтированные подшипники комплектуют по радиальным, осевым зазорам и по диаметрам отверстий внутренних колец. Радиальные и осевые зазоры увеличиваются при длительной эксплуатации от естественного износа, а отверстия внутренних колец изнашивается от повторных работ по монтажу и демонтажу.
Радиальные и осевые зазоры измеряются щупом с применением специальных приспособлений. Величина зазоров должна быть в пределах допустимых норм. Например, радиальный зазор подшипников на горячей посадке для
грузовых и пассажирских вагонов, эксплуатируемых со скоростью
до 120 км/ч, при ремонте должен быть в пределах 0,09 – 0,25 мм. Разность
радиальных зазоров подшипников в одной буксе при измерении на эталонном
кольце не более 0,01 мм. Осевой зазор в подшипниках грузовых и пассажирских вагонов при ремонте – не менее 0,06 мм. Осевой разбег для двух парных
23
цилиндрических подшипников обеспечивается конструкцией буксы и должно
быть равным 0,68 – 1,38 мм.
У лабиринтных колец проверяют размеры посадочных поверхностей и
сравнивают их с нормами. Задиры на поверхностях лабиринтных колец необходимо зачищают шкуркой. Корпуса букс зачищают от коррозии, заусенцев.
Внутренний диаметр корпуса проверяют нутромером на соответствие установленным размерам.
Качество монтажа буксы проверяют измерением зазора между фланцем крепительной крышки и торцом корпуса, а также проверяют легкость вращения буксы относительно шейки оси. Допускаемый неравномерный зазор
должен быть не менее 0,3 мм в зоне расположения ушков. Вращение буксы на
шейке оси должно быть свободным. Кроме того, вручную проверяют осевое
смещение буксы вдоль шейки оси, которое должно быть свободным в пределах осевого разбега.
На основании проведенного анализа неисправностей корпусов букс и
технологии ремонта можно сделать вывод об отсутствии операций упрочнения поверхности под посадку подшипников. Так как наплавка внутренней поверхности в условиях депо не проводится (по причине коробления), то следует
принять способ восстановления с минимальным тепловложением в деталь.
Одним из эффективных и перспективных способов является плазменное напыление.
2.2 Способы упрочнения поверхностей корпусных деталей
Под упрочнением поверхностей понимается повышение сопротивляемости материала детали или заготовки разрушению, или остаточной деформации.
При обработке поверхности шлифованием и полированием, устраняющей неровности, которые служат концентраторами напряжений, за счет чего
повышается усталостная прочность детали. Поверхности деталей дополнительно упрочняют более эффективными методами упрочняющей обработки.
Термический (тепловой) – к этому способу обработки деталей относят:
отжиг, нормализацию, закалку и отпуск. Этот способ обеспечивает общее
упрочнение деталей.
Отжиг – температура отжига детали составляет 770 – 900 ºС. Деталь
нагревают в печи от 1 до 4 ч., а затем охлаждают вместе с печью. Чем больше
24
в стали углерода, тем ниже должна быть температура отжига. При отжиге детали крупнозернистая структура металла становится мелкозернистой. Отжиг
проводят для снятия внутренних напряжений, образующихся обычно после
отливки, поковки, штамповки, прокатки, наплавки и правки.
Нормализация – деталь нагревают до температуры отжига и выдерживают при этой температуре в течение 1 – 2 ч, а затем охлаждают на воздухе до
температуры окружающей среды. Нормализацию применяют для улучшения
структуры металла с целью повышения механических свойств.
Закалка – температура закалки составляет 750 – 900 ºС. Закалку применяют для стали с содержанием углерода не ниже 0,5%, так как при меньшем
содержании твёрдость при закалке увеличивается незначительно. Закалка придаёт металлу высокую твёрдость и прочность.
Отпуск – закаленную деталь нагревают до температуры 150 – 600 ºС и
выдерживают при этой температуре от 5 – 10 минут до 1 – 15 ч., а затем охлаждают. Отпуск снижает закалочные напряжения и изменяет структуру стали,
повышает вязкость.
К поверхностным методам упрочнения относят закалку деталей токами
высокой частоты (ТВЧ), закалку в электролитах и обработку холодом.
Закалка ТВЧ – деталь нагревают в индукторе, форма которого согласуется с формой поверхности детали, подвергаемой закалке. Индуктор, при пропускании через него переменного тока высокой частоты (2500 – 5000 Гц), создаёт переменное магнитное поле. Время нагрева поверхности детали составляет 2 – 10 с. При достижении температуры закалки 750 – 900 ºС ток выключается, и подаётся вода для охлаждения. Глубина закалённого слоя шейки коленчатого вала составляет 4 – 7 мм.
Закалка в электролитах (в растворах солей) – осуществляется пропусканием постоянного тока напряжением 220 В через деталь (катод), погружённую
в
электролит
(раствор
Na 2CО3).
Деталь
нагревают
до
температуры 250 – 450º С.
Применение такой закалки даёт возможность увеличить износостойкость деталей в 2 – 5 раз и более.
Обработка холодом – детали охлаждают до температуры – 80 ºС и ниже
с последующим нагреванием до температуры окружающего воздуха. При та-
25
ком охлаждении в металле происходят дополнительные превращения остаточного аустенита в мартенсит, в связи с чем повышается твёрдость и износостойкость деталей. Для уменьшения внутренних напряжений после обработки холодом детали подвергают отпуску. Детали обрабатывают холодом сразу после
закалки. В качестве хладона применяют жидкий азот.
Термохимический – к этому способу относят: цементацию (науглероживание); цианирование (насыщением углеродом и азотом); азотирование
(насыщение азотом); алитирование (насыщение алюминием); силицирование
(насыщение кремнием); борирование (насыщение бором); оксидирование (воронение) и др.
Цементация – искусственное повышение содержания углерода в поверхностном слое детали из малоуглеродистой стали с содержанием
углерода 0,1 – 0,3 %. При цементации повышается содержание углерода на
поверхности металла глубиной 1 – 3 мм, середина же детали остаётся малоуглеродистой. Науглероженную деталь до 0,7 – 1,1 % подвергают закалке.
Цианирование – способ заключается в насыщении поверхностного слоя
одновременно углеродом и азотом при температуре 820 – 870 С. Это достигается выдержкой детали в горячих расплавленных солях, содержащих цианистые соединения. Глубина насыщения составляет около 0,25 мм. Твёрдость
цианированного слоя достигает НRC 56 – 62.
Азотирование – насыщение стали азотом при температуре 480 – 650 ºС.
Алитирование – насыщение стали алюминием.
Силицирование – это процесс насыщение стали кремнием при температуре 1100 – 1200 °С для повышения её антикоррозийных свойств.
Борирование – насыщение стали бором для повышения твёрдости и износостойкости.
Оксидирование (воронение) – насыщение стали кислородом термическим или химическим путём для защиты деталей от коррозии. Оксидирование
производят в ваннах, наполненных смесью растворов едкого натра, натриевой
селитры и нитрита натрия при температуре 130 – 145 ºС в течение 1 – 2 ч. На
ее поверхности образуется слой окислов Fe3О4 чёрного цвета
толщиной 1 – 2,5 мкм.
Механическое упрочнение – это преднамеренное искажение кристаллической решётки металла в результате механического воздействия на него.
26
Физическая сущность механического упрочнения состоит в том, что
под давлением твёрдого металлического инструмента выступающие микронеровности обрабатываемой поверхности пластически деформируются, шероховатость поверхности уменьшается, поверхностный слой металла упрочняется.
К механическим способам упрочнения относят:
– обкатку шариком или роликом;
– протяжку;
– дробеструйную обработку;
– алмазное упрочнение.
Обкатку шариком или роликом цилиндрических поверхностей производят на токарных станках, а плоских поверхностей – на строгальных. Ролики
и шарики изготавливают из инструментальных сталей.
Обкатка шариком или роликом поверхности детали повышает её твёрдость на 40 – 50 %, а усталостную прочность на 80 – 100 %.
Протяжку (дорнование) применяют для упрочнения и повышения точности и чистоты обработки внутренних поверхностей деталей. Суть процесса
заключается в протягивании специальной оправки (дорна) или шарика через
отверстие в детали.
Дробеструйная обработка – применяется для упрочнения деталей при
помощи дроби. Применение стальной дроби даёт лучшие результаты, чем чугунной. При дробеструйном наклёпе получают упрочнённый слой глубиной
до 1,5 мм. Твёрдость повышается на 20 – 60 %, а усталостная прочность увеличивается – на 40 – 90 %.
Алмазное упрочнение – инструментом служит кристалл алмаза, имеющий сферическую рабочую часть. Деталь обрабатывается алмазом в оправке,
прижатым тарированной пружиной к поверхности детали, которая и упрочняется.
Электроискровой способ – основан на ударном воздействии направленного искрового электрического разряда. Между электродом из твёрдого
сплава (например, стеллита) и упрочняемой поверхностью под действием
пульсирующего электрического тока возникает искровой разряд, в результате
чего металл с электрода (анод) переносится на деталь (катод) и обрабатываемая поверхность детали упрочняется.
27
Электромеханический способ – применяют для поверхностного упрочнения на глубину до 0,2 – 0,3 мм. При этом износостойкость повышается
до 11 раз, усталостная прочность в 2 – 6 раз. Суть заключается в следующем.
В зону контакта детали и инструмента подводят ток силой 350 – 1300 А, напряжением 2 – 6 В. Инструмент от станка изолируют. В связи с тем, что площадь
контакта инструмента и детали маленькая, возникает большое сопротивление,
что приводит к увеличению тепловой энергии, которая мгновенно нагревает
зону контакта до высокой температуры (температуры закалки). Поверхностный слой быстро охлаждается за счёт отвода тепла внутрь детали. В итоге получается эффект поверхностной закалки на глубину 0,2 – 0,3 мм с одновременным поверхностным наклёпом, значительно повышающий износостойкость и
усталостную прочность детали.
