Введение
Каждая деталь имеет одну или несколько рабочих поверхностей. При этом условия работы каждой поверхности различны, а, следовательно, и скорости их изнашивания отличаются друг от друга. Таким образом, каждую деталь можно рассматривать как совокупность поверхностей, каждая из которых имеет свои дефекты. И хотя появление каждого дефекта можно рассматривать как случайное событие, при статистической обработке значительного объема информации об износах различных поверхностей деталей устанавливается достаточно стабильная величина повторяемости дефектов каждой поверхности. На основании технологических характеристик способов восстановления, устанавливаются возможные способы восстановления различных поверхностей детали по технологическому критерию. Известно, что изношенные поверхности бурового инструмента могут быть восстановлены, как правило, несколькими способами. Для обеспечения наилучших экономических показателей в каждом конкретном случае необходимо выбрать наиболее рациональный способ восстановления.
Материалы и методы
Так при восстановлении бурового инструмента используем следующие виды восстановления: - для забурника бурового инструмента – железнение, ручная наплавка, газопламенное напыление; - для лопастей бурового инструмента – наплавка в среде углекислого газа, ручная наплавка, вибродуговая наплавка. Выбор рационального способа восстановления зависит от конструктивно-технологических особенностей деталей (формы и размера, материала и термообработки, поверхностной твердости и шероховатости), от условий ее работы (характер нагрузки, род и вид трения) и величины износа, а также стоимости восстановления. Для учета всех этих факторов рекомендуется последовательно пользоваться тремя критериями: -технологическим критерием или критерием применимости; -критерием долговечности; -технико-экономическим критерием (отношением себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности). Технологический критерий (критерий применимости) учитывает, с одной стороны, особенности подлежащих восстановлению поверхностей деталей, а с другой – технологические возможности соответствующих способов восстановления. Принципиальная возможность применения наиболее распространенных методов восстановления, приведена в табл. 1. Расшифровка способов восстановления: НУГ – наплавка в среде углекислого газа, ВДН – вибродуговая наплавка, НСФ – наплавка под слоем флюса, ДМ – дуговая металлизация, ГН – газопламенное напыление, X-хромирование электролитическое, Ж–железнение электролитическое, КП – контактная наплавка, РН – ручная наплавка. Табл. 1. Технологическая характеристика способов восстановления
Результаты
После отбора способов, которые могут быть применены для восстановления той или иной изношенной поверхности бурового инструмента, исходя из технологических соображений, отбирают те из них, которые обеспечивают наибольший последующий межремонтный ресурс этих поверхностей, т.е. удовлетворяют требуемому значению коэффициента долговечности Кд.
Результаты
Коэффициент долговечности Кд в общем случае является функцией трех других коэффициентов: Кд= f ( Kи, Кв, Ксц ), (1) где Ки - коэффициент износостойкости, Кв - коэффициент выносливости, Ксц - коэффициент сцепляемости. Базовым автомобилем БКМ-317 является автомобиль ГАЗ-3308 с двигателем ЗМЗ 513, имеющим следующие характеристики при бурении. Рисунок 1 – Базовый автомобиль с буровой установкой На рис. 1 представлен базовый автомобиль с оборудованием. 1- базовый автомобиль, 2- бурильно-крюкове оборудование, 3-гидралическая система, 4-электрооборудование, 5-буровой инструмент. Таблица 2 – Характеристики двигателя ЗМЗ 513 Ниже на рисунке 2 приведена принципиальная кинематическая схема привода бурового инструмента и кранового оборудования: Рисунок 2 – Кинематическая схема привода бурового инструмента и кранового оборудования Численные значения коэффициентов-аргументов определяются на основании стендовых и эксплуатационных испытаний новых и восстановленных деталей. Коэффициент долговечности Кд численно принимается равным значению того коэффициента, который имеет наименьшую величину. Рисунок 3 Таблица 3 – Количество зубьев на передачах
Обсуждение
При выборе способов восстановления применительно к деталям, не испытывающим в процессе работы значительных динамических и знакопеременных нагрузок, численное значение коэффициента долговечности определяется только численным значением коэффициента износостойкости. Лопасти бурового инструмента: наплавка в среде углекислого газа КД = 0,85, ручная наплавка КД = 0,8, вибродуговая наплавка КД = 0,62. Забурник бурового инструмента: железнение КД = 0,7, ручная наплавка КД= 0,8, газопламенное напыление КД=0,45. Если установлено, что требуемому значению коэффициента долговечности для данной поверхности детали удовлетворяют два или несколько способов восстановления, выбор из них оптимального проводится по технико-экономическому показателю, численно-равному отношению себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности для этих способов.
