Текст книги "Техническая эксплуатация и ремонт технологического оборудования"

15 Ремонт деталей и сборочных единиц гидравлических и пневматических систем технологического оборудования

15.1 Причины возникновения неисправностей в работе гидравлических систем и способы их устранения

Долговечность гидравлического привода и надежность его работы зависят от качества технического обслуживания и своевременного ремонта. Важно систематически контролировать уровень и качество масла в резервуарах-баках, устранять протечки в подвижных и неподвижных соединениях, выявлять причины перегрева масла и устранять их.

Соответствие рабочей жидкости необходимым требованиям устанавливают анализом проб, взятых из бака. Масло подлежит замене при уменьшении вязкости на 25…30 %, увеличении кислотного числа в 2 раза и загрязнении. Если производственные условия не позволяют производить анализа жидкости, ее заменяют новой не реже 1 раза в 6 мес. В процессе замены масла бак для рабочей жидкости тщательно очищают и промывают керосином. Не реже чем через 3 мес работы гидравлического привода необходимо снимать и очищать магнитные патроны фильтров и воздушный фильтр. Последний следует промывать в бензине. Выполнение этих мероприятий обеспечивает нормальную эксплуатацию гидросистемы в течение длительного времени.

Ниже приведены наиболее часто встречающиеся неисправности, возникающие при эксплуатации гидроприводов, причины их возникновения и способы устранения.

Прерывистое (скачкообразное) перемещение исполнительных органов технологического оборудования может возникнуть из-за наличия в системе воздуха, который попадает в нее при сборке и разборке оборудования и смене масла, в процессе эксплуатации из-за ослабления соединений трубопроводов на линии всасывания, через изношенные или поврежденные сальники насоса, вследствие слива масла в резервуар через трубопровод, конец которого расположен выше уровня масла, и др. В последнем случае масло, сливаясь через воздушное пространство, увлекает с собой частицы воздуха, которые, смешиваясь с маслом, всасываются насосом вместе с ним. При этом масло приобретает мутный цвет, а на поверхности образуется пена.

В тех случаях, когда гидравлическая система исправна, а воздух проник в нее во время разборки или сборки, нужно произвести несколько полных холостых ходов привода на максимальной скорости – воздух попадает вместе с маслом в резервуар, а из него уходит в атмосферу. После этого включают малую подачу и проверяют плавность движения исполнительных органов привода. Если некоторая неравномерность хода осталась, операцию повторяют.

Работа насоса с резким шумом свидетельствует о засорении фильтра, установленного на линии всасывания. Причина может заключаться в том, что ослаблено соединение и конец всасывающей трубы оказался на небольшом расстоянии от дна резервуара (меньшем полутора диаметров трубы). При этих условиях резко затрудняется всасывание масла насосом и происходит засасывание воздуха. Работа насоса нарушается также в результате износа его деталей. Перечисленные неисправности устраняются соответственно чисткой фильтра, закреплением соединений трубопроводов (особенно тщательным на линии всасывания), заменой уплотнения вала насоса, разборкой и ремонтом последнего. Засоренный фильтр очищают, промывая его в керосине или щелочной ванне, обдувая сжатым воздухом, используя ультразвуковой способ и др.

В приводах, где гидравлическая система имеет дроссельное регулирование, плавность хода рабочих органов, может нарушаться из-за неустойчивой работы сливного (предохранительного) клапана вследствие его засорения или повреждения седла, что вызывает кратковременные сбросы давления. Данную неисправность устраняют промывкой клапана, фильтрацией или заменой масла, а в необходимых случаях – притиркой седла; иногда клапан заменяют.

Утечка масла в шариковых клапанах может происходить из-за деформации шарика вследствие длительной работы или повреждения его седла. Эту неисправность устраняют заменой шарика. Новый шарик, помещенный в незакаленное седло, обстукивают молотком через выколотку из меди или латуни. В результате этой операции шарик плотно контактирует с седлом.