Лазерное упрочнение – для лазерного упрочнения деталей используют
лазеры (оптические квантовые генераторы) с мощностью излучения электромагнитных волн на выходе 0,8 – 5 кВт. При фокусировке такого излучения на
обрабатываемой поверхности концентрируется высокий уровень энергии.
Лазерный луч при воздействии на обрабатываемую поверхность детали
частично отражается, а остальной поток излучения проникает на
глубину 1,0 – 0,1 мкм. Высокая плотность мощности лазерного излучения позволяет практически мгновенно достигать на обрабатываемой поверхности высоких температур, а это приводит к локальной закалке тонкого приповерхностного слоя, что обеспечивает высокую твёрдость обработанных участков[9].
Плазменная наплавка является современным способом нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность при изготовлении и восстановления изношенных деталей машин.
Плазмой называется высокотемпературный сильно ионизированный
газ, состоящий из молекул, атомов, ионов, электронов, световых квантов и др.
При дуговой ионизации газ пропускают через канал и создают дуговой разряд,
тепловое влияние которого ионизирует газ, а электрическое поле создает
направленную плазменную струю. Газ может ионизироваться также под действием электрического поля высокой частоты. Газ подается при давлении
в 2 – 3 атмосферы, возбуждается электрическая дуга силой тока 400 – 500 А, а
так же и напряжением 120 – 160 В. Ионизированный газ достигает
температуры 10000 – 18000 ºС, а скорость потока до 15000 м/сек. Плазменная
28
струя образуется в специальных горелках – плазмотронах. Катодом является
неплавящий вольфрамовый электрод.
Области применения плазменных покрытий: ракетная, авиационная и
космическая техника, машиностроение, энергетика (в том числе атомная), металлургия, химия, нефтяная и угольная промышленность, транспорт, электроника, радио – и приборостроение, материаловедение, строительство, ремонт
машин и восстановление деталей.
2.3 Плазменное напыление металлом
Процессы наплавки занимают одно из важных мест в современной сварочной технике. Они применяются как для восстановления изношенных деталей машин и оборудования, так и при изготовлении новых. Последнее обусловлено необходимостью придания рабочим поверхностям деталей и изделий
определенных свойств: антифрикционных, жаропрочных, кислотоупорных,
коррозионностойких, износостойких, электро- и теплопроводных и др. В связи
с этим большое количество изделий изготовляются биметаллическими: основа
их состоит из недефицитных и наиболее дешевых материалов (например, из
углеродистых или низколегированных сталей), а плакирующий слой наплавляется металлами и сплавами с особыми физико-химическими и механическими свойствами (например, сплавами на медной основе, хромоникелевыми
нержавеющими сталями, сплавами на основе тугоплавких материалов и т. д.).
Масса металла наплавки в таких изделиях составляет всего несколько процентов от их массы, а работоспособность, как правило, значительно выше, чем у
аналогичных изделий из однородных материалов. Таким образом, широкое использование биметаллических деталей или изделий, изготовляемых путем
наплавки, обеспечивает получение как технических, так и экономических преимуществ. С помощью наплавки получают самые разнообразные изделия и детали: валы различного назначения, зубья ковшей экскаваторов, вкладыши подпятников крупных турбогенераторов, поршни, штоки, подшипники, изделия
химического машиностроения и др. В биметаллических конструкциях, изготовляемых методами наплавки, получается сварное соединение разнородных
металлов. Свойства металла наплавки и всего изделия в целом в большой мере
зависят от глубины проплавления основного материала, перехода элементов
основного металла в металл наплавки, образования в зоне сплавления и в металле наплавки новых фаз и структурных составляющих, отсутствовавших в
29
исходных основном и присадочном материалах. При этом, как правило, чем
больше доля основного металла в металле наплавки, тем хуже свойства как
металла наплавки, так и соединения в целом. В связи с этим для изготовления
ответственных биметаллических деталей или изделий наиболее целесообразно
применять такие способы наплавки, которые обеспечивают минимальное проплавление или растворение основного металла[4].
Основное преимущество напыления отсутствие структурных превращений и деформаций металла. Напылением получают покрытия толщиной
до 2,0 мм. Деталь при этом не нагревается более 200 – 300 ºС.
Процесс нанесения покрытия следует начинать с настройки оборудования, устанавливая расходные характеристики рабочих газов и напыляемого
материала. Покрытия наносят в несколько проходов, напыляя около 0,25 мм
за один проход. Каждый новый проход нужно начинать с исходной точки. Для
предотвращения нагревания изделий до температуры более 300 ºС следует постоянно контролировать их температуру. Такой контроль необходимо осуществлять термоиндикаторными карандашами. При достижении предельной
температуры процесс необходимо прекратить и охладить деталь до температуры 50 – 100 ºС. При толщине покрытий более 1,5 – 2,0 мм возможно образование трещин, охлаждение в этом случае следует производить в термостабилизирующем агенте, например, асбестокрошке, песке и т. п.
Важно правильно установить подачу напыляемого материала. При
слишком малой подаче порошок перегревается, окисляется. Покрытие в этом
случае имеет темный, тусклый цвет, содержит избыток оксидов или шлака,
при оплавлении обнаруживаются открытые поры и раковины. Помимо неправильной установки расхода, причиной малой подачи может быть повышенная
влажность порошка и некруглая форма частиц [4].
Если подача порошка велика, то энергии струи недостаточно для его
разогрева. Некоторые частицы не фиксируются на поверхности, уходят в отходы. Другие сцепляются с поверхностью, но распределяются неравномерно,
потому что плохо повторяют форму поверхности. После оплавления обнаруживается избыток пор шлака. Прочность сцепления в значительной мере зависит от правильно выбранных технологических режимов нанесения покрытия.
30
Оптимальная толщина напыленных покрытий и правильный выбор
толщины покрытия требует определенных знаний и аккуратности. Существуют по крайней мере три фактора, которые безусловно сказываются впоследствии на результате. К ним относятся: стоимость материалов, качество покрытия, затраты на механическую обработку.
Наплавочные порошковые материалы дороги и должны использоваться
экономно. Снижение потерь порошка на 10 % позволяет снизить
стоимость 1 покрытия в 2 и более раза. Уже поэтому нанесение покрытия толщиной большей, чем требуется очевидное расточительство.
Покрытия имеют свойства сжиматься в процессе их нанесения в связи
с усадкой. Возникают касательные напряжения в месте контакта, появляется
тенденция к отрыву от буртиков на краях проточки. На плоских поверхностях
растягивающие напряжения приложены по касательным непосредственно к
границе раздела. На криволинейных поверхностях имеются и растягивающие
и сжимающие напряжения. Поэтому перед механической обработкой необходимо выдержать деталь в течении 24 часов после наплавки чтобы прочность
сцепления должна быть достаточной, чтобы противостоять напряжениям.
В зависимости от компоновки различают:
Открытую плазменную струю (анодом является деталь или пруток). В
этом случае происходит повышенный нагрев детали. Используется эта схема
для резки металла и для нанесения покрытий.
Закрытую плазменную струю (анодом является сопло или канал горелки). Хотя температура сжатой дуги на 20 – 30% в этом случае выше, но
интенсивность потока ниже, т. к. увеличивается теплоотдача в окружающую
среду. Схема используется для закалки, металлизации и напыления порошков.
Комбинированная схема (анод подключается к детали и к соплу горелки). В этом случае горят две дуги. Схема используется при наплавке порошком.
Плазменную наплавку металла можно реализовать двумя способами:
Струя газа захватывает и подает порошок на поверхность детали;
В плазменную струю вводится присадочный материал в виде проволоки, прутка, ленты.
31
В качестве плазмообразующих газов можно использовать аргон, гелий,
азот, кислород, водород и воздух. Наилучшие результаты наплавки получаются при использовании аргона и гелия.
Достоинствами плазменной наплавки являются:
– высокая концентрация тепловой мощности и минимальная ширина
зоны термического влияния.
– возможность получения толщины наплавляемого слоя от 0,1 мм до
нескольких миллиметров.
– возможность наплавления различных износостойких материалов
(медь, латунь, пластмасса) на стальную деталь.
– возможность выполнения плазменной закалки поверхности детали.
– относительно высокий КПД дуги (0.2 – 0.45).
– малое (по сравнению с другими видами наплавки) перемешивание
наплавляемого материала с основой, что позволяет достичь необходимых характеристик покрытий.
– поверхность детали необходимо готовить к наплавке более тщательно, чем при обычной электродуговой или газовой сварке, т. к. посторонние
включения уменьшают прочность наплавленного слоя. Для этого производится механическая обработка поверхности (проточка, шлифование, пескоструйная обработка), иногда обезжиривание. Мощность электрической дуги
подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась деталь, и чтобы основной металл был на грани расплавления.
2.4 Физическая сущность плазменного напыления
При обычных условиях молекулы газа нейтральны, и газ является хорошим изолятором. Но если создать достаточно сильное электрическое поле,
то произойдет ионизация газа.
Как известно, возникновение электрического, тока связано с перемещением электрических зарядов (в основном электронов и ионов), образующихся
в результате ионизации. Благодаря наличию тока в газе происходит повышение температуры; при этом относительная доля ионов и электронов в газовой
смеси быстро возрастает, и газ перестает быть нейтральным. Но такое состояние газовой смеси нельзя назвать плазмой.
Для плазмы характерна определенная степень ионизации газа, которая,
в свою очередь, зависит от температуры и потенциала ионизации. Степенью
32
ионизации газа называется отношение числа образовавшихся заряженных частиц к общему количеству нейтральных частиц в данном объеме газа до ионизации.
Плазмой может быть названо такое состояние газообразной смеси, в
которой число заряженных частиц электронов и ионов возрастает до уровня
не ниже 109 в 1 см3. Приближенно плазме соответствует температура
порядка 10000 ºС и выше.