Обсуждение
Окончательному выбору подлежит тот способ, который обеспечивает минимальное значение этого отношения: (2 ), где Кд – коэффициент долговечности восстановленной поверхности; Св- себестоимость восстановления соответствующей поверхности, руб. При обосновании способов восстановления поверхностей значение себестоимости восстановления СВ определяется из выражения: СВ = Су × S, руб., (3) где Су — удельная себестоимость восстановления, руб./дм2; S – площадь восстанавливаемой поверхности, дм2. Лопасти бурового инструмента: наплавка в среде углекислого газа СУ = 7, ручная наплавка СУ=5, вибродуговая наплавка СУ = 9. Забурник бурового инструмента: железнение СУ = 3, ручная наплавка СУ = 5, газопламенное напыление СУ =10. Необходимо определить площадь восстанавливаемой поверхности: 1. Износ лопастей бурового инструмента D = 0,5м: (4) 2. Износ забурника: (5) С точки зрения организации производства, чем меньшее количество способов используется для восстановления различных изнашиваемых поверхностей детали, тем меньше требуется видов оборудования, выше его загрузка, а следовательно и выше эффективность производства. В связи с этим для окончательного решения вопроса о способах восстановления изношенных поверхностей бурового инструмента в целом, производится перебор различных сочетаний способов. Перебор начинают с минимального числа способов, а за основной принимают способ, являющийся оптимальным для наиболее изнашиваемой поверхности, т.е. поверхности, коэффициент повторяемости дефекта у которой максимальный. Если данный способ применим по техническому критерию ко всем изнашиваемым поверхностям и обеспечивает коэффициенты долговечности этих поверхностей не ниже 0,8 ( Кd 0,8 ), определяют себестоимость восстановления бурового инструмента в целом, ели бы все поверхности восстанавливали этим способом. Если деталь нельзя восстановить одним способом, используют второй способ, являющийся оптимальным для следующей по изнашиваемости поверхности и так далее. Заканчивается анализ определением минимального значения отношения себестоимости восстановления детали оптимальным для каждой ее изнашиваемой поверхности способом к коэффициенту долговечности (6) где - себестоимость восстановления изношенных поверхностей детали j-м сочетанием способов, руб.; - удельная себестоимость восстановления i-ой поверхности р-м способом, руб/дм2; -площадь i-й восстанавливаемой поверхности, дм2; - коэффициент долговечности детали, восстановленной j-м сочетанием способов; n – количество изнашиваемых поверхностей (дефектов). (7) где - коэффициент повторяемости i-го дефекта, - коэффициент долговечности i-й поверхности, восстановленной р-м способом. а) Себестоимость восстановления определяется: (8) б) Определяем отношение себестоимости восстановления к коэффициенту долговечности: (8.1) Таблица 4 – Технико-экономические показатели восстановления бурового инструмента в) Разрабатывается маршрут восстановления. Рисунок 3 – Маршрутная карта восстановления Также определяем основные величины необходимые для нахождения дейсвующих напряжений во вращателе БКМ 317. Находим мощность на рабочем инструменте: (9) ..... (32) (10) Необходимо определить значения напряжений действующих во вращателе. Подбираем материал и вид термической обработки шестерни и колеса. Определяем действующие контактные напряжения (25). Проверка условиий. Применяем для изготовления шестерни и колеса вращателя сталь 45Х с термообработкой – объемная закалка (HRC=55). Определяем предел контактной выносливости: (26) Определяем допускаемые контактные напряжения: (27), Проверяем прочность зубьев по напряжениям изгиба: (28) Проверяется условие: При объемной закалке предел выносливости на изгиб равен: Допускаемые напряжения изгиба определяется формулой: (29) Силы действующие в зацеплении: - окружная; (30) - радиальная шестерни и осевая колеса: (31) - осевая шестерни и радиальная колеса: (32) Выбранный метод восстановления рабочих поверхностей бурового инструмента, является более рациональным в отличии от других применяемых методов ремонта данных деталей.
Выводы
Выводы. На предприятиях эксплуатируются бурильно-крановые машины разного класса применения. Одним из проблем является частый износ бурильного инструмента. Проведенные расчеты показывают, что используя несложное технологическое оборудование можно восстанавливать изнашиваемые поверхности бура с повышением её стойкости и прочности. В результате сравнительных стендовых и эксплуатационных испытаний новых и восстановленных деталей выявлено, что эти показатели долговечности деталей у восстановленных буровых инструментов возрастают в среднем на 7-10% по сравнению с новыми.