СПОСОБ ПРАВКИ СУДОВЫХ КОЛЕНЧАТЫХ ВАЛОВ Российский патент 2025 года по МПК C21D7/13 C21D9/30 

Изобретение относится к судоремонтной промышленности, а именно к способам правки судовых коленчатых валов при их искривлении в процессе эксплуатации, в частности при восстановлении коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания.

Нарушение пространственной геометрии судовых валов, в том числе коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, негативно влияет на показатели надежности работы двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, при ремонте требуется восстановление пространственной геометрии согласно нормативам завода-изготовителя (см. Беньковский Д.Д., Сторожев В.П., Кондратенко B.C. Технология судоремонта. -М.: Транспорт.1986. - 288 с.).

Известен способ правки и упрочнения коленчатых валов (А.с. СССР №1606221, 1990), основанный на воздействии через индентор на определенные участки галтелей и создании на этих участках зон пластического деформирования, приводящих к устранению изгиба коленчатого вала.

К недостаткам данного способа относится нанесение эксцентричных канавок, которые являются дополнительными концентраторами напряжений, что приводит к увеличению остаточных напряжений и, как следствие, появлению трещин при дальнейшей эксплуатации ремонтируемого вала.

Наиболее близким по сути, взятым за прототип, является способ правки коленчатых валов (А.с. СССР №1632558, 1980), включающий нанесение в определенных местах щек коленчатого вала, а именно вдоль касательных шатунных шеек, сварных швов. В результате охлаждения сварных швов щеки деформируются, благодаря чему уменьшается прогиб оси коренных шеек коленчатого вала.

К недостаткам данного способа относится локальный нагрев вала до температуры, значительно превышающей температуру рекристаллизации, что приводит к уменьшению сопротивления усталости ремонтируемого вала за счет накопления внутренних напряжений в зоне нагрева. При этом точность правки зависит от места нанесения, расположения и размеров сварных швов, а также от режима сварки. Внутренние напряжения в металле, возникающие в зоне нагрева приводят в ходе дальнейшей эксплуатации ремонтируемого вала к постепенному накоплению повреждений материала под действием переменных напряжений, изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению.

Технический результат - повышение точности правки валов и сопротивления усталости ремонтируемого вала.

Он достигается тем, что в известном способе, включающем установку вала на опоры, определение направления и величины прогиба коренных шеек вала и последующий изгиб вала в направлении, противоположном первоначальному изгибу, коленчатый вал закрепляют на опорах прогибом по оси коренных шеек вверх, производят местный объемный прогрев коренной шейки до температуры релаксации материала вала от 450 до 650°С со скоростью нагрева не более 150°С/ч, затем при непрекращающемся тепловом воздействии производят механическое воздействие на деформированный участок вала в направлении, противоположном первоначальному изгибу, в течение часа, далее вал подвергают остыванию в закрытом помещении при установленной температуре окружающего воздуха от 18 до 25°С и непрерывном вращении вала с частотой вращения 3 об/мин.

Нагрев до температуры, не превышающей температуру рекристаллизации материала вала, и медленное остывание вала снимает внутренние напряжения в металле, что приводит к повышению сопротивления усталости и точности правки (см. ГОСТ 23207-78 Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения).

Способ осуществляют следующим образом.

Коленчатый вал устанавливают на опоры. На коленчатом валу определяют коренную шейку с наибольшим прогибом по оси коренных шеек. Коленчатый вал закрепляют таким образом, чтобы прогиб был направлен вверх. Устанавливают нагревательную печь вокруг коренной шейки, подвергаемой правке. Нагревают коренную шейку до температуры релаксации материала вала от 450 до 650°С со скоростью нагрева не более 150°С/ч.

Температура релаксации материала вала находится в пределах от 450°С и до температуры начала фазовых превращений в кристаллической решетке материала вала, составляющей 650°С для сталей, применяемых для изготовления коленчатых валов. Поэтому температура нагрева не должна превышать температуру начала фазовых превращений материала вала (Справочник металлиста. В 5-и т. Т. 2. Под ред. А.Г. Рахштадта и В.А. Бромстреама. М., «Машиностроение», 1976).

Нагретую до температуры релаксации коренную шейку подвергают механическому воздействию в направлении, противоположном первоначальному изгибу с усилием Р. Начальная величина усилия определяется по формуле:

где z - расстояние от левой опоры до прогиба;

d - диаметр коренной шейки;

а - расстояние от левой опоры до точки приложения нагрузки;

l - длина вала;

σ_max - максимальное напряжение материала вала при термомеханической правке при температуре релаксации.

При приложении усилия производят контроль величины прогиба, увеличивая усилие до тех пор, пока прогиб не будет устранен.

Выдерживают коленчатый вал под усилием в течение часа, при этом поддерживают достигнутую температуру релаксации, соответствующую материалу вала.

После снятия усилия нагрев прекращают и подвергают коленчатый вал остыванию в закрытом помещении при температуре окружающего воздуха от 18 до 25°С и непрерывном вращении коленчатого вала с частотой вращения 3 об/мин.