Так как выделить плазму в чистом виде трудно, то для технических целей используют дуговой разряд, который обогащен плазмой, т. е. в дуговом
разряде наряду с заряженными частицами содержатся и нейтральные частицы.
Такое состояние газа называется низкотемпературной плазмой.
В качестве плазмообразующих газов самостоятельно могут быть использованы аргон, азот, гелий, аммиак. Водород и кислород можно применять
в смеси с аргоном и азотом. Применение одного водорода невозможно из - за
его высокие теплопроводности, что приводит к быстрому нагреву и разрушению сопла.
В кислороде из-за быстрого сгорания вольфрамового электрода трудно
обеспечить длительную работу катода плазмотрона.
Различные газы и газовые смеси обладают разными физико-химическими свойствами, целесообразность использования которых определяется
видом плазменной обработки металлов (наплавка, напыление, закалка и др.) и
степенью воздействия на вольфрамовый электрод.
Наилучшим газом, который защищает раскаленный вольфрамовый
электрод от окисления, является химически инертный аргон. Но аргон-одноатомный газ, и энергия, которая приобретается им в столбе электрической
дуги, определяется только лишь теплоемкостью и процессами ионизации газов.
Двухатомные газы являются лучшими теплоносителями; их преимущество перед инертными состоит в том, что, кроме энергии ионизации атомов,
они переносят еще энергию диссоциации молекул, которая происходит до
ионизации [7].
В таблице 2.1 представлены значения энергии диссоциации молекул
плазмообразующих газов, а именно СО2, Н2, N2, СО, NО, ОН, которые широко
33
используются для преобразования в плазму, применяемых в плазменных установках.
Таблица 2.1 – Энергия диссоциации молекул газов
Газ
Энергия диссоциации молекул, эВ
СО2 (диоксид углерода)
16,56
Н2 (водород)
4,477
N2 (азот)
9,76
СО (оксид углерода)
11,11
NО (оксид азота)
6,48
ОН (гидроксил)
4,37
Водород диссоциирует на 90 % при 4427 ºС, а азот – при 8727 ºС, причем их теплосодержание при данных температурах равна теплосодержанию
аргона при температуре 13727 ºС.
Газ в состоянии плазмы находится в термодинамическом равновесии и
в целом электрически нейтрален, так как ионизация не создает избытка в зарядах того или иного знака, и отрицательный заряд электронов компенсируется
положительным зарядом ионов. Важное значение имеет энергетическое саморегулирование дугового разряда. Это свойство заключается в том, что потеря
энергии в окружающую среду компенсируются притоком свежей энергии от
источника тока.
Плазма приобретает новые свойства по сравнению с обычными газами.
Высокая концентрация электронов делает ее электропроводимой, причем
электропроводимость плазмы достигает величины электропроводимости металлов. Из-за большой насыщенности заряженными магнитными частицами
плазма поддается действию магнитных полей.
В настоящее время основным методом получения плазмы для технологических целей является метод пропускания газовой струи через пламя сжатой
электрической дуги, расположенной в узком медном канале.
В современной технике применяют три схемы получения плазмы. Первая соответствует схеме сжатой дуги прямого действия, когда анодом служит
обрабатываемый материал. Вторая – сжатая дуга косвенного действия возникает между вольфрамовым электродом и внутренним соплом плазмотрона, из
34
которого вытекает в виде плазменной струи. Дуга косвенного действия (плазменная струя) электрически не связана с обрабатываемым металлом. Вторая
схема нашла применение при обработке неэлектропроводимых материалов, а
также при напылении и закалке.
Наибольшее распространение получила третья схема с комбинированным подключением плазмотрона к источнику питания. В этом случае между
вольфрамовым электродом и соплом анода зажигается вспомогательная сжатая дуга косвенного действия, обладающая электропроводимостью и образующая при соприкосновении с токоведущей обрабатываемой деталью сжатую
дугу прямого действия. Третья схема применяется при сварке, наплавке, резке
металлов.
В обычных условиях при прямой полярности столб дуги между неплавящимся вольфрамовым электродом и деталью в атмосфере защитного газа
имеет вид конуса, размеры которого зависят от силы тока и напряжения. Так
как с увеличением силы тока и напряжения столб такой дуги имеет возможность расширяться, то значительного изменения температуры и степени ионизации газа не наблюдается. Если, каким-либо образом воспрепятствовать электрической дуге, занять естественный объем и принудительно сжать ее, оставив
в то же время сварочный ток постоянным, то и количество электронов, проходящих по сечению столба дуги, не изменится, а количество упругих и неупругих соударений увеличится. Т.е. повысится степень ионизации, возрастут
плотность и напряжение дуги, что вызовет значительное повышение температуры. Таким образом, наличие у плазменных горелок стабилизирующего водоохлаждаемого канала сопла является основным отличием от обычных горелок, применяемых для сварки в среде защитных газов.
Несмотря на высокую температуру плазменной струи, горелки работают довольно устойчиво. Это объясняется тем, что сопло, изготовленное из
материала с высокой теплопроводностью (красная медь), охлаждается циркулирующей вокруг него водой. Вода, охлаждающая стенки сопла, препятствует
нагреву и ионизации наружного слоя газа, проходящего через дугу. Поэтому
наружный газовый слой имеет низкую температуру и в силу этого, в противоположность остальной части газового потока, является неэлектропроводимым.
Он образует противоэлектрический и противотермический изолирующий
35
слой между стенками сопла и потоком плазмы. С увеличением расстояния от
центра токопроводящего канала температура понижается.
Сжатая дуга косвенного действия может иметь различную длину.
Внутри сопла она сжата, однако при выходе за его пределы начинает постепенно расширяться до размеров, равных свободной дуге. При этом расширение происходит тем быстрее, чем сильнее сжат разряд и чем меньше расход
газа. На расстоянии 25 – 30 мм от нижнего среза сопла сжатая дуга расширяется до свободных размеров.
2.5 Материалы для плазменного оборудования
Для восстановления изношенных поверхностей плазменным напылением в качестве напыляемого материала могут быть использованы порошки
различных металлов, их оксидов, карбиды, органические соединения и др.
Широкое применение получили порошковые самофлюсующиеся
сплавы системы Ni – Сr – В – Si, в которые нередко добавляют карбиды, бориды тугоплавких металлов (вольфрам, ванадий, хром, молибден) для образования композиционных сплавов с более высокими физико-механическими
свойствами.
Также распространены биметаллические термореагирующие порошковые сплавы, обладающие экзотермическими свойствами, повышающими
прочность сцепления покрытия с основой и физико-механические свойства в
целом. Их применяют в качестве подслоя или для напыления основного слоя.
Они состоят из частиц сферической или близкой к ней формы. Каждая частица
экзотермических порошков состоит из никелевого ядра, покрытого тонким
слоем мелкодисперсного алюминия.
Такие порошковые сплавы используются не только как износостойкие
покрытия для восстановления деталей машин. Их можно применять как жаротепло-, коррозионностойкие покрытия для деталей, работающих при повышенных температурах, в условиях окислительных сред, что способствует повышению долговечности деталей машин.
Порошки на никелевой основе (система Ni – Сr – B – Si – С – Fе) применяют для напыления при восстановлении деталей (валы, поршневые насосы,
клапаны, толкатели) из углеродистых, коррозионностойких сталей и чугуна.
При твердости до НRС 40 покрытия обрабатывают резанием, свыше
HRС 40 – шлифованием. Напыленные соединения имеют низкий коэффициент
36
трения, высокую допустимую рабочую температуру (до 800 °С); твердость регулируется содержанием С, В, Сr.
Порошки системы Ni – В – Si низкоуглеродистые, отсутствие в их составе хрома значительно снижает их твердость. Нанесенные покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошо сопротивляются ударным
нагрузкам. Их применяют для восстановления посадочных мест под подшипники, зубчатые колеса, кулачковые муфты. Покрытия хорошо обрабатываются
резанием[6].
Порошки – металлиды представляют собой химическое соединение
двух металлов (NiА, Ni3А1, А1Тi). Их можно применять для плазменного, детонационного и газопламенного напыления.
На свойства напыляемого слоя значительное влияние оказывает не
только состав порошка, но и форма и размеры частиц порошка. При напылении, как правило, применяют частицы порошка сферической формы, поскольку они обладают наиболее высокой сыпучестью. Размеры обычно выбирают в пределах 40 – 100 мкм.
При значительной разнице размеров частиц невозможно обеспечить их
равномерный нагрев. Это объясняется тем, что, несмотря на высокую температуру плазменной струи, крупный металлический порошок не успевает расплавиться за короткое время его нахождения в плазменной струе. Мелкие частицы испаряются, а основная масса порошка из-за низкой кинетической энергии оттесняется плазменной струей в сторону, не достигнув ее центральной
зоны.
Кроме порошков, при плазменном напылении применяют электродные
проволоки разных марок, главным преимуществом которых является износостойкость.
Промышленность выпускает различные металлические порошки: железный, медный, никелевый, хромовый, кобальтовый, вольфрамовый, молибденовый, ниобиевый, титановый и др. Основой изготовления металлокерамических твердых сплавов являются порошки карбидов тугоплавких металлов
(WC, TiC, ТаС). В качестве связующего материала применяют кобальт. Процентное соотношение указанных материалов выбирают в зависимости от их
назначения.
37
В таблице 2.2 представлены металлические порошки для плазменного
напыления.