Работа гидравлической системы может ухудшаться и по таким причинам, как перезатяжка направляющих исполнительного органа; некачественное центрирование штока в его соединении со столом или другим механизмом; неравномерный износ штока, поршня и рабочего цилиндра; схватывание трущихся поверхностей сборочных единиц из-за недостаточной смазки или неправильно подобранного смазочного материала. Предварительно убедившись, что в системе отсутствует воздух, все эти дефекты устраняют соответствующими регулировками, выверкой мест сопряжения поверхностей, ремонтом, а также заменой смазочного материала.

Причиной постепенного падения скорости подачи перемещающихся частей механизма может быть возрастание утечки масла вследствие его разжижения под влиянием нагрева при непрерывной работе системы в течение нескольких часов. Скорость подачи существенно уменьшается и при износе уплотнений поршней и цилиндров. В оборудовании, где гидропривод имеет дроссельное регулирование, скорость подачи постепенно снижается главным образом вследствие засорения или фильтра перед дросселем, или самого дросселя.

Неисправности устраняют ремонтом, заменой уплотнений поршня с цилиндром или промывкой всей гидравлической системы чистым маслом с керосином. В последнем случае открывают дроссель на максимальную подачу и включают на 3…5 мин привод, а затем снова настраивают дроссель на рабочую подачу. Если этот способ не дает нужных результатов, разбирают всю гидравлическую систему и промывают все детали в керосине или щелочных ваннах. Повышение давления в цилиндре, причиной которого могут быть засорение фильтра, установленного на выходе нагнетающей магистрали, и возрастание сил трения на направляющих, уменьшают промывкой фильтра, а также зачисткой и смазыванием направляющих.

Нарушение последовательности перемещения рабочих органов гидравлического привода является следствием неправильной работы золотников. Для нормального перехода золотника из одного положения в другое требуется усилие, зависящее от диаметра золотника, давления, под действием которого происходит его переключение, и времени, в течение которого золотник находится под давлением в неподвижном состоянии. Если переключения золотника, осуществляемые от упоров с помощью рычагов, а также электромагнитов, происходят с задержками или какое-либо переключение отсутствует совсем, то нарушается весь цикл работы оборудования. Неполадки с переключением золотника могут быть результатом уменьшения необходимого для его перемещения усилия или возрастания сопротивления золотника перемещению, вследствие чего нормальное усилие оказывается недостаточным для переключения золотника. Это усилие возрастает в тех случаях, когда золотник работает в загрязненном масле, сильно нагревается и увеличивается в объеме, вызывая уменьшение зазоров, перемещается в корпусе при высоком давлении масла или находится под давлением в неподвижном состоянии в течение нескольких часов. Последнее сопровождается попаданием продуктов разложения масла в зазоры между золотником и корпусом цилиндра, где они могут образовать значительные скопления. Эту «накипь» удаляют легкими ударами молотка через выколотку по корпусу цилиндра и золотнику, в результате чего усилие, необходимое для перемещения золотника, уменьшается и он начинает работать нормально. Защемление золотника при высоком давлении масла легко устранить, установив меньшее давление.

15.2 Ремонт насосов гидравлических приводов

Общие сведения. Насосы, нагнетающие масло в рабочие гидродвигатели, являются основными механизмами гидравлических приводов, преобразуя энергию движения ведущего вала в энергию потока масла.

В технологическом оборудовании применяют насосы многих типоразмеров, в том числе шестеренные, пластинчатые, поршневые и другие, отличающиеся конструкцией, объемной подачей (л/мин), развиваемым ими давлением (МПа).

Конструктивно шестеренные насосы весьма разнообразны; они различаются объемной подачей, давлением, опорами качения и скольжения, способом монтажа и др. Основными деталями этих насосов являются зубчатые колеса (шестерни) 2 и 4 (рисунок 2), расположенные в расточках корпуса 1. При вращении шестерен в направлениях, указанных стрелками, масло из бака засасывается в камеру 5, где зубья, выходя из зацепления, создают вакуум, при котором масло заполняет впадины между ними. Затем зубья переносят масло в камеру 3, откуда оно выдавливается входящими в зацепление зубьями и вытесняется в напорную линию. Для устранения излишнего давления, возникающего между зубьями, в месте заклинивания масла (на торце корпуса или вкладышей) выполнена специальная канавка (на рисунке не показана), по которой масло с этого участка непрерывно отводится в зону нагнетания.