Снятие внутренних напряжений нагревом до температуры релаксации гарантирует отсутствие остаточных деформаций после завершения правки, что повышает точность правки. Также отсутствие напряжений в материале вала не приводит к постепенному накоплению повреждений материала под действием переменных напряжений, изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению, что повышает сопротивление усталости ремонтируемого вала.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

Коленчатый вал судового дизеля 44 9,5/11 устанавливали на опоры. На коленчатом валу определяли коренную шейку с наибольшим прогибом по оси коренных шеек. Коленчатый вал закрепляли на опорах прогибом оси коренных шеек вверх. Устанавливали нагревательную печь вокруг коренной шейки, подвергаемой правке. Нагревали коренную шейку до достижения температуры 600°С со скоростью нагрева не более 150°С/ч. Материалом вала являлась сталь 40Х (см. Музаев А.А. Исследование и обоснование направлений технологической модернизации производства судовых малоразмерных дизелей: дис.… канд. техн. наук; специальность 05. 02. 08 Технология машиностроения / А.А. Музаев - Махачкала: Дагестанский государственный технический университет, 2002. -152 с. - Текст: непосредственный). Температура релаксации этого материала составляет 600°С (см Лемзаков Н.К. Правка валов роторов паровых турбин методом релаксации напряжений. В кн. Ремонт оборудования турбинных цехов электростанций. - Л.: Энергия, 1966).

Нагрев производили с использованием печи (патент RU №229625, 2024), содержащей керамическую трубу с хромоникелевым нагревательным элементом, выполненной разъемной вдоль продольной оси с возможностью охвата шейки коленчатого вала с равномерным зазором посредством регулируемых опор из жаростойкой стали.

Нагретую до температуры 600°С коренную шейку подвергали механическому воздействию в направлении, противоположном первоначальному изгибу с усилием 7400 Н, которое определено по формуле (1).

При приложении усилия производили контроль величины прогиба, увеличивая усилие до тех пор, пока прогиб не был устранен.

В процессе опытной проверки способа правки коленчатого вала судового дизеля 44 9,5/11 было установлено, что при биении второй коренной шейки величиной 2 мм, прогиб был устранен при нагреве шейки до 600°С и усилии 7500 Н.

Выдерживали коленчатый вал под усилием 7500 Н в течение часа, при этом поддерживали температуру релаксации 600°С.

После снятия усилия нагрев прекращали и подвергали коленчатый вал остыванию в закрытом помещении при температуре окружающего воздуха от 18 до 25°С и непрерывном вращении коленчатого вала с частотой вращения 3 об/мин.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ использует нагрев ремонтируемого вала до температуры релаксации, это гарантирует отсутствие остаточных деформаций после завершения правки, что повышает точность правки. Также отсутствие напряжений в материале вала не приводит к постепенному накоплению повреждений материала под действием переменных напряжений, изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению, что повышает сопротивление усталости ремонтируемого вала.

Положительный эффект - применение предлагаемого способа в ремонтном производстве судовых коленчатых валов позволяет повысить точность пространственной геометрии ремонтируемых валов, повышает их долговечность путем повышения сопротивления усталости после восстановления.

Изобретение относится к судоремонтной промышленности, а именно к способам правки судовых коленчатых валов при их искривлении в процессе эксплуатации, в частности при восстановлении коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания. Способ правки судовых коленчатых валов включает установку вала на опоры, определение направления и величины прогиба коренных шеек вала и последующий изгиб вала в направлении, противоположном первоначальному изгибу, закрепление коленчатого вала на опорах прогибом по оси коренных шеек вверх, местный объемный прогрев коренной шейки до достижения температуры релаксации материала вала от 450 до 650 °С со скоростью нагрева не более 150 °С/ч, затем при непрекращающемся тепловом воздействии производят механическое воздействие на деформированный участок вала в направлении, противоположном первоначальному изгибу, в течение часа, далее вал подвергают остыванию в закрытом помещении при установленной температуре окружающего воздуха от 18 до 25 °С и непрерывном вращении вала с частотой вращения 3 об/мин. Технический результат - повышение точности правки валов и сопротивления усталости ремонтируемого вала. 1 пр.

Способ правки судовых коленчатых валов, включающий установку вала на опоры, определение направления и величины прогиба коренных шеек вала и последующий изгиб вала в направлении, противоположном первоначальному изгибу, отличающийся тем, что коленчатый вал закрепляют на опорах прогибом по оси коренных шеек вверх, производят местный объемный прогрев коренной шейки до температуры релаксации материала вала от 450 до 650 °С со скоростью нагрева не более 150 °С/ч, затем при непрекращающемся тепловом воздействии производят механическое воздействие на деформированный участок вала в направлении, противоположном первоначальному изгибу, в течение часа, далее вал подвергают остыванию в закрытом помещении при установленной температуре окружающего воздуха от 18 до 25 °С и непрерывном вращении вала с частотой вращения 3 об/мин.