Таблица 2.2 – Сравнительная таблица порошков
Марка порошка
Состав по- Твер- Вероятность Размер
Применение
рошка, % дость по- появления
частиц
крытия
трещин
HRC
ПГ-ФБХ6-2 Fe – 55,5;
53
+
Средние Для наплавки деталей
C – 4,5%;
угледобывающего
и
Cr – 34;
торфоперерабатываюSi – 1,7;
щего оборудования
Mn – 2,7;
B – 1,6;
ПГ-УСЧ-35 Fe – 43,1
50
+
Мелкие Детали дорожно-строС – 2,7;
ительной и сельскохоCr – 22;
зяйственной техники,
Ni – 18;
деталей
железнодоSi – 1,0;
рожного транспорта и
B – 2,2;
пути
Mn – 11
ПГЮНХ16СР3
Ni – 1,0;
Cr – 16;
Si – 3;
B – 3;
Al – 1,2
41
–
Мелкие Применяются для восстановления и упрочнения
посадочных
мест деталей автотранспорта и судовых
механизмов
ПРХ30СРНДЮ
Fe – 56,5;
C – 4,9;
Cr – 30;
Si – 3,2;
Ni – 1,4;
Mn – 1,0;
Cu – 0,6;
A - 0,4;
60
+
Средние Наплавка износостойких покрытий рабочих
органов.
Для плазменного напыления используется металлический порошок
38
ПГ-ФБХ6-2 (Fe C4,5 Cr34 Si1,7 Mn2,7 B1,6). Твердость 53,2 HRC. Он обеспечит высокую стойкость к абразивному изнашиванию, минимальный риск образования трещин в металле, что позволит нам улучшить физические свойства
напыляемой поверхности.
39
3 Выбор плазмотрона и плазменного аппарата
Основной задачей стоит подобрать плазменный аппарат и плазмотрон
такие, чтобы их взаимодействие выдавало максимальный КПД. Для обеспечения этой задачи мы используем отечественный плазменный аппарат
УПН-201 и плазмотрон ПП-25 (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Плазмотрон ПП-25
В комплект установки УПН-201 входят: плазмотроны; источник электропитания; питатель порошка; станок с механизмом вращения детали и перемещения плазмотрона; пульт управления; система газоснабжения с баллонами
газа; вытяжной шкаф; система вентиляции (воздуховод, теплообменник, вентилятор). Установка предназначена для ведения процесса напыления в атмосфере воздуха.
Пульт управления является оперативным блоком плазменной установки и предназначен для ее включения/отключения в режимах «Настройка»
и «Работа», а также управления рабочими параметрами процесса напыления
покрытия, в том числе регулирования тока, напряжения, расхода газов. Он содержит блокировочные схемы, отключающие работу плазменной установки
при аварийных режимах (снижение давления воды, газа и др.).
Основной рабочий узел плазменной установки – плазмотрон, в котором
40
генерируется плазменная струя и формируется высокоскоростной поток напыляемых частиц материала, находящихся в расплавленном или высокопластичном состоянии.
Плазмотрон-техническое устройство, в котором при протекании электрического тока через разрядный промежуток образуется плазма, используемая для обработки материалов или как источник света и тепла. Буквально,
плазмотрон означает – генератор плазмы [5].
В настоящее время в зависимости от вида технологического процесса
(резка, напыление, сварка, наплавка и др.), рода тока (постоянный, переменный), числа дуг (однодуговые, многодуговые) существует множество различных конструкций плазмотронов.
Для напыления порошковыми сплавами наибольшее распространение
получили плазмотроны постоянного тока прямой полярности. Плазмотроны
обратной полярности применяют, главным образом, для напыления на алюминиевые изделия.
Несмотря на большое разнообразие конструкций плазмотронов, принцип их действия и устройство примерно одинаковы. Принцип действия основан на сжатии дуги водоохлаждаемым соплом и проходящим через него газом.
Плазмотрон состоит из водоохлаждаемых катода и анода, отделенных друг от
друга изолятором, изготовленным чаще всего из текстолита. В катоде крепится вольфрамовый неплавящийся электрод, в аноде предусмотрены каналы
для формирования плазменной дуги, подачи газов и порошка.
Электроэнергия, плазмообразующий газ, охлаждающая вода и порошковый материал подводятся к плазмотрону через пульт управления. На пульте
расположены пусковые, измерительные сигнальные приборы и устройства для
контроля давления и хода плазмообразующего и транспортирующего газов и
охлаждающей воды. При недостаточных расходах и давлениях плазмообразующего газа или охлаждающей воды реле разрывает соответствующую электрическую цепь и автоматически отключает источник питания плазменной
дуги, предохраняя тем самым плазмотрон от расплавления.
Конструкции плазмотронов должны обеспечивать выполнение следующих требований:
– надежность защиты сварочной ванны от вредного воздействия окружающего воздуха при минимальном расходе газа;
41
– стабильность работы плазмотронов в отношении поддержания постоянными заданных параметров сжатой дуги;
– большой срок службы при непрерывной работе;
– свободное прохождение порошка различной формы в зону напыления
через каналы плазмотрона;
– возможность использования наплавочных металлов в виде проволок,
прутков;
– достаточное и надежное охлаждение участков плазмотрона, подверженных высокой тепловой нагрузке;
– возможность напыления поверхностей заданной формы (наружные,
внутренние и др.).
Эксплуатация плазмотронов в производственных условиях показала их
высокую надежность (срок службы плазмотрона не менее шести месяцев).
Плазмотрон выходит из строя из-за расплавления плазмообразующего сопла,
происходящего в результате нарушения режима напыления: сила тока больше
допустимой величины, замыкание плазмотрона на деталь. Наиболее частые
технические неполадки: забивание наружного сопла недостаточно высушенным порошком, подгорание вольфрамового электрода. В первом случае сопло
прочищают металлической щеткой, во втором - производят заточку и установку электрода.
Плазменная установка УПН-201 комплектуется плазмотронами:
ПП-25 для напыления металлических порошков, ПМ- 25 для напыления проволоки и нестандартным плазмотроном с выносным анодом для напыления
металлических и керамических порошков, что значительно расширяет ее технологические возможности.
Плазмотрон с выносным анодом (нестандартный), по сравнению с другими, имеет ряд важных преимуществ:
– возможность производить напыление металлических и керамических
порошков;
– возможность производить напыление в автоматическом и ручном режимах;
– возможность восстанавливать детали различной формы;
– простота замены катодного и анодного узлов.
В таблице 3.1 представлены технические характеристики плазмотронов
42
напыления разных заводов производителей.
Таблица 3.1 – Сравнительная таблица плазмотронов
Модель
Максимальная
Вес, кг
мощность, кВт
ПП-25
F2
F4
Ф4-МБ
SG-1
F1
24,2
16
55
45
40
25
Производительность,
кг/ч
1,2
4
5
5,1
3,5
3
2,2
3,2
2,5
3,2
1,5
2,3
Плазмотрон ПП-25 для напыления порошковых материалов предназначен для нанесения износостойких, изоляционных и других специальных покрытий (окись алюминия, вольфрам, молибден, двуокись циркония). Удобен в
эксплуатации, применяется в случаях как автоматического, так и ручного режима работы. Имеет относительно небольшой вес и геометрические габариты.
Подробная характеристика данного плазмотрона приведена в таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Техническая характеристика плазматрона ПП- 25
Максимальный ток, А
400
N2; Ar; He; Ar+H2; N2+H2
Плазмообразующие газы
Расход плазмообразующих газов,
м3/ч
Дистанция напыления, мм
0,9 – 6,12
Производительность напыления,
кг/ч
Ресурс работы сопла и электрода, ч,
не менее
Расход воды на охлаждение плазмотрона, м3/с
Температура воды на выходе из
плазмотрона, ºС, не более
до 1,188
50–100
4
0,00011¸0,00013
40
43
Окончание таблицы 3.2
Габаритные размеры, мм
Масса (с шлангами), кг
100×50
2,2
3.1 Расчет охлаждения плазмотрона
Система охлаждения в плазмотроне необходима для принудительного
отвода тепла от горячих деталей. Исходная величина для расчета системы
охлаждения – количество теплоты, которое необходимо отвести от плазмотрона в охлаждающую среду.
Тепловые потери Q, Дж для различных длин межэлектродных вставок
определяется по формуле
Q = Qа + Qк + Qвс ,
(3.1)
где Qа – потери тепла через анод, Дж;
Qк – потери тепла через катод, Дж;
Qвс – потери тепла через вставки, Дж.
Будем считать, что все потери тепла отводятся водой, т.е. Q = Q охл.
При длине вставок lвс = 4,5 см, тепловые потери составляют:
Qа = 21,3 · 106 Дж,
Qк = 6,1 · 106 Дж,
Qв = 7,4 · 106 Дж,
Q = 21,3 · 106 + 6,1 · 106 + 7,4 · 106 = 34,8 · 106 Дж;
Определяем массовую подачу воды насосом QВ , Дж:
Qохл.
,
(3.2)
QВ 
СВ (Т ВХ  Т Вых )
где Св – удельная теплоемкость воды, Св = 4,178 Дж/ кг/К;
Твх – температура входа воды, Твх = 288 К;
Твых – температура выхода воды, Твых= 308 К.
34,8  106
QВ 
 10,2 л/мин.
4,178  (308  208 )
3.2 Расчет режима работы плазмотрона
В плазмотронах с межэлектродными вставками время прохождения частиц газа увеличивается, тем самым температуру, достаточно для распределения частиц, можно достичь при меньших токах.
44
Мощность плазменной струи qст , МВт зависит от длины канала, это
можно выразить формулой:
TKLK
,
(3.3)
qCT 
VH
где Т – температура плазмы, T = (12…14) · 103 ºС;
К – коэффициент теплопередачи, К = 6…8,5 Дж/м 2;
Lк – длина активной зоны, Lк = 0,08 м;
Vn – скорость плазменной струи, Vн = 3 · 102 м/с.
Существует формула для вычисления мощности плазменной струи qст ,
МВт в зависимости от тока дуги:
qCT  6,38GrJ Д LK 1,07e0,088 LK ,
(3.4)
где Gr – расход газа, м3/ч;
Jд – ток дуги, А.
Выразим ток дуги JД , А из формулы (3.5) и получаем выражение:
T 1LK
.