1 – корпус; 2, 4 – шестерни; 3, 5 – камеры; И – износ насоса.

Рисунок 2 – Основные детали шестеренного насоса

Шестеренный насос (рисунок 3) состоит из корпуса 3, к торцам которого прикреплены фланцы 1 и 5. На приводном валу 7 помещена ведущая шестерня 4, соединяемая с ведомой. Обе шестерни соединены с валами 7 и 10 шпонками по переходной посадке. От осевого смещения валы удерживаются пружинными кольцами 2 и 6, а их цапфы вращаются на игольчатых подшипниках 9. На стыках корпуса и крышек поставлены прокладки из тонкой бумаги, обеспечивающие герметичность соединения. Для предотвращения утечки масла по приводному валу через отверстие во фланце 5 предусмотрено уплотнение (манжета) 8.

1, 5 – фланцы; 2, 6 – пружинные кольца; 3 – корпус; 4 – шестерни; 7, 10 – валы; 8 – уплотнение; 9 – подшипники.

Рисунок 3 – Устройство шестеренного насоса

Работа насоса характеризуется его подачей при определенном давлении, которая зависит от величины утечек из полостей нагнетания в полости всасывания, т. е. внутренних утечек. По мере износа деталей рабочих камер увеличиваются внутренние утечки, уменьшаются подача и давление. Особенно большое влияние на величину утечек оказывают значения торцовых зазоров между шестернями 4 и обоймами подшипников 9 (утечки через торцовые зазоры почти в 3 раза больше, чем через радиальные, при равных их значениях).

При разборке насоса для ремонта дефектовке подвергается износ корпуса 3, шестерен 4, валов 7 и 10, подшипников 9 и манжеты 8. Корпус насоса изнашивается неравномерно – наибольший износ наблюдается на поверхности расточки в зоне всасывания, являясь следствием действия масла со стороны напорной полости шестерен, которые вершинами зубьев прижимаются к корпусу с противоположной стороны в зоне всасывания, образуя местный износ И, показанный штриховыми линиями на рисунке 2, с надирами. При ремонте не следует восстанавливать изношенную внутреннюю поверхность корпуса, так как радиальный зазор со стороны нагнетания после замены изношенных зубчатых колес и подшипников почти равен зазору у нового насоса, а образовавшийся зазор со стороны всасывающей камеры не будет оказывать существенного влияния на работу насоса.

В случае износа расточек корпуса в зоне нагнетания, являющегося, как правило, следствием работы насоса на загрязненном масле, ремонт осуществляют растачиванием. При этом износ устраняют увеличением диаметров расточек при сохранении существующего межосевого расстояния зубчатых колес, которые заменяют новыми – корригированными. При корригировании колес увеличивают радиусы окружностей выступов и впадин, причем ровно настолько, насколько возрос радиальный зазор. Корригированные колеса изготовляют по соответствующим чертежам.

Ремонт шестерен зависит от характера их износа: износ торцов зубьев устраняют шлифованием, обеспечивая при этом взаимную параллельность торцов и перпендикулярность их оси вращения с допуском на отклонение 0,015 мм; шестерни с изношенным профилем зубьев заменяют новыми. Изготовляют их из стали 50 или 40Х с закалкой при нагреве ТВЧ. В заново изготовленных или отремонтированных шестернях допуски торцового биения, отклонения от параллельности торцов, наружного биения относительно оси, отклонений от цилиндричности и круглости должны находиться в пределах 15…20 мкм.

Изношенные валы заменяют новыми, изготовленными из стали 20Х; их цементируют на глубину 1 мм, закаливают до твердости HRC 60…62, а затем шлифуют на круглошлифовальном станке до шероховатости поверхностей Ra 0,63; поверхности валов под тела качения шлифуют (допуск отклонений от круглости и цилиндричности 5…6 мкм, шероховатость – Ra 0,16). Изношенные торцы опорных подшипников и втулок восстанавливают шлифованием.