(3.5)
JД 
VH 6,38GrL1,07e0,088 LK
Расход газа Gr, A примем из условия
3 < Gr < 5, м3/ч.
Подставив значения, найдем:
13  103  7,2 103  0,08
JД 
 126 А.
3,5  6,38  4  0,081 1,07  2,710,088 LK
(3.6)
Для этого значения определим напряжение дуги UД, В по обобщенной
формуле
UД 
UД 
JД
 2J 
 Gr 
 LK
2,77  Д   0,38 
  0,27 
d
 d 
 d
 Grd 

 0,63 .

(3.7)
126
 2  126 
 4 
 0,08 
 2,77  
 0,38  
 0,27  


 0,63  192,7 В.
0,008
 4  0,008 
 0,008 
 0,008 
Мощность плазмотрона Рпр , кВт:
Рпр= Jд Uд.
Рпр = 126 · 192,7 = 24192 Вт = 24,2 кВт.
Определим КПД плазмотрона η, %:
Р
  PПр 
100% ,
РПр
45
(3.8)
(3.9)
где ∆Р – потери мощности, кВт,
∆Р = 34,8·106·0,27 = 9,4 кВт.
КПД плазмотрона η, %:
9,4
  24,2 
 100%  61,2% .
24,2
3.3 Выбор червячного одноступенчатого мотора – редуктора
Редуктор червячный – приводной механизм, используемый для понижения частоты вращения выходного вала. Конструктивно данный тип редуктора представляет собой червячную передачу, заключенную в чугунный или
алюминиевый корпус и обеспечивающую изменение крутящего момента и угловой скорости.
Основу червячного редуктора составляет червячная пара. На входном
валу установлен червяк (винт со спиральной нарезкой), который передает крутящий момент на выходной вал, вступая в зацепление с зубьями червячного
колеса. Из-за такой конструкции червячную передачу иногда называют зубчато-винтовой. Следует учесть, что оси валов в агрегате расположены под углом 90º по отношению друг к другу.
Червяки обычно изготавливают из углеродистых и легированных сталей, прошедших термообработку. Для венца зубчатых колес, как правило, используют бронзу, реже чугун.
Редуктор червячный способен воспринимать значительные нагрузки,
при этом может обеспечивать большие передаточные отношения
(от 10:1 до 500:1). Агрегат имеет компактные размеры и характеризуется практически бесшумной работой.
Червячные редукторы могут иметь разное количество ступеней. В зависимости от этой характеристики различают одноступенчатые и многоступенчатые редукторы. Наибольшее распространение получили одноступенчатые агрегаты, которые характеризуются плавностью работы и самоторможением.
Передаточный винт в таких устройствах может располагаться под червячным колесом, над ним, горизонтально либо вертикально сбоку от колеса.
Выбор компоновки червячного редуктора определяется возлагаемыми на него
задачами, а также условиями монтажа.
46
Червячный редуктор является одним из компонентов механического
или электромеханического привода. В его задачи входит увеличение крутящего момента на выходном валу при сохранении мощности привода (за вычетом неизбежных потерь при передаче крутящего момента). Также агрегат используется для изменения направления вращения валов.
Червячные редукторы получили широкое распространение в различных отраслях промышленности. В качестве приводных механизмов они используются в транспортерах, насосах, бетономешалках и растворосмесителях,
в металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станках, в кранах и
подъемниках различных типов, эскалаторах, в лифтовом оборудовании.
Мотор-редуктор перемещает по вертикальной координате модуль, за
который закреплен плазмотрон со штативом и резервуар под металлический
порошок. Перемещение модуля происходит на счет шарико-винтовой пары.
Шарико- винтовая передача (ШВП) – это линейный механический привод, преобразующий вращение в линейное перемещение и наоборот. Конструктивно она представляет собой длинный винт, по которому движется шариковая гайка. Внутри гайки между ее внутренней резьбой и резьбой винта по
спиралевидной траектории катятся шарики, затем попадая в возвратные каналы – внутренние или внешние.
Концы винта обычно закрепляются на подшипниковых опорах, а гайка
соединена с перемещаемым узлом. Когда винт вращается, гайка линейно перемещается по винту вместе с полезной нагрузкой. Но существуют и шариковинтовые пары с вращающейся гайкой – в такой конструкции винт линейно
перемещается относительно гайки.
Обыкновенная винтовая передача состоит из винта и гайки, которые
имеют трапецеидальную резьбу. В такой передаче при движении возникает
трение скольжения, и около 70 % энергии рассеивается в виде тепла.
В отличие от передачи винт-гайка, шарико-винтовой привод содержит
элементы качения (шарики), которые передают механическую энергию между
гайкой и винтом. Это обеспечивает ШВП значительные преимущества:
– КПД может превышать 80 %;
– требуемые мощность и крутящий момент приводных двигателей
намного меньше;
– интенсивность износа минимизирована;
47
– срок службы намного больше, чем у винтовых передач скольжения, и
может быть определен вычислением усталости при качении;
– меньший нагрев способствует непрерывной работе.
Проведем расчеты для шарико -винтового механизма, рассчитая крутящий момент МК, Н·м приложенный к винту
М
(3.9)
М К  В Мк =Мв / ηоп,
Оп
где Mв – момент трения в резьбе шарико – винтовой пары [H·м];
ηоп – КПД шарикоподшипников винта,
ηоп= ηпin,
где ηпi – КПД одного подшипника; ηпi= 0,98;
n – число подшипников в опорах механизма n = 2
ηоп= 0,982 = 0,96,
Mв = 0,5 Fa do tg (φ + φk’),
где φk’– приведенный угол трения качения;
Fa – сила, нагружающая винт, Fa = 500 H;
d0 – средний диаметр резьбы, d0 = 20 мм
k ' 
(3.10)
(3.11)
arctg (k )
.
d ш cos( k )
где k – коэффициент трения качения в шарико – винтовой паре,
k = 0,01 мм.
dш – шаг резьбы, dш= 5 мм.
Выбираем полукруглый профиль резьбы, угол контакта шарика с поверхностью резьбы αk =45º.
k ' 
Mk 
arctg (0,01)
 12,6 .
5  cos( 45)
(3.12)
0,5  500  20  tg (7,12  12,6)
 1,8 Н·м.
0,982
На рисунке 3.2 представлена шарико-винторезная пара, используемая в
модуле линейного перемещения в установке плазменного напыления для восстановления и упрочнения цилиндрической поверхности корпус буксы. Она
была выбрана непосредственно опираясь на рассчитанные уравнения, описы48
вающие технические характеристики данной шарико-винторезной пары.
Рисунок 3.2 – Шарико-винтовая передача (ШВП)
Для перемещения линейного модуля необходимо подобрать мотор-редуктор, определив его мощность для передвижения ШВП, используем моторредуктор MRT 30, паспортные характеристики его приведены в таблице 3.3.
Таблица 3.3 – Нормативные значения мотор-редуктора MRT 30
i,
n2,
n1,
Mk2,
P1,
мин-1
мин-1
Н·м
кВт
25
56
1400
1,9
0,17
ηd,
%
67
На рисунке 3.3 представлен одноступенчатый червячный редуктор, используемый в разрабатываемой установке плазменного напыления.
Рисунок 3.3 – Одноступенчатый червячный редуктор (без мотора)
Используется в данной установке червячной мотор-редуктор произво49
дителя «TOS ZNOJMO» (Чехия): MRT-30-В-25-56-FL. Характеристики моторредуктора специально подобраны и полностью подходят для поставленных задач данной работы.
50
4 Оценка экономической эффективности внедрения плазменной установки для плазменного напыления цилиндрической поверхности корпуса
буксы грузового вагона
Под себестоимостью изделия понимаются расходы предприятия по его
изготовлению и реализации. Если проектируется новое устройство или модернизируется существующее, то в себестоимость включаются затраты на проведение научных исследований, проектных и конструкторских работ.
Структура затрат и их величина определяются условиями изготовления
проектируемого устройства. Образец технического устройства может быть изготовлен в лаборатории учебного университета или в условиях депо.
Следует принимать во внимание и количество изготавливаемых экземпляров технических средств. Для технического воплощение идеи в целях дальнейшей работы над его конструкцией достаточно иметь несколько экземпляров. В этом случае все затраты на проектирование и изготовление опытного
образца будут отнесены на конкретное количество образцов.
Типовая номенклатура калькуляционных статей себестоимости установлена в следующем составе: сырье и материалы; покупные комплектующие
изделия и полуфабрикаты; возвратные отходы (вычитаются); энергия, топливо, основная заработная плата производственных рабочих; дополнительная
заработная плата производственных рабочих; расходы по содержанию и эксплуатации оборудования, возмещение износа специальных инструментов и
оснастки; цеховые расходы; общехозяйственные расходы; потери от брака;
внепроизводственные расходы. При расчете затрат учитываются условия (лабораторные или заводские) и этапы проектирования, наличие предварительных исследовательских работ.
Критерием эффективности выбранного варианта является минимальная
себестоимость ремонта единицы продукции
Затраты на основную заработную плату ЗО.З/п., руб.:
Зо.з / п.   tнi  Тчасi  К пр.  K p ,
где tнi – норма времени работы;
Tчас.i – тарифная ставка;
Кпр – коэффициент, учитывающий премии и доплаты;
операция обтачивания: Кпр = 1.3;
51
(4.1)
Кр – доплата по районному коэффициенту, по Омской области К р=1,15.
Таблица 4.1 – Затраты на тарифную заработную плату
Наименование Норма времени ра- Разряд
Часовая таработ
боты, час
рифная ставка,
час/руб.
Плазменное
0,26
5
70,2
напыление
Тарифная заработная
плата, руб.
19,7
Сумма
16,8
Зо. з / п.  19, 7  1, 3  1,15  29, 45 .