После ремонта или замены шестерен и подшипников их собирают в комплекты и измеряют длину каждого комплекта, которая должна быть на 0,05 мм меньше ширины корпуса насоса в целях образования необходимого торцового зазора для нормальной работы зубчатых колес в собранном насосе. Перед сборкой все детали насоса промывают в керосине и после просушки на воздухе (в течение 5…10 мин) смазывают консистентной смазкой. На поверхностях корпуса и фланцев устраняют забоины и царапины. Изношенные уплотнения заменяют новыми.

Отремонтированные насосы работают качественно, если соблюдены установленные зазоры между колесами, корпусом и прокладками. Суммарные зазоры между торцами колес и вкладышами, а также между головками зубьев колес и сопряженной с ними внутренней поверхностью корпуса устанавливаются в пределах 0,03…0,05 мм. После ремонта линейкой и щупом проверяют эти зазоры, определяют разность высот торцов зубчатых колес и торцов корпуса насоса, щупом проверяют также зазоры между рабочими профилями зубьев и между сопряженными поверхностями зубчатых колес и корпуса насоса.

При сборке насосов для уплотнения применяют бумажные прокладки, которые рекомендуется пропитать нитролаком. При сборке насоса без уплотняющих прокладок нужно тщательно пригнать (шабрением или другими способами) сопрягаемые поверхности деталей, обеспечивая надежную герметичность соединений между корпусом и крышками.

Отремонтированные насосы испытывают на специальном стенде с целью определения объемного КПД, характеризующего качество монтажа насоса (чем точнее выполнены сопрягаемые детали и меньше зазоры между ними, тем меньше внутренние утечки в насосе и больше значение объемного КПД).

Пластинчатые насосы могут быть различных типоразмеров, регулируемыми и нерегулируемыми, одно– и двухпоточными. Отличаются они также объемной подачей (от 5 до 200 л/мин) и давлением (от 5 до 12,5 МПа). Пластинчатый насос представляет собой корпус, в котором имеются приводной вал с подшипниками, распределительные диски 1 и 7 (рисунок 4), статор 9 и ротор 10 с пластинами 11. Диски и статор зафиксированы в угловом положении относительно корпуса штифтом 3 и плотно прижимаются друг к другу пружинами (на рисунке не показаны), а также давлением масла в напорной линии. При вращении ротора с частотой n, связанного с приводным валом шлицевым соединением, в направлении, указанном стрелкой, пластины 11 центробежной силой и давлением масла, подведенного в отверстиям 5, прижимаются к внутренней, имеющей овальную форму, поверхности 4 статора и, следовательно, совершают возвратно-поступательное движение в пазах ротора.

1, 7 – распределительные диски; 2, 12 – окна диска; 3 – штифт; 4 – внутренняя поверхность статора; 5 – отверстия для подачи масла к торцам пластин; 6, 8 – окна диска; 7, 9 – статор; 10 – ротор; 11 – пластины.

Рисунок 4 – Основные детали пластинчатого насоса

Во время движения пластин от точки А до точки В и от точки С до точки D объем камер, образованных двумя соседними пластинами, внутренней поверхностью статора, наружной поверхностью ротора и торцовыми поверхностями дисков 1 и 7, увеличивается и масло заполняет образовавшийся вакуум рабочих камер через окна 6 и 8 диска 7, связанные со всасывающей линией. При движении пластин на участках ВС и DA объем камер уменьшается и масло вытесняется в напорную линию гидросистемы через окна 2 и 12 диска 1. Поскольку участки нагнетания (ВС и DA) и всасывания (АВ и CD) расположены диаметрально относительно ротора, они уравновешивают радиальные нагрузки, освобождая ротор от действия последних, что положительно влияет на долговечность насоса.

Насос типа БГ12-2 (рисунок 5), предназначенный для подачи чистых минеральных масел в гидросистемы оборудования под давлением 12,5 МПа, представляет собой объемную ротационную машину пластинчатого типа двойного действия; значение его подачи (л/мин) постоянно.