Затраты на дополнительную заработную плату Зд.з/п., руб.:
Зд. з / п.  Зо. з / п.  Кд. з / п. ,
(4.2)
где Кд.з/п. – коэффициент дополнительной заработной платы;
Кд.з/п. = 0,1.
Таблица 4.2 – Затраты на дополнительную заработную плату
Наименование
Основная заработная
Дополнительная заработная
работ
плата, руб.
плата, руб.
Плазменное
29,45
2,945
напыление
Сумма
2,945
Отчисления на социальные нужды ЗО.С.Н., руб:
Зо.с.н  0, 267    Зо. з / п.   Зд. з / п.  .
(4.3)
Тогда отчисления на социальные нужды до применения установки
плазменного напыления, предназначенной для восстановления и упрочнения
цилиндрической поверхности корпуса буксы:
Зо.с.н.  0, 267  (29, 45  2,945)  8,65 руб .
(4.4)
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования ЗОб., руб:
Зоб .  Сст.ч 

52
t маш.
К в .н
,
(4.5)
где Сст.ч – себестоимость станко-часа;
tмаш. – машинное (операционное ) время:
операция плазменного напыления: tмаш. = 0,26 ч;
Кв.н – коэффициент выполнения норм:
Кв.н = 1,1.
Себестоимость станко-часа Сст.ч , руб/ч рассчитывается:
Сст.ч 
З
об .
Фд  Кисп.
,
(4.6)
где Кисп. – коэффициент использования станков;
Кисп. = 0,85.
∑Зоб. – суммарные затраты на оборудование.
Суммарные затраты на оборудование  Зоб . , руб.:
З
об .
 Зам.  Зэл.  З рм.  Звспом. мат.  Зизн.  Зтр.оп. ,
(4.7)
где Зам. – затраты на амортизационные отчисления;
Зэл. – затраты на электроэнергию;
Зрм. – затраты по ремонту и профилактике оборудования;
Звспом.мат. – затраты на вспомогательные материалы;
Зизн. – затраты по износу стандартного инструмента и оснастки;
Зтр.оп. – затраты на транспортные операции.
Затраты на амортизационные отчисления Зам., руб.:
Зам. 
Ц об .
,
Т спи
(4.8)
где Цоб. – цена оборудования.
Операция плазменного напыления выполняется на специальной установке,
цена которого Цоб =420000 руб.
Тспи – срок полезного использования;
Для каждого из станков Тспи = 8,5 лет;
Тогда затраты на амортизационные отчисления Зам., руб.:
420000
Зам 
 49411, 76 руб / год .
8,5
Затраты на электроэнергию Зэл., руб.:
Зэл.  М об .  Фд  Кспроса  Кпотерь  Ц эл. ,
где Моб. – мощность оборудования;
53
(4.9)
установка плазменного напыления Моб. = 24,2кВт.
Фд – годовой фонд работы оборудования;
Фд  Т смены Nсмен N раб.дней К рем. ,
(4.10)
где Тсмены – время рабочей смены, ч;
Nсмен – количество рабочих смен;
Nраб.дней – количество рабочих дней оборудования в году;
Крем. – коэффициент, учитывающий простой оборудования;
Крем. = 0,95.
Фд  8  2  252  0,95  3830, 4ч .
Кспроса – коэффициент спроса на электроэнергию;
Кспроса = 0,7.
Кпотерь – коэффициент потерь электроэнергии в сети;
Кпотерь = 1,06.
Цэл. – цена электроэнергии;
Цэл. = 3,65 руб./кВт ∙ ч
Тогда затраты на электроэнергию Зэл., руб.:
Зэл.  24,2  3830,4  0,7 1,06  3,65  251047,7 руб. .
Затраты на ремонт оборудования Зрм., руб.:
З рм.   4  10%   Ц об . .
(4.11)
З рм.  0, 04  420000  16800 руб.
Затраты на вспомогательные материалы Звспом.мат., руб.:
Звспом. мат.  1,5  Фд ,
(4.12)
Звспом. мат.  1,5  3830, 4  5745,6 руб. .
Затраты по износу стандартного инструмента и оснастки:
для установки плазменного напыления = 10000 руб./год.
Затраты на транспортные операции Зтр.оп., руб.:
Зтр.оп.  З рм. ,
Зтр.оп.ток. = 16800 руб.
Тогда, подставив полученные значения в формулу (4.7), суммарные затраты по ремонту и профилактике оборудования  Зоб . , руб. будут составлять:
З
об .
 49411, 76  251047, 7  16800  5745, 6  10000  16800  349805, 06 руб.
54
Тогда, подставив полученные значения в формулу (4.6), себестоимость
станко-часа Сст.ч , руб/ч. будет составлять
Сст.ч. 
349805, 06
 107, 44 руб. / ч .
3830, 4  0,85
Тогда, подставив полученное значение С ст.ч в формулу (4.5) затраты на
содержание и эксплуатацию оборудования Зоб. руб. будут составлять
0, 26
Зоб .  107, 44 
 25, 4 руб. .
1,1
Себестоимость плазменного напыления С1, руб. на установке плазменного напыления:
С1  29, 45  2,945  8,65  25, 4  66, 45 руб. .
4.1 Расчет себестоимости существующего способа ремонта цилиндрической поверхности корпуса буксы
Затраты на основную заработную плату:
tнi = 0,37 ч; Tчас.i = 70,2 р/ч; Кпр = 1,3; Кр=1,15;
Общие затраты на основную заработную плату Зо.п/п., руб. при использовании наплавки под флюсом:
Зо.з / п.  0,37  70, 2 1,3 1,15  38,83 руб. .
(4.13)
Затраты на дополнительную заработную плату Зд.з/п., руб. при использовании наплавки под флюсом:
Зд.з / п.  38,83  0,1  3,883 руб. .
(4.14)
Отчисления на социальные нужды ЗО.С.Н., руб. при использовании
наплавки под флюсом:
Зо.с.н  0, 267   38,83  3,883  11, 4 руб. .
(4.15)
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования:
Плазменное напыление цилиндрической поверхности корпуса буксы
грузового вагона: tмаш. = 0,033 ч.
Затраты на амортизационные отчисления Зам., руб.:
Цоб. = 55000руб.; Тспи = 8,5 лет;
(4.16)
Зам. 
55000
 6470,59 руб. / год .
8,5
Затраты на электроэнергию Зэл., руб.:
55
(4.17)
Мощность наплавочной установки: Моб. = 7,6 кВт.
Зэл.  7,6  3830, 4  0,7 1,06  3,67  79359,84 руб. .
(4.18)
Затраты на ремонт оборудования Зрм., руб.:
З рм.  0,04  55000  2200 руб. .
Затраты на вспомогательные материалы Звспом.мат., руб:
Звспом. мат.  0,1 3830, 4  383 руб. .
(4.19)
(4.20)
Затраты на транспортные операции Зтр.оп., руб.:
Зтр.оп. = 2200 руб.
 Зоб.  6470,59  79359,84  2200  383  2200  90613, 43 руб. .
Сст.ч 
90613, 43
 20,12 руб. / ч .
3830, 4  0,85
0,033
 0,6 руб. .
1.1
Затраты на специальную оснастку Зст.ч., руб:
Зоб.  20,12 
Зст.ч 
Зспец 
 Зоб
Фд  Кисп
.
(4.21)
(4.22)
(4.23)
90613,43
 27,83 р. .
3830,4  0,85
Себестоимость плазменного напыления С2., руб.:
С2  27,83  38,83  3,883 11,4  81,94 руб. .
4.2 Определение годового экономического эффекта
Расчет эффективности проводится с целью определения целесообразности проведения того или иного мероприятия по научной организации труда.
Годовой экономический эффект Эг., руб. определяется по формуле:
(4.24)
ЭГ  ( С1  С2 )  N  ЕН ( К1  К2 ),
где С1,С2 – соответственно себестоимость до и после внедрения приспособления;
N – годовой объем изготовления валов, N=30000 шт.;
Ен – нормативный коэффициент экономической эффективности;
Ен = 0,15;
К2; К1 – капитальные вложения (стоимость оборудования)
ЭГ  ( 81,94  66,45 )  30000  0,15  370000  409200 руб .
56
Срок окупаемости Ток., лет.:
К 2  К1
,
С  N
370000
Т ок 
 0,79 лет.
15,49  30000
Т ок 
(4.25)
Таким образом, срок окупаемости Ток. = 0,79 года.
Годовой экономический эффект составит Э г = 409200руб., повысится
производительность, снизится себестоимость, уменьшатся используемые производственные площади и улучшатся условия труда.
Срок окупаемости оборудования не превышает 10 лет, а значит внедрение нового приспособления целесообразно.
57
5 Обеспечение требований безопасности труда в производственном
(технологическом) процессе плазменном напылении корпусов букс
5.1 Характеристика возможных опасных и вредных производственных факторов (ОВПФ) при ремонте корпусов буксы
Опасные производственные факторы – это производственные факторы,
воздействие которых на человека приводит к травме и утере здоровья. Вредные производственные факторы – это производственные факторы, воздействие которых на человека приводит к заболеваниям или снижению работоспособности [13].
По природе действия (ОВПФ) делятся: физические, химические, биологические и психофизиологические.
При ремонте корпусов буксы возможны следующие ОВПФ:
Физические опасные и вредные производственные факторы:
а) движущиеся машины и механизмы: кран-балки, с помощью которых
осуществляется перемещение заготовок и готовых корпусов букс.
б) незащищенные подвижные элементы производственного оборудования – корпус сварочных агрегатов.
в) передвигающиеся изделия, заготовки: перемещение корпусов букс
осуществляется при помощи кран-балок, отсутствие защитных устройств и несоблюдение правил техники безопасности могут привести к травмированию
работающих.
г) повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны: в
зону дыхания работающих могут попасть сварочные аэрозоли, содержащие в
составе твердой фазы окислы различных металлов (марганца, хрома, никеля,
меди, титана, алюминия, железа, вольфрама), их окислы и другие соединения.