1 – пластины; 2 – статор; 3 – крышка; 4, 5 – основные и вспомогательные окна плоского диска; 6 – отверстия; 7, 9 – основные и вспомогательные окна диска с шейкой; 8, 18 – диски с шейкой и плоский; 10 – пружины; 11, 16 – уплотнительные кольца; 12 – корпус; 13 – фланец; 14 – манжета; 15 – вал; 17 – ротор.

Рисунок 5 – Устройство пластинчатого насоса типа БГ12-2

В чугунном корпусе 12 и крышке 3 установлен статор 2, имеющий внутри криволинейную профилированную поверхность, по которой скользят десять сдвоенных пластинок 1, свободно перемещающихся в радиальных пазах ротора 17. Ротор посажен на шлицы вала 15, свободно вращающегося на шарикоподшипниках. Для распределения потоков масла и уплотнения торцов ротора и статора служат диски – плоский 18 и 8 с шейкой. Плоский диск имеет два основных окна 5 для всасывания рабочей жидкости в камеры между пластинками и два вспомогательных окна 4 – для ее всасывания в камеры под пластинками. Для увеличения площади всасывающие окна соединяют отверстиями 6, выполненными в статоре с глухими основными 7 и вспомогательными 9 всасывающими окнами диска с шейкой, вследствие чего обеспечивается всасывание рабочей жидкости с двух сторон ротора.

Диск с шейкой плавающего типа кроме всасывающих имеет еще основные окна для нагнетания рабочей жидкости из камер между пластинками и вспомогательные – для ее нагнетания из-под пластинок. Плоский диск помимо всасывающих окон имеет еще глухие основные и вспомогательные нагнетательные окна, так что нагнетание производится с двух сторон ротора. Ввиду того что в полости всасывания пространство под пластинками соединяется с линией всасывания, обеспечивается разгрузка пластинок от гидравлического усилия, прижимающего их к статору (прижим пластинок к статору в полости всасывания осуществляется центробежной силой). В начале работы прижим диска с шейкой осуществляется пружинами 10, а в процессе работы – и давлением масла. Для предотвращения утечек в насосе устанавливают манжету 14 во фланце 13 и круглые кольца 11 и 16.

При правильной эксплуатации пластинчатые насосы работают без значительного ухудшения значения подачи в пределах 5000…6000 ч, однако при более длительной работе наблюдается износ статорных колец, пластин и дисков (роторы изнашиваются незначительно). Статорные кольца особенно сильно изнашиваются в местах перехода от одного радиуса к другому, где образуются рифления и задиры. Ремонт статорных колец сводится к шлифованию их внутреннего профиля. Так как после установки отремонтированных этим способом колец уменьшается подача насосов, стремятся заменить изношенные статорные кольца новыми, которые изготовляют из стали ШХ15 или ХВГ. Термообработкой им придают твердость до HRC 60…64.

Пластины не ремонтируют, а изготовляют из быстрорежущей стали Р18 или заменяющих ее сталей Р6М5 и Р6М5К5 с соблюдением технических требований. Толщина пластин должна быть на 0,01…0,02 мм меньше ширины паза ротора, длина – на 0,01 мм меньше ширины ротора, отклонение от перпендикулярности торцов относительно рабочей поверхности – 0,01 мм. Распределительные диски заменяют новыми, а в некоторых конструкциях поверхности протачивают или шлифуют до устранения дефектного слоя.

Собранный, промытый керосином и заполненный маслом пластинчатый насос испытывают на стенде или непосредственно на оборудовании, обкатывая его на холостом ходу в течение 15…20 мин. При отсутствии явных неисправностей насос испытывают под нагрузкой, постепенно повышая давление до номинального и затем превышая его на 20…30 % (при этом максимальном давлении проверяемый насос должен работать не более 3…5 мин). При испытании насоса измеряют подачу при различных давлениях и тем самым определяют ее значение, используя для этого специальное приспособление.

Необходимо отметить, что ремонт пластинчатых насосов является достаточно трудоемким и поэтому во многих случаях более выгодно заменять изношенные насосы новыми. Ремонт целесообразно производить только при необходимости устранения незначительных дефектов, например при ослаблении сальникового уплотнения или смене шарикоподшипников.