д) повышенная яркость света, наличие прямой и отраженной блесткости: источники – плазменная струя, металлический блеск обрабатываемого
корпуса буксы, инструмента и неокрашенных деталей станка.
е) повышенная температура воздуха рабочей зоны: происходит большое тепловыделение при проведении плазм напыляющих работ, следствием
чего может быть нарушение терморегуляции, тепловой удар.
58
ж) повышенный уровень инфракрасной радиации и ультрафиолетового
излучения: ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение плазменной струи; при отсутствии защиты возможны поражения органов зрения (электроофтальмия, катаракта и т.п.) и ожоги кожных покровов, отрицательное воздействие на здоровье может оказать инфракрасное излучение предварительно
подогретых изделий, нагревательных устройств (нарушение терморегуляции,
тепловые удары).
з) острые кромки, заусенцы и шероховатость на поверхности заготовок:
в эксплуатации корпуса букс могут получить многочисленные повреждения, в
том числе сколы и заусенцы, которые при неосторожном обращении могут
стать причиной повреждения кожного покрова и мышечной ткани.
и) повышенное напряжение в электрической цепи, замыкание которой
может произойти через тело человека: неправильная эксплуатация электрооборудования может привести к поражению электрическим током, применение открытых дуг, наличие искр, брызг и выбросов расплавленного металла и
шлака не только создают возможность ожогов, но и повышают опасность возникновения пожара.
Химические опасные и вредные производственные факторы:
Проникающие через органы дыхания: при работе плазмотрона происходит выделение токсичных газов (окиси марганца, хрома, никеля, меди, титана, алюминия, железа, вольфрама и др.).
Психофизические опасные и вредные производственные факторы:
а) физические перегрузки: при ручных методах напыления имеет место
статическая нагрузка на руки, в результате чего могут возникнуть заболевания
нервно-мышечного аппарата плечевого пояса; в процессе фрезерования имеют
место физические перегрузки при установке, закреплении и съеме корпуса
буксы.
б) нервно-психические перегрузки: перенапряжение зрения и монотонность труда при выполнении плазм напыляющих работ.
Биологические опасные и вредные факторы:
Микроорганизмы: болезнетворные бактерии и вирусы, присутствующие в воздухе рабочей зоны.
59
5.2
Эргономический анализ организации рабочего места
Трудовая активность человека во многом определяется условиями, в
которых он работает. К ним, прежде всего, относятся рабочее пространство и
рабочее место
Организация рабочего места является важнейшим звеном организации
труда. Правильный выбор и размещение оборудования, инструментов и материалов на рабочем месте создают наиболее благоприятные условия работы,
при которых при наименьшей затрате сил и средств труда обеспечиваются безопасные условия работы, достигается высокая производительность и высокое
качество продукции.
Рабочее место, хорошо приспособленное к человеку к его трудовой деятельности, правильно и целесообразно организованное в отношении пространства, формы и размера, обеспечивает ему удобное положение при работе
и высокую производительность труда при наименьшем физическом и психологическом напряжении. Рабочее место влияет непосредственно на безопасность труда, сохранение здоровья, повышает культуру и эффективность труда.
Эргономическое проектирование рабочих пространств и рабочих мест
производится для конкретных рабочих задач и видов деятельности с учетом
антропологических, биомеханических, психофизиологических и психических
возможностей и особенностей работающих людей.
Эргономический анализ проводится согласно требованиям (ГОСТ
12.2.033-78 «Общие эргономические требования»).
Эргономические требования к производственному оборудованию
должны устанавливать его соответствие антропометрическим, физиологическим, психофизиологическим и психологическим свойствам человека и обусловленным этими свойствами гигиеническим требованиям с целью сохранения здоровья человека и достижения высокой эффективности труда.
Эргономика решает следующие вопросы [14]:
– оптимизация физической среды на производстве (определение зоны
комфорта и средства защиты человека от вредных влияний среды);
– решает общие принципы рациональной компоновки производства
(размещение основного и вспомогательного оборудования и внешнее оформление помещений);
– требования к проектированию отдельных рабочих мест;
60
– конструирование сигнальных устройств и средств индикации;
– конструирование органов управления.
При конструировании рабочего места с точки зрения эргономики оно
должно проектироваться с учетом:
– обзора, то есть отвечать оптимальным условиям зрительной работы,
обеспечивать легкую зрительную ориентацию;
– удобства, то есть иметь приемлемые размеры, отвечающие анатомическому строению человека, обеспечивать удобную рабочую позу, а также
свободные физические и целесообразные движения тела и конечностей;
– оснащения, то есть содержать удобное размещение рабочих инструментов, обеспечивающих рациональность движения;
– освещения, предпочтительнее наличие естественного освещения,
вследствие лучшего восприятия органами зрения.
Для определения, к каким зонам рабочего поля принадлежат трудовые
операции, а также в каких зонах будут находиться органы управления, наложим рисунок зоны досягаемости на рисунок рабочего места (рисунок 5.1). Как
видно из рисунков 1 и 2 рабочее место обеспечивает выполнение трудовых
операций в пределах зоны досягаемости рабочего поля.
Рисунок 5.1– Схема рабочего места зоны досягаемости в горизонтальной
плоскости
Организация рабочего места и конструкция оборудования обеспечи61
вает прямое и свободное положение корпуса тела работающего, наклон его
вперед не более чем на 15º. Оптимальное положение тела, работающего достигается регулированием высоты рабочей поверхности. В тех случаях, когда невозможно регулирование высоты рабочей поверхности ее следует выбрать по
таблице для человека ростом 180 см, а оптимальное положение тела работающих более низкого роста обеспечивается за счет высоты подставки для ног.
Рисунок 5.2 – Схема рабочего места и зоны досягаемости в
вертикальной плоскости
1 – зона для размещения очень часто используемых и наиболее важных
органов управления (оптимальная зона моторного поля);
2 – зона для размещения часто используемых органов управления (зона
легкой досягаемости моторного поля);
3 – зона для размещения редко используемых органов управления (зона
досягаемости моторного поля).
При проектировании оборудования и организации рабочего места
учтены антропометрические показания мужчин. Из таблицы выбираем высоту
62
рабочей поверхности, при организации рабочего места для мужчины равную
980 мм для средней категории работ.
Из изложенного выше можно сделать вывод, что организация рабочего
места при ремонте корпусов букс соответствует эргономическим требованиям
согласно ГОСТ 12.2.033-78.
5.3 Характеристика производственного процесса по пожаро и взрывоопасности и возможному загрязнению воздушной среды
В соответствии со строительными нормами и правилами
СНиП 2.09.02-85 «Производственные здания» все предприятия по взрывопожароопасноти и пожарной огнестойкости подразделяются на 5 категорий: А,
Б, В, Г, Д в зависимости от размещаемых в них производственных процессов
и свойств, обращающихся в них материалах и веществ. Технологический процесс ремонта корпусов букс относится к категории Д.
Категория Д присваивается производству, связанным с обработкой
несгораемых веществ и материалов в холодном состоянии. При проектировании промышленных предприятий широкое распространение имеют блокированные здания, в помещениях которых размещают различные по пожарной
опасности производства.
Нередко в одном помещении наибольшую опасность представляет
лишь отдельный участок, где возможно выделение взрыво- и пожароопасных
газов, паров и пылей или где находятся твердые и жидкие горючие материалы.
Строительные нормы и правила (СНиП) позволяют не учитывать пожарную опасность отдельных помещений или участков, если их площадь не
превышает 10% полезной площади помещений с менее опасными производствами, но не более 200 м 2. При этом более пожароопасное производство размещают в отдельных цехах или отделениях с обязательным устройством местной вытяжной вентиляции.
Здание относится к I степени огнестойкости. Стены, потолочное перекрытие сооружены из железобетонных конструкций. Внутри участка стены
окрашены краской. Полы в цехе выполнены также из негорючих материалов
(бетон). Степень огнестойкости самонесущих стен равна 1,25 часа, потолочного перекрытия до 1 часа. Участок находится в двухэтажном здании, при возникновении пожара эвакуация наружу может происходить сразу в четырех
направлениях.
63
5.4 Оценка эффективности применения коллективных и индивидуальных средств защиты
Согласно ГОСТ 12.4.011-89 все работники участка должны обеспечиваться средствами защиты. Средствами защиты работающих называют средства, используемые для предотвращения или уменьшения воздействия на работающих опасных и вредных производственных факторов. По характеру применения средства защиты работающих подразделяют на средства коллективной защиты и средства индивидуальной защиты.
К коллективным средствам защиты работающих относятся такие средства, защитные свойства которых распространяются на всех людей [15], находящихся в помещении цеха по ремонту корпусов букс.
Средствами коллективной защиты на участке являются:
а) средства нормализации воздушной среды производственных помещений и рабочих мест (вентиляция, очистки воздуха и локализации вредных
факторов, отопление);
б) средства нормализации освещения производственных помещений и
рабочих мест (источники света, световые проемы, светозащитные устройства
– тонированные экраны);
в) средства защиты от шума и вибрации (звукоизоляция, виброизоляция);
г) средства защиты от поражения электрическим током (изоляция, заземление электротехнических установок);
д) средства защиты от механических, химических и биологических
факторов (предохранительные устройства, блокировка, ограждение, оборудование и препараты дезинфекции);
е) средства защиты от низких температур (тепловая завеса, устройства
для подогрева воздуха);
ж) средства защиты от ультразвукового излучения дефектоскопов (звукоизолирующие кожуха, экраны).
Дадим оценку эффективности средств коллективной защиты:
а) вентиляция:
применяется общая приточная и вытяжная вентиляции
б) отопление:
64
применяется центральная водяная система отопления от котельной, которая поддерживает постоянную температуру в пределах нормы, т. е. микроклимат участка соответствует нормам;
в) очистка воздуха:
для очистки подаваемого и выбрасываемого в атмосферу воздуха от
вредных примесей применяются очистные устройства (циклоны, фильтры);
г) источники света:
применяется совмещенное освещение. Естественное освещение осуществляется через боковые окна, расположенные с двух сторон участка. Естественного света недостаточно, поэтому используется искусственное общее
освещение всего цеха (в виде электрических ламп дневного света – ДРЛ-250)
с равномерным расположением светильников. Для поддержания нормального
освещения на участке необходимо регулярно очищать стекла окон и лампы от
пыли и грязи;
д) световые проемы:
ими могут быть в теплое время года дверные проемы;
е) звукоизоляция:
для защиты от шума установлены дополнительные перегородки, которые снижают прохождение звука через нее;
ж) изоляция:
применяется на участке для защиты работающих от случайного прикосновения к токоведущим частям в электроустановках;
з) заземление:
все электроустановки на участке соединены с землей или с металлическими проводниками нетоковедущих частей оборудования, которые могут
оказаться под напряжением. Это устраняет опасность поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением;
к) предохранительные устройства, блокировка, ограждение:
на территории участка установлены данные устройства для предотвращения попадания человека в опасную зону. Оградительные устройства применяются в сочетании с сигнализацией и блокировками безопасности;
65
К средствам индивидуальной защиты (СИЗ) относятся средства, применяемые работающими индивидуально. СИЗ применяют для предотвращения или уменьшения воздействия на работающих опасных и вредных производственных факторов, когда безопасность работ не может быть обеспечена
конструкцией оборудования, организацией производственных процессов и
средствами коллективной защиты.
Средствами
индивидуальной
защиты
в
соответствии
с
ГОСТ 12.4.011-89 являются:
а) средства защиты органов дыхания (респираторы);
б) специальная одежда (халаты, хлопчатобумажные костюмы, фартуки,
брезентовые костюмы);
в) средства защиты ног (сапоги, галоши, ботинки);
г) средства защиты рук (нарукавники, рукавицы, перчатки);
д) средства защиты головы (каски защитные, кепки);
ж) средства защиты глаз (очки защитные);
з) средства защиты лица (щитки защитные лицевые);
и) средства защиты органов слуха (наушники);
к) защитные дермотологические средства (защитные мази, кремы, моющие пасты).
Дадим оценку эффективности средств индивидуальной защиты: использование данных СИЗ приводит к защите и снижению действия опасных и
вредных производственных факторов, превышающих ПДК и ПДУ.
Определим комплект СИЗ для сварщика при опасных и вредных условиях труда на участке ремонта корпусов букс [16]:
костюм хлопчатобумажный;
ботинки юфтевые;
фартук хлопчатобумажный;
перчатки хлопчатобумажные;
нарукавники прорезиненные;
комбинированные рукавицы;
галоши диэлектрические;
перчатки диэлектрические;
жилет сигнальный.
66
Зимой дополнительно должен обеспечиваться курткой на утепляющей
прокладке, а также необходимо использовать в качестве защиты от магнитных
и электрических полей диэлектрические коврики и напольные решетки.
5.5
Выводы и предложения
Предложенные технические средства и меры обеспечивают безопасность при работе плазменной установки, повышение безопасности при работе
требует дополнительных защитных мер и приспособлений. В качестве дополнительных средств, обеспечивающих безопасную работу с установкой можно
предложить:
– установить специальное ограждение вокруг плазменной установки,
для предотвращения попадания искр на окружающие объекты и рабочий персонал.
– комбинированное освещение для достаточной освещенности рабочего места (дополнительно к общему применяется местное освещение переносными светильниками для каждого рабочего места.);
– местную вентиляцию.
Обеспечение организационных мер безопасности:
– к работе на установке должны допускаться лица, прошедшие инструктаж по правилам работы;
– ремонт и своевременное техническое обслуживание должны производить лица, имеющие допуск к обслуживанию электрооборудования;
– своевременное обеспечение работников спецодеждой.
Таким образом, в технологическом процессе ремонта корпусов букс заложены и спроектированы необходимые дополнительные меры для обеспечения безопасности работников и обслуживающего персонала.
67
Заключение
В данном дипломном проекте был разработан технологический процесс восстановления и упрочнения плазменным напылением внутренней цилиндрической поверхности корпуса буксы грузового вагона. Разработана установка плазменного напыления, которая позволяет восстанавливать изношенную поверхность буксового узла и упрочнять её с минимальным риском образования коробления. Произведён анализ существующего технологического
процесса ремонта; выбран способ восстановления корпуса буксы; произведён
расчёт режимов работы плазмотрона; рассчитаны и выбраны элементы конструкции установки плазменного напыления (шарико-винтовая пара и моторредуктор); составлена технологическая документация.
В экономической части проекта предложенный метод восстановления
внутренней цилиндрической поверхности корпуса буксы установкой плазменного напыления позволяет получить экономический эффект 409200 руб. при
этом капиталовложения окупается за 0,79 года.
В разделе дипломного проекта по охране труда были проанализированы возможные опасные и вредные производственные факторы, сопутствующие данному технологическому процессу. Произведена характеристика по пожаро- и взрывоопасности и возможному загрязнению воздушной среды. Произведен эргономический анализ рабочего места на установке плазменного
напыления, а так же проведена оценка средств защиты и приведены вывод и
предложения.
68
Библиографический список
1. Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя./
В. И. Анурьев. Т.1 М.: Машиностроение, 2010. 920 с.
2. Кудинов, В.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. / Г. Я. Бобров. 2012. 432 с.
3. Косилова, А. Г. Справочник технолога-машиностроителя.
/ А. Г. Косилова, и Р. К. Мещерякова. Т.1, Машиностроение, 2005. 656 с.
4. Соснин, Н. А. Плазменные технологии. Сварка, нанесение покрытий, упрочнение. / Н. А. Соснин, С. А. Ермаков, П. А. Тополянский.
2008. 406с.
5. Коротеев, А. С. Плазмотроны конструкции. Характеристики, расчет. / А. С. Коротеев, В. М. Миронов, Ю. С. Свирчук. 2007. 296 с.
6. Соснин, Н. А. Плазменные технологии. Сварка, нанесение покрытий, упрочнение. Соснин, Н.А., Ермаков, С.А., Тополянский П.А. 2008. 406с.
7. Сидоров, А. И. Восстановление деталей машин напылением и
наплавкой/ А. И. Сидоров. М.: Машиностроение, 2009. 192 с.
8. Богодухов, С. И. Обработка упрочненных поверхностей в машиностроении и ремонтном производстве / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк,
А.Д. Проскурин. М.: Машиностроение, 2005. 310 с.
9. Молодык, Н. В. Восстановление деталей машин/ Н.В. Молодык,
А.С. Зенкин. М.: Машиностроение, 2009. 479 с.
10. Псигин, Ю. В. Управление системами и процессами машиностроения / Ю. В. Псигин. Ульяновск: УлГТУ, 2008. 76 с.
11. Жуков, Э. Л Технология машиностроения. Часть II. Проектирование технологических процессов: Учебное пособие / Э. Л. Жуков, И. И. Козарь
и др.; Под ред. С. Л. Мурашкина. СПб.: Изд. СПбГПУ, 2011. 268 с.
12. Технический регламент о безопасности колесных транспортных
средств (в ред. Постановления Правительства РФ от 10.09.2010 N 706).
13. Охрана труда на железнодорожном транспорте: учебник для вузов
ж.-д. трансп. / Ю. Г. Сибаров, В. Д. Дегтярев, Т. К. Ефремова. М.: Транспорт,
2006. 287 с.
14. ГОСТ 12.2.033-78 ССБТ. Рабочее место при выполнении работ
стоя. Общие эргономические требования. 1978. 9с.
69
15. ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху в рабочей зоне. 1988. 15с.
16. Крутякова, В. С. Охрана труда на железнодорожном транспорте
/ В. С. Крутякова. / М.: Справочная книга, 2009. 312 с.
17. СТП ОмГУПС-1.2-2005. Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные: общие требования и правила оформления текстовых
документов.
70
Приложение А
КОМПЛЕКТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
71
Г
Взам.
Подп.
О
С
Т
3
.
1
Комплект документов
Разработка технологического процесса поверхностного упрочнения
поверхностей корпусов букс грузовых вагонов
Проверил:
доц. каф. ТТМ и РПС
Смольянинов А. В.
Нормоконтроллер –
доц.каф. ТТМ и РПС
Белан Д. Ю.
1
0
5
Выполнил:
- студент гр.11и
Юрьев В. Л.
8
4
Утвердил:
зав.Фкаф. ТТМ и РПС
Шантаренко С. Г.
о
р
м
а
ТЛ
2
ГОСТ 3.1404-86
Форма 3
Дубл.
Взам.
Подл.
Разраб.
Проверил
Утвердил
Н. контр.
Юрьев В.Л.
Смольянинов А.В.
ОмГУПС
Шантаренко С.Г.
Белан Д.Ю.
Наименование операции
Материал
Твердость
ЕВ
Напыление
20 ФЛ ГОСТ 977 – 75
57 HRC
кг
Оборудование
Обозначение программы
Корпус буксы
То
005
МД
Тв
Профиль и размеры
Тп.з.
Тшт.-к.
О 01
Т 02
КОИД
СОЖ
УПН–ВМ 2000
Р
МЗ
Вода
ПИ
D или B
Jд
Qв
Gr
Q
Vн
Uд
340
126
10,2
3,2
1,188
3,5·102
192,7
1 Установить и закрепить деталь
Тиски
Патрон трехкулачковый
Р 03
О 04
2 Напылять цилиндрическую поверхность
Т 05
Плазмотрон ПП – 25
Р 06
О 07
3. Снять деталь
73
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
105
Размер файла
1 302 Кб
Теги
349, 2016, квалификационная, выпускных, работа, омгупс
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа